Обоснование параметров и разработка конструкции энергосберегающего привода штангового скважинного насоса (стр. 9 )

Опорная металлоконструкция закреплена на фундаменте с помощью фундаментных болтов.

Конструкция привода сложнее конструкции стандартного станка-качалки. Однако, это усложнение предпринято с целью:

- уменьшения энергоемкости работы путем оптимизации величины и фазы приложения максимальной нагрузки к кривошипам в течение цикла работы;

- уменьшения габаритов путем обеспечения необходимой увеличенной длины хода канатной подвески за счет большего угла поворота головки на переднем плече балансира, а не за счет увеличения длины этого плеча.

2.4 Конструкция передач станков – качалок

Приводная часть станков – качалок традиционно включает клиноременную передачу и зубчатый двух - или трехступенчатый редуктор. Подбором их передаточных чисел в различных сочетаниях обеспечивается необходимое для работы станка – качалки передаточное число, позволяющее получить заданную частоту ходов балансира. При необходимости изменения этой частоты передаточное число изменяется путем установки на ведущем и ведомом валах передачи шкивов с необходимым сочетанием диаметров. Величина передаваемой мощности обеспечивается в клиноременной передаче также достаточно просто – подбором необходимых сечения и числа ремней общемашиностроительного назначения по ГОСТ 12841- 80 либо ремней узкого сечения по РТМ 38 – 40549 – 79. Многолетней практикой их применения в весьма тяжелых промысловых условиях эксплуатации и при высокой неравномерности нагрузки, характерной для работы привода станков – качалок, установлена их высокая надежность. При этом применение ремней узкого сечения позволяет уменьшить диаметры шкивов клиноременной передачи и их массу. С целью обеспечения долговечности ремней, обычно путем ограничения частоты их пробега по шкивам, при проектировании станков – качалок предусматривается достаточно большое межосевое расстояние шкивов передачи и подбирается соответствующая последнему длина ремней (обычно от 6 м и более).

Однако, подбор редукторов, в особенности, при больших значениях моментов нагрузки на тихоходном валу, значительно сложнее. Редукторы общемашиностроительного назначения для работы в приводе станка – качалки не пригодны, так как не предназначены для работы с повышенной переменной нагрузкой на консольных концах ведомого вала, характерной для станков – качалок. Специальные редукторы* станков – качалок типов Ц2НШ, ЦЗНК, Т - 315Ц, РП-450 и др. могут применяться для работы с величиной вращающегося момента на ведомом валу, не превышающей 56,0кН·м, характерной для станков – качалок с тяговым усилием не более (100÷120) кН [36, 46, 67, 68, 69, 73].

Для применения в станках – качалках, с большим тяговым усилием, для работы которых необходим вращающий момент на ведомом валу редуктора, превышающий указанную величину, разработана конструкция редуктора, конструктивная схема которого приведена на рисунках 2.4.1 - 2.4.2.

1, 2, 3, 4 – ведущий, первый и второй промежуточные, ведомые валы в сборе; 5 – крышка корпуса; 6 – маслосъемный в сборе; 7 – щуп; 8 – корпус; 9 – пробка маслосливная; 10 – прокладка; 11 – штифт

Рисунок 2.4.1 - Редуктор станка-качалки. Схема конструктивная

В редукторе применены шевронные передачи Новикова с двумя линиями зацепления**, выгодно отличающиеся от эвольвентных минимальными диаметрами зубчатых колес и минимальными габаритами корпуса, обеспечивающимися наименьшие массу и металлоемкость.

Передача движения в редукторе осуществляется четырьмя валами: быстроходным 1 в виде шевронной вала-шестерни, двумя промежуточными 2, 3 с двумя участками в виде шевронной вала - шестерни и двумя участками установки съемных зубчатых колес у каждого и тихоходным валом 4, на котором установлены два съемных зубчатых колеса. Каждая пара зубчатых участков и съемных зубчатых колес на валах образует шевронное зубчатое колесо с одинаковым по величине, но противоположным по знаку углом наклона зубьев. Валы установлены в подшипниковых опорах.

* - Станки – качалки – М.; ЦИНТИХ им. НефтеМаш, 1990

- Редукторы ЦЗНК для станков – качалок – Ижевск, , 2001.

- Привод установки штанговых насосов – Ижевск, , 2006

- Привод штанговых глубинных насосов – Екатеринбург, ГО Уралтрансмаш, 1997.

** - , , Чесноков передачи с зацеплением Новикова – Киев, Технiка, 1978

ГОСТ 17744 – 72. Передачи Новикова с двумя линиями зацепления. Расчет геометрии – М. Госкомстандарт при Совете Министров СССР.

Рисунок 2.4.2 - Редуктор станка-качалки. Схема конструктивная

В связи со значительной шириной зубчатых колес, характерной для передач Новикова и, соответственно, значительными расстояниями между подшипниковыми опорами, защемление тел качения подшипников при деформации валов под нагрузкой исключено применением сферических самоустанавливающихся подшипников качения роликового типа, что обеспечивает также высокую несущую способность опор по величине нагрузки.

Важнейшим требованием к конструкциям редукторов приводов штанговых скважинных насосов, работающих в длительном непрерывном режиме без вмешательства персонала, является обеспечение повышенной надежности и долговечности. Так как одним из основных факторов обеспечения надежности является прочность и сопротивление усталости валов, зубчатых колес и подшипников, приняты следующие меры [72, 73, 74, 75, 76, 77].

Исходя из условия обеспечения прочности, расчетом определяются параметры зубчатых передач валов. Учтено также то, что наиболее нагруженным является тихоходный вал редуктора, на концах которого установлены кривошипы.

На вал действуют противоположно направленные вращающие моменты: приводной - от ведомых колес тихоходной ступени редуктора и сопротивления - от усилий на приводном плече кривошипов.

Образующиеся от этого поперечные нагрузки, действующие на вал, зависят от длины приводного плеча кривошипов и диаметра тихоходных зубчатых колес. Длина приводного плеча кривошипов определяющая длину хода канатной подвески станка – качалки, задаётся при исходном выборе параметров привода и не подлежит изменению. Поэтому с целью снижения поперечных нагрузок на вал, а также, соответственно, нагрузок на подшипники, диаметр зубчатых колес ведомого вала искусственно увеличен заданием завышенного передаточного числа тихоходной ступени редуктора Uт ≥ 4,5. Это позволяет снизить и нагрузки в зацеплении тихоходной ступени, уменьшить вращающие моменты и нагрузки на валы, подшипники и в зацеплении зубчатых колес других ступеней, и в целом обеспечит наибольшие надежность и долговечность работы редуктора, которых можно достигнуть конструктивными методами.

Быстроходный 1 и тихоходный 4 валы имеют по два выходных конца снаружи корпуса редуктора. Один конец быстроходного вала предназначен для установки ведомого шкива клиноременной передачи, другой - для установки тормозного шкива. Оба конца ведомого тихоходного вала предназначены для установки кривошипов. Значительная конструктивная длина тихоходного вала обусловлена необходимостью установки кривошипов на расстоянии, при котором между ними размещаются корпус редуктора, тормоз и клиноременная передача [71, 72, 73].

Для повышения жесткости и прочности этого наиболее высоконагруженного вала, в дополнение к увеличению его диаметра, расстояние между участками установки на его концах кривошипов уменьшено за счет уменьшения ширины корпуса в месте установки ведущего 1 и промежуточного 2 валов. Это позволило уменьшить суммарную ширину корпуса 4 ведомого шкива клиноременной передачи и тормоза, устанавливаемых на быстроходном валу, и за счет этого уменьшить расстояние между кривошипами на ведомом валу. Снижение в результате этого деформаций изгиба ведомого вала под рабочей нагрузкой обеспечивает повышение надежности работы зубчатых передач с зацеплением Новикова, весьма чувствительных к изменениям межосевого расстояния зубчатых колес.

Другим фактором обеспечения надежности являются хорошие условия смазки. Смазка зубчатых колес обеспечивается наиболее надежным способом - окунанием ведомых зубчатых колес в масляную ванну, а также возможностью постоянного контроля за уровнем масла в редукторе с помощью щупа. Для облегчения замены смазки в случае необходимости в этом, предусмотрены уклон днища корпуса редуктора в сторону расположения маслосливного отверстия, в рабочем состоянии редуктора перекрытого пробкой 9 с прокладкой 10, и большие проемы в крышке 5 редуктора для удобства периодического контроля режима смазывания передач и подшипников и залива масла.

При горизонтальной плоскости разъема корпуса 8 и крышки 5 редуктора и расположении геометрических осей валов в одной горизонтальной плоскости, ведомые зубчатые колеса тихоходной ступени окунаются в масляную ванну на большую глубину, чем ведомые колеса среднескоростной и быстроходной ступеней, имеющие меньшие наружные диаметры. Поэтому для уменьшения разницы наружных диаметров ведомых колес среднескоростной и быстроходной ступеней, обусловленной различием величины модулей зубьев, с целью обеспечения для них одинаково благоприятных условий смазки окунанием в масляную ванну, принято передаточное число для быстроходной ступени передачи, значительно большее, чем для среднескоростной: U6 = (1,4 ÷1,5)Ucp

Снабжение жидкой смазкой из масляной ванны подшипников валов, расположенных выше уровня масла в редукторе, обеспечивается с помощью двух маслосъемников 6, установленных в проемах боковых стенок верхней части крышки 5 редуктора со стороны внешних торцовых поверхностей зубчатых ободов ведомых зубчатых колес тихоходной ступени передач.

Маслосъемник состоит из плоской вертикальной пластины из стального листа консольной крепленной с помощью сварки к глухой фланцевой крышке проема стенки крышки редуктора, прямоугольной пластины из листовой маслостойкой резины и плоской прижимной планки, к нижней стороне которой с помощью сварки к прикреплен наклонный лоток из тонкого стального листа, скрепленных между собой с помощью болтов. При креплении маслосъемника на боковой стенке крышки редуктора, резиновая пластина упирается своим передним краем в торцовую боковую поверхность зубчатого обода ведомого зубчатого колеса тихоходной ступени передач, и, при вращении последнего с окунанием в масляную ванну, удаляют с этой поверхности стекающее по ней масло, и направляет его в наклонный лоток. Из этого лотка масло сливается на внутреннюю поверхность боковой стенки крышки редуктора и по ней - в закрепленный ниже на этой поверхности проточный горизонтальный лоток. Часть поступающего в этот лоток масла переливается в подшипниковые опоры валов тихоходной ступени передач, остальная часть перетекает по наклонному желобу, закрепленному на конце этого лотка, в другой горизонтальный лоток, закрепленный также на внутренней поверхности боковой стенки крышки редуктора в узкой части последней. В подшипниковые опоры масло переливается из лотков через вертикальные патрубки в их дне с наклонными краями боковых стенок, ограничивающими перелив масла из лотков в первые по направлению его движения в лотках подшипниковые опоры и способствующими, тем самым, поступлению масла во все подшипники.