RU2270367C2

RU2270367C2 - Pumping unit

Info

Publication number: RU2270367C2
Application number: RU2004108279/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Колошко (RU); Владимир Павлович Колошко; Валерий Владимирович Колошко (RU); Валерий Владимирович Колошко
Original assignee: Владимир Павлович Колошко; Валерий Владимирович Колошко
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2006-02-20

Abstract

FIELD: oil production, particularly driving devices of sucker-rod pumps adapted to produce oil from oil wells.

SUBSTANCE: pumping unit comprises base, column and electric motor connected to reducing gear through V-belt drive. Translating differential crank mechanism is installed on output shaft of reduction gear from the first side and comprises two cranks, namely central and driving ones connected through planetary gear. The central crank is rigidly connected to output shaft of reducing gear, the driving one is installed on output shaft of central crank. Rod carrier bar is arranged from another reduction gear side. Post with cross-bar is installed between the rod carrier bar and tension pulley and has movable guiding pulleys. The tension pulley is arranged on the driving crank. The post is mounted on the column or directly on pumping unit base over the reduction gear so that post axis, longitudinal cross-bar axis, rod carrier bar axis and point of tension pulley connection to driving crank are in common vertical plane defined by output reducing gear shaft axis. Flexible member passes over the tension pulley installed on the driving crank and is connected to the rod carrier bar through guiding pulleys. The pumping unit is fitted with weights attached to guiding and central cranks to balance the pumping unit.

EFFECT: provision of curvilinear tension pulley reciprocation, post loading with vertical forces only and crank counterrotation, which results in mutual balancing of forces, appeared during crank rotation.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике добычи нефти из скважин и может быть использовано для привода штанговых скважинных насосов.The invention relates to techniques for oil production from wells and can be used to drive sucker rod pumps.

Известен балансирный станок-качалка. Он содержит установленные на раме и связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, механизм для преобразования вращательного движения выходного вала редуктора в возвратно-поступательное движение подвески устьевого штока, состоящий из кривошипов, размещенных на выходном валу редуктора с двух сторон, шарнирно связанных с кривошипами шатунов, которые через траверсу связаны с подвижно установленным на стойке двухплечим качающимся балансиром с головкой, на которой закреплен гибкий элемент с подвеской устьевого штока. (ГОСТ Р 51763-2001. Приводы штанговых скважинных насосов. Общие технические требования. ГОССТАНДАРТ РОССИИ, Москва, с.3, рис.1).Known balancing rocking machine. It contains an electric motor and gearbox mounted on the frame and connected by a V-belt drive, a mechanism for converting the rotational movement of the output shaft of the gearbox into the reciprocating movement of the suspension of the wellhead rod, consisting of cranks placed on the output shaft of the gearbox on both sides, pivotally connected to the cranks of the connecting rods, which through the traverse they are connected to a two-arm swinging balancer movably mounted on a rack with a head on which a flexible element with a suspension of the wellhead rod is fixed. (GOST R 51763-2001. Drivers of sucker rod pumps. General technical requirements. GOSSTANDART OF RUSSIA, Moscow, p.3, fig. 1).

Известен также безбалансирный станок-качалка, содержащий установленные на раме и связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, механизм для преобразования вращательного движения выходного вала редуктора в возвратно-поступательное движение подвески устьевого штока, состоящий из кривошипов, размещенных на выходном валу редуктора с двух сторон, шарнирно связанных с кривошипами шатунов, которые через траверсу связаны с гибким элементом, а последний через установленный на стойке направляющий шкив связан с подвеской устьевого штока. (ГОСТ Р 51763-2001 Приводы штанговых скважинных насосов. Общие технические требования. ГОССТАНДАРТ РОССИИ, Москва, с.4, рис.2).Also known is an unbalanced rocking machine, containing an electric motor and gearbox mounted on the frame and connected by a V-belt transmission, a mechanism for converting the rotational movement of the output shaft of the gearbox to the reciprocating movement of the suspension of the wellhead rod, consisting of cranks placed on the output shaft of the gearbox on both sides, pivotally connected to the cranks of the connecting rods, which are connected through the yoke to the flexible element, and the latter, through the guide pulley mounted on the rack, is connected to the suspension levy stock. (GOST R 51763-2001 Drivers of sucker rod pumps. General technical requirements. GOSSTANDART RUSSIA, Moscow, p. 4, Fig. 2).

Недостатком такого станка-качалки является то, что точка крепления шатуна на кривошипе совершает вращательное движение. Поэтому шатуны раскачиваются с большой амплитудой, возникают переменные усилия на шатунах, которые раскачивают металлоконструкцию станка-качалки.The disadvantage of this rocking machine is that the connecting point of the connecting rod on the crank rotates. Therefore, the connecting rods swing with a large amplitude, there are variable forces on the connecting rods, which swing the metal structure of the rocking machine.

К этим усилиям добавляются усилия от кривошипов с уравновешивающими грузами, которые вращаются в одной фазе, что также приводит к знакопеременным нагрузкам, действующим на металлоконструкцию, узлы и детали станка-качалки. Наличие траверсы, объединяющей шатуны, также является недостатком, поскольку усложняет конструкцию станка-качалки. Длина хода у такого станка-качалки равна сумме двух радиусов кривошипов, поэтому для получения достаточно большой длины хода (например 3 м) (резко увеличиваются размеры радиусов кривошипов, масса уравновешивающих грузов и напряженность металлоконструкции станка-качалки. Наиболее неблагоприятно недостатки проявляются при большой частоте качаний.To these efforts are added the efforts of cranks with balancing weights that rotate in the same phase, which also leads to alternating loads acting on the metal structure, components and parts of the rocking machine. The presence of a beam, connecting rods, is also a disadvantage, since it complicates the design of the rocking machine. The stroke length of such a rocking machine is equal to the sum of the two radii of the cranks, so to obtain a sufficiently long stroke (for example 3 m) (the sizes of the radii of the cranks, the weight of the balancing weights and the metal structure of the rocking machine increase sharply. The most unfavorable disadvantages are manifested with a high frequency of swings .

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является создание станка-качалки имеющего конструкцию, которая обеспечивает лучшие технические характеристики станка-качалки в части уменьшения нагрузок на узлы, детали и металлоконструкцию, снижение инерционных нагрузок от кривошипов при уравновешивании, создания лучших условий для получения большой длины хода и работы с большой частотой качаний, равномерного распределения нагрузки на фундамент.The technical problem posed in the present invention is the creation of a rocking machine with a design that provides the best technical characteristics of the rocking machine in terms of reducing loads on nodes, parts and metal structures, reducing inertial loads from cranks when balancing, creating better conditions for obtaining long lengths stroke and work with a high frequency of swings, uniform distribution of load on the foundation.

Эта задача достигается тем, что в описываемом станке-качалке в качестве преобразующего механизма, применен дифференциальный кривошипный механизм привода штангового скважинного насоса, обеспечивающий не вращательное, как у известных станков-качалок, а возвратно-поступательное движение точки крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе. При этом преобразующий механизм установлен на выходном валу редуктора с одной стороны редуктора, а подвеска устьевого штока - с другой стороны редуктора, и между ними на основании или тумбе станка-качалки над редуктором установлены стойка с перекладиной. На концах перекладины установлены направляющие шкивы, при этом ось стойки, продольная ось перекладины, ось симметрии подвески устьевого штока и точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе расположены в одной вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора. Кривошипы установлены так, что при их вертикальном положении они являются продолжением друг друга, радиусы кривошипов равны друг другу.This task is achieved by the fact that in the described rocking machine, as a transforming mechanism, a differential crank drive mechanism of the sucker rod pump is used, which provides not rotational, as with the known rocking machines, but the reciprocating movement of the attachment point of the tensioning pulley on the drive crank. In this case, the conversion mechanism is mounted on the output shaft of the gearbox on one side of the gearbox, and the suspension of the wellhead rod is installed on the other side of the gearbox, and a rack with a crossbar is installed between the base or the stand of the rocking machine above the gearbox. At the ends of the crossbar, guide pulleys are installed, while the axis of the strut, the longitudinal axis of the crossbar, the axis of symmetry of the suspension of the wellhead rod and the attachment point of the tensioning pulley on the drive crank are located in one vertical plane passing through the axis of the output shaft of the gearbox. The cranks are installed so that when they are upright they are a continuation of each other, the radii of the cranks are equal to each other.

На ведущем кривошипе подвижно установлен натяжной шкив, который охватывается гибким элементом и через подвижно установленные на стойке направляющие шкивы связан с подвеской устьевого штока. При этом установленная на стойке перекладина имеет равные размеры плеч, при которых ветви гибкого элемента, соединяющие направляющие шкивы с натяжным шкивом и подвеской устьевого штока, занимают вертикальное положение.A tensioning pulley is movably mounted on the leading crank, which is covered by a flexible element and, through the guide pulleys movably mounted on the rack, is connected to the wellhead suspension. At the same time, the crossbar installed on the rack has equal shoulder sizes, in which the branches of the flexible element connecting the guide pulleys with the tension pulley and the suspension of the wellhead rod occupy a vertical position.

Кривошипы взаимосвязаны через планетарную передачу, вращаются в разные стороны с одинаковой частотой, и при равенстве радиусов кривошипов в их относительном движении точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение.The cranks are interconnected through a planetary gear, rotate in different directions with the same frequency, and if the radii of the cranks are equal in their relative motion, the attachment point of the tension pulley on the drive crank performs a rectilinear reciprocating motion.

Поскольку точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе перемещается возвратно-поступательно по вертикальной прямой, то радиусы кривошипов один раз складываются, когда они направлены вниз, а другой раз складываются, когда они направлены вверх, и поэтому длина хода такого станка-качалки равна сумме четырех радиусов кривошипов. Длина хода у такого станка-качалки не регулируемая. Перенастройка станка-качалки на другую длину хода может быть осуществлена заменой кривошипов.Since the attachment point of the tensioning pulley on the drive crank moves reciprocally in a vertical line, the radii of the cranks fold once when they are pointing down, and the other time they fold when they are pointing up, and therefore the stroke length of such a rocking machine is the sum of four radii cranks. The stroke length of such a rocking machine is not adjustable. Reconfiguration of the rocking machine to a different stroke length can be carried out by replacing the cranks.

С целью обеспечения возможности проведения на скважине ремонтных работ, перекладина с направляющими шкивами устанавливается на стойке станка-качалки подвижно, с возможностью поворота ее вокруг вертикальной оси стойки.In order to ensure the possibility of carrying out repairs at the well, the crossbar with guide pulleys is mounted on the rack of the rocking machine movably, with the possibility of turning it around the vertical axis of the rack.

Установленная на стойке перекладина с направляющими шкивами имеет равные длины плеч, а тяговые усилия на натяжном шкиве и подвеске устьевого штока всегда равны между собой, поэтому на стойку станка-качалки действует только вертикально направленная сила. Кривошипы вращаются встречно, поэтому возникающие при их вращении динамические усилия взаимно уравновешиваются. Стойка станка-качалки устанавливается непосредственно на основании, или тумбе станка-качалки, над редуктором, и таким образом образуется предельно компактная конструкция. Примененный кривошипный преобразующий механизм обеспечивает прямолинейное возвратно-поступательное движение установленного на ведущем кривошипе натяжного шкива и длину хода натяжного шкива, а соответственно и подвески устьевого штока, равную четырем радиусам кривошипов. Следовательно, предлагаемый станок-качалка в сравнении с балансирными и безбалансирными станками-качалками имеет более уравновешенную конструкцию, менее нагруженные детали и металлоконструкцию, равномерно нагруженный фундамент. Все это обеспечивает благоприятные условия для работы станка-качалки при большой частоте качаний в минуту.The crossbar mounted on the rack with guide pulleys has equal shoulder lengths, and the pulling forces on the idler pulley and the wellhead suspension are always equal to each other, so only a vertically directed force acts on the rack of the rocking machine. Cranks rotate counter, therefore the dynamic efforts arising at their rotation are mutually balanced. The rack of the rocking machine is installed directly on the base, or the stand of the rocking machine, above the gearbox, and thus an extremely compact design is formed. The applied crank converting mechanism provides a rectilinear reciprocating movement of the tension pulley mounted on the leading crank and the length of the travel of the tension pulley, and accordingly the wellhead suspension, equal to the four radii of the cranks. Therefore, the proposed rocking machine in comparison with the balancing and unbalanced rocking machines has a more balanced design, less loaded parts and metal, uniformly loaded foundation. All this provides favorable conditions for the work of the rocking machine at a high frequency of swings per minute.

На фиг.1 схематично представлен предлагаемый станок-качалка, общий вид, на фиг.2 схематично представлен вид сбоку. Станок-качалка содержит основание 1, тумбу 2, электродвигатель 3, связанный через клиноременную передачу 4 с редуктором 5, преобразующий дифференциальный кривошипный механизм, который установлен на выходном валу редуктора с одной стороны и содержит два взаимосвязанных через планетарную передачу кривошипа - центральный 6, жестко установленный на выходном валу редуктора 5, и ведущий кривошип 7, установленный на выходном валу центрального кривошипа 6. Подвеска устьевого штока 8 расположена с другой стороны редуктора. Между подвеской устьевого штока и натяжным шкивом установлена стойка 9 с перекладиной 10, на которой подвижно установлены направляющие шкивы 11 и 12. На ведущем кривошипе 7 установлен натяжной шкив 13. Стойка 9 установлена на тумбе или непосредственно на основании станка-качалки над редуктором так, что ее ось, продольная ось перекладины 10, ось подвески устьевого штока 8 и точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе 7 находится в одной вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора 5. Гибкий элемент 15 огибает установленный на ведущем кривошипе натяжной шкив 13 и через направляющие шкивы 11 и 12 связан с подвеской устьевого штока 8. Для уравновешивания станка-качалки на ведущем кривошипе установлены грузы 16, а на центральном - грузы 17. Тормозное устройство и ограждения станка-качалки условно не показаны. Станок-качалка работает следующим образом. Вращение от вала электродвигателя 3 посредством клиноременной передачи 4 через редуктор 5 передается центральному кривошипу 6. При вращении центрального кривошипа 6 за счет содержащейся в его корпусе цилиндрической планетарной передачи с центральным неподвижным колесом, которое жестко связано с корпусом редуктора 5 через его полый выходной вал, вращение передается на выходной вал центрального кривошипа и установленному на этом валу ведущему кривошипу 7 с натяжным шкивом 13. При этом натяжной шкив 13 получает прямолинейное возвратно-поступательное движение, обеспечиваемое конструкцией примененного преобразующего механизма, и через охватывающий его гибкий элемент 15 и направляющие шкивы 11 и 12 передает его подвеске устьевого штока 8. Уравновешивание станка-качалки производится с помощью грузов 16 и 17. При этом груз 16 на ведущем кривошипе 7 предназначен для уравновешивания тягового усилия станка-качалки, а груз 17 на центральном кривошипе - для уравновешивания реакции от ведущего кривошипа на выходном валу центрального кривошипа. В тех случаях, когда величина груза 17 недостаточна для уравновешивания реакции от ведущего кривошипа, на корпус центрального кривошипа 6 от редуктора 5 передается дополнительный крутящий момент. В тех же случаях, когда величина груза 17 превышает величину, необходимую для уравновешивания реакции от ведущего кривошипа 7, через планетарную передачу центрального кривошипа 6, ведущему кривошипу 7 сообщается дополнительный крутящий момент.Figure 1 schematically shows the proposed rocking machine, a General view, figure 2 schematically shows a side view. The rocking machine contains a base 1, a pedestal 2, an electric motor 3 connected through a V-belt drive 4 with a gear 5, converting a differential crank mechanism, which is mounted on the output shaft of the gear on one side and contains two cranks interconnected through a planetary gear - central 6, rigidly mounted on the output shaft of the gearbox 5, and a drive crank 7 mounted on the output shaft of the central crank 6. The suspension of the wellhead rod 8 is located on the other side of the gearbox. Between the suspension of the wellhead rod and the tension pulley, a stand 9 with a crossbar 10 is mounted on which the guide pulleys 11 and 12 are movably mounted. A tension pulley 13 is installed on the driving crank 7. The stand 9 is mounted on the stand or directly on the base of the rocking machine above the gearbox so that its axis, the longitudinal axis of the crossbar 10, the suspension axis of the wellhead rod 8 and the attachment point of the tensioning pulley on the drive crank 7 are in the same vertical plane passing through the axis of the output shaft of the gearbox 5. The flexible element 15 bends around the tension pulley 13 mounted on the drive crank and through the guide pulleys 11 and 12 is connected to the suspension of the wellhead rod 8. To balance the rocking machine, loads 16 are installed on the drive crank and loads 17 are installed on the central crank. The brake device and guards of the rocking machine are not conventionally shown . Rocking machine works as follows. The rotation from the shaft of the electric motor 3 by means of a V-belt drive 4 through the gearbox 5 is transmitted to the central crank 6. When the central crank 6 rotates due to the cylindrical planetary gear contained in its housing with a central stationary wheel, which is rigidly connected to the gearbox 5 through its hollow output shaft, rotation it is transmitted to the output shaft of the central crank and to the drive crank 7 mounted on this shaft with a tension pulley 13. In this case, the tension pulley 13 receives a rectilinear reciprocating The positive movement provided by the design of the applied conversion mechanism, and through its flexible element 15 and the guide pulleys 11 and 12 transfers it to the suspension of the wellhead rod 8. The balancing of the machine-rocking machine is carried out using weights 16 and 17. In this case, the load 16 on the drive crank 7 is designed to balance the traction of the rocking machine, and the load 17 on the Central crank - to balance the reaction from the leading crank on the output shaft of the Central crank. In cases where the value of the load 17 is insufficient to balance the reaction from the leading crank, an additional torque is transmitted to the housing of the central crank 6 from the gearbox 5. In the same cases, when the load 17 exceeds the value necessary to balance the reaction from the leading crank 7, an additional torque is communicated through the planetary gear of the central crank 6, to the leading crank 7.

Изменение частоты качаний у описываемых станков-качалок производится как обычно за счет применения сменных шкивов клиноременной передачи. При выполнении ремонтных работ поворачивают на 90 град установленную на стойке перекладину с направляющими шкивами или смещают направляющий шкив вдоль оси перекладины в сторону редуктора.Changing the swing frequency of the described pumping units is done as usual through the use of interchangeable V-belt pulleys. When carrying out repairs, turn the crossbar mounted on the rack with guide pulleys by 90 degrees or shift the guide pulley along the crossbar axis towards the gearbox.

В итоге можно констатировать, что станок-качалка имеет компактную, хорошо уравновешенную конструкцию, обеспечивается прямолинейное возвратно-поступательное движение натяжного шкива на ведущем кривошипе, стойка нагружена только вертикально направленными силами, кривошипы вращаются встречно, поэтому возникающие при их вращении динамические силы взаимно уравновешиваются, станок-качалка имеет сравнительно равномерно нагруженный фундамент, обеспечиваются благоприятные условия для работы станка-качалки с большой частотой качаний в минуту.As a result, it can be stated that the rocking machine has a compact, well-balanced design, a linear reciprocating movement of the tension pulley on the driving crank is provided, the rack is loaded only with vertically directed forces, the cranks rotate counterclockwise, therefore the dynamic forces arising from their rotation are mutually balanced, the machine the rocking chair has a relatively uniformly loaded foundation, favorable conditions are provided for the work of the rocking machine with a high frequency of swings in utu.

Предполагается, что будет создан ряд станков-качалок с различными длинами ходов и потребитель сможет выбрать станок-качалку с требуемой ему длиной хода.It is assumed that a number of rocking machines with different stroke lengths will be created and the consumer will be able to choose a rocking machine with the required stroke length.

Claims

1. Станок-качалка, содержащий основание, тумбу, стойку, приводной электродвигатель, клиноременную передачу, редуктор, на выходном валу которого установлен преобразующий дифференциальный кривошипный механизм, натяжной и направляющие шкивы, подвеску устьевого штока и гибкий элемент, отличающийся тем, что преобразующий дифференциальный кривошипный механизм выполнен в виде двух взаимосвязанных через планетарную передачу кривошипов, один из которых - центральный - жестко установлен на выходном валу редуктора, а другой - ведущий - установлен на выходном валу центрального кривошипа и расположен с одной стороны редуктора, а подвеска устьевого штока - с другой стороны редуктора, между ними непосредственно на основании или тумбе станка-качалки над редуктором установлена стойка с перекладиной и направляющими шкивами, при этом ось стойки, продольная ось перекладины, ось симметрии подвески устьевого штока и точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе расположены в общей вертикальной плоскости, проходящей через ось выходного вала редуктора, гибкий элемент охватывает натяжной шкив ведущего кривошипа и через направляющие шкивы связан с подвеской устьевого штока, при этом установленная на стойке перекладина имеет равные размеры плеч, при которых ветви гибкого элемента, соединяющие направляющие шкивы с натяжным шкивом и подвеской устьевого штока, занимают вертикальное положение.1. A rocking machine containing a base, a pedestal, a rack, a drive motor, a V-belt drive, a gearbox, on the output shaft of which a converting differential crank mechanism is installed, tension and guide pulleys, a wellhead rod suspension and a flexible element, characterized in that the converting differential crank the mechanism is made in the form of two cranks interconnected through a planetary gear, one of which - the central one - is rigidly mounted on the output shaft of the gearbox, and the other - the drive one - is installed on the output shaft of the central crank and is located on one side of the gearbox, and the suspension of the wellhead rod is on the other side of the gearbox, between them directly on the base or stand of the rocking machine above the gearbox there is a rack with a crossbar and guide pulleys, while the axis of the rack, the longitudinal axis of the crossbar , the axis of symmetry of the suspension of the wellhead rod and the attachment point of the tensioning pulley on the driving crank are located in a common vertical plane passing through the axis of the output shaft of the gearbox, the flexible element covers the tension the female pulley of the driving crank and through the guide pulleys is connected to the suspension of the wellhead rod, while the crossbar mounted on the stand has equal shoulder sizes, in which the branches of the flexible element connecting the guide pulleys with the tension pulley and the suspension of the wellhead rod are in a vertical position.

2. Станок-качалка по п.1, отличающийся тем, что на стойке установлен направляющий шкив, диаметр которого равен расстоянию между вертикальными ветвями гибкого элемента от натяжного блока и от подвески устьевого штока.2. The rocking machine according to claim 1, characterized in that a guide pulley is installed on the rack, the diameter of which is equal to the distance between the vertical branches of the flexible element from the tension unit and from the suspension of the wellhead.

3. Станок-качалка по п.1, отличающийся тем, что перекладина с направляющими шкивами установлена на стойке с возможностью поворота ее вокруг вертикальной оси стойки.3. The rocking machine according to claim 1, characterized in that the crossbar with guide pulleys is mounted on the rack with the ability to rotate it around the vertical axis of the rack.