Станки-качалки

Возвратно-поступательное движение плунжера насоса и колонны насосных штанг осуществляется в большинстве случаев при помощи специального механизма — станка-качалки балансирного типа, уста­новленного около устья скважины. У этих станков-качалок колонна штанг подвешивается к балансиру, который приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом от двигателя, установленного на раме станка.

Для уяснения характерных особенностей работы балансирного станка-качалки рассмотрим его упрощенную схему (рис. 106).

Рис. 106. Схема станка-качалки балансирного типа.

Балансирный кривошипно-шатунный механизм станка-качалки состоит из четырех звеньев. Неподвижное звено механизма — это линия 00_1г соединяющая ось балансира с осью кривошипа; подвиж­ные звенья — кривошип О А, шатун АВ и балансир БС.

При вращении кривошипа точка А описывает окружность ра­диусом г, а точка В сочленения верхнего конца шатуна с балансиром перемещается по дуге радиусом Ъ, совершая колебательное движе­ние относительно оси О_г. Скорость и ускорение этой точки изменяются по зависимости, которая приближенно может быть определена как синусоидальная. В моменты, когда кривошип проходит гори­зонтальное положение, точка сочленения шатуна с балансиром, а следовательно, и противоположная точка балансира С (точка подвеса штанг) имеет максимальную скорость. Наибольшее уско­рение эти точки балансира имеют в моменты, когда вращающийся кривошип занимает вертикальное положение. По мере же прибли­жения кривошипа к горизонтальному положению ускорение рас­сматриваемых точек балансира постепенно снижается и становится равным нулю.

Абсолютная величина ускорений звеньев механизма станка-качалки определяется скоростью вращения кривошипного вала и возрастает по мере увеличения числа качаний балансира.

В зависимости от величины и направления ускорения на механизм станка-качалки действуют дополнительные инерционные нагрузки, осложняющие его работу. Характер изменения ускорения и инер­ционных нагрузок зависит от направления вращения кривошип­ного вала. Более благоприятные условия работы механизма создаются при вращении кривошипного вала по часовой стрелке (скважина расположена слева от станка-качалки).

На наших предприятиях по добыче нефти работают редуктор-ные станки-качалки конструкции Азинмаша. Конструктивные осо­бенности этих станков-качалок следующие.

1. Все станки имеют закрытые двухступенчатые редукторы.
Передаточные цилиндрические шестерни редуктора стальные, имеют
шевронные фрезерованные зубья, работающие в масляной ванне.
Опоры валов редуктора почти во всех станках выполнены на под­
шипниках качения.

2. Редукторы снабжены двухколодочными тормозами для воз­
можности остановки балансира в любом положении после выклю­
чения двигателя,

3. Передача движения от двигателя к редуктору осуществляется
клиновидными ремнями. Они водонепроницаемы, могут работать
без защиты от атмосферных осадков, безопасны в пожарном отно­
шении.

4. Балансиры имеют повертывающуюся на 180° вокруг верти­
кальной оси головку, что обеспечивает свободное прохождение та­
левой системы при ремонтах скважин и безопасность ведения работ.

5. На всех станках применена канатная подвеска, что облегчает
регулирование штока при посадке плунжера в цилиндре насоса.

Для скважин различной глубины и производительности выпу­скаются станки-качалки различных типов. До последнего времени станки-качалки выпускались в соответствии с государственным стандартом (ГОСТ 5866—56) пяти типов: СКН2-615, СКНЗ-1515, СКН5-3015, СКНЮ-3315, СКНЮ-3012. Шифр этих станков-качалок обозначает: а) первые три буквы — «станок-качалка нормального ряда»; б) цифры непосредственно после букв — наибольшую на­грузку в точке подвеса штанг в т; в) цифры после тире — первая цифра при трехзначном числе или первые две цифры при четырех­значном числе означают наибольшую длину хода точки подвеса штанг в дециметрах; г) последние две цифры — наибольшее число качаний балансира в минуту.

Этими станками-качалками оборудовано большинство глубинно-насосных скважин на месторождениях Советского Союза.

Все станки-качалки нормального ряда конструктивно однотипны, поэтому для подробного ознакомления с их устройством достаточно рассмотреть станок-качалку СКН5-3015, в котором сочетаются все особенности конструкции более тяжелых и более легких станков.

Станок-качалка СКН5-3015 (рис. 107) состоит из следующих ос­новных узлов: рамы со стойкой, балансира с головкой и противо-

|весами, редуктора с двумя кривошипами, на которых закреплены

[противовесы и траверсы с двумя шатунами.

Рама станка изготовляется из профильного стального проката

"(двутавр и швеллер) и состоит из двух продольных балок, соеди­ненных между собой поперечинами и косынками на сварке. Рама устанавливается на массивный бутобетонный фундамент или на сборный фундамент из отдельных бетонных блоков и крепится к нему

Рис. 107. Станок-качалка СКН5-3015,

1 — головка балансира; г — стопорное устройство головки; з — опорный подшипник балан­сира; 4 — балансир; 5 — противовесы; б — сферический подшипник подвески траверсы; 7 — шатун; 8 — противовес кривошипа; 9 — кривошип; 10 — редуктор; 11 — электродви­гатель; 12 — ручка тормоза; 13 — рама; 14 — стойка балансира.

анкерными болтами. В передней части рамы монтируется на бол­тах стойка балансира, представляющая собой сварную конструк­цию в форме усеченной пирамиды. На верхнем конце стойки имеется горизонтальная опорная плита, на которую устанавливают корпусы.роликовых подшипников квадратного вала балансира.

Балансир изготовлен из двух двутавровых балок, соединенных между собой накладками из листовой стали, и присоединен к квад­ратному опорному валу скобами, которые охватывают вал и кре­пятся за нижние полки балок.

Головка балансира, на которой укреплена канатная подвеска, имеет цилиндрическую лобовую часть с радиусом, равным длине переднего плеча балансира, благодаря чему при любом его положе­нии точка подвеса штанг находится точно над центром сква­жины.

Канат подвески перекинут через ролик, установленный на верх­ней части головки, и удерживается в его канавке фигурной скобой и гайкой, которая навинчивается на ось ролика.

Во время подземного ремонта скважины головка балансира отво­дится в сторону, чтобы не мешать движению талевого блока и подъ­емного крюка. С этой целью головку крепят к балансиру шарнир но на вертикальной оси, так что она может поворачиваться на ней в любую сторону. Головка снабжается стопорным устройством, которое удерживает ее во время работы в неподвижном положении.

На заднем плече балансира закреплен подшипник подвески тра­версы, а у станков-качалок с балансирным и комбинированным уравновешиванием также и набор чугунных плит балансирного контргруза. Последние могут перемещаться вдоль балансира при помощи винтов с длинной резьбой.

Поперечная траверса служит для подвески двух параллельно работающих шатунов кривошипно-шатунного механизма, передаю­щего движение от редуктора к балансиру.

Шатуны изготовлены из цельнотянутых толстостенных стальных труб. На верхнем конце каждого шатуна приварена головка с от­верстием под палец, а на нижнем — башмак для крепления корпуса подшипника пальца кривошипа.

В средней части рамы станка-качалки на болтах закреплен двух­ступенчатый редуктор закрытого типа.

Передаточное число редуктора станков-качалок СКН5 равно 29,75, передаточные числа редукторов станков-качалок других типов имеют такое же или близкое к нему значение.

На выступающих из редуктора концах ведомого вала насажены два массивных чугунных кривошипа с отверстиями для присоеди­нения пальцев кривошипа. Концы вала имеют по две шпоночные канавки, смещенные относительно друг друга на 90°. Это дает воз­можность после определенного срока эксплуатации изменять поло­жение кривошипов по отношению к ведомой шестерне и тем самым лереносить максимальную нагрузку на менее изношенные зубья.

На каждом кривошипе установлено по два чугунных груза, ко­торые предназначены для уравновешивания станка-качалки и мо­гут передвигаться вдоль кривошипа. Каждый груз крепится двумя болтами, квадратные головки которых утоплены в продольных па­зах кривошипов.

Для облегчения точной установки грузов на них приливами отмечено положение центра тяжести, а на кривошипах нанесены деления в сантиметрах. Грузы перемещаются при горизонтальном положении кривошипов при помощи лома, конец которого упирается в специальные углубления в пазах.

На ведущем валу редуктора с левой стороны при помощи клино­вой шпонки насажен шкив клиноременной передачи, а с правой — шкив ручного колодочного тормоза. Тормоз дает возможность оста­навливать балансир и кривошипы в любом положении и выполнять все необходимые работы по обслуживанию и ремонту станка-качалки.

Электродвигатель станка-качалки устанавливается в задней части рамы на двух подставках, которые расположены параллельно оси рамы и имеют прорези под болты крепления двигателя, а также установочные винты, допускающие его перемещение вдоль рамы. Подставки в свою очередь могут передвигаться поперек рамы и фик­сироваться на ней в любом положении. Такая конструкция кре­пления позволяет применять электродвигатели с различными присое­динительными размерами и регулировать натяжение ремней клино­ременной передачи.

Все станки-качалки нормального ряда комплектуются огражде­ниями перильного типа, которые закрывают доступ людей к движу­щимся частям механизма во время его работы.

Для облегчения обслуживания узлов балансира на его стойке монтируются лестницы, а в верхней части предохранительные пояса_г обеспечивающие безопасность работы.

Длина хода точки подвеса штанг определяется размерами отдель­ных звеньев механизма станка-качалки. Очевидно, что амплитуда колебаний точки подвеса шатуна к балансиру равна двум радиусам кривошипа. Если оба плеча балансира одинаковы по длине (а = Ъ)_г то длина хода сальникового штока также равна двойному радиусу кривошипа, т. е. 2 г.

При неравенстве плеч длина хода сальникового штока зависит еще от отношения длины переднего плеча балансира к длине заднего

плеча и равна Ь = 2 г ~ (см. рис. 106).

Во всех конструкциях станков-качалок предусмотрена возмож­ность изменения длины хода сальникового штока в соответствии с заданными параметрами работы глубинного насоса. С этой целью на кривошипах делают дополнительные отверстия для крепления шатуна. Переставляя нижние концы шатунов из одних отверстий в другие, получают различный рабочий радиус кривошипа и раз­личную длину хода сальникового штока.

Число качаний балансира станка-качалки соответствует числу оборотов кривошипного вала и зависит от характеристики установ­ленного двигателя и передаточного отношения понижающей транс­миссии.

Число качаний балансира изменяют или подбором двигателя с со­ответствующей характеристикой, или, что делается чаще, измене­нием диаметра шкива на валу электродвигателя.

Тип станка-качалки выбирают в зависимости от количества жидкости, извлекаемой из скважины, и глубины, с которой нужно поднимать жидкость на поверхность.

Давлением насыщения пластовой нефти называют то давление, при котором из нефти начинают выделяться первые пузырьки растворенного газа. Давление насыщения зависит от состава нефти и газа, от соотношения их объемов и от температуры. Когда в пласте имеется свободный газ (например, при наличии га­зовой шапки), давление насыщения нефти газом равно пластовому давлению или близко к нему. Пластовое давление может быть и больше давления насыщения, тогда нефть в залежи недонасыщена газом. Количество газа (в м³), приходящееся на 1 т нефти, называют газовым фактором. Иногда газовый фактор измеряют в кубических метрах на 1 м³ добытой нефти или жидкости.