RU2308616C2

RU2308616C2 - Pumping unit

Info

Publication number: RU2308616C2
Application number: RU2006112510/06A
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: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-10-20
Also published as: RU2006112510A

Abstract

FIELD: oil production from well, particularly well sucker-rod pump drives.

SUBSTANCE: pumping unit comprises driving assembly including two parallel reducers with common shaft and output shaft connected with each other. Differential crank translating mechanism is installed on output shaft of each reducer. Flexible member of rod carrier bar has the first branch passing over tension pulley of leading crank of one reducer translating mechanism through guiding pulleys fastened to post cross-arm. Another flexible member branch passes over tension pulley of another reducer translating mechanism. Flexible mechanism passes over pulley movably installed in lower cross-arm part and defines tackle loop. In another embodiment each flexible member branch is fastened directly to movable fastening assembly on leading crank. Reduction-ratio of reducers is equal to crank arm reaches. Cranks are installed in the same initial position. This provides synchronous leading crank rotation. Force is transmitted from one reducer and crank with balancing weights to each flexible member branch.

EFFECT: increased driving force, increased travel length of pumping unit.

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 безбалансирный 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 гибким элементом, а последний через установленный на стойке направляющий шкив связан с подвеской устьевого штока (ГОСТ 51763-2001, Приводы штанговых скважинных насосов. Общие технические требования. Гостандарт России, Москва, с.4 рис.2).Known unbalanced rocking machine. It contains 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 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 yoke connected to a flexible element, and the latter through a guide pulley mounted on the rack connected to the suspension of the wellhead rod (GOST 51763-2001, Drives important pumps. General technical requirements. Goststandart of Russia, Moscow, p. 4 fig. 2).

Известен также дифференциальный кривошипный преобразующий механизм привода штангового скважинного насоса. Он устанавливается с одной стороны редуктора, имеет кинематически взаимосвязанные кривошипы, центральный, установленный на выходном валу редуктора и содержащий размещенную в своем корпусе планетарную передачу внешнего зацепления с центральным колесом, неподвижно установленным на оси, проходящей через полый вал редуктора и неподвижно установленной в его корпусе, и находится через паразитную шестерню в зацеплении с сателлитом, снабженным выходным концом, и ведущий кривошип, установленный на выходном конце центрального кривошипа и содержащий опору для крепления шатуна или натяжного шкива. При этом число зубьев центрального колеса в два раза больше числа зубьев сателлита и кривошипы установлены так, что при их вертикальном расположении их радиусы направлены в одну сторону и являются продолжением друг друга. При равенстве радиусов кривошипов точка крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе совершает вертикальное прямолинейное возвратно-поступательное движение (Патент RU 2246650 С2, 17.09.2002).Also known differential crank converting the drive mechanism of the sucker rod pump. It is mounted on one side of the gearbox, has kinematically interconnected cranks, a central gearbox mounted on the output shaft of the gearbox and containing a planetary gear of external gear located in its housing with a central wheel fixedly mounted on an axis passing through the hollow shaft of the gearbox and fixedly mounted in its housing, and is through a parasitic gear mesh with a satellite equipped with an output end, and a leading crank mounted on the output end of the Central crank and soda rzhaschy support for fixing a rod or a tension pulley. In this case, the number of teeth of the central wheel is twice as many as the number of teeth of the satellite and the cranks are installed so that when they are vertically arranged, their radii are directed to one side and are an extension of each other. If the radii of the cranks are equal, the attachment point of the tensioning pulley on the drive crank performs a vertical rectilinear reciprocating movement (Patent RU 2246650 C2, 09/17/2002).

Известен также дифференциальный длинноходовой станок-качалка. Он содержит установленные на основании стойку, тумбу, связанные клиноременной передачей электродвигатель и редуктор, установленный на выходном валу редуктора дифференциальный кривошипный механизм, преобразующий вращательное движение выходного вала редуктора в вертикальное возвратно-поступательное движение точки крепления натяжного шкива на ведущем кривошипе. Стойка и дифференциальный кривошипный механизм расположены с одной стороны редуктора, и ось стойки находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси выходного вала редуктора. На стойке установлена перекладина с подвижно установленными на ее концах направляющими шкивами, к нижней части перекладины подвижно крепится шкив полиспаста. Гибкий элемент огибает его и далее охватывает подвижно установленный на ведущем кривошипе натяжной шкив, образует петлю полиспаста с вертикальными ветвями и через установленные на перекладине стойки направляющие шкивы связан с подвеской устьевого штока. При этом радиусы кривошипов равны друг другу, а длины плеч перекладины обратно пропорциональны усилиям, прилагаемым к концам перекладины. В связи с образованием гибким элементом петли полиспаста длина хода подвески устьевого штока увеличивается в два раза по сравнению с длиной хода натяжного шкива на ведущем кривошипе (Патент RU 2267649 C2, 17.03.2004).A differential long-stroke rocking machine is also known. It contains a rack mounted on the base, a cabinet, a motor and gearbox connected by a V-belt transmission, a differential crank mechanism mounted on the gearbox output shaft that converts the rotational movement of the gearbox output shaft to the vertical reciprocating movement of the tensioner pulley attachment point on the drive crank. The rack and the differential crank mechanism are located on one side of the gearbox, and the axis of the rack is in a vertical plane perpendicular to the axis of the gearbox output shaft. A crossbar is installed on the rack with guide pulleys movably mounted at its ends; a pulley pulley is movably attached to the bottom of the crossbar. The flexible element goes around it and further covers the tension pulley mounted on the drive crank, forms a chain hoist with vertical branches and, through the guide rails installed on the crossbar, is connected to the suspension of the wellhead. In this case, the radii of the cranks are equal to each other, and the lengths of the arms of the crossbar are inversely proportional to the forces applied to the ends of the crossbar. In connection with the formation of a flexible element of the chain hoist, the stroke length of the suspension of the wellhead rod is doubled compared to the stroke length of the idler pulley on the drive crank (Patent RU 2267649 C2, 03.17.2004).

Недостатком такого станка-качалки является то, что при увеличении длины хода подвески устьевого штока в два раза, за счет образования гибким элементом петли полиспаста, для достижения на подвеске устьевого штока такого же тягового усилия, как и без увеличения длины хода, необходимо также в два раза увеличить тяговое усилие на натяжном шкиве ведущего кривошипа, и следовательно, в два раза должен быть увеличен крутящий момент на выходном валу редуктора, а также уравновешивающий момент от кривошипов и грузов. Такая конструкция станка-качалки приводит к необходимости применять редуктор с большим крутящим моментом на выходном валу, увеличению длины ведущего кривошипа и массы устанавливаемых на него уравновешивающих грузов. Все это усложняет конструкцию привода, делает невозможным применение редуктора сравнительно небольшого типоразмера, а также кривошипа сравнительно небольшой длины.The disadvantage of this rocking machine is that when the suspension stroke of the wellhead rod is doubled, due to the formation of a chain hoist by the flexible element, in order to achieve the same traction force on the suspension of the wellhead rod as without increasing the stroke length, it is also necessary to increase the pulling force on the idler pulley of the driving crank, and therefore, the torque on the output shaft of the gearbox should be doubled, as well as the balancing moment from the cranks and weights. This design of the rocking machine leads to the need to use a gearbox with high torque on the output shaft, to increase the length of the drive crank and the mass of balancing weights installed on it. All this complicates the design of the drive, makes it impossible to use a gearbox of a relatively small size, as well as a crank of a relatively small length.

Задачей изобретения является создание станка-качалки, конструкция привода которого обеспечивает получение больших тяговых усилий и больших уравновешивающих моментов от кривошипов и грузов, без необходимости применять редуктор с большим крутящим моментом на выходном валу и ведущего кривошипа большой длины и большой массой устанавливаемых на него уравновешивающих грузов.The objective of the invention is the creation of a rocking machine, the drive design of which provides great traction and great balancing moments from cranks and weights, without the need to use a gearbox with high torque on the output shaft and a large crank drive and a large mass of balancing weights installed on it.

Эта цель достигается тем, что в приводе станка-качалки применен блок, состоящий из двух параллельно установленных редукторов, у которых входные валы соединены общим валом, а на выходных валах редукторов установлены дифференциальные кривошипные преобразующие механизмы, каждый из которых передает нагрузку только на одну ветвь гибкого элемента, через подвижно установленные на их ведущих кривошипах натяжные шкивы, или подвижно установленные блоки. Поэтому передаваемые гибкому элементу усилия от крутящих моментов редукторов и уравновешивающих моментов от грузов суммируются и увеличиваются в два раза. У такого станка-качалки стойка с перекладиной и направляющими шкивами расположена симметрично между редукторам и ее ось находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной осям выходных валов редукторов, при этом стойка и редукторы устанавливается на расстоянии, при котором ветви гибкого элемента занимают вертикальное положение. На стойке установлена перекладина с подвижно установленными на ее концах направляющими шкивами. Гибкий элемент от подвески устьевого штока через направляющие шкивы на перекладине одной ветвью огибает натяжной шкив на ведущем кривошипе одного редуктора, а другой ветвью натяжной шкив ведущего кривошипа другого редуктора, и далее они охватывают прикрепленный к перекладине шкив полиспаста. В другом варианте крепления гибкого элемента ветви гибкого элемента раздельно крепятся непосредственно к подвижно установленным на ведущих кривошипах крепежным блокам. При этом согласованное вертикальное возвратно-поступательное движение натяжных шкивов или крепежных блоков ведущих кривошипов в одной фазе достигается за счет установки ведущих кривошипов преобразующего механизма в одинаковое исходное положение и применения редукторов с одинаковым передаточным числом и равными длинами плеч кривошипов.This goal is achieved by the fact that a block consisting of two parallel mounted gearboxes, in which the input shafts are connected by a common shaft, and differential crank converting mechanisms are installed on the output shafts of the gears, each of which transfers the load to only one branch of the flexible element, through tension pulleys movably mounted on their leading cranks, or movably mounted blocks. Therefore, the forces transmitted to the flexible element from the torques of the gearboxes and balancing moments from the loads are summed up and doubled. For such a rocking machine, a rack with a crossbar and guide pulleys is located symmetrically between the gearboxes and its axis is in a vertical plane perpendicular to the axes of the output shafts of the gearboxes, while the rack and gearboxes are installed at a distance at which the branches of the flexible element occupy a vertical position. A crossbar is installed on the rack with guide pulleys movably mounted at its ends. A flexible element from the suspension of the wellhead rod through the guide pulleys on the crossbar surrounds one tension pulley on the drive crank of one gearbox with one branch, and the other on the tensioner pulley of the drive crank of the other gearbox, and then they cover the pulley pulley attached to the crossbar. In another embodiment, the fastening of the flexible element, the branches of the flexible element are separately attached directly to the mounting blocks movably mounted on the leading cranks. In this case, a coordinated vertical reciprocating movement of the tensioning pulleys or mounting blocks of the leading cranks in one phase is achieved by installing the leading cranks of the converting mechanism in the same initial position and using gearboxes with the same gear ratio and equal lengths of the crank arms.

В итоге, в станке-качалке с предлагаемой конструкцией привода обеспечивается работа двух параллельно установленных редукторов и увеличение в два раза тягового усилия, что позволяет при наличии полиспаста увеличить в два раза длину хода подвески устьевого штока по сравнению с длиной хода, сообщаемой кривошипами, при сохранении заданного усилия на подвеске устьевого штока, а при присоединении гибкого элемента непосредственно к подвижно установленным на ведущих кривошипах блокам увеличить в два раза тяговое усилие на подвеске устьевого штока без увеличения длины хода.As a result, in the rocking machine with the proposed drive design, the operation of two parallel mounted gearboxes and a twofold increase in tractive effort is ensured, which allows, in the presence of a chain hoist, to double the stroke length of the wellhead suspension compared to the stroke length reported by cranks, while maintaining predetermined effort on the suspension of the wellhead rod, and when attaching the flexible element directly to the blocks movably mounted on the leading cranks, double the traction force on the suspension of the wellhead rod without increasing stroke length.

Длина хода у такого станка-качалки нерегулируемая. Перенастройка на другую длину хода может быть осуществлена заменой кривошипов. С целью проведения ремонтных работ перекладина на стойке устанавливается подвижно, с возможностью поворота вокруг вертикальной оси.The stroke length of such a rocking machine is unregulated. Reconfiguration to a different stroke length can be carried out by replacing the cranks. In order to carry out repair work, the crossbar on the rack is mounted movably, with the possibility of rotation around a vertical axis.

На фиг.1 схематично представлен станок-качалка с увеличенной длиной хода, общий вид.Figure 1 schematically shows a rocking machine with an increased stroke length, a General view.

На фиг.2 - вид сбоку, на котором один из редукторов и его дифференциальный кривошипный механизм условно не показаны.Figure 2 is a side view in which one of the gears and its differential crank mechanism are not conventionally shown.

На фиг.3 схематично представлен вид сбоку станка-качалки с большим тяговым усилием на подвеске устьевого штока, общий вид.Figure 3 schematically shows a side view of the rocking machine with high traction on the suspension of the wellhead rod, General view.

Станок-качалка содержит основание 1, две тумбы 2, электродвигатель 3, связанный через клиноременную передачу 4 с редуктором 5, который посредством вала 6 соединен с другим редуктором 7. На выходном валу редуктора 5 установлен дифференциальный кривошипный преобразующий механизмом 8, а на выходном валу редуктора 7 установлен дифференциальный кривошипный преобразующий механизм 9. Выходные валы редукторов соосны и обращены навстречу друг другу. На ведущих кривошипах 10 и 11 преобразующих механизмов подвижно установлены натяжные шкивы 12 и 13 или крепежные блоки 21. Передаточные числа редукторов и размеры плеч кривошипов равны между собой, а кривошипы 10 и 11 установлены в одинаковом исходном положении, то есть находятся в одной фазе. Стойка 14 установлена на основании так, что ее ось находится в вертикальной плоскости, перпендикулярной к осям выходных валов редукторов 5 и 7. На стойке установлена перекладина 15 с расположенными на ее концах направляющими шкивами 16 и 17. В первом варианте крепления гибкого элемента в нижней части перекладины 15 подвижно установлен на оси блок полиспаста 18, который охватывается гибким элементом 19, а далее гибкий элемент одной ветвью огибает установленный на ведущем кривошипе 10 натяжной шкив 12, а другой ветвью огибает установленный на ведущем кривошипе 11 натяжной шкив 13 и через установленные на перекладине направляющие шкивы связан с подвеской устьевого блока 20. В этом варианте крепления гибкого элемента размеры плеча перекладины со стороны редукторов в два раза меньше размеров плеча перекладины со стороны подвески устьевого штока. В другом варианте крепления гибкого элемента одна его ветвь крепится непосредственно к установленному на ведущем кривошипе 10 крепежному блоку 21, а другая ветвь к такому же блоку, установленному на ведущем кривошипе 11. В этом варианте крепления гибкого элемента размеры плеч перекладины равны между собой. Все элементы конструкции располагаются так, что ветви гибкого элемента занимают вертикальное положение. Для уравновешивания станка-качалки на ведущем кривошипе 10 устанавливаются грузы 23, а на ведущем кривошипе 11 устанавливаются грузы 24. Тормозное устройство, площадки для обслуживания и ограждения условно не показаны.The rocking machine contains a base 1, two cabinets 2, an electric motor 3 connected through a V-belt drive 4 with a gearbox 5, which is connected via a shaft 6 to another gearbox 7. On the output shaft of the gearbox 5 there is a differential crank converting mechanism 8, and on the output shaft of the gearbox 7, a differential crank converting mechanism is installed 9. The output shafts of the gearboxes are coaxial and facing each other. On the leading cranks 10 and 11 of the converting mechanisms, the tension pulleys 12 and 13 or the mounting blocks 21 are movably mounted. The gear ratios of the gearboxes and the sizes of the crank arms are equal to each other, and the cranks 10 and 11 are installed in the same initial position, that is, they are in the same phase. The rack 14 is mounted on the base so that its axis is in a vertical plane perpendicular to the axes of the output shafts of the gearboxes 5 and 7. A crossbar 15 is installed on the rack with the guide pulleys 16 and 17 located at its ends. In the first embodiment, the flexible element is fastened to the bottom the crossbar 15 is movably mounted on the axis of the pulley block 18, which is covered by a flexible element 19, and then the flexible element bends around one tension pulley 12 mounted on the leading crank 10, and the envelope mounted on the leading one goes around the other branch the crank 11 of the tensioning pulley 13 and through the guide pulleys mounted on the crossbar is connected to the suspension of the wellhead unit 20. In this embodiment of fastening the flexible element, the dimensions of the crossbar arm from the gearbox side are half the dimensions of the crossbar arm from the side of the wellhead rod. In another embodiment, the fastening of the flexible element, one of its branches is attached directly to the mounting block 21 mounted on the leading crank 10, and the other branch to the same block mounted on the leading crank 11. In this version of the fastening of the flexible element, the dimensions of the arms of the crossbar are equal to each other. All structural elements are arranged so that the branches of the flexible element occupy a vertical position. To balance the rocking machine, weights 23 are installed on the leading crank 10, and weights 24 are installed on the leading crank 11. The brake device, service platforms and guards are not shown conditionally.

Станок-качалка работает следующим образом.Rocking machine works as follows.

Вращение от электродвигателя 3 посредством клиноременной передачи 4 через параллельно соединенные валом 6 редукторы 5 и 7 и установленные на выходных валах редукторов центральные кривошипы 8 и 9 передается на выходные валы этих кривошипов, на которых установлены ведущие кривошипы 10 и 11 с натяжными шкивами 12 и 13. При этом натяжные шкивы 12 и 13 получают вертикальное прямолинейное возвратно-поступательное движение и через охватывающий их своими ветвями гибкий элемент 19 и установленный в нижней части перекладины подвижный блок 18 и направляющие шкивы 16 и 17 передают его подвеске устьевого штока 20. При этом подвеска устьевого штока перемещается на величину, в два раза превышающую величину перемещения натяжных шкивов на ведущих кривошипах за счет образования гибким элементом петли полиспаста. При креплении гибкого элемента непосредственно к подвижно установленным на ведущих кривошипах крепежным блокам 21 и далее через направляющие шкивы 16 и 17 к подвеске устьевого штока 20 длина хода остается равной длине хода, сообщаемой кривошипами, но при этом в два раза возрастает тяговое усилие на подвеске устьевого штока, поскольку оно складывается из усилий на ветвях гибкого элемента.Rotation from the electric motor 3 by means of a V-belt drive 4 through gears 5 and 7 parallel to the shaft 6 and central cranks 8 and 9 mounted on the output shafts of the gears is transmitted to the output shafts of these cranks, on which the drive cranks 10 and 11 are installed with tension pulleys 12 and 13. In this case, the tension pulleys 12 and 13 receive a vertical rectilinear reciprocating movement and through the flexible element 19 enclosing them with their branches and the movable block 18 installed in the lower part of the crossbeam and the guides the pulleys 16 and 17 transmit it to the suspension of the wellhead rod 20. In this case, the suspension of the wellhead rod moves by an amount two times the amount of movement of the tension pulleys on the leading cranks due to the formation of a chain hoist by the flexible element. When attaching the flexible element directly to the mounting blocks 21 mounted on movable mounted on the leading cranks 21 and further through the guide pulleys 16 and 17 to the suspension of the wellhead rod 20, the stroke length remains equal to the length of the stroke reported by the cranks, but the traction force of the wellhead rod is doubled , because it consists of efforts on the branches of a flexible element.

Поскольку ведущие кривошипы в исходном положении находятся в одной фазе, то они перемещаются синхронно, и каждый из них передает нагрузку только на одну ветвь гибкого элемента от своего редуктора и установленных на ведущем кривошипе уравновешивающих грузов, и, таким образом, тяговое усилие на ветвях гибкого элемента увеличивается в два раза.Since the leading cranks in the initial position are in the same phase, they move synchronously, and each of them transfers the load to only one branch of the flexible element from its gearbox and balancing weights installed on the leading crank, and, thus, the pulling force on the branches of the flexible element doubled.

Достоинства предлагаемого станка-качалки.The advantages of the proposed rocking machine.

Главным достоинством предлагаемого станка-качалки является то, что в нем объединена работа двух параллельно установленных редукторов с установленными на их выходных валах дифференциальными кривошипными преобразующими механизмами. Это позволяет суммировать передаваемый редукторами крутящий момент, а также уравновешивающий момент от кривошипов и установленных на них грузов и увеличивать тем самым в два раза тяговое усилие, что позволяет создавать станки-качалки рациональной конструкции с большой длиной хода или большим тяговым усилием на подвеске устьевого штока.The main advantage of the proposed rocking machine is that it combines the work of two parallel mounted gearboxes with differential crank converting mechanisms installed on their output shafts. This allows you to summarize the torque transmitted by the gearboxes, as well as the balancing moment from the cranks and the loads installed on them, and thereby double the traction force, which allows you to create rocking machines of a rational design with a long stroke or a large traction force on the suspension of the wellhead.

Claims

A rocking machine containing a base, a pedestal, a rack with a crossbeam and guide pulleys, the axis of which is in a vertical plane perpendicular to the axis of the output shaft of the gearbox, a drive motor, V-belt drive, a gearbox, a differential differential crank mechanism, a wellhead rod suspension and a flexible element, characterized the fact that its drive contains two parallel mounted gears, in which the input shafts are connected by a common shaft, and on the output shafts of each gearbox there is a differential th crank converting mechanism, and the leading crank of each converting mechanism through the idler pulley or mounting block is connected to only one branch of the flexible element, while the gearboxes have the same gear ratio, the cranks are installed in the same initial position, have equal radii to each other, and the strut is located symmetrically in relation to the gearboxes so that the branches of the flexible element occupy a vertical position.