Привод станка-качалки с компенсацией неравномерности рабочей нагрузки

 

Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для оптимизации режимов добычи нефти из малодебитных скважин. Техническим результатом является уменьшение неравномерности рабочей нагрузки на электродвигатель и повышение КПД привода. Для этого привод содержит редуктор, соединенный с электродвигателем, на выходном валу редуктора размещен кривошип с противовесами. Причем в качестве электродвигателя использован асинхронный биротативный двигатель с фрикционным вариатором для регулирования скорости вращения, выходной вал редуктора снабжен эксцентриковым механизмом, соединенным рычажной системой с вариатором биротативного электродвигателя. 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для оптимизации режимов добычи нефти из малодебитных скважин.

Известна глубинно-насосная установка, содержащая штанговый насос, наземный привод с электродвигателем и редуктором, снабженным противовесами [авт. свид. RU №1413239, кл. Е 21 В 43/00, 1988 г.].

Недостатком известного устройства является неравномерность нагрузки на электродвигатель, что снижает его КПД и коэффициент мощности - cos ϕ.

Наиболее близким к заявляемому объекту по конструкции и технологическим параметрам является наземный привод станка-качалки балансирного типа, содержащий электродвигатель, приводящий во вращение редуктор, соединенный кривошипно-шатунным механизмом, снабженным противовесами, с балансиром [Адонин А.Н. Добыча нефти штанговым насосами - М.: Недра, 1979, с. 113-138].

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является недостаточно равномерная нагрузка на двигатель, величина которой зависит от фазы движения насосной установки.

Задача - повышение неравномерности рабочей нагрузки на электродвигатель и повышение КПД привода.

Задача решается тем, что в приводе станка-качалки с компенсацией неравномерности рабочей нагрузки, содержащем редуктор, соединенный с электродвигателем, на выходном валу редуктора размещен кривошип с противовесами, в отличие от прототипа в качестве электродвигателя использован асинхронный биротативный двигатель с фрикционным вариатором для регулирования скорости вращения, выходной вал редуктора снабжен эксцентриковым механизмом, соединенным рычажной системой с вариатором биротативного электродвигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема привода станка-качалки.

На фиг.2 показан график нагрузки электродвигателя.

На корпусе редуктора 1 станка-качалки установлен биротативный двигатель 2 [Шаньгин Е.С. Теория биротативного электропривода - Уфа: УТИС, 1998, с. 231-234], выходной вал которого соединен с первичным валом редуктора 1. Двигатель 2 представляет собой биротативную автосинхронную схему замкнутого типа с двухдисковым фрикционным вариатором. Ротор двигателя 2 через зубчатую передачу 3 соединен с диском 4 фрикционного вариатора. Второй диск 5 вариатора через аналогичную передачу соединен со статором двигателя 2. Диски 4 и 5 соединены между собой замыкающим роликом 6. С помощью рычажной системы 7 ролик 6 соединяется с эксцентриковым механизмом 8, размещенным на выходном валу 9 редуктора 1.

При вращении вала 9 эксцентрик 8 через рычаги 7 перемещает ролик 6 между дисками 4 и 5, изменяя тем самым передаточное отношение вариатора и, следовательно, скорость вращения вала 9. Эксцентрик 8 ориентирован на валу 9 таким образом, что на стадии спуска штанги передаточное отношение вариатора двигателя 2 уменьшается, двигатель 2 увеличивает скорость выходного вала и штанга опускается с повышенной скоростью. При подъеме штанги наоборот передаточное отношение вариатора увеличивается, скорость выходного вала двигателя 2 уменьшается, подъем штанги происходит при пониженной скорости. Соответственно изменению скорости вала 9 изменяется и крутящий момент на нем, т.е. с уменьшением скорости вращения увеличивается момент и наоборот с увеличением скорости момент уменьшается.

Кривая 1 (фиг.2) показывает изменения момента нагрузки на двигателе в стадии подъема (Т_nl) и в стадии спуска (Т_cl) при использовании традиционного асинхронного двигателя. Кривая 2 относится к биротативному двигателю.

Как видно из графика (фиг.2), при неизменном времени цикла Т_ц спуска-подъема штанги время подъема при использовании биротативного двигателя (Т_n2) увеличивается вследствие уменьшения скорости вращения двигателя, а амплитуда момента нагрузки на двигатель уменьшается. В стадии Т_с2 скорость спуска растет, а момент нагрузки на двигатель увеличивается. Таким образом, осуществляется выравнивание нагрузки на двигатель, что обеспечивает уменьшение потерь электроэнергии и позволяет уменьшить массу противовеса. Нет принципиальных преград для осуществления полной компенсации неравномерности нагрузки на двигателе, стабилизации крутящего момента двигателя на уровне номинального значения, обеспечивая тем самым максимальную загрузку двигателя и достижение наивысшего уровня КПД.

Формула изобретения

Привод станка-качалки с компенсацией неравномерности рабочей нагрузки, содержащий редуктор, соединенный с электродвигателем, на выходном валу редуктора размещен кривошип с противовесами, отличающийся тем, что в качестве электродвигателя использован асинхронный биротативный двигатель с фрикционным вариатором для регулирования скорости вращения, выходной вал редуктора снабжен эксцентриковым механизмом, соединенным рычажной системой с вариатором биротативного электродвигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2