механический привод бурового насоса

Формула изобретения

1. Механический привод бурового насоса, содержащий закрепленные на сварной раме зубчатый редуктор, имеющий выходной вал и входной вал с участком, предназначенным для соединения с двигателем, коленчатый вал, установленный на двух подшипниках качения с шейками, на каждой из которых шарнирно установлен шатун, ползуны, каждый из которых шарнирно соединен с шатуном и имеет деталь, предназначенную для соединения с поршнем насоса, отличающийся тем, что механический привод бурового насоса снабжен двумя корпусами с уплотнениями, в каждом из которых установлен подшипник качения, и направляющими качения с уплотнениями, каждая из которых состоит из опорного и подвижного узлов, зубчатый редуктор выполнен планетарным, его корпус - навесным, а коленчатый вал - сборным, причем на каждом ползуне закреплены подвижные узлы двух направляющих качения, опорные узлы всех направляющих качения закреплены на сварной раме на одинаковом расстоянии от оси коленчатого вала, а последний состоит из жестко соединенных между собой плит, шеек, выполненных в виде толстостенных труб, и цапф под подшипники качения, выполненных в виде полых деталей и имеющих конструктивные элементы для соединения с выходным валом редуктора, при этом каждый корпус подшипника качения имеет центрирующие поверхности для установки корпуса редуктора и детали для его закрепления, а рама имеет пространственную форму, и ее основные несущие детали выполнены из полых профилей.

2. Механический привод бурового насоса по п.1, отличающийся тем, что соединение каждой цапфы под подшипник качения с соответствующей плитой коленчатого вала выполнено с помощью профильного соединения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для добычи полезных ископаемых и может быть использовано в составе бурового насоса для добычи нефти в труднодоступных районах.

Известен буровой насос «УНБ-600», механический привод которого состоит из литого корпуса, внешней ременной передачи и кривошипно-ползунного механизма [1].

Основными недостатками данного оборудования являются его большой вес и габариты. Поэтому данное оборудование невозможно доставлять к месторождениям нефти, с которыми нет наземного сообщения, или его сложно проложить. Следует отметить, что в Российской Федерации многие месторождения нефти располагаются именно в таких районах.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является механическая часть бурового насоса, "PZH (PZ-8) Triplex Mud Pump" [2], которая выбрана в качестве прототипа. Данное устройство состоит из сварной рамы, имеющей плоскую форму, к которой крепятся насос с тремя цилиндрами и его механическая часть - привод, расположенный в одном литом корпусе, а также дополнительное оборудование. В свою очередь механический привод бурового насоса состоит из зубчатого редуктора, выполненного в виде одной ступени цилиндрических колес с внешним зацеплением, целого коленчатого вала, на шейках которого шарнирно установлены шатуны ползунов, каждый из которых шарнирно соединен с шатуном и жестко соединен с поршнем насоса, подшипников качения, являющихся опорами коленчатого вала. Входной вал редуктора имеет два участка, расположенные с разных сторон литого корпуса, предназначенные для соединения с двигателем. В качестве выходного вала редуктора используется участок коленчатого вала. Каждый ползун выполнен в виде крейцкопфного механизма, в котором бронзовый крейцкопф скользит по направляющим. Однако данное устройство имеет также достаточно большой вес и габариты, что усложняет его доставку в труднодоступные регионы нефтедобычи и последующий монтаж по следующим причинам. В рассматриваемом устройстве используется одноступенчатый цилиндрический редуктор, который имеет большое по размерам колесо и малое передаточное отношение. Данное колесо устанавливается на выходном валу редуктора, а выходной вал совмещен с коленчатым валом. Отсюда ось указанного колеса и коленчатого вала располагается высоко от основания редуктора (сварной рамы). Это, в свою очередь, приводит к необходимости иметь большой по размерам корпус. Нижняя (картерная) часть указанного корпуса передает нагрузку с коленчатого вала на раму. Следовательно, она должна быть прочной и жесткой, что также приводит к увеличению веса корпуса, который, являясь чугунным, имеет меньшие, чем сталь, модуль упругости и прочностные характеристики. Совмещение выходного вала редуктора с коленчатым валом приводит к увеличению его длины, снижению жесткости и увеличению нагрузки на опорные подшипники, что также требует увеличения диаметральных размеров и веса указанного вала, а также требуются подшипники качения большой грузоподъемности. Увеличение диаметральных размеров указанного вала, в том числе и шеек для установки шатунов приводит к увеличению типоразмера подшипников для установки шатунов и размеров самих шатунов. Из-за того, что сварная рама имеет плоскую форму, для крепления насоса и его механического привода требуются большие размеры рамы в плане и ее вес, а из-за того, что ось коленчатого вала располагается высоко относительно рамы, для крепления насоса требуется дополнительная опора. В крейцкопфном механизме крейцкопф скользит по направляющим, что снижает надежность и долговечность всего привода, а также приводит к необходимости остановки добычи нефти для замены крейцкопфного механизма. Все перечисленные недостатки данного устройства существенно усложняют его использование в труднодоступных районах нефтедобычи [2].

Задачей изобретения является уменьшение веса и габаритов механического привода бурового насоса, а также повышение его надежности и долговечности.

Поставленная задача достигается тем, что механический привод бурового насоса снабжен двумя корпусами с уплотнениями, в каждом из которых установлен подшипник качения, и направляющими качения с уплотнениями, каждая из которых состоит из опорного и подвижного узлов, зубчатый редуктор выполнен планетарным, корпус зубчатого редуктора выполнен навесным, а коленчатый вал - сборным, причем на каждом ползуне закреплены подвижные узлы двух направляющих качения, опорные узлы всех направляющих качения закреплены на сварной раме на одинаковом расстоянии от оси коленчатого вала, а последний состоит из жестко соединенных между собой плит и шеек, выполненных в виде толстостенных труб, а также цапф под подшипники качения, выполненных в виде полых деталей и имеющих конструктивные элементы для соединения с выходным валом редуктора, при этом каждый корпус подшипника качения имеет центрирующие поверхности для установки корпуса редуктора и детали для его закрепления, а рама имеет пространственную форму, и ее основные несущие детали выполнены из полых профилей. Кроме того, соединение каждой цапфы под подшипник качения с соответствующей плитой выполнено с помощью профильного соединения.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:

- на фиг.1 показан общий вид привода;

- на фиг.2 показан вид А на фиг.1;

- на фиг.3 показан вид Б на фиг.1;

- на фиг.4 показан вид В на фиг.1;

- на фиг.5 показан вид Г на фиг.3 (увеличен);

- на фиг.6 показан разрез по Д-Д на фиг.1 (увеличен);

- на фиг.7 показан разрез по Е-Е на фиг.5 (повернут и увеличен);

- на фиг.8 показан общий вид коленчатого вала (увеличен);

- на фиг.9 показан вид Ж на фиг.8 (увеличен);

- на фиг.10 показан разрез по И-И на фиг.9 (повернут и увеличен);

Механический привод бурового насоса, см. фиг.1, состоит из сварной рамы 1, на которой закреплены два корпуса 2, предназначенные для установки коленчатого вала 3. На каждой шейке коленчатого вала 3 шарнирно установлены шатуны 4, которые также шарнирно соединены с ползунами 5, см. фиг.1.

Каждый ползун 5 перемещается по двум направляющим, каждая из которых состоит из опорного узла 6 и подвижного узла 7, см. фиг.1, 2 и 6. Подвижные узлы 7 направляющих, см. фиг.6, закреплены на ползунах 5, опорные узлы 6 - на сварной раме 1, а с помощью уплотнений 8 в направляющих удерживается смазка и они защищены от попадания грязи и воды.

На каждом ползуне 5, см. фиг.1, закреплена деталь 9, предназначенная для соединения с поршнем насоса (насос на чертежах не показан). Для закрепления корпуса насоса на сварной раме 1, см. фиг.4, предназначены базовые отверстия "К" и отверстия "Л" под резьбовые крепежные детали, которые на чертежах, как и насос, не показаны.

Коленчатый вал 3, см. фиг.3, может любым концом соединяться с навесным планетарным редуктором 10, имеющим входной вал 11 с участком "М", предназначенным для соединения с двигателем, который на чертежах не показан. Редуктор 10 может быть установлен на любом корпусе 2, см. фиг.3, с помощью специальных крышек 12, шпилек 13, гаек 14 со стопорными шайбами 15 и штифтов 16.

Коленчатый вал, см. фиг.8, состоит из жестко соединенных между собой плит 17, шеек 18 и цапф 19. На цапфах устанавливаются подшипники качения 20 с уплотнениями 21, см. фиг.7, которые, в свою очередь, устанавливаются в корпусах 2. Шейки 18 выполнены для снижения веса в виде толстостенных труб, а цапфы 19 - в виде полых деталей. В плитах 17 выполнены глухие отверстия "Н" для соединения с шейками 18 по посадке с натягом. В крайних плитах выполнены поднутрения "П" квадратной формы для профильного соединения с натягом плиты и соответствующей шейки, см. фиг.9. Кроме того, в шейках выполнены сквозные отверстия для крепления шеек к плитам с помощью шпилечных соединений, см. фиг.10.

Особенность сборки механического привода бурового насоса заключается в следующем. Берем левую плиту, см. фиг.8, и в правый ее торец вворачиваем шпильки. Также в правые торцы двух средних плит, см. фиг.8, вворачиваем шпильки. Последовательно на каждую плиту со стороны шпилек устанавливаем шейку, которую запрессовываем в глухое отверстие плиты. При этом шпильки проходят в сквозные отверстия, выполненные в шейках, см. фиг.10. На шейку, соединенную с левой плитой, устанавливаем шатун с подшипником, который является шарниром для шатуна, установленного на коленчатом валу. Затем полученный узел соединяем со следующей плитой, которая соединена с шейкой. Положения шпилек, которые ввернуты в левую плиту, и их длина подобраны таким образом, что резьбовые участки указанных шпилек выступают с правого торца следующей плиты на длину, необходимую для того, чтобы можно было установить стопорную шайбу и затянуть гайку. Далее на шейку, соединенную со следующей плитой, устанавливаем шатун с подшипником и так далее. Сборка завершается установкой на крайних плитах, см. фиг.8, цапф, которые крепятся к этим плитам винтами со стопорными шайбами.

Сборка несколько упрощается, если каждый подшипник, который является шарниром для шатуна, установленного на коленчатом валу, имеет разборную по осевой плоскости конструкцию. В этом случае шатун также необходимо изготавливать разборным. При такой сборке снижается грузоподъемность указанного подшипника и жесткость шатуна, изготовление которого становится более дорогим.

Механический привод бурового насоса работает следующим образом. Входной вал навесного планетарного редуктора соединяется муфтой с валом двигателя, см. фиг.3. На сварной раме 1, см. фиг.1 и 4, крепится насос, поршни которого соединяются с деталями 9 ползунов 5. Двигатель включается и вращает коленчатый вал, ползуны, совершая возвратно-поступательное движение по направляющим, передают указанное движение поршням насоса. Насос перекачивает жидкость.

Устройство-прототип, имея большой вес и габариты, сложно доставить в труднодоступные районы нефтедобычи, а также перемещать его в районе нефтедобычи. Кроме того, по тем же причинам сложнее производить сборку с насосом и двигателем, а также ремонт и замену комплектующих. Заявляемое устройство, являющееся приводом для такого же насоса и приводимое тем же двигателем, что и устройство-прототип, имеет примерно в 2...2,5 раз меньший вес и в 1,5 раза меньшие габариты. Отсюда предлагаемое устройство легче доставить в труднодоступные районы нефтедобычи, легче транспортировать и проще осуществлять сборку и ремонт. Устройство-прототип оснащено крейцкопфным механизмом, имеющим малую долговечность и для замены которого необходимо останавливать привод и производить разборку-сборку. В заявляемом устройстве крейцкопфный механизм заменен направляющими качения, имеющими большую долговечность, благодаря этому не требуются остановки привода для замены износившихся деталей.

Источники информации

1. Каталог продукции ОАО "Буланашский машиностроительный завод (http://www.generation.ru/bulanash.php).

2. Проспект фирмы Gardner Denver "PZH (PZ-8) Triplex Mud Pump" Bulletin 15-251, Version 5 (http://www.gardner-denver.com).