Нефтепромысловые машины и механизмы

ВВерх и вЧиз. Формула (V. 31) не учитывает неуравновешенности

самого станка-качалки, и полученное значение X несколько завы­ шено.

Неуравновешенность станка-качалки объясняется тем, что заднее Ш1ечо балансира при балансирном уравновешивании делают длиннее

вычесть некоторую величину Хо груза, уравновешивающего станоккачалку.

Обозначим согласно схеме рис. 154: q1 — вес головки балансира; Яг — вес Переднего плеча балансира; q3 — вес заднего плеча балан­

Следовательно, вес уравновешивающего противовеса с учетом

При определении величины противовеса были учтены только

ного на хвосте балансира, появится сила инерции. Величина этой силы будет равна

при больших числах качаний она становится большой и оказывает вредное влияние на всю установку, расшатывая ее.

Для работы насосной установки в скважинах большой глубины приходится ставить большие противовесы, а установка их на балан­ сире представляет большие трудности.

При роторном уравновешивании уменьшается влияние инерцион­ ных сил от противовеса. При роторном уравновешивании противовес помещают на кривошипе, с которым он вращается, составляя одно целое — ротор. Так как противовес вращается с постоянной угловой скоростью, то не возникают инерционные силы.

Регулируют уравновешивание перемещением грузов вдоль криво­ шипа. Вес противовеса определяют, исходя из тех же соображении, что и при балансирном уравновешивании, учитывая схему силы веса противовеса через кривошип и шатун (рис. 155).

Обозначим через S R путь, равный половине окружности с радиу­

сом R; R — расстояние от центра тяжести роторного груза до центра вала кривошипа; Рш — усилие по шатуну.

Для хода вверх можно написать выражение для работы

(p + e)sA- x t-S-sB= - PSA + x,£-s,

Решая относительно Хр, получим

При учете неуравновешенности самого станка-качалки п о л у ч и м

(V. 33)

(здесь Х 0 отнесено к точке В)

Пневматическое уравновешивание предусматривает использова­ ние вместо грузов пневматического цилиндра с поршнем; цилиндр прикреплен к станине, а шток поршня — к балансиру (рис. 157). Рабочий объем цилиндра 1 соединен с баллоном 2. Для того чтобы давление в воздушной системе мало изменялось, объем баллона VQ должен быть в 8—10 раз больше, чем рабочий объем цилиндра

FSo.

Система пневматического уравновешивания работает следующим

образом.

При ходе балансира вверх,поступающий из баллона воздух давит на поршень цилиндра и тем самым помогает балансиру поднять столб жидкости и колонну штанг. При ходе вниз воздух нагнетается из рабочего цилиндра в баллон и давление

Зная площадь поршня, найдем давление воздуха в системе:

При верхнем положении головки балансира объем воздуха в си­ стеме V = Vo + FS0, а давление при этом будет минимальным рштПри нижнем положении головки балансира V = Vo, а давление будет максимальным ршах. Принимая изотермический процесс сжа­ тия в цилиндре, можно подсчитать изменение давления:

Для поддержания постоянного давления в баллоне и компенсации утечек воздуха установку снабжают одноцилиндровым компрессо­ ром простой конструкции, поршень которого приводится в от балансира станка-качалки. На баллоне устанавливают п р е д о х р а ­

нительный клапан для выпуска избыточного воздуха при повышении давления выше нормального, а также манометр для контроля ния.

При пневматическом уравновешивании отсутствуют дополнитель­ ные инерционные силы; при правильном подборе рабочего давления можно обеспечить одинаковую нагрузку на двигатель как при ходе вверх, так и при ходе вниз.

К недостаткам относятся усложнение конструкции станка-качалки подвесным компрессором и воздушным баллоном, а при изменении режима откачки скважины требуется тщательный подбор рабочего давления, а также более квалифицированный обслуживающий пер­ сонал.

Выше были даны общие выражения для подсчета уравновешивания станка-качалки в зависимости от способа уравновешивания.

Ниже приводятся конкретные формулы для подсчета уравнове­ шивания выпускаемых станков-качалок.

1.Станок-качалка СКН2-615 имеет балансирное уравновеши­ вание.

Число z грузовых плит, требуемых для уравновешивания станка при весе каждой плиты 36 кг:

Н^ + Т ) w - 2’75-

2.Станок-качалка СКНЗ-915 имеет комбинированное уравнове­ шивание.

Плечо роторного противовеса, или расстояние от центра тяжести

роторного груза до центра кривошипного вала:

где г — радиус кривошипа для данного режима работы станкакачалки; Х р — суммарный вес четырех роторных противовесов, при

3. Станок-качалка СКН5-1812 имеет комбинированное уравнове­

После преобразований получим

Принимая во внимание (V. 23) и (V. 25), получим

где

1 Fun — /шт

^ т - / ш т

Из этого выражения можно определить усилие в шатуне для хода головки балансира вверх при любом значении угла <р, причем это усилие будет растягивающим.

Для хода головки балансира вниз составим уравнение моментов сил, действующих на балансир, относительно оси О:

Из этого выражения можно определить усилие в шатуне для хода головки балансира вниз при любом значении угла ср, причем это усилие будет сжимающим.

При роторном уравновешивании шатун растянут как при ходе вверх, так и при ходе вниз и он не нагружается противовесом.

3. При комбинированном уравновешивании.

Согласно схеме (рис. 158) уравнение моментов сил, действующих на балансир при ходе вверх, примет вид:

Из сравнения (V. 40) и (V. 42) видно, что при комбинированном уравновешивании статическая сила (выражение, заключенное в пер­ вую квадратную скобку) получается несколько меньше, чем при роторном уравновешивании, динамические же силы за счет силы

Следует иметь в виду, что станок-качалка имеет два шатуна,

поэтому найденные усилия Рт и Рш будут суммарными для обоих шатунов

§ 100. Тангенциальные усилия при различных способах уравновешивания

1. При балансирном уравновешивании.

Из схемы (рис. 158) видно, что усилие Р т вдоль шатуна можно разложить по двум направлениям: по касательной к окружности, описываемой кривошипом, и нормально к этой окружности, т. е. вдоль кривошипа. Первая из составляющих Т называется танген­ циальной, а вторая Р Нор называется нормальной.

Нормальная составляющая воспринимается опорами кривошип­