книги2 / 75

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

Передвижением противовесов 6 в кривошипе происходит регулировка момента силы, в соответствии с параметрами работы двигателя, вращающего модернизированный кривошип 5. В продольный паз 7 модернизированного кривошипа 5 установлено устройство для крепления нижнего пальца кривошипа 8 (рис. 3).

Рисунок 3 – Модернизированный кривошип (5 – модернизированный кривошип; 7 – продольный паз; 8 – нижний

палец шатуна; 9 – центральная ось кривошипа)

Модернизированный кривошип 5 (рис. 4) имеет продольный паз 7, который выполнен на боковой поверхности кривошипа и имеет в верхней и нижней части поперечные пазы для возможности фиксации от осевого смещения по оси 9, устройства для крепления нижнего пальца шатуна.

Рисунок 4 – Модернизированный кривошип с противовесами (5 – кривошип; 6 – противовес; 7 – продольный паз; 9 – центральная

ось кривошипа)

~ 90 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

Ожидаемые результаты от внедрения решения модернизированного кривошипно-шатунного механизма привода позволят:

создавать благоприятные режимы функционирования узлов

имеханизмов привода;

плавно, бесступенчато регулировать длину хода, благодаря этому появляется возможность точного подбора эксплуатационного режима скважины;

выполнять геолого-технические мероприятия;

исключается разъединение пальца от кривошипа, тем самым исключается риск травматизма персонала в полевых условиях;

безопасно производить ремонт и обслуживание нижнего пальца шатуна.

Список литературы

[1]ГОСТ 31832-2012 Приводы штанговых скважинных насосов.

[2]Пат.2246650 РФ, МПК 7F 16 Н 37/16. Дифференциальный кривошипный механизм привода штангового скважинного насоса / В.П. Колошко, В.В. Колошко; заявитель и патентообладатель В.П. Колошко, В.В. Колошко. – №2002124786; заявл. 10.04.2004; опубл. 20.02.2005.

[3]Пат.2018127577 РФ, МПК 7 F 04 B 47/02. Способ эксплуатации станка-качалки / Р.Ш. Абсалямов; Л.М. Ахметзянов; заявитель и патентообладатель Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина. – №2018127577; заявл. 26.07.2018; опубл. 27.01.2020.

[4]Пат.2090781 РФ, МПК 7 F 04 B 47/02. Станок-качалка / Н.И. Буянов; Ю.В. Петров, Н.А. Павлов, Г.Н. Дмитриевский; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «Электростальский завод тяжелого машиностроения». – №94038406/06; заявл. 11.10.1994; опубл. 20.09.1997.

[5]Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. / С.Г. Бабаев – М.: Недра. 2011. 265 с.

[6]Архипов К.И. Справочник по станкам-качалкам: моногр. / К.И. Архипов, В.И. Попов, И.В. Попов – Альметьевск, 2000. 52-58.

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 91 ~

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

[7]Жулаев В.П. Анализ причин отказов привода скважинных штанговых насосов / В.П. Жулаев, Н.С. Шайжанов, А.О. Борисов // Машины, агрегаты и процессы нефтегазовой отрасли. – 2019. №3. 100104 с.

[8]Молчанов А.Г. Станки-качалки: проблемы и перспективы совершенствования. / А.Г. Молчанов // Промышленные ведомости – 2007. № 10.

[9]Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. / А.Г. Молчанов – М.: недра. 2012. 197 с.

[10]Википедия – свободная энциклопедия: [Электронный ресурс].

–URL: https://ru.wikipedia.org/ (дата обращения: 18.11.2022).

[11]Научная электронная библиотека еLIBRARY.RU: [Электронный ресурс]. – URL: https://elibrary.ru//. (дата обращения: 18.11.2022).

[12]Федеральный институт промышленной собственности: [Электронный ресурс]. – URL: https://fips.ru///. (дата обращения: 18.11.2022).

©С.С. Лутфуллоев, 2022

~ 92 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

УДК 621.45.018.2

РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ УСТАНОВКИ СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА

А.И. Насибуллин,

магистрант 1 курса, напр. «Технологическое обеспечение процессов нефтегазового производства»

Г.И. Бикбулатова,

научный руководитель, к.т.н., доц., ГБОУ ВО «Альметьевский государственный нефтяной институт», г. Альметьевск

Аннотация: В статье рассматриваются стендовые испытания. Испытания – неотъемлемый этап создания новых изделий, а также многих технологических процессов. Необходимость испытаний обусловлена требованиями подтверждения безопасности и заявленных функциональных характеристик продукции. Один из способов решения, разработать стенд для моделирования работы установки скважинного штангового насоса. Стенд представляет собой конструкцию для моделирования работы установки скважинного штангового насоса, содержащий имитатор колонны штанг, груз, связанный со штоком, гибкую пружинную подвеску и самописец с датчиками. Кроме того, зажимающее устройство содержит вторую пружину создающую дополнительную нагрузку на шток, при этом силу прижатия, создаваемой второй пружиной, регулируют вращением винта. Результат: расширение диапазона проводимых исследований и повышение компактности.

Ключевые слова: разработка, стенд, моделирование, работа, установка скважинного штангового насоса

Эффективность работы установки скважинных штанговых насосов (УСШН) в значительной степени определяется надежностью наземного привода. Одним из ключевых факторов, влияющих на техническое состояние привода штанговых установок и работу узлов станков-качалок (СК), является нагрузка на головку балансира,

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 93 ~

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

причем нагрузка изменяется в течение цикла откачки. Преобразующим механизмом станков-качалок в большинстве случаев служит четырехзвенный кривошипно-шатунный механизм с двуплечим балансиром. Нагрузки в этой механической цепочке взаимосвязаны и определяются нагрузкой в точке подвеса штанг. Нагрузка на балансир и редуктор, усилия в кривошипно-шатунном механизме, генерируемый электродвигателем крутящий момент на кривошипном валу редуктора, энергопотребление штанговой установки, натяжение приводных ремней – все эти параметры в значительно степени определяются динамикой нагрузки в точке подвеса штанг (а также геометрией СК и распределением масс в приводе). В связи с этим актуальной задачей является физическое моделирование нагрузок на привод штанговых установок, с помощью которого можно исследовать влияние условий эксплуатации, в том числе осложняющих факторов, на работу привода.

Необходимость испытаний обусловлена требованиями подтверждения безопасности и заявленных функциональных характеристик продукции. В зависимости от вида и сложности изделия, а также его потенциальной опасности, испытаниям подвергаются составные части и/или всё изделие в собранном состоянии. Виды и методы, а также требования к схеме испытательного оборудования, регламентированы рядом нормативных актов, имеющих международный, национальный и отраслевой статусы. Так, общим документом, определяющим требования к испытаниям продукции, является межгосударственный стандарт ГОСТ 15.309-98 «Система разработки и постановки продукции на производство (СРПП). Испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения» [1-3].

Схема испытательного стенда зависит от конструкции и назначения. Стенды делятся на три категории:

регистрирующие фактические характеристики изделия в нормальных условиях эксплуатации, регламентированные в руководстве по эксплуатации;

имитирующие критические условия эксплуатации и регистрирующие характеристики изделия;

~ 94 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

имитирующие условия эксплуатации и разные виды нагрузок, в случае невозможности получить объективные фактические характеристики изделий, в условиях производства.

В процессе создания, испытаниям подвергаются детали, узлы

исобранное изделие. В производственных процессах, чаще всего, испытания подвергаются готовые изделия с целью контроля соответствия критических и опасных характеристик качества. Например, при производстве бытовых холодильников, 100% контролю подвергается электрическая изоляция бытового прибора на пробой – как обязательное условие обеспечения безопасности.

В зависимости от выполняемых задач стенды могут предназначаться для испытания какой-либо одной или комплекса характеристик, от этого зависит применяемая схема испытательного стенда.

По типу воздействия:

электрические;

гидравлические;

химические;

температурные;

влажностные и т.д.

По результату воздействия:

неразрушающие;

разрушающие;

прочностные;

на устойчивость к разным средам.

На соответствие заявленным характеристикам:

комплексные;

ресурсные;

динамические;

статические;

прочностные;

погружные.

На сегодняшний день на сервисных предприятиях по ремонту приводов штанговых скважинных насосов существует стенд для испытания станков-качалок (рис. 1) без моделирования гидродинамических нагрузок.

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 95 ~

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

Рисунок 1 – Стенд испытания станка-качалки без моделирования гидродинамических нагрузок (1 – станок-качалка; 2 – основание; 3 – шахта; 4 – направляющая; 5 – полированный шток; 6 – траверса; 7 – канатная подвеска; 8 – груза)

Стенд представляет собой следующую ко нструкцию: на бетонном основании 2 устанавливается и закрепляется станок-качалка 1, в передней части строго вертикально под головкой балансира расположена шахта 3 с помещенной в ней груза 8. Стенки шахты 3 выложены фундаментными блоками, во избежании разрушения и обвала грунта в шахту.

Стенд работает следующим образом: при проведении испытания требуемый привод скважинного глубинного насоса (станок-качалку) 1 помещают на основание 2, закрепл яют анкерами и соединяют канатную подвеску (стальной канат) 7 с о дной стороны с пятаком головки балансира, с другой стороны с вертикальным полированным штоком 5 при помощи клиновых зажи мов траверсы 6, который в свою очередь соединен в нижней части со специальной рамой на которой закреплены груза 8.

~ 96 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

Для центровки и избежания смещения груза при испытании от вертикальной оси, в верхней части шахты установлена направляющая 4. При включении станции управления станка-качалки, груз 8 начинает перемещать по вертикальной оси вслед за головкой балансира вверх и вниз под собственной тяжестью. Массу груза 8 возможно уменьшить или увеличить, для этого необходимо в отключенном состоянии добавить дополнительные или снять лишние грузы (используются в качестве груза противовесы станка-качалки). На данном стенде происходит испытание на грузоподъемность станкакачалки, без учета различных гидродинамических факторов при работе приводов штанговых скважинных насосов.

Недостатки существующей конструкции стенда испытания приводов штанговых скважинных насосов:

отсутствие гидродинамических нагрузок;

длительная переналадка при испытании различных типоразмеров станка-качалки (добавление или убавление количества грузов);

повышенная металлоемкость;

отсутствие амплитуды изменения нагрузок.

Динамические испытания относят к испытаниям на надёжность. Этот вид испытаний также применяют на этапе создания изделия, с целью формирования номинальных характеристик качества. Стенд имитирует различные виды динамических нагрузок, котором может подвергаться изделие в процессе эксплуатации, при этом, важно понимать, что нагрузки должны достигать максимальных значений [4-18].

Данные стенды должны воспроизводить весь спектр динамических нагрузок, таких как удары, тряска, различные виды деформаций, резкие поднятия и опускания, а также многие другие движения, характерные для эксплуатации проектируемого изделия. Так одной из разновидности динамических испытаний бытовых холодильников, является имитация перевозки изделия в кузове автомобиля по пересечённой местности. Во время испытаний, бытовой прибор подвергают максимальному качанию, вертикальным ударам, тряске во всех направлениях. После испытаний, изучают целостность основных деталей и узлов изделия, а также работоспособность.

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 97 ~

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

Детальные экспериментальные исследования, проводимые на добывающих скважинах или специальных стендовых скважинах с использованием натурных образцов насосного оборудования, в ряде случаев оказываются весьма затруднительными в связи с технологической сложностью реализации, значительными материальными и трудовыми затратами. Одним из наиболее удобных является метод исследования, базирующийся на аналогии между процессами, происходящими при откачке скважинной продукции штанговыми установками (упругими колебаниями в стержнях с нелинейными граничными условиями) и эквивалентными им механическими, электрическими процессами.

Проведенное патентное исследование темы «Разработка стенда для моделирования работы установки скважинного штангового насоса выявило следующие способы решения»:

«Установка для исследования сил сопротивления движению колонны штанг в стволе скважины» (патент RU 1209832) [5, 19];

«Установка для испытаний штанговых насосов» (патент RU 2238434) [6, 19];

«Стендовая установка для исследования процесса механического износа внутрискважинного оборудования» (патент RU 70320) [7, 19];

«Стенд для моделирования работы установки скважинного штангового насоса» (патент RU 2741821) [8, 19].

Однако самым эффективным на мой взгляд представляется решение: стенд для моделирования работы установки скважинного штангового насоса (патент RU 2741821). Стенд (рис. 2, 3) включает в себя станок – качалку 1 и имитатор нагрузки А, для крепления которого предусмотрен кронштейн 2, на котором установлен упор 3 штока 4. Шток 4 подвешен к головке 5 балансира через пружину 6 моделирования деформации штанговой колонны на канатную подвеску 7 с тензодатчиком 8 и проходит через имитатор нагрузки, взаимодействуя с зажимающим устройством 9, через головку 10, образуя пары трения между штоком 4, головкой 10 зажимающего устройства 9 и упором 3. На головке 10 зажимающего устройства 9 и упоре 3 установлены пластины «феродо» 11 и 12 соответственно, имеющие повышенный коэффициент трения. В нижнем конце штока 4 подвешен груз 13, находящийся в емкости 14 с вязкой жидкостью 15.

~ 98 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

Зажимающее устройство 9 (рисунок 2, 3) состоит из цилиндрического корпуса 16, крышек 17 и 18, второй пружины 19, контактной головки 10 с пластинами «феродо» 11, тарельчатой направляющей 20 с внешними упорами, винта 21, установленного в резьбовом кронштейне 22.

Рисунок 2 – Общий вид стенда для моделирования работы установки скважинного штангового насоса

(1 – станок-качалка; 2 – кронштейн; 3 – упор; 4 – шток; 5 – головка; 6 – пружина; 7 – канатная подвеска; 8 – тензодатчик; 9 – зажимающее устройство; 10 – головка; 11,12 – пластины; 13 – груз; 14 – емкость; 15 – вязкая жидкость; 16 – цилиндрический корпус; 17, 18 – крышки; 19 – пружина; 20 – тарельчатая направляющая; 21 – винт;

22 – резьбовой кронштейн; 23 – ваттметр)

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 99 ~