С этой целью для преобразования вращательного движения выходного вала редуктора в возвратно-поступательное движение подвески устьевого штока в станках-качалках предложен дифференциальный кривошипный преобразующий механизм, который обеспечивает вертикальное прямолинейное возвратно-поступательное движение натяжного шкива непосредственно на ведущем кривошипе и передает его на подвеску устьевого штока через установленные на перекладине направляющие шкивы.
Особенностью дифференциального преобразующего механизма станков-качалок является то, что кривошипы расположены с одной стороны редуктора, взаимосвязаны между собой через планетарную цилиндрическую передачу внешнего зацепления, расположенную в корпусе центрального кривошипа, имеют равные радиусы и вращаются в разные стороны. При этом скорость движения и ускорение сальникового штока при применении дифференциального преобразующего механизма практически не отличаются от значений при применении балансирного механизма. На натяжной шкив центрального кривошипа со стороны скважины всегда действует направленное вверх тяговое усилие, поэтому расположенные консольно по отношению к редуктору кривошипы фактически имеют две опоры - выходной вал редуктора и натяжной шкив ведущего кривошипа. Важно при этом еще и то, что такое расположение кривошипов исключительно благоприятно для получения от их массы и массы противовесов на ведущем кривошипе большого тягового усилия на подвеске устьевого штока, при сравнительно небольшом радиальном усилии, передаваемом на выходной вал редуктора.
На стойку дифференциального станка-качалки действует только вертикально направленное усилие. Это обеспечивает дифференциальному станку-качалке хорошую устойчивость при работе, а возможные отказы при работе скважины - зависание штока, обрыв штока или каната - также не приводят к потере устойчивости станка-качалки и каким-либо повреждениям металлоконструкции, узлов и деталей, поскольку при этом исчезает нагрузка на стойку. При заклинивании в скважине возрастает нагрузка на стойку, но и при этом на стойку действуют только вертикально направленное усилие, и поэтому станок-качалка остается в устойчивом состоянии. Для исключения схода каната со шкивов предусмотрены ограждения.
Длина хода у дифференциальных станков-качалок нерегулируемая, изменяется только частота качаний за счет смены шкивов на валу электродвигателя. При этом длина хода равна сумме четырех радиусов кривошипов. Это позволяет уже при длине радиусов кривошипов 1 м получить длину хода 4 м, а при длине радиусов кривошипов 1,25 м получить длину хода 5 м. При этом следует иметь в виду, что для получения длины хода 5 м у балансирных станков-качалок потребуется применить неравноплечий балансир с соотношением плеч, близким к двум. Это неблагоприятно, так как во столько же раз увеличивается тяговое усилие, действующее на шатуны, траверсу и их опоры. Увеличиваются также и действующие на стойку горизонтальные знакопеременные усилия, головка балансира приобретает нерационально большие размеры, возникают проблемы с балансиром, так как сильно возрастает изгибающий момент.
В сравнении с балансирными станками-качалками дифференциальные станки-качалки имеют большую надежность и безотказность, поскольку у них отсутствуют такие слабые звенья, как шатуны, траверсы, поворотная головка балансира и их опорные узлы. Они заменены более надежными - натяжным шкивом на ведущем кривошипе, сравнительно короткой равноплечей перекладиной с направляющими шкивами. Дифференциальные станки-качалки имеют лучшие динамические характеристики, поскольку кривошипы вращаются встречно, нет присущих балансирным станкам-качалкам значительных неуравновешенных масс и действующих на стойку горизонтально направленных знакопеременных усилий, а также обеспечивается лучшее центрирование с устьем скважины, поскольку головка с балансиром заменены неподвижной перекладиной с установленным на ней направляющим шкивом.
Применение дифференциальных станков-качалок позволит повысить надежность и безотказность работы станков-качалок на нефтепромыслах, уменьшить эксплуатационные расходы, увеличить межремонтный период работы скважин и увеличить отдачу скважин, свести к минимуму динамические усилия при работе станка-качалки, обеспечить лучшее центрирование с устьем скважины, получить рациональные конструкции станков-качалок с большой длиной хода и большими тяговыми усилиями.
В итоге можно сделать вывод о том, что станки-качалки с дифференциальным кривошипным преобразующим механизмом по сравнению с другими имеют более прогрессивную и надежную конструкцию. Для их создания к настоящему времени сделано уже многое - разработаны конструкция дифференциального преобразующего механизма, конструкторская документация на типовой представитель типажного ряда, станок-качалку ОНСК 60 с тяговым усилием 60 кН и длиной хода 2,1; 2,5 и 3,0 м, изготовлен макетный образец, предложены различные варианты конструкций дифференциальных станков-качалок. Анализ достоинств дифференциальных станков-качалок показывает практическую ценность этого направления совершенствования приводов штанговых скважинных насосов.
1. Дифференциальный кривошипный преобразующий механизм с неподвижным центральным колесом планетарной передачи центрального кривошипа (патент RU 2 246 650 C2). Такой преобразующий механизм позволяет использовать серийно выпускаемые редукторы, при условии изменения конструкции выходного вала.
2. Дифференциальный кривошипный преобразующий механизм с вращающимся центральным колесом планетарной передачи центрального кривошипа (патент RU 2 303 182 С2).
3. Дифференциальный станок-качалка со стойкой, расположенной над редуктором симметрично относительно оси выходного вала и продольной оси редуктора (патент RU 2 270 367 C2).
Такой вариант конструкции дифференциального станка-качалки рассматривается как основной для внедрения на нефтепромыслах на первом этапе их применения. При этом применен дифференциальный кривошипный преобразующий механизм с неподвижным центральным колесом планетарной передачи центрального кривошипа.
4. Дифференциальный станок-качалка со стойкой и преобразующим механизмом, расположенными с одной стороны редуктора (RU 2 265 138 С2).
5. Дифференциальный длинноходовой станок-качалка с полиспастом (патент RU 2 267 649 C2).
6. Дифференциально-балансирный станок-качалка со стойкой и преобразующим механизмом, расположенными с одной стороны редуктора.
7. Дифференциально-балансирный станок-качалка со стойкой, расположенной над редуктором симметрично относительно оси выходного вала и продольной оси редуктора.
8. Дифференциальный длинноходовой станок-качалка с полиспастом и раздельным приводом на каждую ветвь гибкого элемента (патент RU 2 308 616 C2).
9. Дифференциально-балансирный станок-качалка для больших тяговых усилий с раздельным приводом на каждую ветвь гибкого элемента.
