Описание прототипа НБТ – 600

Буровой трехпоршневой насос НБТ-600 (в дальнейшем именуемый "Насос"), предназначен для нагнетания промывочной жидкости под дав­лением в скважину при геологоразведочном и эксплуатационном бурении, а также для перекачки бурового и других растворов для хозяйственных нужд и других целей (например, перекачка раствора цементировочным агрегатам при цементации).

Насос выпускается заводом в нескольких исполнениях. Базовая модель (рис.1.5) состоит из гидравлической части 4, рамы 3, приводной части 2 и системы смазки 1.

Основным отличием данного насоса от наиболее распространённых двухцилиндровых насосов двойного действия является наличие трёх цилиндров с поршнями одностороннего действия.

Основной особенностью этого насоса является быстроходность поршней и поэтому обязательность установки во всасывающем трубопро­воде центробежного подпорного насоса с подачей не менее 50 Дм^З/с.

Рисунок 1.5 – Базовая модель НБТ-600

части станины устанавливаются цилиндровые втулки 14 и штоки 15 в сборе с поршнями 11.

Насос подает промывочную жидкость через колонну бурильных труб на забой скважины для охлаждения долота и выноса разрушенной долотом породы, а также передачи энергии потока промывочной жидкости забойному двигателю и связанному с ним долоту.

В качестве промывочной жидкости применяется вода или глинистый раствор с наличием нефти, щелочи, соды и других компонентов.

Оптимальные режимы бурения обеспечиваются установкой цилиндровых втулок и поршней одного из типоразмеров от 120 до 180 мм и ре­гулированием числа ходов бурового насоса.

Следует помнить, что чем выше степень очистки промывочной жидкости от частиц разрушенной горной породы, тем более долговечна и надежна работа узлов и деталей насоса.

Устройство гидравлической части насоса показано на рисунке 1.6. Три одинаковые клапанные коробки соединяются между собой всасывающим 1 и нагнетательным 7 коллекторами, образуя гидравлический блок.

В конусные гнёзда каждой клапанной коробки 4 устанавливаются две клапанные группы одинаковой конструкции - всасывающая и нагнета­тельная, всасывающая клапанная группа запирается через крышку гидрозажимом 10, а напорная - коронкой крышки 9.

Допускается установка клапанных групп других конструкций.

Между каждой клапанной коробкой 4 и станиной установлен специ­альный стакан 12, в который через верхние люки передней

Рисунок 1.6 – Гидравлическая часть НБТ-600

Приводная часть (рис.1.7) предназначена для преобразования энергия вращательного движения трансмиссионного вала в энергию возвратно-поступательного движения поршней гидравлической части насоса.

Корпус приводной части выполнен разъемным и состоит из станины 1 и несущей крышки, обработанных совместно. Взаимное положение крыши и станины зафиксировано специаль­ными втулками. Приводная часть состоит из трансмиссионного вала 6 и вала с шатунами 9.

Трансмиссионный вал установлен в крышке корпуса на сферических роликоподшипниках. Подшипники, заключены в стаканы и за­крываются снаружи крышками.

Рисунок 1.7 – Приводная часть НБТ – 600

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

При конструкции буровых насосов прежде всего должны быть определены основные параметры – подача, число цилиндров, число двойных ходов поршней и развиваемые насосом давления при наибольшей и наименьшей подачах.

Элементы бурового насоса рассчитываются на прочность по наибольшим нагрузкам, возникающим при работе, а на долговечность – по эквивалентной нагрузке. Для деталей, подверженных абразивному износу, долговечность теоретически не определяется, сроки службы устанавливаются по опыту эксплуатации аналогичных конструкций в зависимости от условий работы и свойств прокачиваемого бурового раствора.

Гидравлический расчет

Полезная мощность насоса рассчитывается [1]:

(2.1)

где N _Д – Мощность приводного двигателя насоса, N _Д =600 кВт;

η_НА – общий КПД насосного агрегата от двигателя до выхода насоса и представляет собой произведение объемного η_о, гидравлического η_г и механического η_м коэффициентов полезного действия насосного агрегата.

Общий КПД насоса рассчитывается [1]:

(2.2)

где	ηо– объёмный КПД насоса, ηо = 0,95–0,99;
	ηг– гидравлический КПД, ηг = 0,97–0,98;
	ηм– механический КПД.

Механический КПД насоса рассчитывается [1]:

(2.3)

где	η1м– КПД трансмиссионного вала на опорах качения, η1м = 0,99;
	η2м– КПД закрытой зубчатой передачи, η2м = 0,98;
	η3м– КПД коренного вала на опорах качения, η3м = 0,975;
	η4м– КПД ползуна и кривошипно-шатунного механизма, η4м = 0,95;
	η5м–КПД уплотнения штока и поршня, η5м = 0,98

N_ПН = 600000· 0,84 = 504000 Вт

Задано максимальное и минимальное давление насоса:

Р_max = 28 МПа;

Р_min = 11,3 МПа.

Рассчитаем максимальную и минимальную подачи насоса, исходя из заданного давления [1]:

(2.4)

(2.5)

м³/с;

м³/с.