Поршневые и плунжерные насосы

Эти насосы широко распространены во всех отраслях промышленности и в сельском хозяйстве при необходимости обеспечения относительно больших напоров подаваемой жидкости. Они также широко применяются на судах и плавсредствах всех классов в качестве трюмных, зачистных и прочих насосов.
Поршневые и плунжерные насосы служат для нагнетания жидких сред (глинистых, цементных, солевых растворов) и применяются для буровых работ и для нагнетания воды в пласт с целью интенсификации добычи нефти. Поршневой (плунжерный) насос конструктивно выполнен в виде двух блоков: приводного и гидравлического (рис. 1.5.1).
Гидравлический блок состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочие камеры со всасывающими и напорными клапанами, поршнем или плунжером (плунжерами), совершающими возвратно-поступательное движение в цилиндрах.

К блоку присоединены всасывающий и напорный трубопроводы. Воздушный колпак крепится непосредственно на блок или на трубопровод.
Вращательное движение вала приводного двигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня (плунжера) с помощью кривошипно-шатунного механизма приводного блока.
Подача насоса находится в прямой зависимости от диаметра поршня (плунжера), длины его хода и частоты вращения кривошипа. Как правило, эти агрегаты имеют или понижающий редуктор, устанавливаемый между электродвигателем и насосом или встраиваемый в приводной блок, или клиноремённую передачу.

На снижение подачи влияет: запаздывание посадки напорного и всасывающего клапанов, а также утечки через клапаны и уплотнения. Потери эти заметно увеличиваются с повышением давления.

Для устранения неравномерности подачи - специфического недостатка поршневых приводных насосов - имеется ряд конструктивных приёмов.
Одним из них является установка на напорных и всасывающих линиях воздушных колпаков, обеспечивающих более равномерную подачу.
Благодаря большой упругости воздуха, находящегося в колпаке, жидкость до всасывающего колпака и после нагнетательного колпака имеет меньшую неравномерность потока, достаточную для нормальной работы всей гидравлической системы. Помимо использования воздушных колпаков в поршневых насосах применяется конструкция с двухсторонним действием поршня. У поршневых насосов двухстороннего действия камеры с клапанами располагаются по обе стороны цилиндра и поэтому движение поршня в любую сторону является рабочим: циклу всасывания в одной камере соответствует цикл нагнетания в другой и наоборот.
Кривошипы коленчатым вала расположены по отношению друг к другу под определённым углом. Наибольшее распространение нашли трёхплунжерные насосы, у которых кривошипы расположены относительно друг друга под углом 120°.

Широкое распространение в насосах этой группы получило применение плунжера в качестве вытеснительного элемента рабочей камеры потому, что плунжер допускает большую, чем поршень, быстроходность насоса, что обеспечивает значительное снижение массогабаритных характеристик насоса, а, следовательно, и агрегата.

Плунжер представляет собой цилиндр, имеющий внешнее уплотнение на входе в рабочую камеру и движущийся, не касаясь внутренних стенок рабочей камеры (его направляющие находятся в приводной части и могут смазываться). Поршневые и плунжерные насосы имеют одну и ту же область применения, но последние проще в эксплуатации, т.к. у них меньше изнашиваемых деталей (в гидравлической части отсутствуют поршневые кольца, манжеты и другие детали, работающие непосредственно в рабочей жидкости).
Наиболее сложной проблемой для поршневых и плунжерных приводных насосов является регулирование подачи.

Буровые насосы состоят из двух основных частей - гидравлической и трансмиссионной (приводной). Конструкции этих насосов довольно разнообразны, но отдельные элементы выполняются однотипно. Например, трансмиссионная часть трех поршневого насоса отличается от таковой двух поршневого тем, что коренной вал в первом случае имеет три эксцентрика или кривошипа, а во втором два.

Гидравлические части отличаются числом цилиндров, поршней, клапанов и их расположением. Существенным отличием гидравлической части трех поршневого насоса от двух поршневого является то, что этот насос не имеет камеры со штоком и уплотняющего сальника, что не только упрощает его конструкцию, но и исключает износ штока и облегчает эксплуатацию, так как не надо подтягивать и менять сальники и изношенные штоки.

Рис. 20. Двухпоршневой на­сос двухстороннего действия:

а — общий вид; б — продольный разрез: 1 — станина; 2 — рама-са-зазкн; 3, 5 — клапаны всасываю­щий и нагнетательный; 4, 8 — трубопроводы входной и выход­ной; 6 — компенсатор; 7 —транс­миссионный вал; 9— ползун со штоком; 10— крнвошнпно - шатунный механизм; 11 — цилиндр с поршнем

Трансмиссионная (приводная) часть бурового насоса - это устройство, которое преобразует вращательное движение ведущего трансмиссионного вала в возвратно-поступательное движение поршней и снижающее частоту вращения коренного вала.

Трансмиссионная (приводная) часть буровых насосов смонтирована в литой или сварной станине и состоит из коренного вала в сборе с зубчатым колесом, трансмиссионного вала с шестерней и шкивом или звездочкой, шатунов, ползунов и промежуточных штоков.

Конструктивная схема трехпоршневых и двухпоршневых насосов определяет их ширину и массу.

При небольшой мощности бурового насоса (200 - 300 кВт) схема его трансмиссионной части не имеет большого значения, так как небольшая масса не влияет на его монтаже способность. Для насосов больших мощностей масса не только увеличивает их стоимость, но и снижает монтаже способность, поэтому для мощных насосов необходимо выбирать схему, обеспечивающую их минимальную массу.

Основные требования, предъявляемые к буровым насосам

К буровым насосам предъявляют следующие основные требования:

- подача бурового промывочного раствора должна быть регулируемой в пределах, обеспечивающих эффективную промывку скважины;

- мощность насоса должна быть достаточной для промывки скважины и привода забойных гидравлических двигателей;

- скорость промывочной жидкости на выходе из насоса должна быть равномерной для устранения инерционных нагрузок и пульсаций давления, вызывающих осложнения в бурении, дополнительные энергетические затраты и усталостные разрушения;

- насосы должны быть приспособлены для работы с абразиво - и масло содержащими коррозионно-активными промывочными растворами различной плотности;

- узлы и детали, контактирующие с промывочным раствором, должны обладать достаточной долговечностью и быть приспособленными к удобной и быстрой замене при выходе из строя;

- крупногабаритные узлы и детали должны быть снабжены устройствами для надежного захвата и перемещения при ремонте и техническом обслуживании;

- узлы и детали приводной части должны быть защищены от промывочного раствора и доступны для осмотра и технического обслуживания;

- насосы должны быть приспособлены к транспортировке в собранном виде на далекие и близкие расстояния и к перемещению волоком в пределах буровой;

- конструкция насосов должна допускать правое и левое расположение двигателей насосного агрегата;

- надежность и долговечность насосов должны сочетаться с их экономичностью и безопасностью эксплуатации.

Основные критерия выбора насосного оборудования.

Существует три основных группы критериев, которые необходимо учитывать при выборе насосного оборудования для бурения:

1) Конструктивные и технологические требования к агрегату;

2)Характеристики перекачиваемого раствора (вязкость, густота, содержание твердых частиц);

3) Требуемые расчетные параметры.

К перечню расчетных параметров относятся такие характеристики как производительность агрегата (объем подачи — Q), напор (Н) и потребляемая мощность привода.

Расход для любых насосов поршневого типа можно высчитать по формуле , где:

площадь поперечного сечения;

D — длина хода поршня;

скорость вращения вала (об/мин);

коэффициент полезного действия.

Напор агрегата определяется по формуле:

, в которой:

— давление жидкости в заборной емкости, — в приемной;

f — плотность жидкости;

g — ускорение свободного падения при заданной плотности;

V — высота всасывания раствора;

р — потери напора.

Список использованной литературы

1. Ривкин П.Р. Техника и технология добычи и подготовки нефти на нефтепромыслах: справ.пос.- Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2008

2. Снарёв А.И. Расчёты машин и оборудования для добычи нефти и газа: учебно-практическое пособие.- М.: Инфра-Инженерия, 2010

3. Сызранцев, В. Н. Расчет прочностной надежности изделий на основе методов непараметрической статистики / В. Н. Сызранцев, Я. П. Невелев, С. JI. Голофаст. - Новосибирск: Изд-во «Наука», 2008. - 218 с.

4. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование. - Екатеринбург, 2002. - 592 с.

5. Макушкин, Д. О. Расчет и конструирование машин и оборудования для нефтяных и газовых промыслов: учеб. пособие / Д. О. Макушкин. - Красноярск: КГТУ, 2005. - 120 с.

Дополнительные источники

1. Ефимченко С.И., Прыгаев А.К. Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов. Часть 1. Расчет и конструирование оборудования для бурения нефтяных и газовых скважин.- М., 2006.

2. Муравенко В.А. и др. Эксплуатация бурового оборудования,-

Ижевск, 2008.

3. Протасов В.Н. и др. Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи,- М., 2004.