Вопрос 1.11. Конструкция поршневого насоса. Основные узлы и детали насоса

Поршневые насосы применяются при капитальном ремонте сква­ жин для обеспечения циркуляции промывочной жидкости при буре­ нии вторых стволов, разбуривании пробок и т. д. Поршневые насосы состоят из механической и гидравлической частей. Механическая часть служит для передачи механической энергии от двигателя (ДВС либо электродвигатель) к поршням, движущимся возвратно-посту­ пательно.

Гидравлическая часть служит для преобразования механической энергии поршней в гидравлическую энергию перекачиваемой жид­ кости и для придания жидкости необходимого направления.

Наиболее широко применяются поршневые приводные насосы с двумя цилиндрами двухстороннего действия или с тремя плунже­ рами одинарного действия, с кривошипно-шатунным механизмом и зубчатым редуктором (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Поршневой насос

Приводная часть насоса состоит из ведущего вала 1, получающе­ го вращающий момент от двигателя, соединенного с ним клиноре-менной или цепной передачей. Ведущий вал связан с коренным ва­ лом 2 зубчатым редуктором 3. Коренной вал с кривошипно-шатун­ ным механизмом 4 преобразует вращательное движение вала в воз­ вратно-поступательное движение ползуна. Приводная часть разме­ щается в закрытом корпусе, предотвращающем попадание влаги и абразива в масляный картер.

Для предотвращения попадания бурового раствора в картер штоки поршней соединяют не непосредственно с крейцкопфом, а через до­ полнительный шток, соединенный со штоком цилиндра посредством специального отбойника. Он предотвращает попадание бурового ра­ створа, выливающегося через уплотнение штока в приводную часть.

- 2 3 -

Гидравлическая часть насоса состоит из приемного коллектора 5, клапанно-распределительного механизма, включающего всасываю­ щие 6 и нагнетательные 7 клапаны, цилиндропоршневой группы 8, включающей цилиндровую втулку, поршень, его шток 9 с уплотне­ нием, нагнетательный коллектор 10.

Гидравлическая часть поршневого бурового насоса состоит из кор­ пусных деталей постоянного применения, ресурс которых равен ре­ сурсу всего насоса в целом, и сменных деталей с ресурсом около 100 ч, в зависимости от условий работы. К числу быстроизнашивающихся сменных деталей поршневого насоса относятся цилиндры, поршни (плунжеры), клапаны и сальниковые уплотнения

Клапанная коробкаотносится к гидравлической части насоса.В ней размещены рабочие камеры насоса и клапаны; ее также назы­ вают цилиндром насоса. Большей частью клапанную коробку выпол­ няют отдельно от станины. В многоцилиндровых насосах клапанные коробки изготавливают отдельно друг от друга или в общем блоке.

В зависимости от рабочего давления, температуры и коррозион­ ных свойств перекачиваемой жидкости клапанные коробки изготав­ ливают литыми из чугуна или стали (углеродистой, нержавеющей). Для высоких давлений клапанные коробки выполняют коваными, например у насосов для гидроразрыва пласта (на 50...70 МПа).

У насосов перекачивающих загрязненные жидкости (содержащие песок), как, например буровых или промывочных, рабочая поверх­ ность клапанной коробки (цилиндра), по которой перемещается пор­ шень, быстро изнашивается. Поэтому для таких насосов применяют сменные цилиндровые втулки, внутренняя поверхность которых об­ рабатывается по высокому классу точности и подвергается термохи­ мической обработке для увеличения износостойкости.

У насосов, перекачивающих щелочные и химически разъедающие жидкости, рабочие поверхности защищают специальными облицов­ ками.

Поршниизготавливают из чугуна, а для высоких давлений из ста­ли. Для уплотнения поршня в цилиндре используют кожу, резину, металл и другие предметы. Кожа и резина хорошо работают при пе­ рекачке холодных загрязненных жидкостей. Так, у насосов, перека­ чивающих под значительным давлением жидкость, содержащую аб­ разивные частицы (песок), поршни снабжают резиновыми самоуп­ лотняющимися манжетами (рис. 1.9).

Иногда манжеты закрепляют на металлическом корпусе, и они являются сменными; в других конструкциях резиновые манжеты при-вулканизируют к сердечнику и при износе заменяют весь поршень. Поршни насосов, перекачивающих нефтепродукты, снабжают чугун­ ными пружинящими уплотняющими кольцами (рис. 1.10).

- 2 4 -

Плунжерыизготавливают изчугуна или стали. Плунжеры не­ большого диаметра делают сплошными, а плунжеры диа­ метром более 100 мм - в виде полого стакана (рис. 1.11). В на­ сосе плунжер передвигается в короткой втулке и в набивке уп­ лотняющего сальника.

Сальникиустанавливаютв месте прохода штока или плун­ жера через стенку цилиндра для предотвращения утечки жидко­ сти. Фонарь сальника выполня­ ют в виде кольца с радиальными отверстиями для подачи и отво­ да смазывающей жидкости.

Нормального уплотнения можно достигнуть только при аккуратно уложенной и затяну­ той набивке. Шток должен быть ровным и с очень гладкой повер­ хностью. Сальник требует боль­ шого внимания при работе насо­ са, так как он может оказаться источником потерь перекачива­ емой жидкости и загрязнения помещения насосной, а также причиной пожаров при перекач­ ке легковоспламеняющейся жидкости.

Для набивки сальника при­ меняют асбестовый шнур, кожа­ ные или резиновые манжеты, металлические кольца в зависи­ мости от рода перекачиваемой жидкости, ее температуры и Давления.

Клапаныпредназначены дляпериодического разобщения ра­ бочей камеры насоса от простран­ ства всасывания и нагнетания,

Рис. 1.9. Поршень с резиновыми самоуплотняющимися

манжетами:

1 - резина; 2 - сердечник

Рис. 1.10. Поршень с пружинящими кольцами:

1 - корпус; 2 - крышка;

3 - уплотнительные кольца;

4 - дистанционное кольцо;

5 - гайка; 6 - шток

Вппзанша. И—шив

,,,„,,,,„„Ж 1|..,,,,||,,|.итаГ

а 5

Рис. 1.11. Плунжеры:

а - закрытого типа;

б - открытого типа

- 2 5 -

17 J

Рис. 1.12. Сальник плунжера насоса с мягкой набивкой:

1 - набивочные кольца;

2 - сальниковый фонарь;

3 - набивка; 4 - вкладыш нажимной втулки;

5 - грундбукса; 6 - плунжер (шток)

7 - набивочные баббитовые кольца

Рис. 1.13.

Тарельчатый клапан: / - тарелка; 2 - седло;

3 - резиновое уплотняющее кольцо;

4 - нажимная шайба;

5- замковая шайба; 6 - втулка;

7 - пружина.

при этом обеспечивается движе­ ние жидкости в одном опреде­ ленном направлении.

Клапан - один из важнейших узлов, дефекты в работе которо­ го сильно отражаются на подаче и надежности работы насоса.

Клапаны, устанавливаемые на всасывающей и на нагнетательной частях насоса, обычно выполняют­ ся одинаковыми. По принципу действия они подразделяются на самодействующие (автоматичес­ кие) и принудительные действия. Самодействующие клапаны от­ крываются давлением жидкости на их нижнюю поверхность, а зак­ рываются под действием собствен­ ного веса или совместного дей­ ствия веса и давления пружины. Клапаны принудительного дей­ ствия приводятся в движение от вала насоса через передаточный механизм. Самодействующие кла­ паны в зависимости от рода дви­ жения подразделяются на подъем­ ные и откидные или шарнирные. Подъемные клапаны в свою оче­ редь выполняются тарельчатыми, кольцевыми и шаровыми.

Применение клапанов того или иного типа зависит главным образом от рода перекачиваемой жидкости и числа ходов поршня.

Наибольшее распространение

в нефтяной промышленности по­ лучили насосы, снабженные та­ рельчатыми (рис. 1.13) и шаровы­ ми клапанами, причем последние применяют преимущественно

в скважинных насосах.

При проводке глубоких скважин применяют насосы У8-6М, У8-7М (рис. 1.14). Буровые насосы У8-6М и У8-7М, горизонталь­ ные, поршневые, двухцилиндровые, двойного действия, состоят из

- 2 6 -

гидравлической и приводной частей, смонтированных на общей раме. Гидравлическая часть насоса У8-6М состоит из следующих основных узлов: двух литых стальных гидравлических коробок, соединенных между собой снизу приемной коробкой, а сверху корпусом блока пнев-мокомпенсаторов. На приемной коробке установлен всасывающий воздушный колпак. Приемная коробка насоса соединяет всасывае­ мую трубу со всасывающими клапанами (рис. 1.13). Внутри гидрав­ лических коробок устанавливают сменные цилиндровые втулки, внут­ ренний диаметр которых выбирают в зависимости от требуемого дав­ ления и подачи насоса. Наружные размеры всех втулок одинаковы.

С целью повышения сроков службы втулок внутренняя поверх­ ность их подвергается термической обработке. Цилиндровые втулки 2 уплотняются путем установки между буртиком цилиндровой втул­ки и стаканом двух комбинированных уплотнений разделенных сталь­ ным кольцом. Кольцо имеет по наружному и внутреннему диамет­ рам проточки с отверстиями. В случае износа уплотнения через спе­ циальное отверстие в гидравлической коробке раствор должен выте­ кать наружу, что и является сигналом о неисправности уплотнения цилиндровой втулки. Цилиндровые втулки закрепляются с помощью стакана 4 и крышки подтягиванием гаек. Цилиндровая крышка 3 уп­ лотняется при помощи самоуплотняющихся манжет. В цилиндровых втулках перемещаются поршни (рис. 1.9). Поршень состоит из сердеч­ ника 2 с конической расточкой и привулканизированных к нему двух резиновых манжет 1. Поршень насажен на конический хвостовик што­ ка и крепится к нему с помощью гайки 5 (см. рис. 1.10). Шток соединен с надставкой штока 7 (рис. 1.14), резьбовой конец которой ввинчен

Рис. 1.14. Буровой насос У8-7М:

1 - поршень; 2 - цилиндровая втулка; 3 -крышка цилиндра; 4 - упорный стакан; 5 - нагнетательный клапан; 6 - корпус клапанной коробки; 7 - надставка штока; 8 - шток; 9 - сальниковое уплотнение штока; 10 - корпус насоса;

И - трансмиссионный вал; 12 - коренной вал; 13 - ведомая головка шатуна; 14 - шатун; 15 - ползун; 16 - направляющие ползуна

- 2 7 -

в корпус ползуна. При вращении эксцентрикового вала, через шатуны, ползуны и штоки поршни получают возвратно-поступательное движе­ ние. Для увеличения износостойкости штоков их рабочая поверхность закаливается на высокую твердость. Уплотнение (рис. 1.12) состоит из корпуса направляющей втулки, упорного резинового кольца 3, четы­ рех уплотнительных резиновых колец , упорного кольца 2 и второй направляющей втулки. Направляющие втулки и упорное кольцо изго­ тавливают из капролита. Упорное кольцо прижимается при помощи нажимной втулки 4. Подтяжка уплотнения производится при нерабо­ тающем насосе с помощью гаек и шпилек.

Для увеличения долговечности уплотнения штоки смазываются и охлаждаются жидким маслом.