Устройство поршневых насосов и принцип их действия

1.2 Устройство поршневых насосов и принцип их действия

Рис 1.2 Схема поршневого насоса одинарного действия	Рис 1.3 Схемы гидравлической части насосов. а - одноцилиндровый поршневой насос двойного действия; б - плунжерный диафрагменный насос одинарного действия.

На рис. 1.2 представлена схема горизонтального поршневого насоса одинарного действия. Он состоит из цилиндра 6, поршня 2 плотно пригнанного к стенкам цилиндра и движущегося возвратно-поступательно, и двух регулирующих клапанов — всасывающего 3 и нагнетательного 5. Снизу к корпусу присоединен всасывающий трубопровод 4 с приемной сеткой 1, предохраняющей насос от попадания в него посторонних предметов.

При повороте кривошипа 8 по стрелке со от 0° до 180° поршень 2 перемещается в сторону увеличения объема цилиндра и образует разреженное пространство. Всасывающий клапан 3 открывается и жидкость по всасывающей трубе 4, под действием атмосферного давления, устремляется из бассейна в цилиндр насоса. При обратном ходе поршня из правого крайнего положения влево, что соответствует повороту кривошипа от 180° до 360°, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 5 открывается и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод 7.

Действие поршневого насоса за один оборот коренного вала можно расчленить на его составляющие: процесс всасывания, при котором происходит подъем жидкости из нижнего резервуара в цилиндр насоса, и процесс нагнетания, при котором жидкость вытесняется из цилиндра с энергией, достаточной для преодоления всех видов сопротивлений на напорной стороне насоса.

В насосах двойного действия обе стороны поршня являются рабочими. Цилиндры таких насосов имеют четыре клапана (см. рис. 1.3, а). При ходе поршня влево всасывающий 1 и нагнетательный 2 клапаны открыты. Через клапан 1 происходит всасывание, а через клапан 2 — вытеснение жидкости в нагнетательный трубопровод. В это время клапаны 3 и 4 закрыты. При обратном ходе поршня через клапан 3 жидкость поступает в цилиндр, а через клапан 4 производится подача жидкости в нагнетательный трубопровод. В рассматриваемых насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит при каждом ходе поршня.

Трехцилиндровый насос одинарного действия составляет агрегат из трех соединенных вместе насосов одинарного действия. Поршни трехцилиндровых насосов одинарного действия получают движение от кривошипов, установленных под углом 120°. Данные насосы имеют общую всасывающую и нагнетательную линии.

Двухцилиндровые насосы двойного действия составляются из двух одноцилиндровых насосов двойного действия, включенных в общую всасывающую и нагнетательную линии.

В диафрагменном насосе, схема гидравлической части которого представлена на рис. 1.3, б, всасывание и нагнетание осуществляется изменением формы диафрагмы. Он представляет собой обычный насос одинарного действия, в котором перекачиваемая абразивная жидкость 1 отделена гибкой диафрагмой 2 (прорезиненная нейлоновая ткань) от рабочей жидкости 3.

1.3 Преимущества и недостатки поршневых насосов

Поршневые насосы применимы для перекачивания только чистых жидкостей, это объясняется наличием клапанов в конструкции поршневого насоса. Наличие примесей в перекачиваемой жидкости может привести к выходу из строя клапанов насоса. При возвратно-поступательном движении возникают большие силы инерции, поэтому средняя скорость движения поршня ограничивается значениями 0,5-1 м/с. Поршневые насосы обеспечивают прерывистую подачу жидкости. Имеют большие габариты по сравнению с центробежными, это объясняется сложностью их конструкции, при этом поршневые насосы способны обеспечивать большие напоры. Их подача не зависит от напора, что позволяет применять их в качестве насосов дозаторов. КПД поршневых насосов выше чем у центробежных.

Итак, к преимуществам поршневых насосов можно отнести

- независимость подачи от напора

- высокий КПД

- тихоходность

К недостаткам

- высокая стоимость

- сложность конструкции

- сложность регулирования подачи

- чувствительность к механическим примесям

- прерывистая подача рабочей жидкости

Раздел 2

 

2.1 Общие сведения

Буровые поршневые насосы применяются для промывки при бурении структурно-поисковых, нефтяных и газовых скважин. Буровые насосы подают промывочный раствор через колонну бурильных труб к забою скважины для выноса разрушенной долотом породы. В случае турбинного бурения, кроме очистки забоя, движущийся промывочный раствор передает энергию турбобуру, вращая долото.

Наиболее широко в бурении применяются двухцилиндровые поршневые насосы двойного действия. Однако все возрастающее использование находят трехцилиндровые поршневые насосы.

Буровые поршневые насосы по сравнению с поршневыми насосами, работающими на определенных режимах и перекачивающими ньютоновские жидкости с конкретными физико-механическими свойствами (вода, масло и т. п.), находятся в более тяжелых условиях.

С увеличением глубины скважины давление в напорном трубопроводе насоса увеличивается. Буровым насосом приходится перекачивать вязко-пластичные жидкости - глинистые растворы с плотностью от 1 до 2,2 г/см³, текучие и нетекучие и с различной степенью газонасыщенности.

Знание степени влияния перечисленных факторов на гидравлические показатели буровых поршневых насосов важно как с научной, так и с практической точек зрения.

В настоящее время в числе важнейших научно-технических тем в области нефтяной промышленности предусматривается разработка вопросов технологии проводки скважин на глубину 7 - 10 тыс. м. Известно, что с увеличением глубины бурящейся скважины растет давление на выкиде насоса. В связи с этим создаются буровые поршневые насосы, способные развивать высокие давления.

Рассмотрим подробно конструкцию поршневого насоса на примере поршневого бурового насоса УНБ-600 (У8-6М).

Общий вид насоса

Рис 2.1 Общий вид насоса УНБ-600 (1)

1 – станина; 2 – вал трансмиссионный; 3 – кривошипно-шатунный механизм; 4 – система смазки штоков

Рис 2.2 Общий вид насоса УНБ-600 (2)

1 – пневмокомпенсатор; 2 – клапан предохранительный; 3 – блок гидравлический; 4 – рама; 5 - подогреватель

2.2 Технические данные УНБ-600

Ход поршня, мм	400
Диаметр поршня, мм	170
Максимальное число двойных ходов в минуту	66
Давление на выкиде, МН/м²	13,9
Теоретическая подача, дм³/с	35,5
Мощность приводная, кВт	585
Мощность гидравлическая, кВт	497
Масса, кг	27020 со шкивом
Масса на единицу приводной мощности, кг/кВт	46
Диаметр всасывающего отверстия, мм	275
Диаметр нагнетательного отверстия, мм	109
Число цилиндров	2
Тип поршня	Дисковый гуммированный
Клапаны	Тарельчатые конические
Число клапанов	8
Диаметр проходного отверстия седла клапана, мм	145
Диаметр штока, мм	80
Тип передачи от приводного вала	Зубчатая с косым зубом (φ = 9°22´)
Передаточное число зубчатой передачи	4,92
Расчетный диаметр приводного шкива, мм	1400
Число клиновых приводных ремней типа Д	18
Скорость вращения приводного вала, об/мин	325
Габариты, мм:
- длина	5000
- ширина	2770
- высота	3235

2.3 Конструкция УНБ-600

Буровой насос УНБ-600 горизонтальный, поршневой, двухцилиндровый, двойного действия, состоит из гидравлической и приводной части, смонтированных на общей раме.

2.3.1 Гидравлическая часть насоса УНБ-600

Гидравлическая часть насоса УНБ-600 состоит из следующих основных узлов: двух литых стальных гидравлических коробок, соединенных между собой снизу приемной коробкой, а сверху корпусом блока пневмокомпенсаторов.

На приемной коробке установлен всасывающий воздушный колпак. Приемная коробка насоса соединяет всасывающую трубу со всасывающими клапанами (рис. 2.3, 2.4 и 2.5 ).

Рис. 2.3 Клапан насоса УНБ-600 в сборе:

1 - втулка; 2 – пружина; 3 – тарелка клапана; 4 – седло в сборе

Рис 2.4 Седло насоса УНБ-600 в сборе:

1 – уплотнение клапана; 2 – кольцо пружинное; 3 – кольцо; 4 – кольцо наружное; 5 – седло; 6 – направляющая; 7 – втулка

Рис 2.5 Тарелка клапана насоса УНБ-600

Внутри гидравлических коробок устанавливаются сменные цилиндрические втулки (рис. 2.6, 2.7), внутренний диаметр которых выбирается в зависимости от требуемого давления и подачи насоса. Наружные размеры всех втулок одинаковы. С целью повышения сроков службы втулок внутренняя поверхность их подвергается термической обработке. Уплотнение цилиндровых втулок насоса УНБ-600 (рис. 2.6) производится путем установки между буртиком цилиндровой втулки 1 и стаканом 4 двух комбинированных уплотнений 2, разделенных стальным кольцом 3. Кольцо имеет по наружному и внутреннему диаметрам проточки с отверстиями. В случае износа уплотнения через специальное отверстие А в гидравлической коробке раствор должен вытекать наружу, что и явится сигналом о неисправности уплотнения цилиндровой втулки.

Закрепление цилиндровых втулок производится с помощью стакана 5 и крышки 7 подтягиванием гаек 8.

Рис 2.6 Уплотнение цилиндровых втулок насоса УНБ-600

Цилиндровая крышка 7 уплотняется при помощи самоуплотняющихся манжет 6 и 9. Подтяжка уплотнения 2 цилиндровой втулки производится с помощью болта 10.

Рис 2.7 Цилиндровая втулка насоса УНБ-600

В цилиндровых втулках перемещаются поршни (рис. 2.8). Поршень 13 (см. рис. 2.6) состоит из сердечника с конической расточкой и привулканизированных к нему двух резиновых манжет. Поршень насажен на конический хвостовик штока 14 и крепится к нему с помощью гайки 12 и контргайки 11.

 

Рис 2.8 Поршень П 170-7 (ГОСТ 11267-65) насоса УНБ-600

1 – сердечник; 2 – уплотнение

Шток (рис. 2.9) соединен с надставкой штока (рис. 2.10), резьбовый конец которого ввернут в корпус ползуна. При вращении эксцентрикового вала насоса УНБ-600 через шатуны, ползуны и штоки поршни получают возвратно-поступательное движение.

Для увеличения износостойкости штоков их рабочая поверхность закаливается на высокую твердость.

Рис 2.9 Шток поршня насоса УНБ-600

Рис 2.10 Шток ползуна насоса УНБ-600

Уплотнение (рис. 2.11, 2.12) состоит из корпуса 4, направляющей втулки 6, упорного резинового кольца 5, четырех уплотнительных резиновых колец 5, упорного кольца 11 и второй направляющей втулки.

Рис 2.11 Уплотнение штока насоса УНБ-600

Направляющие втулки и опорное кольцо изготавливаются из капролита. Упорное кольцо 11 поджимается при помощи втулки 7 через фланец 9.

Рис 2.12 Комплект уплотнителей штока насоса УНБ-600

1 – втулка; 2 – упорное кольцо; 3 – манжета уплотнения штока; 4- опорное кольцо

Подтяжка уплотнения производится при неработающем насосе с помощью гаек 10 и шпилек 8.

Для увеличения долговечности уплотнения штока осуществляется смазка и охлаждение штоков жидким маслом. Масло подается на штоки насосом Г11-22. Привод насоса осуществляется от трансмиссионного вала.

Рис 2.13 Уплотнение штока ползуна

Герметизация соединения гидравлической коробки с корпусом 4 осуществляется самоуплотняющейся манжетой 1 и резиновым кольцом 2.

Для того чтобы предотвратить попадание глинистого раствора в приводную часть насоса, создано специальное уплотнительное устройство (рис. 2.13). Глинистый раствор может быть внесен в приводную часть надставкой штока, поэтому отмеченное уплотнение сальникового типа. Манжеты 1, расположенные в корпусе сальника 2, поджимаются фланцем 3. Манжеты обжимают надставку штока и не дают возможность вносить глинистый раствор в приводную часть. Фланец 3 поджимается при остановке насоса. Поджатие осуществляется с тем, чтобы устранить попадание глинистого раствора, чрезмерная затяжка не требуется, так как при этом преждевременно выходят из строя манжеты.