МНОГОПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области насосостроения, в частности, к плунжерным насосам и может использоваться для подачи жидких сред при работе со скважинами в нефтяной и газовой промышленности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является трехплунжерный насос НТП-300, описанный в статье Даутова Т.М. и др. «Новое поколение плунжерных насосов высокого давления производства ОАО «Ижнефтемаш» в журнале «Нефтепромысловое оборудование», 2003 г. (см. Приложение к заявке) и выбранный в качестве прототипа..
Известный трехплунжерный насос содержит гидравлическую и приводную часть, а также систему их принудительной смазки и оснащен навесным редуктором.
При этом гидравлическая часть насоса крепится к приводной посредством восьми стяжных шпилек и включает: клапанную коробку (гидроблок), в гнездах которой установлены взаимозаменяемые всасывающие и нагнетательные клапанные узлы с пружинами сжатия; нажимные втулки с центральным шестигранным отверстием для крепления цилиндровых и клапанных крышек с манжетными уплотнителями; сборные плунжеры и штоки; универсальные уплотнительные пакеты плунжеров и нажимные винты. Клапанные узлы типа КПНШ включают седло, затвор и пружину сжатия. Затвор клапана с зафиксированным на нем с помощью замкового сопряжения резиновым уплотнением имеет нижнее направление в виде четырех рожков, шарнирно закрепленных к тарели. Седло, зафиксированное в коническом отверстии гидроблока, имеет установленное в наружной кольцевой канавке эластичное уплотнение.
Недостатком является установка пакета уплотнений плунжеров в каждом гидроблоке (клапанной коробке), что усложняет конструкцию и существенно увеличивает вес. Кроме того, в связи с этим для каждого типа плунжеров (разных диаметров - ∅ 90, ∅ 100, ∅ 110, ∅ 125, ∅.140) необходимо изготовление своего гидроблока, а следовательно и насоса, т.е. расширяет номенклатуру насосов, требующихся эксплуатирующим организациям, снижая технико-экономическую эффективность.
Приводная часть известного насоса включает сварную безразъемную станину, в которой смонтированы продольно расположенные шатунно-крейцкопфные группы и поперечно установленный коренной (коленчатый) вал с тремя эксцентрично расположенными шейками. Станина включает наружные боковые (боковины) и внутренние стенки, соединенные поперечными вертикальными (лобовой, внутренней и задней) перегородками, верхние и нижние горизонтальные плиты, а также днище. В лобовой перегородке станины имеются расточки, в которых монтируются корпусы с размещенными в них уплотнениями штоков, а также резьбовые отверстия под стяжные шпильки крепления гидроблока. К верхней и нижней горизонтальным плитам болтами крепятся направляющие крейцкопфов. Правая и левая боковины в передней части дополнительно соединены между собой трубчатыми коллекторами, в которых приварены штуцеры, присоединенные с помощью трубопроводов к штуцерам, ввернутым в верхние и нижние направляющие крейцкопфов. Коллекторы, трубопроводы и штуцеры служат для принудительной подачи смазки под давлением на верхние и нижние направляющие крейцкопфов..
Насос снабжен навесным редуктором с передаточным числом 4,5, что требует установки коробки передач, дополнительно понижающей обороты, для обеспечения необходимых характеристик насосной установки.
Система смазки насоса обеспечивает принудительную раздельную смазку подвижных узлов приводной и гидравлической частей насоса. Система смазки приводной части включает приемный сетчатый фильтр грубой очистки, масляный фильтр тонкой очистки, манометры, предохранительный клапан, приемный и нагнетательный трубопроводы, смонтированные на станине и крышке коренного подшипника насоса. Приемный сетчатый фильтр ввинчен внизу картера приводной части насоса, а масляный фильтр с помощью полухомутов и плиты установлен с боковой стороны насоса. Приемная линия, связанная с приемным фильтром, имеет фланец для подсоединения к масляному насосному агрегату, служащему для нагнетания масла. Нагнетательный трубопровод, также снабженный присоединительным фланцем, через фильтр тонкой очистки обеспечивает доставку масла одновременно в коллекторы для смазки верхних и нижних направляющих крейцкопфов, а через вертлюг - в коренной вал для смазки головок шатунов. Под давлением, создаваемым насосным агрегатом, масло из картера насоса высокого давления подводится к его узлам трения и стекает обратно в картер. Давление в линии нагнетания ограничивается с помощью предохранительного клапана, который при превышении давления сверх установленного открывается и перепускает часть масла через линию дренажа в картер. Система смазки оснащена двумя манометрами для контроля давления масла и состояния фильтра тонкой очистки. Система смазки плунжеров включает масляный бак, устанавливаемый, например, над насосом; закрепленный на крышке подшипника приводной части шестеренный насос с приводом через мультипликатор от коренного вала; предохранительный клапан; коллектор с обратным клапаном и игольчатыми кранами вентильного типа; всасывающий и нагнетательные трубопроводы, смонтированные на приводной и гидравлической частях насоса. Коллектор распределяет смазку на плунжеры, расход которой регулируется игольчатыми кранами. При превышении давления в системе выше допустимого часть смазки перепускается в масляный бак.
Известно, что система смазки эффективно работает при больших оборотах двигателя. Установка в известном насосе системы смазки в нижней части приводной части насоса делает ее работу не вполне эффективной в плане подачи масла. При этом сама система является достаточно сложной.
Подытоживая вышеизложенное, можно сказать, что недостатком известного насоса являются его не вполне удовлетворительное качество, обусловленное такими показателями как массогабариты, производимое давление, надежность системы смазки.
Задачей является повышение качества насоса путем улучшения его показателей.
Поставленная задача решается тем, что многоплунжерный насосе, включающий в себя гидравлическую и приводную часть, а также систему их принудительной смазки и оснащенный навесным редуктором, в котором гидравлическая часть прикреплена к приводной посредством шпилек и включает в себя гидроблок, в гнездах которого установлены взаимозаменяемые всасывающие и нагнетательные узлы с клапанами, и содержащий нажимные втулки для крепления цилиндровых и клапанных крышек с манжетными уплотнителями, сборные плунжеры и штоки, универсальные уплотнительные пакеты плунжеров и нажимные винты, приемный коллектор, а приводная часть включает в себя безразъемную станину, в которой смонтированы продольно расположенные шатунно-крейцкопфные группы и поперечно установленный коренной (коленчатый) вал, при этом система принудительной смазки включает в себя масляный бак, шестеренный насос с приводом; всасывающий и нагнетательный трубопроводы, маслораспределитель, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, снабжен дополнительным плунжером диаметром 80 мм, установленном в гидроблоке, уплотнительные пакеты плунжеров установлены в едином корпусе, выполненном с наружной резьбой для установки его в гидроблоке, в системе смазки шестеренчатый насос установлен на нижнем приводном валу редуктора, в качестве навесного редуктора использован двухступенчатый редуктор с передаточным числом, равным 10,67.
Наличие в насосе дополнительного плунжера диаметром 80 мм, установленного в гидроблоке, позволяет увеличить производимое им давление, практически не изменяя общую массу насоса, а установка уплотнительных пакетов плунжеров в едином корпусе с наружной резьбой для крепления его в гидроблоке позволяет обойтись одним общим гидроблоком, что снижает вес и габариты насоса (без необходимости использования гидроблоков на каждый уплотнительный пакет). Установка шестеренного насоса в системе смазки на нижнем приводном валу редуктора позволяет обеспечить большое число оборотов и улучшить подачу масла, делая смазку более эффективной, что повышает надежность работы насоса, а использование в качестве навесного редуктора с большим, чем в прототипе, передаточным числом не требует установки дополнительной коробки передач, что также снижает массо-габаритные характеристики. Улучшение перечисленных показателей повышает качество насоса
Технический результат - повышение качества насоса за счет улучшения таких его показателей, таких как масса, величина производимого давления, надежность работы.
Заявляемый многоплунжерный насос обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как наличие дополнительного плунжера диаметром 80 мм, устанавливаемого в гидроблоке, установка уплотнительных пакетов плунжеров в едином корпусе, выполнение этого корпуса с наружной резьбой для установки его в гидроблоке, установка в системе смазки шестеренчатого насоса на нижнем приводном валу редуктора, использование в качестве навесного редуктора двухступенчатого редуктора с передаточным числом, равным 10,67, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый многоплужерный насос может использоваться в передвижных нефтегазопромысловых установках и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - общий вид многоплунжерного насоса сбоку;
- фиг. 2 - гидравлическая часть многоплунжерного насоса;
- фиг. 3 - продольный разрез приводной части многоплунжерного насоса.
- фиг. 4 - разрез приводной части по коренному валу;
- фиг. 5 - система смазки многоплунжерного насоса (вид слева);
- фиг. 6 - система смазки многоплунжерного насоса (вид справа);
- фиг. 7 - соединение навесного редуктора с насосом.
Многоплунжерный насос выполнен описанным ниже следующим образом.
Выполнение всех основных узлов показано на чертежах весьма подробно и описано в соответствии с чертежами. При этом некоторые сборочные и соединительные элементы, такие как болты, шпильки, кольца уплотнительные и стопорные, прокладки и т.п. на чертежах, хотя они упомянуты в тексте, не обозначены, чтобы не загромождать чертежи, поскольку автор прилагает к описанию детально разработанные им чертежи. Многоплунжерный насос (фиг. 1) содержит последовательно расположенные и функционально связанные между собой гидравлическую часть 1, приводную часть 2, связанную с ними систему 3 смазки, и навесной редуктор 4 трансмиссии, связанный с приводной частью 2.
1-3
4
Гидравлическая часть 1 (фиг. 2) прикреплена к приводной части 2 посредством шпилек и включает в себя гидроблок 5, в гнездах которого установлены всасывающие и нагнетательные узлы 6 и 7 с клапанами 8 и 9. При этом нагнетательные узлы 6 снабжены цилиндровыми и клапанными крышками 10 и 11. В гидравлическую часть также входят сборные плунжеры 12 со штоками 13 и уплотнительными пакетами 14, а также нажимные винты 15. Уплотнительные пакеты 14 плунжеров 12 установлены в едином корпусе 16, выполненном с наружной резьбой для установки его в гидроблоке 5. Здесь же в едином корпусе установлен и дополнительный плунжер 12 диаметром 80 мм. Гидравлическая часть 1 насоса может быть изготовлена с различными исполнениями гидроблока 5, в зависимости от диаметра установленных плунжеров 12 (диаметром 80, 90, 100, 110, 125, 140 мм). В исполнениях насосов установлены штоки 13 диаметром 90 мм, соединяющие плунжеры 12 с приводной частью 2 насоса. Гидравлическая часть 1 отделена от внутренней полости приводной части 2 перегородкой станины последней с установленным в ней корпусом сальника 17 с закрепленными в нем уплотнениями 18, сопряженными с подвижной поверхностью штока 13. Рабочая (трущаяся) поверхность плунжеров 12 термообработана и имеет хромовое износостойкое покрытие высокой твердости. Уплотнительные пакеты 14 плунжера 12 имеют разную жесткость (выполнены, например, из резины и резиноткани). Сборный плунжер 12 включает в себя непосредственно плунжер (цилиндрический полый поршень) в котором установлены с одного торца крышка -заглушка 10 с уплотнением, а с другого торца - шайба 19, стягиваемые тягой 20 со штоком 13 через центральное отверстие в шайбе 18 и резьбовое отверстие в крышке - заглушке 10. Такая конструкция плунжера 12 обеспечивает его повышенный ресурс за счет самоустановки плунжера 12 при его сборке и снижения радиальных нагрузок на гильзу в результате компенсации несоосности между расточкой в гидроблоке 5 и штоком 13. В нижней части гидроблока 5 на шпильках крепится всасывающий узел - приемный коллектор 6 (для кислотника) или всасывающий коллектор 6 с центральным всасывающим патрубком (для цементировочника). Коллектор 6 имеет с торцов фланцы для присоединения всасывающего манифольда, уплотненного прокладками, с условным проходом 100 мм (на чертежах не показан). Всасывающий узел - коллектор 6 снизу снабжен тремя отверстиями, расположенными под каждым всасывающим клапанным узлом 8, соосно затворам последних. В эти отверстия устанавливаются узлы 21 подъема клапана, которые имеют стержень для открытия клапана 8.
Такая конструкция позволяет обеспечить полный слив перекачиваемой рабочей среды или промывочной жидкости из полостей насоса в коллектор 6 при остановке насоса после завершения операции.
В верхней части тела гидроблока 5 на уровне верхней кромки седел нагнетательных клапанов 9 имеется нагнетательная полость 22, соединяющая все нагнетательные клапанные камеры и имеющая выходные отверстия на левом и правом торцах гидроблока 5. Нагнетательный манифольд крепится через уплотнения фланцами к гидроблоку 5 посредством шпилек и гаек с одной из сторон гидроблока 5. Противоположный вывод нагнетательной полости 22 гидроблока 5 закрывается заглушкой и резьбовой крышкой 11.
Приводная часть 2 (фиг.3-продольный разрез) включает в себя безразъемную станину 23 (бывш.1), в которой смонтированы продольно расположенные шатунно-крейцкопфные группы 24 и 25 и поперечно установленный коренной (коленчатый) вал 26.
1,2
1
2
3
1, 2
Станина 23 имеет коробчатую форму с одним передним и двумя верхними отверстиями в передней и средней частях, а также с двумя боковыми и тремя задними отверстиями и включает наружные левую и правую боковины 27 и две внутренние продольные перегородки 28, соединенные поперечными вертикальными лобовыми 29, внутренними 29 и задними 29 перегородками, верхними и нижними горизонтальными плитами 30 , а также крышку 31 и днище 32..
1
В лобовой перегородке 29 станины 23 выполнено горизонтальное окно 33. для размещения в нем хвостовой части гидроблока 5.
2
1-3
В средней части на нижней горизонтальной плите 30 станины 23 болтами крепятся нижние направляющие накладки 34 крейцкопфа 25. Верхние направляющие накладки 35 крепятся болтами к направляющей 36 крейцкопфа 25, расположенной под наружной крышкой 31 верхнего люка станины 23. Правая и левая боковины 27, а также две внутренние продольные перегородки 28 станины 23 в верхней части соединены между собой трубой-коллектором 37, к которой приварены три штуцера 38  с трубопроводами 39, присоединенными к штуцерам, ввернутым в направляющие 36 крейцкопфа 25.
Труба-коллектор 37, трубопроводы 39 и штуцеры 38 служат для принудительной подачи смазки под давлением на накладках 34 и 35 при работе насоса.
В передней части крейцкопфа 25 выполнен прилив 40 и резьбовое центральное отверстие - окно 41, в которое ввинчивается хвостик штока 13 плунжера 12 гидравлической части 1.
2
В гидравлической части 1 в торце хвостовой части штока 13 плунжера 12 выполнены два отверстия, в одно из которых устанавливается отогнутый усик 42 стопорной шайбы, периферийная часть которой отгибается по лыске выступа крейцкопфа 25, чем обеспечивает стопорение штока 13 плунжера 12 от самоотвинчивания. В теле внутренних перегородок 29 станины 23 выполнены кольцевые утолщения 44 (бугели), в которых устанавливаются роликовые цилиндрические подшипники 45 промежуточных опор коренного вала 26.
1,2
1
2
Наружные кольца подшипников 45 крепятся упорами 46 к бугелям 44, а внутренние кольца подшипников 45 крепятся упорами 46 к коренному валу 26. Задний люк 47 станины 23 закрыт через прокладку съемной крышкой 48 с приливом, в котором на резьбе крепится маслоуказательный щуп 49 для определения уровня масла в масляной ванне насоса. Снизу в днище 32 станины 23 и в нижней горизонтальной плите 30  станины 23 ввинчены сливные пробки 50 и 50 с прокладками, служащие для слива масла из картера насоса и слива жидкости из передней части станины 23.
В нижней части станины 23 выполнены передние и задние лапы 51 для крепления станины 23 насоса к раме насосной установки, а в верхней части станины 23 - отверстия 52 в боковинах 27 для строповки и транспортирования насоса при перемещениях краном.
В станине 23 перпендикулярно продольной оси насоса горизонтально расположен коренной вал 26 (фиг.4 - разрез по коренному валу). Коренной вал 26 в литом или в кованом исполнении с тремя эксцентрично расположенными кривошипами 53 и двумя промежуточными цилиндрическими опорами 54 установлен на двух коренных конических роликоподшипниках 55. Две промежуточные опоры 54 коренного вала 26, расположенные между кривошипами 53, размещены внутри цилиндрических роликоподшипников 56.
Коренные подшипники 54 коренного вала 26 размещены в съемных стаканах 57, установленных в гнездах бугелей 44 станины 23, расточенных с одной установки для двух промежуточных и двух концевых опор 54.
Съемный стакан 57 коренного роликоподшипника 55 глухого конца коренного вала 26 (не соединенного с валом навесного редуктора 4) закреплен болтами и крышкой с регулировочными прокладками, а на входном конце коренного вала 26, воспринимающем крутящий момент от навесного редуктора 4, наружное кольцо второго коренного подшипника 55 крепится через прокладку кольцевым фланцем корпуса навесного редуктора 4 посредством шпилек и гаек.
Вдоль оси коренного вала 26 просверлен центральный канал 58 с радиальными отводами 59, служащими для подвода смазки на трущиеся поверхности кривошипов 53. На глухом торце коренного вала 26 отверстие расширяется и в него вводится патрубок вертлюга 60 с уплотнением, служащий для принудительного ввода смазки. На противоположном конце коренного вала 26 канал 58 заглушен пробкой 61.
1
2
Шатунно-крейцкопфная группа 24, 25 включает три стальных литых крейцкопфа 25 и кованые (литые) стальные шатуны 24 таврового сечения, малые головки 24 которых установлены в подшипниках скольжения крейцкопфов 25, а большие головки 24 - в разъемных подшипниках скольжения, охватывающих эксцентрично расположенные шейки коренного вала 26.
Большие головки шатунов 24 имеют разъемы и соединены с крышками 62 стяжками 63 и корончатыми гайками 64. В разъемах закреплены разъемные подшипники скольжения с бронзовыми или биметаллическими вкладышами 65.
Малые головки шатунов 24 - сплошные, в них запрессованы бронзовые втулки 66 с отверстиями и пазами для смазки трущейся поверхности втулки, сопряженной с пальцем, запрессованным в конические отверстия крейцкопфа 25 и стянутым болтом и шайбой.
От проворачивания палец зафиксирован в крейцкопфе 25 шпонкой, болт застопорен шайбой, а шайба - штифтом к корпусу крейцкопфа 25.
Крейцкопфы 25 выполнены стальными с термобработанными рабочими поверхностями.
1-3
Система 3 смазки (фиг.5, 6) насоса включает в себя: приемный сетчатый фильтр 67, шестеренный насос 68 НШ-10, масляный фильтр 69, манометр 70 МТП-10, краны 71 пробковые вентильного типа (вентильные краны), обратный клапан 72, предохранительный клапан 73, всасывающий и нагнетательный трубопроводы 74, 75, смонтированные на станине 23 и крышке коренного подшипника 55 приводной части 3 насоса, трубу-коллектор 37 в приводной части 2, вертлюг 76, маслораспределитель 77, трубопроводы 78.
Картер станины 23 одновременно является масляной ванной, из которой масло шестеренным насосом 68, смонтированным на нижнем приводном валу редуктора, а именно на крышке подшипника 55 станины 23 с приводом от коренного вала 26 через повышающую одноступенчатую прямозубую передачу, подается по трубопроводам 74, 75 на рабочие поверхности шеек коренного вала 26, на малые головки шатунов 24, верхние и нижние направляющие крейцкопфа 25, плунжерные пары 12 гидравлической части 1 насоса.
Уровень масла в картере станины 23 насоса и в навесном редукторе 4 должен находиться между двумя контрольными рисками, расположенными на щупе 49.
Приемный сетчатый фильтр 67 на резьбе через прокладку ввинчен в нижней части картера станины 23 приводной части 2 насоса и соединен с шестеренным насосом 68 посредством всасывающего трубопровода 74.
От эффективности работы системы смазки зависит работа всего насоса. Система 3 смазки насоса работает следующим образом.
Подача масла осуществляется шестеренным насосом 68 по нагнетательному трубопроводу 75 через обратный клапан 72 в масляный фильтр 69.
Из него масло по трубопроводу 75 направляется к трубе - коллектору 37 для смазки крейцкопфов 25 и через вертлюг 76 на вал 26 коренной для смазки подшипника скольжения шатунно- крейцкопфной группы 24, 25 приводной части 2.
От фильтра 69 по трубопроводу 75 через вентильный кран 71 и маслораспределитель 77 масло подается по трубкам в три штуцера для смазки плунжеров 12. В случае закупорки масляного фильтра 68 твердыми включениями и его отказа предусмотрен перепускной клапан (на чертежах не показан), встроенный в корпус фильтра 68, срабатывающий при разности давлений перед фильтром и за фильтром в 0,07…0,1 Мпа.
Обратный клапан 72 предназначен для предотвращения стекания масла из масляной системы во время остановки насоса. Излишнее масло при повышении давления в системе свыше 0,7 Мпа сливается в масляную ванну станины 23 через предохранительный клапан 73.
Резервуаром для масла кратера станины 23 насоса, откуда масло засасывается шестеренным насосом 68, приводимым в движение от редуктора 4 привода 3 насоса.
Под давлением, создаваемым насосом 68, масло подводится к трущимся поверхностям по линии нагнетания. Пройдя узлы смазок, масло стекает обратно в картер насоса. Ограничение давления линии 75 нагнетания осуществляется предохранительным клапаном 73, который при превышении давления сверх установленного открывается и перепускает часть масла в картер станины 23 через линию дренажа. Регулирование давления в системе осуществляется изменением поджатая пружины в предохранительном клапане 73.
Наибольшее давление нагнетания маслоподающего насоса 68 не должно превышать 0,7 Мпа. Для контроля за вдавлением масла система оснащена манометром 69. Для смазки плунжерных пар 12 насоса используется шестеренный насос 68, который через фильтр 69, вентиль 71, маслораспределитель 77 подает масло по трубкам в три штуцера плунжера 12. Контроль за наличием смазки осуществляется визуально при неработающем насосе. Смазка плунжера 12 путем открывания и закрывания вентиля 71 - периодическая. Периодичность определяется практическим путем.
Трехплунжерный насос работает следующим образом.
2
2
Вращение от навесного редуктора 4, который с помощью фланца 79 и шлицевой полумуфты 80 соединен с приводной частью 2, передается коренному валу 26 с приводной части 2 эксцентричными кривошипами 53, которые сопряжены через вкладыши 65 с большими головками 24 шатунов 24 шатунно-крейцкопфной группы 24, 25. Большие головки 24 шатунов 24 получают вращение от кривошипов 53 коренного вала 26 и передают движение шатунам 24, двигающимся возвратно-поступательно через пальцы крейцкопфов 25, от которых возвратно-поступательное движение через шток 13 передается плунжерам 12. При этом используемый в насосе навесной редуктор 4 имеет передаточное число 10, 67.
При движении плунжеров 12 назад рабочая жидкость поступает через всасывающий коллектор 6 и открытые всасывающие клапаны в рабочую полость гидроблока 5.
При ходе плунжеров 12 вперед рабочая жидкость вытесняется ими из рабочей полости гидроблока 5 через открытые нагнетательные клапаны 8 в нагнетательную полость гидроблока 5 и трубопровод насосной установки, при этом всасывающие клапаны 6 насоса закрыты.
4
Наличие в насосе дополнительного плунжера 12 диаметром 80 мм, установленного в гидроблоке 5, позволяет увеличить производимое им давление, практически не изменяя общую массу насоса. Установка уплотнительных пакетов 14 плунжеров 12 в едином корпусе 15 с наружной резьбой для крепления его в гидроблоке 5 позволяет обойтись одним общим гидроблоком, что снижает вес и габариты насоса (без необходимости использования гидроблоков на каждый уплотнительный пакет). Установка шестеренного насоса 68 в системе 3 смазки на нижнем приводном валу редуктора позволяет обеспечить большое число оборотов и улучшить подачу масла, делая смазку более эффективной, что повышает надежность работы насоса. При этом использование в насосе навесного редуктора с передаточным числом 10, 67 не требует установки дополнительной коробки передач, что также снижает массо-габаритные характеристики.
В сравнении с прототипом заявляемый насос имеет более высокое качество за счет улучшения таких его показателей как масса, величина производимого давления и надежность работы.