Насос плунжерно-лопастной малогабаритный подачи пластичной смазки

Заявляемая полезная модель относится к области гидравлических машин объемного вытеснения и представляет собой плунжерно-лопастной насос, предназначенный для подачи пластичной смазки плунжерных насосов постоянного высокого давления, применяемых в составе передвижных насосных установок для осуществления операций по гидравлическому разрыву пласта с целью повышения нефтеотдачи.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели может быть принят насос с электрическим приводом Graco G3 модели «Standart» (G3™ Насос с электрическим приводом для прогрессивных и инжекторных систем смазки. URL: https://www.graco.com/content/dam/graco/led/literature/brochures/340574/340574RU-D.pdf). Этот насос состоит из колбы, в которой размещается перемешиватель смазки, сепаратора, корпуса, с расположенными в нем плунжерной парой и эксцентриком с одним толкателем, электропривода, системы загрузки смазки. Существенный недостаток прототипа, заключатся в том, что, обладая такими техническими характеристиками, как достаточная производительность и высокое давление подачи смазки, электропитание, которое могут обеспечить автомобильные установки, и достаточно малые массогабаритные параметры, указанный насос в зимних условиях эксплуатации на нефтяных промыслах на территории Западной Сибири при температурах ниже -25°C не может обеспечить эффективную подачу высоковязких пластичных смазок и смазок, вязкость которых увеличивается при низких температурах. Это выражается в том, что вращательное движение перемешивателя в загустевшей смазке приводит к увеличению нагрузки на электропривод выше номинальной, расслоению загустевшей смазки и ее недостаточному поступлению в корпус плунжерного насоса, и даже к разрушению пластикового сепаратора. В связи с этим, основная техническая проблема заключается в необходимости применения смазок повышенной вязкости и смазок, увеличивающих вязкость при низких температурах, предназначенных для смазки плунжерных насосов постоянного высокого давления. Для решения указанной технической проблемы предлагается создание такой конструкции насоса подачи пластичной смазки в составе нефтепромысловой насосной установки, которая позволит достичь технического результата, заключающегося в возможности использования высоковязких пластичных смазок и смазок, вязкость которых увеличивается при низких температурах.
Заявляемая полезная модель содержит электропривод, состоящий из электродвигателя и редуктора, помещенных в жесткий корпус, над которым размещают полость низкого давления, содержащую эксцентрик и плунжерную пару, над которой, в свою очередь, размещают прозрачную емкость со встроенным в нее лопастным перемешивателем для подачи смазки в полость низкого давления. Между прозрачной емкостью и полостью низкого давления размещают сепаратор, предназначенный для гашения турбулентности движения смазки, являющийся нижней частью колбы и верхней частью полости низкого давления. При этом перемешиватель и эксцентрик располагают на одной оси с электроприводом. К существенным признакам, направленным на решение указанной технической проблемы и способным привести к получению заявляемого технического результата, относится то, что перемешиватель пластичной смазки оснащен двумя горизонтальными лопастями, а эксцентрик имеет два толкателя для приведения плунжера в возвратно-поступательное движение, причем эксцентрик также выступает в качестве лопастей и в качестве муфты, соединяющей вал электропривода с валом, на котором расположен перемешиватель. При этом перемешиватель представляет собой два стержня с круглым сечением, имеющих разную длину, причем их верхние концы соединены между собой под острым углом, а нижние концы соединены с внешними концами горизонтальных лопастей, причем более короткий стержень перемешивателя расположен вдоль внутренней боковой поверхности прозрачной емкости, а его более длинный стержень расположен диагонально к вертикальному сечению объема смазки в прозрачной емкости.
Поскольку расслоение смазочного материала при пониженных температурах обусловлено возникновением взаимодействия внешних слоев смазки, соприкасающихся с боковой поверхностью колбы и поверхностью сепаратора, то для предотвращения расслоения необходимо вовлекать в движение те объемы смазки, которые находятся в этих слоях. С этой целью перемешиватель имеет такую форму и расположение, что одной стороной повторяет контур боковой поверхности колбы, а второй стороной диагонально пересекает вертикальное сечение колбы в границах заполнения смазкой. При этом горизонтальные лопасти вовлекают в движение те слои смазки, которые находятся вблизи сепаратора. При запуске насоса стержни перемешивателя приводят к вращательному движению смазки внутри колбы. При этом скорость движения горизонтальных лопастей превышает скорость движения смазки, так как стенки колбы и верхняя поверхность сепаратора за счет трения со смазкой замедляют ее движение. Вследствие этого под горизонтальными лопастями создается область повышенного давления на сепаратор, поэтому смазка под давлением поступает в полость низкого давления. Внутри полости низкого давления эксцентрик с двумя толкателями, работающий как лопасть, выталкивает смазку от центра к корпусу полости, где находятся два заборных отверстия плунжерной пары. Таким образом, у плунжерной пары создается давление, способное уже на втором такте (после пуска) хода плунжера обеспечить подачу смазки в полость высокого давления плунжерной пары. Далее плунжер через обратный клапан выталкивает смазку под высоким давлением в нагнетательную линию, а обратный клапан предупреждает возвратное движение смазки и удерживает давление в нагнетательной линии. При этом двухсторонний эксцентрик обеспечивает достаточную частоту хода плунжера, поскольку частота хода удваивается по сравнению с односторонним эксцентриком. Благодаря этим решениям, лопастная система насоса представляется четырьмя лопастями, работающими одновременно.
Заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически изображенном на прилагаемом чертеже, где: 1 - крышка, закрывающая горловину, через которую загружается смазка в колбу 2; металлический лопастной перемешиватель 3, соединенный с внешними концами горизонтальных лопастей 5; уплотнительное силиконовое кольцо 4 и быстросъемные скобы 7 фиксации колбы 2, обеспечивающие герметичность конструкции; сепаратор 6 одновременно являющийся опорой оси перемешивателя 3; эксцентрик 8 с двумя толкателями, помещаемый в полость низкого давления 9 и предназначенный для придания возвратно-поступательного движения плунжера плунжерной пары 10; электропривод 11, размещаемый в корпусе привода 12 с панелью управления 13.
Осуществление полезной модели может быть проиллюстрировано следующим примером.
Пример
3
Через расширенную горловину, расположенную в верхней части колбы 2 объемом 5 л, в колбу 2 загружается пластичная смазка марки типа CERAN XS40 MOLY объемом 4,5 л, посредством панели управления 13 в АСУ устанавливается диапазон предельных значений давления в нагнетательной линии и такой же диапазон по оборотам коленчатого вала основного оборудования. В пределах этих диапазонов контроллер генерирует диапазон скоростей вращения ротора электродвигателя привода. При запуске насоса металлический лопастной перемешиватель 3, действуя на слои смазки, прилегающие к боковым стенкам колбы 2, вовлекает их во внутренний объем смазки, при этом уменьшая вязкость смазки. Горизонтальные лопасти 5 создают избыточное давление между держателем лопастей и сепаратором 6, вследствие чего смазка через сепаратор 6 поступает в полость низкого давления 9, где эксцентрик 8 с двумя толкателями обтекаемой формы, имеющий высоту 60 % от высоты полости 9, направляет смазку к корпусу полости 9, где она попадает в заборные отверстия плунжерной пары 10. Далее плунжер под действием эксцентрика 8 совершает возвратно-поступательное движение и подает смазку под высоким давлением в нагнетательную линию. В зависимости от уставок АСУ давление подаваемой смазки составляет 0-34,4 МПа с расходом смазки 0-12 см/мин.