ТРЕХПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области насосостроения, в частности к плунжерным насосам для перекачивания жидких сред в нефтегазодобывающей промышленности. Насос может быть использован для нагнетания нефтепромысловых жидкостей при проведении промывочно-продавочных работ и цементировании нефтяных и газовых скважин в процессе их бурения и капитального ремонта.
Известен трехплунжерный насос с кривошипно-шатунным механизмом (НТП-175), предназначенный для применения в составе мобильных насосных установок для закачки различных технологических жидкостей при работе на нефтяных и газовых промыслах (каталог нефтепромыслового оборудования ОАО «Ижнефтемаш», трехплунжерный насос НТП-175.)
Насос состоит из приводной и гидравлической частей, соединенных между собой и системы принудительной смазки. Гидравлическая часть состоит из гидроблока с плунжерами. Приводная часть насоса включает в себя станину, в которой смонтированы продольно-расположенные три шатунно-крейцкопфные группы, поперечно расположенный эксцентриковый вал и цилиндрическую шевронную зубчатую передачу. Ведомые полушевроны зубчатой передачи установлены на эксцентриковом валу, а ведущие - на входном (ведущем валу) насоса. Ось ведущего вала встроенной передачи расположена перпендикулярно осям плунжеров.
Такая компоновка конструкции насоса вынуждает при разработке мобильных агрегатов с отбором мощности от двигателя шасси устанавливать насос перпендикулярно продольной оси шасси автомобиля. При работе насоса в составе агрегата возникающие реакции направлены перпендикулярно продольной оси автомобиля уравновешивание, которых конструкцией шасси автомобиля не предусмотрено. Поэтому поперечное расположение насосов типа НТП-175 в мобильных агрегатах приводит к преждевременному выходу из строя шасси автомобиля.
В насосе НТП-175 продольные оси, совпадающие с осями плунжеров, пересекают ось вращения эксцентрикового вала. Угол между продольной осью шатуна и осью плунжера определяет величину силы трения крейцкопфа по постели и, следовательно, степень нагрева и КПД насоса. Уменьшение угла между осями шатунов и плунжеров при рабочем ходе повысит КПД и уменьшит нагрев насоса. Кроме того, в насосе НТП-175 отсутствует система подогрева гидравлической и приводной частей, что создает дополнительные сложности в обслуживании насоса при отрицательной температуре. Разработка системы подогрева позволит повысить эффективность работы насоса.
Технической задачей полезной модели является разработка конструкции насоса с ведущим валом, ось которого параллельна продольной оси насоса, с повышенным КПД и с эффективной системой подогрева гидравлической и приводной частей.
Для решения поставленной задачи в трехплунжерном насосе, состоящем из гидроблока с плунжерами, приводной части, состоящей из эксцентрикового вала, шатунов, крейцкопфов, и цилиндрической шевронной зубчатой передачи, ведомые полушевроны которой установлены на эксцентриковом валу, а ведущие полушевроны на валу, параллельном эксцентриковому валу, согласно полезной модели на одном из ведущих полушевронов закреплено ведомое колесо конической передачи, ведущая шестерня конической передачи закреплена на валу, перпендикулярном (являющееся ведущим валом)) эксцентриковому валу, ось вращения эксцентрикового вала смещена вниз относительно оси плунжеров, а в гидроблоке и в приводной части установлены элементы систем подогрева гидроблока и масла приводной части. Элементы системы подогрева гидроблока выполнены в виде сквозного отверстия в гидроблоке, с наружных торцов отверстия установлены заглушка и корпус, в который с внутренней стороны вварена трубка, а с наружной стороны ввернуты два штуцера. Элементы системы подогрева масла приводной части, выполнены в виде корпуса, ввернутого в станину, в корпусе выполнены два сквозных отверстия, в которые с внутренней стороны вварена изогнутая трубка, а с наружной стороны ввернуты два штуцера.
Возможность осуществления полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено.
На фиг.1 представлен общий вид насоса. На фиг.2 изображен вид насоса сверху. На фиг.3 изображен разрез А-А (разрез по валам). На фиг.4 изображен разрез Б-Б (продольный разрез насоса). На фиг.5 изображен разрез В-В (система подогрева гидроблока). На фиг.6 изображен разрез Г-Г (система подогрева приводной части). На фиг.7 показана схема определения углов между продольными осями плунжеров и шатунов в зависимости от расположения оси эксцентрикового вала относительно оси плунжеров.
Трехплунжерный насос состоит из гидроблока 1 с плунжерами 2, приводной части 3 и цилиндрической шевронной зубчатой передачи, ведомые полушевроны 4 и 5 которой установлены на эксцентриковом валу 6, а ведущие полушевроны 7 и 8 установлены на промежуточном валу 9. На одном из ведущих полушевронов 7 закреплено ведомое колесо 10 конической передачи, а шестерня 11 установлена на ведущем валу 12, расположенном в корпусе 13. Для повышения КПД и уменьшения нагрева насоса ось 14 вращения эксцентрикового вала 6 смещена вниз относительно осей плунжеров 6 на величину «е». В гидроблоке 1 размещена система 15 подогрева корпуса гидроблока, выполненная в виде сквозного отверстия 16. С наружных концов отверстия выполнены расточки, в которых размещены корпус 17 и заглушка 18. В корпусе 17 с наружной стороны ввернуты два штуцера 19, соединенных с подводящей и отводящей линиями системы подогрева (линии системы подогрева не показаны), а с внутренней стороны приварена трубка 20.
В приводной части 3 насоса размещена система 21 подогрева масла, состоящая из корпуса 22, ввернутого в станину насоса. В корпусе 22 с внутренней стороны вварена трубка 23, а с наружной стороны ввернуты два штуцера 24, соединенных с подводящей и отводящей линиями системы подогрева (линии системы подогрева не показаны).
1
2
1
2
1
2
На фиг.7 приведена кинематическая схема трехплунжерного насоса. Верхняя схема соответствует трехплунжерному насосу НТП-175, у которого оси плунжеров 2 пересекают ось вращения эксцентрикового вала 6. Нижняя схема соответствует предлагаемой конструкции насоса, у которого ось 14 вращения эксцентрикового вала 6 смещена вниз на величину «е» относительно осей плунжеров 2. На схемах углы, образованные осями плунжеров 2 (линии а-а) и продольными осями 28 шатунов 25 обозначены как φ и φ. Угол φ соответствует рабочему ходу плунжеров 2, угол φ соответствует обратному ходу. Сравнение величин углов φ на верхней и нижней схеме показывает, что смещение вниз оси 14 эксцентрикового вала 6 относительно осей плунжеров 2 (нижняя схема) уменьшает угол между осями плунжеров 2 и осями 28 шатунов. Чем меньше этот угол, тем меньше нормальная составляющая усилия шатунов 25 на плунжера 2, тем меньше силы трения и нагрев насоса. Уменьшение потерь означает повышение КПД насоса. Увеличение угла φ при смещении вниз оси вращения эксцентрикового вала 6 не окажет существенного влияние на суммарную величину потерь рабочего и обратного ходов, так как сопротивление движению плунжера 2 при обратном ходе значительно меньше, чем при рабочем ходе, следовательно, значительно меньше сила трения и величина потерь при обратном ходе.
Работа заявляемого плунжерного насоса осуществляется следующим образом.
Вращение от двигателя (двигатель не изображен) передается на ведущий вал 12 и установленную на нем коническую шестерню 11. Далее вращение через коническое колесо 9, полушевроны 7 и 8 передается полушевронам 4 и 5 и эксцентриковому валу 6. Последний приводит в движение шатуны 25. Шатуны 25 совершая плоскопараллельное движение, преобразуют вращательное движение эксцентрикового вала 6 в возвратно-поступательное движение крейцкопоф 26, которое передается плунжерам 2 посредством контрштоков 27. Плунжера 2 при движении к эксцентриковому валу 6 производят всасывание рабочей жидкости (обратный ход), при движении от эксцентрикового вала 6 производят вытеснение жидкости, преобразуя вращательное движение вала двигателя в движение жидкости.
Работа системы подогрева гидроблока. Запуск насоса при минусовых температурах окружающей среды может привести к выходу насоса из строя. Для подогрева гидроблока используется ПЖД (подогреватель жидкостной двигателя) шасси или автономный ПЖД (ПЖД с системой трубопроводов на фиг.5 не показаны). ПЖД подсоединяется к штуцерам 19 и образует замкнутый трубопровод, в котором циркулирует тосол насосом ПЖД. Тосол нагревается в ПЖД и, протекая по трубке 20 и отверстию 16, нагревает гидроблок 1.
Работа системы подогрева масла приводной части аналогична системе подогрева гидроблока 1. ПЖД с системой трубопроводов, штуцерами 24 и с трубкой 23, образуют замкнутый трубопровод, в котором циркулирует тосол посредством насоса ПЖД. Тосол нагревается в ПЖД и разогревает масло приводной части 3.
Применение в конструкции насоса конической передачи, позволило установить ведущий вал перпендикулярно эксцентриковому валу или параллельно продольной оси насоса. Такая конструкция привода насоса дает возможность обеспечить наиболее удачную компоновку при размещении насосов на шасси насосных установок и позволит оснастить двумя насосами передвижные насосные установки в продольном расположении относительно шасси. Смещение оси эксцентрикового вала относительно осей плунжеров позволило уменьшить потери, тем самым повысить КПД насоса. Кроме, того, система подогрева, размещенная в гидроблоке и приводной части насоса облегчает запуск насоса при низких температурах.
Таким образом, заявляемая полезная модель обладает высокими эксплуатационными характеристиками, повышает надежность и ресурс работы насоса в целом.