НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС

Заявляемая полезная модель относится к области гидравлических машин объемного вытеснения и, в частности, представляет собой плунжерный насос, предназначенный для применения в составе передвижных насосных установок, применяемых для закачки под большим давлением (20-70 МПа) различных технологических жидкостей в процессе цементирования, глушения скважин, гидроструйной перфорации, промывки песчаных пробок, обработки призабойной зоны, закачки композиций в пласт для выравнивания фронта приемистости нагнетательных скважин, при промывычно-продавочных и опрессовочных работах на нефтяных и газовых промыслах.
Примерами таких передвижных установок могут служить установки типа УНБ-125х63 и УНБ-320х63, выпускаемые отечественной фирмой «РАНКО» (см. каталог фирмы «РАНКО» «Специализированное нефтепромысловое оборудование. Нефтепромысловые насосные установки и насосы» за 2001 г.).
В составе установок такого типа применяются 3-х плунжерные насосы. Аналогами трехплунжерных насосов могут являться легкие геологоразведочные буровые насосы с тремя цилиндрами одностороннего действия, описанные в книге А.С.Николича «Поршневые буровые насосы», М., «Недра», 1973 г., стр.24-30.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели может быть принят насос 4Р-700, выполненный по схеме горизонтального трехплунжерного насоса одинарного действия (см. книгу А.В.Беззубова и Ю.В.Щелкалина «Насосы для добычи нефти», М., «Недра», 1986 г., стр.196-198, рис.84).
В настоящее время по этой же схеме выпускается трехплунжерный насос высокого давления 14Т2 (давление до 70 МПа) с навесным редуктором и сменными плунжерами пяти различных диаметров.
Этот насос содержит закрепленную на станине гидравлическую часть с клапанной коробкой, всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжерами, устройством для смазки плунжеров, узлом уплотнения последних и приводную часть, состоящую из смонтированного на станине кривошипно-шатунного механизма, картера, навесного редуктора, приводной трансмиссии и устройства для смазки кривошипно-шатунного механизма.
Система смазки насоса обеспечивает отдельную смазку приводной и гидравлической частей насоса. В частности, предусматривается принудительная смазка крейцкопфных узлов и опорных подшипников коренного вала за счет подачи масла из картера приводной части шестеренчатым насосом, приводимым в действие от трансмиссии (как вариант - от навесного редуктора), а также смазка методом разбрызгивания - для подшипниковых узлов шатунов.
Смазка гидравлической части насоса предусматривает окунание плунжеров в специальной ванне, расположенной в станине насоса между приводной и гидравлической частями. Уровень масла должен прикрывать не менее % поверхности плунжера.
Обладая известными преимуществами, многоплунжерные насосы в составе насосных установок для применения на нефтяных и газовых промыслах имеют и некоторые недостатки, связанные с современными условиями эксплуатации насосов. В частности, к Насосам предъявляются следующие дополнительные требования:
- повышенные надежность и ресурс;
- возможность оснащения средствами контроля параметров, т.е. возможность установки на насосе стандартных первичных датчиков с выходом на электронную систему контроля, что связано с первым указанным требованием;
- обеспечение условий эксплуатации в зимнее время, в первую очередь возможность оперативного слива жидкости из гидравлической части насоса.
В связи с этим основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение указанных недостатков и создание такой конструкции многоплунжерного насоса в составе нефтепромысловой насосной установки, которая бы удовлетворяла современным условиям эксплуатации такого рода установок, а именно обладала бы повышенной надежностью и ресурсом, обеспечивала бы возможность оснащения насоса средствами контроля параметров и обеспечивала бы условия надежной эксплуатации насоса в зимнее время, в частности, возможность оперативного опорожнения гидравлической части насоса.
Для решения поставленной технической задачи нефтепромысловый плунжерный насос содержит гидравлическую часть с клапанной коробкой, всасывающим и нагнетательным клапанами, плунжерами, устройством для смазки последних и узлом уплотнения последних и приводную часть, состоящую из станины, кривошипно-шатунного механизма, картера, навесного редуктора, приводной трансмиссии и устройства для смазки кривошипно-шатунного механизма. Характерной особенностью насоса
является то, что устройство для смазки плунжеров гидравлической части насоса выполнено в виде отдельного масляного насоса, установленного на приводной части насоса, приводимого в действие от приводной трансмиссии и сообщенного с масляным баком, также установленным на приводной части и приспособленным для монтажа датчика уровня масла, датчика давления, установленного в нагнетательном трубопроводе масляного насоса, и корпуса уплотнения с разделительной масляной полостью с узлом подачи и отвода смазывающей жидкости.
При этом в нагнетательном коллекторе гидравлической части насоса установлен датчик давления перекачиваемой жидкости.
Приводная часть насоса оснащена приспособлениями для установки счетчика двойных ходов насоса и датчиков температуры подшипниковых узлов кривошипно-шатунного механизма, а также датчиков уровня масла в картере приводной части и давления смазочной жидкости, установленного в нагнетательном трубопроводе подачи смазки в приводную часть насоса. Кроме того, насос снабжен шарнирно-рычажным механизмом подъема всасывающих клапанов, смонтированным на всасывающем коллекторе насоса.
Технические признаки заявляемого в качестве полезной модели нефтепромыслового плунжерного насоса могут быть реализованы с помощью средств, применяемых в общем машиностроении (масляный насос, масляный бак, трубопроводы, шарнирно-рычажный механизм и др.). Отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, необходимы и достаточны для ее осуществления, поскольку обеспечивают решение поставленной выше задачи - создание нефтепромыслового плунжерного насоса повышенной надежности и повышенного ресурса, обеспечение оснащения насоса средствами контроля параметров и обеспечение условий надежной эксплуатации насоса в зимнее время.
В дальнейшем заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически отраженном на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг.1. Общий вид заявляемого плунжерного насоса с отдельным устройством для смазки его гидравлической части (а - вид сбоку, б - вид в плане).
Фиг.2. Схема гидравлической части заявляемого плунжерного насоса. Для лучшего понимания устройства и действия насоса приведен продольный разрез по одному из плунжеров трехплунжерного насоса (в увеличенном масштабе).
Фиг.3. Схема приводной части заявляемого плунжерного насоса (продольный разрез в увеличенном масштабе).
Фиг.4. Схема механизма подъема всасывающего клапана заявляемого насоса (в увеличенном масштабе).
Нефтепромысловый плунжерный насос (фиг.1) включает гидравлическую часть 1 и приводную часть 2. Гидравлическая часть 1 (фиг.2) имеет клапанную коробку 3 со всасывающими 4 и нагнетательными 5 клапанами, плунжеры 6, устройство для смазки плунжеров (в целом обозначено поз.7 на фиг.2), узлы уплотнения 8. Устройство для смазки плунжеров гидравлической части насоса выполнено в виде установленного на приводной части масляного насоса 9 (фиг.1). Этот насос приводится в действие от приводной трансмиссии (на фиг.1 показан приводной вал 10 навесного редуктора). Суть полезной модели не изменится, если привод масляного насоса будет осуществлен от вала навесного редуктора или от коренного вала насоса. В качестве масляного насоса 9 может быть использован насос шестеренчатого типа. Масляный насос 9 сообщен с масляным баком 11 (фиг.1), также установленным на приводной части 2 насоса, с помощью всасывающего трубопровода 12.
С помощью нагнетательного трубопровода 13 масляный насос 9 сообщен с разделительной масляной полостью 14 (фиг.2), образованной между узлами уплотнения 8 (со стороны клапанной коробки - это узел уплотнения высокого давления, а со стороны приводной части - узел уплотнения низкого давления). Масляный бак 11 имеет приспособление 15 для монтажа датчика уровня масла. Это приспособление может быть выполнено, например, в виде резьбовой втулки, завинчиваемой в отверстие в крышке масляного бака, в которую может быть ввернут датчик уровня масла известного типа (или оно может иметь другую известную конструкцию).
Масляная полость 14 выполнена с узлом подачи и отвода смазывающей жидкости и сообщена с масляным баком 11 сливным коллектором 17 системы смазки. В нагнетательном трубопроводе 13 масляного насоса 9 установлен датчик давления 41 подаваемого масла.
Перекачиваемая плунжерным насосом жидкость может поступать во всасывающий коллектор 18 (фиг.1, 2) и подаваться потребителю (например, в трубопровод, сообщенный с устьем скважины) через нагнетательный коллектор 19. Последний снабжен приспособлением 20 известного типа для установки датчика давления 21 перекачиваемой жидкости.
Приводная часть насоса включает станину 22 (фиг.3), кривошипно-шатунный механизм 23, который имеет коренной вал 24, шатун 25, крейцкопф 26, навесной редуктор 27 (фиг.1б) и приводную трансмиссию (не показана). Устройство для смазки кривошипно-шатунного механизма представляет собой шестеренчатый маслонасос 28 (фиг.1а), смонтированный на приводной части 2, приводимый в действие от трансмиссии плунжерного
насоса (не показана) или от вала навесного редуктора 27 (фиг.1б). Этот маслонасос сообщен с картером приводной части (не показан) и осуществляет принудительную смазку крейцкопфных узлов 26 (через коллектор 40, фиг.3) и опорных подшипников коренного вала 24, подавая масло по нагнетательным трубопроводам 29 и 30 (фиг.1б). Подшипниковые узлы шатунов 25 смазываются известным способом разбрызгивания. Приводная часть 2 насоса имеет известного типа приспособление 31 для установки датчика температуры 32 (фиг.1б) подшипников коренного вала, а также для установки датчика 33 (фиг.3) уровня масла в картере приводной части насоса.
Приводная часть насоса оснащается также датчиком числа ходов насоса известного типа, включающего «флажок» 34 (фиг.1б), смонтированный на приводном валу 10 навесного редуктора 27 и считывающее устройство датчика приближения 35. В нагнетательном трубопроводе 29 системы смазки установлен датчик давления 42 подаваемой смазочной жидкости.
Плунжерный насос снабжен также шарнирно-рычажным механизмом 36 (фиг.1а, 4), включающим шток 37 с уплотнением 38 для подъема всасывающих клапанов 4. Указанный механизм 36 смонтирован на всасывающем коллекторе 18.
Работа заявляемого плунжерного насоса осуществляется следующим образом.
При передаче вращения от первичного привода насоса вращающий момент передается на коренной вал 24 кривошипно-шатунного механизма, который обеспечивает возвратно-поступательное движение плунжеров 6. В результате этого предназначенная для нагнетания потребителю жидкость от независимого источника через всасывающий коллектор 18 поступает в полость клапанной коробки 3 (фиг.2) через всасывающий клапан 4 и при изменении направления перемещения плунжера 6 на противоположное последний вытесняет указанную жидкость через нагнетательный клапан 5 в нагнетательный трубопровод 19 и далее к потребителю. При этом осуществляется принудительная смазка как приводной, так и гидравлической частей насоса. Смазка приводной части (крейцкопфных узлов и опорных подшипников коренного вала) осуществляется за счет подачи масла маслонасосом 28 (шестеренчатого типа) (фиг.1а) из картера приводной части по нагнетательным трубопроводам 29 и 30 (фиг.1б). Подшипниковые узлы шатунов 25 (фиг.3) смазываются известным способом разбрызгивания. Принудительная смазка плунжеров 6 гидравлической части 1 насоса осуществляется путем подачи масла из масляного бака 11 (фиг.1а, 1б) маслонасосом 9 по нагнетательному трубопроводу 13 в образованную между узлами уплотнения 8 масляную полость 14 (фиг.2), через которую
перемещается плунжер 6 во время работы кривошипно-шатунного механизма 23. Слив масла из масляной полости 14 обратно в масляный бак 11 осуществляется через сливной коллектор 17. Характерной особенностью заявляемой полезной модели является оснащение плунжерного насоса рядом датчиков (датчик уровня масла 16 в масляном баке 11, счетчиком двойных ходов 34, 35 в приводной части 2 насоса, датчиком температуры 32 подшипниковых узлов кривошипно-шатунного механизма, датчиком 33 уровня масла в картере приводной части насоса, датчиком давления 21 нагнетаемой жидкости в гидравлической части 1 насоса, датчиками давления 41 и 42 подаваемой в гидравлическую и приводную части насоса смазочной жидкости).
Указанные датчики служат для контроля процесса нагнетания жидкости и диагностики состояния насоса, для чего необходимо знание производительности насоса (с большой и достаточной точностью она оценивается по числу двойных ходов), давления в нагнетательном коллекторе, температуры подшипников в приводной части, уровня масла и давления в системе смазки.
При этом по давлению в системе смазки можно судить о состоянии уплотнительных элементов. Контроль падения уровня жидкости в масляном баке или его переполнения позволяет диагностировать возникновение критических состояний насоса, соответственно:
- прорыв уплотнения плунжера, герметизирующего разделительную полость;
- прорыв в систему смазки перекачиваемой жидкости вследствие износа пакета уплотнений плунжера.
Заявляемая полезная модель позволяет оснастить плунжерный насос стандартными первичными датчиками с выходом на электронную систему контроля.
Оперативное опорожнение от жидкости гидравлической части насоса при эксплуатации последнего в зимнее время достигается использованием рычажно-шарнирного механизма 36. При этом уплотненный шток 37 нажимает на тарель всасывающего клапана 4, открывая его и обеспечивая слив жидкости из гидравлической части насоса через всасывающий коллектор.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение надежности гидравлической и приводной части плунжерного насоса и его ресурса в целом, дает возможность оснастить насос средствами контроля параметров и обеспечить улучшение условий эксплуатации насоса в зимнее время.