НАСОС БУРОВОЙ ТРЕХПОРШНЕВОЙ ОДНОСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ ТИПА 8Т-650

Полезная модель относится к технике, используемой при строительстве и ремонте скважин для добычи нефти и газа, в частности, к поршневым насосам и может быть использована в составе как стационарных, так и передвижных насосных установок для нагнетания различных технологических жидкостей в скважину на нефтегазодобывающих предприятиях.
-1
Известен трехпоршневой буровой насос одностороннего действия НБТ-600-2, производства ООО «Волгоградский завод буровой техники», мощностью 475 кВт, числом ходов поршней 150 мин, наибольшей объемной подачей 45 л/сек, максимальным давлением в напорной магистрали 25 МПа, длиной хода поршней 250 мм, габаритами (длина × ширина) 4842 мм × 2408 мм и массой 13980 кг (см. Муравенко В.А., Муравенко А.Д., Муравенко В.А. Буровые машины и механизмы. Том 1, Москва-Ижевск: институт компьютерных исследований, 2002, с. 208).
Недостатком известного насоса являются его высокие массогабаритные характеристики, не позволяющие при агрегатировании в насосную установку устанавливать насос и все необходимое оборудование на одном монтажном основании в соответствии с допустимыми транспортными габаритами для перевозки по дорогам общего пользования РФ. Это обусловлено увеличенным осевым размером поршневой группы насоса, в связи с обеспечением необходимых значений подачи за счет большей длины хода поршня. Раздельное выполнение всасывающей и нагнетательной камер гидрокоробок с разноосным ступенчатым расположением клапанов повышает трудоемкость изготовления, а также увеличивает габаритные размеры насоса. Кроме того, всасывающая магистраль имеет массивный стальной элемент, выполненный методом литья, который увеличивает габариты насоса. Корпус насоса литой - менее технологичен, имеет большую массу.
Вращение от приводного вала на кривошипно-шатунный механизм передается посредством зубчатой косозубой передачи, недостатком которой является ужесточение требований к конструкции опор валов и жесткости корпуса, вызванное появлением осевой нагрузки. При этом существует необходимость в установке радиально-упорных подшипников, их регулировке, что усложняет конструкцию и увеличивает затраты на обслуживание.
Система подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) обеспечивает подачу СОЖ лишь к торцевой части рабочей поверхности втулки со стороны приводной части. Так как подача осуществляется через кольцевой коллектор, установленный стационарно и подающий СОЖ лишь со стороны обратной рабочему движению поршня, непосредственно на поверхности трения СОЖ не поступает, что является значительным недостатком системы смазки насоса.
Наиболее близким с заявляемой полезной моделью является триплексный насос одностороннего действия PZH-8 фирмы Gardner Denver мощностью 550кВт (750 л.с), максимальным числом рабочих ходов поршней в минуту 145, наибольшей объемной подачей 36,6 л/сек, максимальным давлением в напорной магистрали 35,15 МПа, длиной хода поршня 203 мм, с габаритами (длина × ширина) 4920 мм × 2260 мм (см. Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services, 1996-1997, World Oil, 1996, с 1124).
При равнозначных технических характеристиках насос PZH-8 имеет большие габаритные размеры, в связи с этим при агрегатировании в насосную установку на единое монтажное основание с двигателем и другим необходимым оборудованием получаемые размеры выходят за рамки допустимых транспортных габаритов для перевозки по дорогам общего пользования РФ. Конструкция насоса PZH-8 имеет следующие существенные недостатки:
- насос PZH-8 сконструирован таким образом, что насос обмыва штоков и подпорный насос приводятся в действие от кинематики трехпоршневого насоса, автономный привод отсутствует;
- пневмокомпенсатор низкого давления на всасывающем манифольде имеет большие габаритные размеры и значительно увеличивает габариты насоса по высоте;
- насос имеет отдельный напорный манифольд, располагающийся вне корпуса гидрокоробок, что делает его менее безопасным и увеличивает его размеры;
всасывающая магистраль имеет сложную конструкцию, соответственно она трудоемка в изготовлении и значительно увеличивает габариты насоса;
- корпус и крышка насоса имеют литую конструкцию, что значительно увеличивает массу насоса и трудоемкость изготовления, также литая крышка картера неудобна и небезопасна при обслуживании;
- расположение насоса обмыва штоков (внизу под корпусом) и подпорного насоса (сбоку) затрудняет обслуживание и эксплуатацию.
Все вышеперечисленные конструктивные отличия в целом усложняют конструкцию, увеличивают массогабаритные характеристики и повышают трудоемкость ее изготовления и технического обслуживания.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является уменьшение массы и габаритов насоса при сохранении его технических характеристик, с целью обеспечения возможности его размещения в составе насосной установки на едином монтажном основании и при этом обеспечить удобство эксплуатации и ремонта.
Поставленная задача решается тем, что в насосе буровом трехпоршневом одностороннего действия типа 8Т-650, содержащем корпус, приводную и гидравлическую части, системы смазки, охлаждения поршневой группы и подогрева масла в картере насоса, предохранительную и контрольную аппаратуру, в котором приводная часть содержит приводной вал и кривошипно-шатунный механизм, а гидравлическая часть состоит из трех гидрокоробок с цилиндровыми втулками и расположенными в них поршнями, связанными штоками с приводной частью и образующие три камеры с всасывающим и нагнетательным клапанами в каждой из них, взаимосвязанными с всасывающим и напорным манифольдами, согласно полезной модели, приводной вал выполнен в виде вала-шестерни с унифицированными концами, передающего вращение на кривошипно-шатунный механизм посредством размещенной в приводной части шевронной передачи, всасывающий и нагнетательный клапаны, расположены соосно в камере гидрокоробки, разделяя ее на области всасывания и нагнетания, при этом, гидрокоробки соединены между собой всасывающим манифольдом, выполненным из сварных трубных элементов, и муфтами, образуя напорный манифольд внутри корпусов гидрокоробок, система смазки содержит шестеренчатый насос с автономным электродвигателем, установленные вне картера насоса и внутреннюю систему трубопроводов, а система охлаждения содержит электронасосоный агрегат с автономным электроприводом, расположенные вне корпуса насоса.
На фиг.1 изображен вид насоса спереди; на фиг.2 - вид насоса сверху; на фиг.3 - соединение гидрокоробок в разрезе; на фиг.4 - приводная и гидравлическая части насоса; на фиг.5 - система смазки насоса.
Насос буровой трехпоршневой одностороннего действия содержит сварной корпус 1, приводную 2 и гидравлическую 3 части, систему смазки (см. фиг 5), систему охлаждения поршневой группы и подогрева масла в картере насоса, предохранительную и контрольную аппаратуру, кран-балку поворотную 4.
Приводная часть 2 включает в себя приводной вал 5, выполненный в виде вала-шестерни, передающий вращение на зубчатое шевронное колесо 6. Вал приводится в действие любым соответствующим по мощности и частоте вращения приводом.
Применение шевронной передачи позволяет исключить осевое давление на подшипниковые опоры вала 5, использовать саморегулирующиеся радиальные подшипники вместо радиально-упорных, что позволяет исключить процесс регулировки подшипников. При отсутствии регулировки отпадает необходимость конструктивно предусматривать возможность и удобство регулировки, что также уменьшает габариты конструкции. Кроме того, это позволяет унифицировать концы приводного вала 5. Также за счет применения шевронной передачи 5-6 повышается ресурс эксплуатации насоса и уменьшаются затраты на его обслуживание.
С приводного вала через шевронную передачу 5-6 вращение передается на кривошипно-шатунный механизм 7, который преобразует вращательное движение вала 5 в возвратно-поступательное движение поршней 8 гидравлической части насоса 3. Так как оба конца приводного вала 5 выполнены унифицированными и содержат шпоночные пазы, это позволяет монтировать на него ведущий шкив с любой из сторон, в зависимости от требуемой компоновки, что расширяет эксплуатационные возможности насоса.
Гидравлическая часть насоса 3 состоит из трех раздельных взаимозаменяемых гидрокоробок 9 с сопряженными цилиндровыми втулками 10 и - установленными в них штоками 11 и поршнями 8.
В гидрокоробках 9, области всасывания и нагнетания объединены в одной камере, в которой установлены клапаны 12, 13, обеспечивающие пропускание жидкости в требуемом направлении и задержание ее при обратном движении. При объединении всасывающей и нагнетательной камер достигается компактность насоса, малая металлоемкость и меньшая стоимость изготовления.
Гидрокоробки 9 соединены между собой всасывающим манифольдом 14 для равномерной подачи бурового раствора. Манифольд всасывания 14 изготовлен путем сваривания стандартных трубных элементов, что позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления и уменьшить габариты при сохранении выходных параметров.
Со стороны нагнетания, гидрокоробки соединены посредством муфт 15 и уплотнений 16, тем самым, образуя напорный манифольд 17 внутри корпусов гидрокоробок 9, за счет чего исключается необходимость в установке отдельного манифольда нагнетания, что делает насос более компактным и безопасным.
Принудительная система смазки насоса (см. фиг 5) включает шестеренчатый масляный насос с электродвигателем 18, установленные вне картера насоса, и внутреннюю систему трубопроводов 19, распределяющих смазку по механизмам насоса.
Для очистки масла служат фильтр заборный, фильтр тонкой очистки и карманы - отстойники. Для удобства эксплуатации и компактности, масляный насос 18 установлен внутри корпуса насоса и имеет люк 20 для обслуживания.
Система охлаждения поршневой группы состоит из бака 21 с подогревом СОЖ, электронасосного агрегата 22 и коллектора 23 для подачи СОЖ под давлением в зону трения поршня 8 с целью создания нормального режима работы цилиндрово-поршневой группы: смазки и охлаждения рабочих поверхностей поршня 8 и цилиндровой втулки 10 во время его рабочего хода и удаления любых твердых частиц из-под поршня 8 для уменьшения износа цилиндрово-поршневой группы. При этом СОЖ подается непосредственно на поверхность трения через гибкий шланг 24 и установленный на штоке штуцер 25 по каналу вдоль оси штока 26, соединенного радиальным отверстием 27 со штуцером. Отражательные перегородки 28 препятствуют загрязнению приводной части. Для удобства обслуживания электронасосный агрегат 22 располагается сбоку насоса.
Системы смазки и охлаждения имеют автономные электрические приводы.
Предохранительная и контрольная аппаратура насоса включает в себя: пневмокомпенсатор низкого давления (на рисунке не показан) для улучшения всасывающей характеристики насоса и предохранения всасывающей магистрали от перегрузок; пневмокомпенсатор высокого давления 29 для выравнивания подачи и давления нагнетания бурового раствора; клапан предохранительный 30 для защиты механической и гидравлической частей насоса и привода от действия перегрузок.
Для удобства, облегчения и обеспечения безопасности проведения работ при техническом обслуживании насоса, в частности замены изношенных деталей, насос комплектуется поворотной кран-балкой 4.
Буровой насос работает следующим образом.
Вращение от приводного вала 5 через зубчатое шевронное колесо 6 передается на кривошипно-шатунный механизм 7, который преобразовывает вращательное движение в возвратно-поступательное движение ползунов 31 со штоками 11 и поршнями 8.
При перемещении поршней 8 в цилиндровой втулке 10 в направлении от гидрокоробки 9 объем гидравлической части увеличивается, что сопровождается уменьшением в ней давления жидкости. Давление над всасывающим клапаном 12 падает ниже давления во всасывающем манифольде 14. Под действием разности давлений тарелка всасывающего клапана 32 приподнимается над седлом 33, открывая доступ в цилиндр жидкости из всасывающего манифольда 14. Нагнетательный клапан 13 при этом закрыт, происходит всасывание жидкости и заполнение свободной полости втулки 10. При обратном ходе поршня 8 давление в цилиндре увеличивается вследствие сжатия жидкости в замкнутом объеме. Под действием растущего давления в цилиндре приподнимается тарелка нагнетательного клапана 34 и происходит процесс нагнетания жидкости в манифольд нагнетания 17, подключаемый к буровой установке, при этом всасывающий клапан 12 закрыт.За счет объединения всасывающей и нагнетательной камер уменьшается количество разъемных соединений, что повышает надежность гидравлической части 3. Для создания оптимальных режимов работы насоса при бурении, предусмотрен широкий диапазон типоразмеров цилиндрических втулок 10 и поршней 8.
-1
Полезная модель реализована при разработке конструкторской документации насоса бурового трехпоршневого одностороннего действия типа 8Т-650, в том числе насоса бурового трехпоршневого одностороннего действия 8Т-650-01, мощностью 475кВт (650 л.с), максимальным числом рабочих ходов 160 мин, длиной хода 203 мм, массой 12500 кг с наибольшим давлением 32 МПа (320 кгс/см2) и наибольшей подачей 45 л/с. Насос имеет следующие габаритные размеры: 3665 мм (длина) × 2360 мм (ширина). При высоких технических характеристиках, длина насоса уменьшена более чем на 30%, масса на 11% по сравнению с известными конструкциями.
Таким образом, новая совокупность признаков заявленной полезной модели позволила создать насос буровой трехпоршневой одностороннего действия, обладающий техническими характеристиками на уровне известных конструкций насосов буровых, в том числе и зарубежных аналогов, сохраняя при этом меньшие габаритные размеры.
Снижение массы и габаритов насоса позволяет применять его в составе стационарных и передвижных насосных установок, размещая все необходимое оборудование на едином монтажном основании, что обеспечивает удобство эксплуатации и транспортировки. При этом конструкция насоса обеспечивает высокие технические характеристики и позволяет осуществлять технологию проводки скважины с применением форсированного режима бурения. Простота и удобство конструкции обеспечивают наименьшие затраты времени при монтаже, обслуживании и ремонте.