ТРЕХПОРШНЕВОЙ БУРОВОЙ НАСОС ОДНОСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ

Область техники
Полезная модель относится к области бурового оборудования, а именно, к поршневым буровым насосам и может быть использована в составе насосных буровых установок для нагнетания различных технологических жидкостей в скважину.
Уровень техники
Известен трехпоршневой буровой насос одностороннего действия НБТ-600-2, производства ООО «Волгоградский завод буровой техники», мощностью 475 кВт, числом ходов поршней 150 мин-1, 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 (Муравенко В.А., Муравенко А.Д., Муравенко В.А. Буровые машины и механизмы. Том 1, Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002, с. 208).
к недостатку известного решения можно отнести использование в нем зубчатой косозубой передачи, передающей вращение от приводного вала на кривошипно-шатунный механизм. Применение этой передачи предъявляет повышенные требования к конструкции опор валов и жесткости корпуса, вызванное появлением осевой нагрузки. При этом остается необходимость в установке радиально-упорных подшипников, их регулировке, что усложняет конструкцию и увеличивает затраты на обслуживание.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является известная конструкция - насос буровой трехпоршневой одностороннего действия типа 8Т-650 (RU 92698, F04B 19/22, опубл. 27.03.2009). Насос содержит корпус, приводную и гидравлическую части, системы смазки, охлаждения поршневой группы и подогрева масла в картере насоса, предохранительную и контрольную аппаратуру.
Приводная часть включает в себя приводной вал, выполненный в виде вала-шестерни, передающего вращение на вал кривошипно-шатунного механизма посредством шевронной передачи, в которой осевые усилия замыкаются на зубчатых колесах (не передаются на валы и опоры). Применение шевронной передачи позволяет исключить осевое давление на подшипниковые опоры кривошипного вала, а также использовать вместо радиально-упорных саморегулирующиеся радиальные подшипники. Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршней гидравлической части насоса. Оба конца приводного вала выполнены унифицированными и содержат шпоночные пазы, что позволяет монтировать на него ведущий шкив для клиноременной передачи от источника вращения с любой из сторон, в зависимости от требуемой компоновки, что расширяет эксплуатационные возможности насоса. В нижние и верхние головки шатунов устанавливаются роликовые однорядные радиальные подшипники.
Конструкция известного насоса 8Т-650 имеет следующие существенные недостатки:
- шевронная передача, применяемая в приводе кривошипно-шатунного механизма сложна и дорога в производстве. Высокая трудоемкость и сложность ремонта приводной части (большой объем монтажно-демонтажных работ при замене шевронных зубчатых передач);
- приводной вал насоса имеет большие габариты многоручьевого клиноременного шкива, через который подводится мощность от силовой передачи (двигатель + трансмиссия). Поскольку в клиноременном приводе передача мощности осуществляется только силами трения и сопровождается значительным относительным скольжением ремней под нагрузкой, что вызывает интенсивный износ, а также необходимость в сложном устройстве регулирования натяжения ременной передачи и дополнительном обслуживании ременного привода для компенсации износа и вытяжки ремней. Кроме того, силы натяжения клиноременной передачи создают большие радиальные нагрузки на подшипниковые опоры приводного вала. Все это в итоге сопровождается потерями мощности и снижением КПД привода.
- применение роликовых подшипников в головках шатунов существенно увеличивает габаритные размеры приводной части насоса.
- отсутствие кинематической связи между буровым насосом и подпорным насосом в линии всасывания не обеспечивает синхронизацию их производительности при изменении нагрузочного и скоростного режима работы.
Все вышеперечисленные недостатки в целом усложняют конструкцию, увеличивают габаритные размеры, повышают стоимость и трудоемкость изготовления и технического обслуживания.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании новой надежной конструкции трехпоршневого бурового насоса одностороннего действия.
Технический результат полезной модели заключается в упрощении и удешевлении конструкции, увеличении технического ресурса, повышении удобства эксплуатации и ремонтопригодности, уменьшении габаритных размеров бурового насоса.
Раскрытие полезной модели
Поставленная задача решается тем, что трехпоршневой буровой насос одностороннего действии (далее насос) содержит корпус, приводную и, связанную с ним, гидравлическую части, систему смазки, систему охлаждения поршневой группы и подогрева масла в картере насоса, предохранительную и контрольную аппаратуру.
Приводная часть насоса 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 образующими три камеры с всасывающими и нагнетательными клапанными группами в каждой из них, взаимосвязанными с всасывающим и напорным манифольдами.
Насос отличается тем, что приводная часть выполнена в виде приводного вала, с установленным на нем блоком ведущих звездочек, который связан посредством многорядной цепной передачи с блоком ведомых звездочек, смонтированных на любом конце кривошипного вала, связанного с поршнями гидравлической части посредством шатунов с подшипниками скольжения в шатунных головках и штоков,, при этом гидрокоробки гидравлической части соединены посредством фланцевых муфт с конусными посадочными поверхностями в единый блок, соединенный с напорным манифольдом, причем области всасывания и нагнетания объединены в одной камере и образуют напорную линию внутри корпусов гидрокоробок, система смазки содержит шестеренчатый масляный насос с цепной передачей от кривошипного вала и внутреннюю систему трубопроводов, распределяющих смазку по механизмам насоса. Кроме того, приводной вал связан механическим приводом с подопорным насосом.
Из известных источников информации не известен насос, обладающий совокупность признаков заявленной полезной модели, которая позволила создать насос, обладающий техническими характеристиками на уровне известных конструкций насосов буровых, в том числе и зарубежных аналогов. Осуществление полезной модели
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен вид насоса спереди в составе насосной буровой установки НБУ-500 в изометрии; на фиг.2 - вид насоса сзади в составе насосной буровой установки НБУ-500 в изометрии; на фиг.3 - гидрокоробка в разрезе; на фиг.4 -шатунная группа приводной части насоса; на фиг.5 - система подвода СОЖ к поршню; на фиг.6 - механический привод от приводного вала на подпорный насос.
Насос содержит сварной корпус, приводную и гидравлическую части, систему смазки, систему охлаждения поршневой группы и подогрева масла в картере насоса, предохранительную и контрольную аппаратуру, кран-балку поворотную.
Приводная часть включает в себя приводной вал 1, который передает вращение через многорядную цепную передачу 2 на кривошипный вал 3 с шатунами 4. Приводной вал приводится в действие любым силовым приводом через карданную передачу.
Применение цепной передачи позволяет:
- исключить осевые нагрузки на подшипниковые опоры кривошипного вала 3 и существенно снизить радиальные нагрузки,
- использовать самоустанавливающиеся подшипники, например серии SKF, которые не требуют дополнительной регулировки, что исключает необходимость обеспечения доступа к ним и позволяет унифицировать концы кривошипного вала 3.
С приводного вала 1 через многорядную цепную передачу 2 вращение передается на кривошипный вал 3 с шатунами 4, которые преобразуют вращательное движение вала 3 в возвратно-поступательное движение поршней 5 гидравлической части насоса. Оба конца кривошипного вала 3 выполнены унифицированными и содержат шпоночные пазы. Такая конструкция позволяет, в зависимости от требуемой компоновки, монтировать на него с любой из сторон блок многовенцовых звездочек, что расширяет эксплуатационные возможности насоса.
Гидравлическая часть насоса состоит из трех раздельных взаимозаменяемых гидрокоробок 6, соединенными с цилиндровыми втулками 7 и установленными в них штоками 8 и поршнями 5.
В гидрокоробках 6, области всасывания 9 и нагнетания 10 объединены в одной камере, в которой установлены клапаны 11, 12, 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 6 соединены между собой всасывающим манифольдом 13 для равномерной подачи бурового раствора. Всасывающий манифольд 13 изготовлен путем сваривания стандартных трубных элементов, что позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления и уменьшить габариты при сохранении выходных параметров.
Гидрокоробки соединены посредством фланцевых муфт 14 с конусными посадочными поверхностями и уплотнениями 15, образуя напорную линию внутри корпусов гидрокоробок 6, соединенную с напорным манифольдом 16.
Принудительная система смазки бурового насоса включает шестеренчатый масляный насос 17 с цепным приводом от кривошипного вала 3, установленный внутри корпуса насоса, и внутреннюю систему трубопроводов 18, распределяющих смазку по механизмам насоса. Для очистки масла служат фильтр заборный, фильтр тонкой очистки и карманы - отстойники.
Система охлаждения поршневой группы состоит из бака 19 с подогревом СОЖ, электронасосного агрегата 20 и коллектора 21 для подачи СОЖ под давлением в штоковую полость цилиндровой втулки 7 с целью создания нормального режима работы цилиндрово-поршневой группы: смазки и охлаждения рабочих поверхностей поршня 5 и цилиндровой втулки во время его рабочего хода и удаления любых твердых частиц для уменьшения износа цилиндрово-поршневой группы. При этом СОЖ подается в штоковую полость цилиндровой втулки 7 через гибкий шланг 22 и штуцер 23. Для удобства обслуживания электронасосный агрегат 20 располагается сбоку насоса.
Подпорный насос 24 с отбором мощности от приводного вала 1 (карданная передача 25, ременная передача 26) улучшает всасывающие характеристики бурового насоса. С приводного вала имеется возможность через шпоночный паз установить муфту карданной передачи и связать приводной вал с подпорным насосом карданным валом и ременной передачей, выполнив кинематическую связь, обеспечивающую синхронизацию производительности бурового насоса с производительностью подпорного насоса. Предохранительная и контрольная аппаратура насоса включает в себя: пневмокомпенсатор высокого давления 27 для выравнивания подачи и давления нагнетания бурового раствора; клапан предохранительный 28 для защиты механической и гидравлической частей насоса и привода от действия перегрузок. Для повышения удобства и обеспечения безопасности проведения работ при техническом обслуживании насоса, в частности замены изношенных деталей, буровой насос комплектуется поворотной кран-балкой 29.
Насос работает следующим образом.
Вращение от приводного вала 1 через многорядную цепную передачу 2 передается на кривошипный вал 3 с шатунами 4, которые преобразуют вращательное движение в возвратно-поступательное движение ползунов 30 со штоками 8 и поршнями 5. При перемещении поршней 5 в цилиндровой втулке 7 в направлении от гидрокоробки 6 объем гидравлической части увеличивается, что сопровождается уменьшением в ней давления жидкости. Давление над всасывающим клапаном 11 падает ниже давления во всасывающем манифольде 13. Под действием разности давлений тарелка всасывающего клапана 31 приподнимается над седлом 32, открывая доступ в цилиндр жидкости из всасывающей полости 9 и манифольда 13. Нагнетательный клапан 12 при этом закрыт, происходит всасывание жидкости и заполнение свободной полости втулки 7. При обратном ходе поршня 5 давление в цилиндре увеличивается вследствие сжатия жидкости в замкнутом объеме. Под действием растущего давления в цилиндре приподнимается тарелка 33 нагнетательного клапана от седла 34 и происходит процесс нагнетания жидкости в полость нагнетания 10 и манифольд 16, подключаемый к буровой установке, при этом всасывающий клапан 11 закрыт.Для создания оптимальных режимов работы насоса при бурении, предусмотрен широкий диапазон типоразмеров цилиндрических втулок 7 и поршней 5. Полезная модель реализована при разработке конструкторской документации насосной буровой установки НБУ-500 с буровым трехпоршневым одностороннего действия насосом мощностью 400 л.с, максимальным числом рабочих ходов 286 мин-1, длиной хода 177,8 мм, с наибольшим давлением 55 МПа и наибольшей подачей 38 литров в секунду.
Промышленная применимость
Полезная модель может быть использована при строительстве и ремонте скважин для добычи нефти и газа на установках, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин. Насос может быть изготовлен в промышленных условиях на стандартном оборудовании.