В ЦИЛІНДРОПОРШНЕВІЙ ПАРІ НАСОСІВ

 

5.1 Мета і завдання

 

5.1.1 Аналіз конструкцій насосів одно і двосторонньої дії.

5.1.2 Визначення діаметрів поршня насоса.

5.1.3 Розрахунок зусиль в циліндропоршневій парі насосів.

 

Тривалість заняття – 2 години.

 

5.2 Теоретичні відомості

 

При бурінні свердловин застосовуються двопоршневі насоси двосторонньої дії і трипоршневі насоси односторонньої дії.

На рис. 5.1 зображений двопоршневий буровий насос двосторонньої дії в перерізі. Він складається з приводної (механічної) і гідравлічної частин, змонтованих на загальній рамі.

Гідравлічна частина насоса складається з двох гідравлічних коробок, які з’єднані зі станиною і рамою насоса. В кожній гідрокоробці змонтовані змінні вузли і деталі: поршень 1, циліндрова втулка 2, клапан 5, шток 8, ущільнення штока 9 тощо. Циліндрова втулка закріплена в гідрокоробці кришкою 3 і коронкою 4 циліндричної чи конічної форми. Ущільнення циліндрової втулки 6 в гідрокоробці досягається гумовими і пластмасовими кільцями. Поршень насоса монтується на штоку своєю внутрішньою конічною поверхнею і жорстко закріплений на ньому гайкою й контргайкою. Торцевий отвір гідрокоробки в місці виходу штока герметизується ущільненням 9.

Клапани насоса – тарілчасті, конічні, підтискаються пружинами. Тарілка направляється двома своїми штоками, що входять вциліндричні отвори сідла та кришки. Сідло запресоване в конічному отворі гідрокоробки. Ущільнення між сідлом і тарілкою досягається гумовою манжетою. Кожний клапан виконаний так, щоб до нього був вільний доступ для швидкого огляду чи демонтажу. Вхідні і вихідні клапани насоса однакові і взаємозамінні.

 

 

1– поршень; 2 –втулка циліндрова; 3 –кришка; 4 –проставка; 5 – клапан; 6 – ущільнення циліндрової втулки; 7 – пневмокомпенсатор; 8 – шток; 9 – ущільнення штока; 10 – станина; 11 – трансмісійний вал; 12 – корінний вал; 13 – зубчаста передача; 14 – кривошипно-шатунний механізм; 15 – крейцкопф (повзун); 16 – направляючі станини; 17 – контршток

Рисунок 5.1 – Двопоршневий буровий насос двосторонньої дії

 

Всі ущільнення насоса виконані з гуми, пластмас чи інших еластичних матеріалів.

У зв’язку з безперервною зміною миттєвої подачі рідини і необхідністю забезпечення її рівномірного руху в маніфольді, використовується пневмокомпенсатор 7, змонтований на вихідному колекторі насоса.

Необхідним елементом є запобіжний клапан, який монтується на вихідному колекторі насоса.

Приводний механізм насоса розміщений в станині 10, яка має верхню і декілька бокових кришок, призначених для огляду механізму і зручності його ремонту. Приводний механізм містить: ведучий (трансмісійний) 11 і ведений (корінний) 12 вали, вмонтований понижуючий редуктор 13, два кривошипно-шатунні механізми 14 і інші деталі.

Ведучий вал насоса приводиться в рух за допомогою трансмісійної передачі (пасової чи ланцюгової). Він змонтований на підшипниках і передає за допомогою зубчастої передачі обертовий момент корінному валу, який приводить в рух кривошипно-шатунні механізми.

Контршток 17, з’єднаний з крейцкопфом (повзуном) 15, що виконує зворотно-поступальний рух в направляючих 16 станини. Мащення зубчастої передачі відбувається розбризкуванням рідким маслом. Трапляються конструкції, в яких підшипники змащуються консистентним мастилом, а іноді підшипники, крейцкопфи і зубчасті передачі змащуються мастилом під тиском. Насос приводиться в рух за допомогою того чи іншого механічного приводу.

При однакових значеннях тиску Р і подачі Q ЗПН мають значно більшу питому металоємність (масу, що приходиться на одиницю потужності) ніж динамічні насоси (в основному, із-за великої маси приводної частини). Маса приводної частини ЗПН приблизно складає 70…80 % від маси насоса.

На рис. 5.4 зображений трипоршневий буровий насос односторонньої дії в перерізі.

 

 

1 – колектор вхідний; 2 – клапан вхідний; 3 – гідравлічний затискач; 4 – клапан вихідний; 5 – колектор вихідний; 6 – циліндрова втулка; 7 – шток; 8 – подача мастильно-охолоджувальної рідини;

9 – контршток; 10 – крейцкопф (повзун); 11 – шатун; 12 – станина; 13 – трансмісійний вал; 14 – ексцентрик; 15 – пневмокомпенсатор

Рисунок 5.2 – Трипоршневий буровий насос односторонньої дії

Середня теоретична подача насосів односторонньої дії визначається за формулою:

.

(5.1)

Середня теоретична подача насоса двосторонньої дії визначається за формулою:

,

(5.2)

де – площа поперечного перерізу поршня;

– площа поперечного перерізу штока;

– число циліндрів насоса;

– кутова швидкість кривошипа;

– радіус кривошипа.

Найбільше стискуюче зусилля, що діє на шток:

(5.3)

де – зусилля від тиску рідини (в передній камері насоса);

– зусилля від тертя в циліндропоршневій парі (ЦПП);

– робочий тиск в циліндрі;

– діаметр поршня;

– довжина гумової манжети поршня;

– коефіцієнт тертя гуми по сталі ().

Найменше розтягуюче зусилля, що діє на шток:

(5.4)

де – зусилля від тиску рідини в штоковій камері насоса;

– зусилля від тертя в ущільненні штока;

– коефіцієнт тертя в ущільненні штока ( ).

 

5.3 Порядок виконання роботи

 

5.3.1 Корисна потужність насоса визначається за формулою:

,

(5.5)

де – механічний ККД насоса.

5.3.2 Мінімальний тиск насоса (при його максимальній подачі) визначається виходячи з рівняння (5.6):

.

(5.6)

5.3.3 Мінімальна подача (при максимальному тиску) визначається, виходячи з формули (5.7):

.

(5.7)

6.3.4 З формул (5.1) і (5.2) визначається мінімальний і максимальний діаметри поршня.

6.3.5 Вибирають проміжні значення діаметрів поршня.

6.3.6 Розрахунок зусилля в штоці насоса з врахуванням сил тертя в циліндропоршневій парі.

 

Таблиця 6.1 – Вихідні дані для виконання роботи

Варіанти	Параметри
, кВт		, мм	, дм3/с	, мм		, МПа		, м
								0, 93	0, 1	0, 97
								0, 92	0, 11	0, 96
								0, 92	0, 12	0, 96
								0, 91	0, 13	0, 95
								0, 90	0, 1	0, 95
				50, 9				0, 89	0, 1	0, 94
				50, 9				0, 88	0, 11	0, 94
				37, 5				0, 90	0, 12	0, 94
								0, 89	0, 1	0, 93
								0, 88	0, 11	0, 93

 

6.4 Контрольні запитання

 

6.4.1 Як розшифрувати насос НБ-600 та НБТ-950?

6.4.2 Як визначається корисна потужність ЗПН?

6.4.3 Нарисуйте схему поршневого насоса.

6.4.4 Як визначається подача ЗПН?

6.4.5 Які основні елементи (деталі) входять до складу гідравлічної частини бурового насоса?

6.4.6 Які основні вузли приводної частини ЗПН?