Никишенко С.Л. Нефтегазопромысловое обрудование

Подождите немного. Документ загружается.

Изменение числа оборотов кривошипного вала удобный способ

регулирования, на практике используется несколько вариантов в ком-

плексе, что позволяет плавно менять подачу поршневого насоса.

3. Подачу поршневого насоса можно уменьшить почти в два раза

если убрать нагнетательный клапан в штоковой камере насоса. При

эт

ом насос двойного действия будет работать, как насос диффе-

ренциального действия, давление и степень неравномерности по-

дачи не изменяются. Этот способ регулирования на практике при-

меняется редко, при закачивании глубоких скважин, когда требу-

ется уменьшить подачу насоса до минимума для уменьшения гид-

равлических сопротивлений движения жидкости в затрубном про-

странстве.

4. Изменять длину хода поршня возможно только в специальных

дозировочных насосах, которые будут рассмотрены ниже.

Вопрос 1.14. Роторные насосы

Роторными насосами называются гидравлические машины, рабо-

тающие, как и поршневые насосы, по принципу вытеснения жидкости.

В роторных насосах отделение напорной линии от всасывающей

происходит путем одновременного замыкания трех основных частей

насоса: статора (неподвижной части), ротора и замыкателей или вы-

теснителей. При этом вытеснителями могут быть шестерни, винты,

поршеньки, пластинки, которые, вращаясь вместе с валом или рото-

ром, вытесняют жидкость, поступающую в насос, в нагнетательную

линию. Роторные насосы не нуждаются в клапанах.

Благодаря поочередному и непрерывному следованию одного

вытеснителя за другим подача роторного насоса отличается большой

равномерностью. К основным преимуществам роторных насосов, кро-

ме того, относятся сравнительно небольшие габариты и вес, простота

конструкции и изготовления, способность работать при больших чис-

лах оборотов, благодаря чему возможно непосредственное соедине-

ние с электродвигателем, малая зависимость давления от подачи. Эти

насосы находят применение в основном для перекачки вязких жид-

костей и используются в качестве масляных, топливных, перекачи-

вающих насосов и насосов для различных систем управления и авто-

матики. По виду вытеснителей роторные насосы могут быть шесте-

ренными, винтовыми или пластинчатыми.

Шестеренные насосы. Шестеренный насос состоит из двух нахо-

дящихся в зацеплении шестерен, помещенных в плотно охватываю-

щий их корпус (рис. 1.15).

Корпус имеет приемный А и нагнетательный В патрубки; прием-

ный патрубок расположен со стороны выхода зубьев шестерен из за-

цепления, а нагнетательный - на стороне входа их в зацепление.

-31-

Принцип действия насоса

заключается в засасывании жид-

кости в межзубовые впадины, ос-

вобождаемые зубьями, выходя-

щими из зацепления, и в вытес-

нении этой жидкости зубьями,

входящими в зацепление. Жид-

кость, попавшая во впадину со

стороны всасывающей полости,

переносится в камеру нагнета-

ния. Процессы всасывания и на-

гнетания происходят непрерыв-

но в течение полного оборота

шестерен. Находящиеся в зацеп-

лении зубья шестерен представ-

ляют собой подвижное уплотнение, разделяющие полости всасы-

вания и нагнетания.

В шестеренных насосах применяют главным образом зубья

с эвольвентным профилем, который нечувствителен к изменению рас-

стояния между осями шестерен и прост в изготовлении.

С достаточной для практики точностью подачу насоса (в м

/с)

можно определить по формуле:

Рис. 1.15 Схема шестеренного

насоса

(1.17)

где D

- диаметр начальной окружности шестерен в м;

т - модуль зацепления в м;

b - ширина шестерен в м;

п - число оборотов шестерен в минуту;

- объемный КПД, учитывающий утечки.

Величина находится в пределах 0,7...0,9, численное значение

механического КПД находится в пределах 0,8...0,95. Шестерни на-

соса обычно исполняют одинакового диаметра с числом зубьев

8... 12. Шестерни выполняют прямозубыми, косозубыми и шеврон-

ными. Насосы применяют для подач 0,25...40 м

/час и напоров до

2...3 МПа. Шестеренные насосы применяют в гидросистемах агре-

гатов для подземного ремонта и как топливные в депарафиниза-

ционных агрегатах.

Винтовые насосы. Винтовые насосы обычно выполняют с одним,

двумя, тремя или пятью винтами при этом один винт ведущий, а ос-

тальные ведомые. Винты многовинтовых насосов помещают в плот-

но охватывающий их кожух. Всасывающую и нагнетательную каме-

ры помещают со стороны торцов винтов (рис. 1.16).

-32-

Рис. 1.16. Устройство винтового насоса:

1 - крышка корпуса; 2 - обойма роторов; 3 - ведомый ротор; 4 - нагнетательный

патрубок; 5 - ведущий ротор; 6 - нажимная втулка уплотнительного сальника;

7 - корпус; 8 - опорная втулка ведущего ротора; 9 - ведомый ротор;

10 - всасывающий патрубок; 11 и 13 - разгрузочные поршни ведомого ротора;

12 - разгрузочный поршень ведущего ротора.

При вращении винтов в раскрывающуюся впадину винтового ка-

нала, находящуюся во всасывающей полости, поступает жидкость. При

дальнейшем вращении винтов эта впадина замыкается и жидкость,

находящаяся в ней, переносится к нагнетательной полости, где впади-

на размыкается, и жидкость, находящаяся между входящими

в зацепление винтами, проталкивается в нагнетательный трубопровод.

Винтовые насосы имеют ряд преимуществ перед шестеренчаты-

ми: меньше габариты и вес, бесшумность работы, отсутствие перебал-

тывания перекачиваемой жидкости, способность к перекачиванию

жидкостей с самой различной вязкостью, большое допустимое число

оборотов. Наибольшее распространение имеют насосы трехвинтовые.

-33-

Поверхность корпуса, в котором работают винты, заливают баб-

битом.

Винты выполняют двухзаходными, а направление винтовой на-

резки ведущего винта противоположно ведомым. Передаточное от-

ношение между винтами равно единице. Развиваемый напор пропор-

ционален длине винтов. Особенность винтовых насосов - возмож-

ность превращения их в гидравлические двигатели (турбины) путем

подведения к ним жидкости под давлением. КПД винтовых насосов

достигает 80...90 %, и применяются они для подач 1,5...500 м

/ч при

напорах до 17,5 МПа и скоростях вращения до 10000 об/мин. Подачу

двухвинтового насоса с достаточной точностью можно подсчитать по

приближенной формуле:

/с

где D - внешний диаметр винта в м;

d - внутренний диаметр винта в м;

t - шаг винта в м;

п - скорость вращения винта в об/мин.

Подача трехвинтового насоса приблизительно в 1,5 раза больше

подачи двухвинтового.

Одновинтовые насосы отличаются простотой конструкции и мо-

гут перекачивать загрязненные и вязкие жидкости.

Рабочим органом одновинтового насоса служат однозаходный

винт и резиновая обойма, внутренняя полость которой представляет

двухзаходную винтовую поверхность с шагом в 2 раза большим шага

винта. При вращении винта между ним и обоймой образуются сво-

бодные полости, куда засасывается перекачиваемая жидкость, кото-

рая перемещается вдоль оси насоса к полости нагнетания. При этом

на всасывающей стороне создается вакуум, под действием которого

жидкость всасывается в цилиндр.

Погружные одновинтовые насосы применяются в нефтяной про-

мышленности для откачки из скважин высоковязкой нефти.

Пластинчатые (ротационные) насосы. Эти насосы широко при-

меняют для подачи масел в гидравлических системах машин. Ротор

этого насоса (рис. 1.17) имеет радиальные прорези, в которых поме-

щаются легко перемещающиеся рабочие лопатки в виде прямоуголь-

ных пластин.

При вращении ротора пластины прижимаются наружными тор-

цами к внутренней поверхности корпуса, поочередно отсекая объем

жидкости в пространстве между лопатками, и вытесняют ее в напор-

ный трубопровод.

-34-

Пластинки прижимаются к

корпусу центробежной силой,

пружинами или давлением жид-

кости, подводимой со стороны

оси. Подача насоса определяется

формулой:

где R - радиус корпуса;

е - эксцентриситет ротора;

b - ширина лопатки вдоль

оси;

п - скорость вращения в

Рис. 1.17. Схема пластинчатого

насоса с эксцентрично

расположенным ротором

об/мин;

" - объемный КПД насоса.

Пластинчатые насосы выполняют для подач 0,3... 12 м

/ч, давле-

ний до 7 МПа при скорости вращения до 1500 об/мин. Снабжая крыш-

ки корпуса продолговатыми отверстиями и ползунами, в процессе ра-

боты насоса можно изменять величину эксцентриситета е. Тем самым

можно изменять подачу насоса.

Вопрос 1.15. Дозировочные насосы

Дозировочные насосы предназначены для объемного напорного

непрерывного дозирования чистых жидкостей (химических реаген-

тов) для деэмульсации пластовой жидкости, предотвращения отло-

жения парафина и солей в насосно-компрессорных трубах и промыс-

ловых коллекторах, для подачи добавок в воду, закачиваемую в на-

гнетательные скважины.

К специфическим характеристикам дозировочных насосов, поми-

мо всех остальных параметров, характеризующих объемные насосы,

относится класс точности дозирования, который определяется наи-

большим отклонением фактической подачи эталонной жидкости при

номинальном режиме работы насоса, выраженном в процентах от

номинальной подачи. Конструкция дозировочного насоса должна

позволять плавную регулировку подачи от нуля до максимума без

остановки приводного двигателя.

Дозировочные насосы применяются для перекачивания жидко-

сти давлением до 40 МПа в количествах от нескольких литров до

нескольких кубических метров в час, при точности дозирования поряд-

ка 0,1 ...2,5 %. Температура перекачиваемой жидкости определяется стой-

костью материала уплотнений и при использовании резиновых и рези-

отканевых манжет не должна превышать 80 °С, а при использовании

фторопласта - 200 °С. Область применения насосов определяется

стойкостью материалов, из которых выполнена проточная часть,

а также стойкостью материала уплотнений.

Дозировочный насос НД - одноплунжерный, горизонтальный, про-

стого действия с регулируемой подачей состоит (рис. 1.18) из мотора-

редуктора /, гидроцилиндра Пи регулирующего механизма III. Все узлы

насоса монтируются на корпусе регулирующего механизма.

Ш П

Рис. 1.18. Кинематическая схема дозировочного насоса НД

Мотор-редуктор включает в себя приводной двигатель и редук-

тор, выполненные в одном корпусе. Частота вращения вала 1 мото-

ра-редуктора составляет 85 мин

. Регулирующий механизм пред-

назначен для преобразования вращательного движения вала в воз-

вратно-поступательное движение плунжера и для изменения дли-

ны его хода.

Вал 3 соединен зубчатой муфтой с валом 1 мотора-редуктора.

Насаженный на вал 3 кулачок 4 преобразует вращательное движение

вала в возвратно-поступательное движение ползуна 5, к которому

жестко крепится плунжер 2. Ползун 5 находится в постоянном кон-

такте с кулачком 4 за счет предварительно сжатой пружины 6. Регу-

лирование подачи агрегата достигается изменением длины хода пол-

зуна 5, т. е. в конечном счете, длины хода плунжера за счет изменения

зазора I между ползуном и упором 7. На упоре 7 предусмотрена резь-

ба, позволяющая ему перемещаться в осевом направлении при вра-

щении колпака регулятора 8. Гидроцилиндр включает в себя корпус,

в котором перемещается плунжер. Зазор между ними уплотняется

V-образными манжетами 9. Степень поджатия уплотнений регули-

руется нажимной гайкой, передающей усилие затяжки через нажим-

ной стакан (эти детали на рисунке не показаны). Всасывающий 10

и нагнетательный 11 клапаны-двойные, шариковые. Клапаны зак-

-36-

ны

корпусе цилиндра с помощью специального хомута, по-

ляющего легко и быстро собирать и разбирать клапаны. Всасыва-

ний и нагнетательный трубопроводы присоединены к ниппелям,

крепящимся к штуцеру с помощью накидной гайки.

Агрегат работает следующим образом: при вращении вала 1 мото-

а-оедуктора кулачок 4, взаимодействуя с ползуном 5, перемещает

плунжер 2, в результате чего происходит ход нагнетания - жидкость

из рабочей полости цилиндра выталкивается в нагнетательный тру-

бопровод через клапаны 11. При подходе плунжера к крайнему поло-

жению нагнетание заканчивается. Дальнейший поворот кулачка 4

происходит при перемещении плунжера под действием пружины 6,

что соответствует ходу всасывания - жидкость из нагнетательного

трубопровода через всасывающие клапаны 10 попадает в рабочую

полость цилиндра.

Перемещение плунжера 2 и ползуна 5 обусловлено положением

упора 7. Если он максимально вывернут из корпуса, то длина хода

ползуна будет определяться удвоенным эксцентриситетом кулачка

4. Чем больше упор 7 ввернут в корпус, тем меньше будет перемеще-

ние ползуна и тем меньше будет подача насоса. Помимо ручной регу-

лировки подачи конструкция агрегатов предусматривает автомати-

ческую регулировку специальным исполнительным механизмом, ус-

танавливаемым на регулирующий механизм агрегата.

Кроме описанного насоса, в нефтяной промышленности приме-

няются дозировочные агрегаты серии НД, ГНД, ДА, а также не изго-

тавливаемые в настоящее время, но в некоторых местах еще приме-

няемые дозировочные насосы РПН.

Вопрос 1.16. Смазка узлов приводной части насоса

Полость картера заполнена маслом. Зубчатое колесо коренного

вала насоса при вращении окунается в масляную ванну и захватыва-

ет масло, обеспечивая смазку зубчатой пары. При этом часть масла

попадает в надкрейцкопфную камеру, а оттуда на направляющие крей-

цкопфа и через специальный канал на палец соединения крейцкопфа

с шатуном, излишки масла стекают в картер. В верхней части картера

имеется люк для осмотра деталей приводной части насоса с сапуном,

в нижней части - щуп для измерения уровня масла.

В некоторых поршневых насосах подшипники и крейцкопфы сма-

зываются при помощи шестеренного масляного насоса, который при-

водится в действие от коренного вала и подает смазку в места трения

по

трубкам.

К картеру приводной части прикреплен масляный фильтр, а в

клапанной коробке - холодильник для масла.

-37-

Вопросы для самоконтроля

1. Схема поршневого насоса простого действия с обозначением

узлов и деталей.

2. Схема поршневого насоса двойного действия с обозначением

узлов и деталей.

3. Как обеспечивается возвратно-поступательное движение пор-

шня?

4. В какой момент срабатывают клапаны насосов?

5. Сравнение диафрагменных насосов с активной и пассивной ди-

афрагмой.

6. Дать определение высоты всасывания, принцип ее подсчета.

7. Перечислить факторы, влияющие на высоту всасывания.

8. Как изменяется скорость движения поршня? Изобразить гра-

фически.

9. Понятие мгновенной подачи, принцип ее подсчета.

10. Чем обусловлена неравномерность подачи насоса?

11. График изменения мгновенной подачи насоса двойного дей-

ствия.

12. График изменения мгновенной подачи грехлоршневого насоса.

13. На какой угол сдвинуты кривошипы двухцилиндрового насо-

са двойного действия?

14. Понятие коэффициента неравномерности подачи.

15. Методы снижения коэффициента неравномерности подачи.

16. Понятие средней подачи. Принцип ее подсчета.

17. Определение средней подачи двухцилиндрового насоса двой-

ного действия.

18. Понятие коэффициента подачи. Факторы влияющие на него.

19. От чего зависит объем пневмокомпенсатора?

20. Назначение и принцип действия воздушных компенсаторов.

21. В какой момент времени жидкость начинает поступать в воз-

душный компенсатор?

22. Определение гидравлической мощности насосов.

23. Понятие гидравлического и механического КПД.

24. Принцип определения приводной мощности насосов.

25. Как устроен цилиндр насоса? Изобразить схему.

26. Конструкция поршня. Изобразить схему.

27. Конструкция клапанного узла. Изобразить схему.

28. Конструкция сальникового уплотнения штока. Изобразить

схему.

29. Как работает предохранительный клапан в насосе?

30. Конструкция узла трансмиссионного вала. Изобразить схему.

31. Конструкция эксцентрикового вала. Изобразить схему.

32. Конструкция крейцкопфного узла. Изобразить схему.

-38-

33. Как производится контроль за работой поршневого насоса?

34. Как смазываются узлы приводной части насоса?

35. Перечислите способы регулирования параметров работы на-

соса.

36. Назовите причины снижения давления в насосе.

37. Перечислите быстроизнашиваемые детали насоса.

38. Назначение и принцип работы шестеренного насоса.

39. Область применения винтовых насосов.

40. Регулирование работы дозировочного насоса.

-39-

Тема 2

Динамические насосы

Динамические насосы широко применяются в самых различных

технологических процессах, связанных с подъемом пластовой жид-

кости, воздействием на призабойную зону пласта, транспортирова-

нием нефти и воды в системах поддержания пластового давления,

в установках подготовки нефти для нефтеперерабатывающих пред-

приятий и др. Наиболее эффективно использование динамических

насосов для перемещения значительных объемов жидкости.

По сравнению с другими видами динамические насосы отлича-

ются простотой конструкции, высокой степенью унификации узлов

насосов одного типа, небольшими габаритными размерами, низкой

стоимостью. Преимущество динамичных насосов заключается также

в возможности непосредственного соединения валов насосов с вала-

ми электродвигателей, быстроходных турбин и регулирования пода-

чи насосов в широких пределах.

Вопрос 2.1. Схема и принцип действия

центробежного насоса

Центробежный насос относится к механизмам, в которых жидко-

сти сообщается кинетическая энергия, впоследствии преобразующа-

яся в энергию давления.

Центробежный насос в основном состоит из корпуса и рабочего

колеса с лопатками, расположенными между двумя дисками. Колесо

вращается с большой скоростью и благодаря развивающейся при вра-

щении центробежной силе отбрасывает находящуюся в нем жидкость

от центра к периферии. Эта жидкость поступает в пространство нагне-

тания, а соответствующий объем жидкости поступает из пространства

всасывания к центру рабочего колеса. Так осуществляется непрерыв-

ный ток жидкости и увеличивается в то же время ее удельная энергия.

Жидкость засасывается из резервуара 3 (рис.2.1.) через приемный

клапан 1 с сеткой 2, предохраняющей от попадания в насос посторон-

них предметов, и поступает во всасывающий трубопровод 4.

Отсюда жидкость поступает в камеру насоса и затем на быстро

вращающиеся лопатки рабочего колеса 5, где под действием центро-

бежной силы отбрасывается к периферии и поступает в спиральную

камеру б или в направляющий аппарат. Жидкость проходит далее

через напорную задвижку 7, обратный клапан 8 и напорный трубо-

провод 11 в резервуар 13. При длинном напорном трубопроводе для

удобства обслуживания на нем устанавливают возле резервуара ко-

ренную задвижку 12.

-40-