Принцип действия поршневого насоса известен более двух тысяч лет
 Скачать 175 Kb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Принцип действия поршневого насоса известен более двух тысяч лет. Поршень, перемещающийся поступательно, вытесняет жидкость в нагнетательный трубопровод из цилиндра, вновь заполняемого через всасывающий трубопровод следующей порцией жидкости при возвращении поршня в исходное положение. За время своего существования поршневой насос прошел сложный путь технического совершенствования и нашел широкое применение, в частности во вращательном бурении нефтяных и газовых скважин. Насосы иного принципа действия - динамические, лопастные, ротационные и другие оказались непригодными для нового технологического процесса, потому что рабочие органы их гидравлической части подвергаются интенсивному изнашиванию, вызванному специфическими свойствами, присущими нагнетаемой в скважину промывочной жидкости - абразивосодержащего вязкопластического утяжеленного глинистого раствора, включающего нефть, газы и химреагенты. Для достижения необходимой равномерности движения жидкости в подводящем и отводящем трубопроводах насосы применяю с несколькими насосными камерами (чаще всего с четырьмя или тремя), что относительно упрощает дальнейшую стабилизацию потока, осуществляемую компенсаторами неравномерности подачи. Вместе с тем увеличение числа цилиндров и насосных камер усиливает изнашивание, усложняет конструкцию механизма главного движения и блока цилиндров, а чрезмерное увеличение заметно повышает стоимость как подготовки, так и эксплуатацию насоса. В задачу научного исследования эффективности различных структурных схем и оптимизации режимов эксплуатации поршневого бурового насоса входит сопоставление возможных сочетаний применяемых в нем изнашиваемых пар и влияния различных параметров изнашивания, частоты нагружения, скорости движения изнашиваемых элементов гидравлической части, давления нагнетания и действия совокупности факторов среды нагнетаемой промывочной жидкости, т.е. исследование механизмов путем изучения износостойкости составляющих структурных элементов. Эмпирическим путем испытания и последовательного отбора опытных образцов получить ответ на вопросы возникающие при проектировании и выборе оптимальных структурных схем и режимов эксплуатации насосов было бы весьма сложно. С накоплением отдельных научных результатов, связанных с изучением поршневого бурового насоса, в настоящее время становится все более очевидной необходимостью разработки его теории как совокупности научных представлений о закономерностях гидравлического действия и изнашивания- двух основных процессов, одновременно протекающих в поршневом буровом насосе при его работе и определяющих в основном эксплуатационные качества насосов. Бурный рост нефтяной промышленности в технически развитых странах, сопровождается совершенствованием поршневого бурового насоса. Технический уровень насосостроения может быть охарактеризован основными параметрами поршневых буровых насосов с двумя цилиндрами двухстороннего действия. Дальнейшее повышение мощности насосов связанное с чрезмерным увеличением их веса и размеров, заметно тормозится с возможностями транспортирования как в пределах площади разрабатываемого месторождения, так и вне ее. 1. ОБЗОР ПРИМЕНЯЕМЫХ НАСОСОВ И АНАЛИЗ ИХ РАБОТЫ Поршневые насосы с различными структурными схемами делятся на: Прямодействующие двухстороннего действия, двухпоршневые паровые; Приводные двухстороннего действия, двух и трехпоршневые; Одностороннего действия трехпоршневые 1.1 Прямодействующий насос двухстороннего действия Прямодействующие двухпоршневые насосы состоят из гидравлической части, т.е. собственно двухпоршневого насоса, и паровой горизонтальной двухцилиндровой поршневой машины. Гидравлический и паровой цилиндры расположены на одной оси, а поршни укреплены на общем штоке. Раствор подается попеременно, то одним, то другим поршнем. Эти насосы просты по конструкции, не требуют каких-либо промежуточных трансмиссий, имеет гибкую характеристику и равномерную подачу, что позволяет применять их без компенсаторов. Однако низкая экономичность (КПД около 5%), высокий расход пара (до 60 кг/квт), необходимость снабжения котлов чистой водой привели к тому, что в настоящее время насосы этого типа, а также прямодействующие насосы с гидроприводом в буровых установках не применяются. Они уступили место приводным. 1.2 Приводные поршневые насосы двухстороннего действия Приводные поршневые насосы двухстороннего действия стали применятся с созданием мощных двигателей внутреннего сгорания, трансмиссий, способных передавать большие мощности. Насос состоит из двух частей: гидравлической и трансмиссионной - приводной. Приводная часть представляет собой кривошипно-ползунный механизм с ползуном, соединенным с коренным валом зубчатым редуктором, снижающим частоту его вращения. Вращение и мощность от двигателя, установленного отдельно от насоса, передаются на трансмиссионный вал, а от него через зубчатую передачу на главный коренной вал. Несмотря на сложную конструкцию, большую неравномерность подачи, эти насосы благодаря большой экономичности широко распространены. Значительная пульсация мгновенной подачи, результат преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное кривошипно-ползунного механизма. Для уменьшения вредного влияния пульсации подачи эти насосы применяют с диафрагменными компенсаторами, амортизирующими колебание раствора и регулирование частоты ходов насоса. 1.3 Приводные поршневые насосы одностороннего действия Приводные поршневые насосы одностороннего действия более мощные (1000-1500 квт), рассчитанные на длительную работу при высоких давлениях (30-40 Мпа). В связи с этим у них увеличены диаметры штоков (вместо 60-70 до 80-90мм). Это привело к тому, что объем камеры насоса двухстороннего действия со стороны штока сократился и стал составлять 60-65% объема передней камеры, а масса двухпоршневого насоса резко возросла, что усложнило его транспортировку и монтаж в промысловых условиях. В связи с этим конструкторы вернулись к идее использования трехпоршневых насосов. В настоящее время применяются трехпоршневые приводные насосы одностороннего действия. По сравнению с двухпоршневыми двухстороннего действия они обеспечивают почти в два раза большую равномерность подачи, а при использовании диафрагменных компенсаторов сильно снижается пульсация раствора, что обеспечивает высокие показатели работы. 1.4 Техническая характеристика поршневых насосов В таблице 1 даты технические характеристики основных поршневых насосов, которые используются при бурении Таблица 1 Техническая характеристика поршневых насосов
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||