Кур раб Винтовой насос. Содержание Аннотация Оглавление
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Аннотация Данный курсовой работа выполнен на основании задания на курсовое проектирование по дисциплине «Нефтегазопромысловое оборудование» по теме «Рассчитать основные параметры и основные узлов осуществить подбор оборудование Винтового насоса». Расчетно-пояснительная записка (в количестве 42стр.) содержит описание конструкции проектируемого объекта, принцип его работы и техническую характеристику, расчеты по основному объекту, необходимые эскизы и расчетные схемы. Объем графической части - 1 лист формата А1. Содержание Аннотация............................................................................................................1 Оглавление...........................................................................................................2 Нормативные ссылки........................................................................................3 Обозначения и сокращения..............................................................................5 Введение...............................................................................................................6 1.Обоснование выбора конструкции проектируемого объекта................8 2.Описание конструкции проектируемого объекта с использованием патентного литературного обзора..............................................................16 3.Рассчитать основные параметры и основные узлы проектируемого объекта............................................................................................................27 Заключение.......................................................................................................40 Список литературы.........................................................................................41 Приложения......................................................................................................42 Нормативные ссылки. В настоящем РД использованы ссылки на следующиенормативные документы. Стандарты МЭК
Государственные стандарты
Обозначения и сокращения.  - эффективная вязкость смеси;  - оптимальная подача насоса на воде. - площадь кольца, образованного внутренней стенкой колонны и корпусом насоса, м2. -площадь сечения насоса, м2 - диаметр насоса, м. - подача в оптимальном режиме по «водной» характеристики насоса. - максимальный КПД насоса на водяной характеристики. - КПД погружного электродвигателя[Т]. – максимально допустимая температура откачиваемой жидкости  - сила тока двигателя ( 27,8А для ПЭД22-117/4В5), А; - вся длина кабеля (глубина спуска двигателя и примерно 50 м кабеля на поверхности); - активное сопративление 1 м длины кабеля, - удельное сопротивление жилы кабеля, мм2; - температурный коэффициент линейного расширения меди - температура жилы кабеля,  - индуктивное удельное сопративление кабеля, Ом/м; для кабеля с площадью сечения 25 и 35 мм2 равно  Ом/м; - сила тока при пусковом режиме(её можно принять 65 А). - коэффициент Дарси,  - диаметр насоса, мм.Dт, dm - диаметр выступов и впадин зубьев шлицевого соединения.  - фаска на зубьях шлицевого соединения быстроходного вала. Для данного вала величина фаски: - число установленных болтов  - диаметр окружности установки болтов - число плоскостей среза  - диаметр болта  - ширина фланца  - диаметр центрирующего выступа  - коэффициент затяжки ( =2.5). - внутренний диаметр резьбы болта Введение Темой данной квалификационной работы является разработка новой конструкции протектора установки погружного винтового насоса для добычи нефти. Данный узел особенно интересен для рассмотрения с точки зрения повышения его надежности. В настоящее время гидрозащита является одним из самых слабых звеньев погружных насосных установок, уступая по числу отказов только кабельной линии и резиновым обоймам статоров винтовых насосов. Актуальность этой разработки заключается в том, что существующее в настоящее время оборудование практически не приспособлено для добычи нефти в тех условиях, которые принято называть осложненными. В то же время на многих месторождениях нашей страны нефтяники сталкиваются с проблемой высокого содержания в пластовой жидкости воды, растворенного газа, механических примесей, а также различных смол парафинов. Благодаря нечувствительности к свободному газу, винтовые насосы идеальны для перекачки высокогазированных жидкостей. Они являются более износостойкими при добыче нефти, содержащей механические примеси, т.к. твердые частицы, проходя через насос, вдавливаются в эластомер обоймы (статора), который деформируется, но не истирается. По сравнению с центробежными насосами при эксплуатации насосов винтовых имеет место весьма малое перемешивание перекачиваемой жидкости (жидкость перекачивается практически без пульсации), что предотвращает образование стойкой эмульсии из нефти с водой. Отсутствие клапанов и сложных проходов определяет простоту конструкции и снижает гидравлические потери. Одним из таких технических средств используемой сегодня в нефтяной промышленности являются одновинтовые насосы (ОВН), именуемые в зарубежной литературе Moineau pumps или Progressive cavity pumps (PCP). Простота конструкции и уникальные характеристики ОВН позволяют эффективно использовать их в различных технологических процессах. В настоящее время во всем мире наблюдается пик интереса к одновинтовым гидромашинам и по мнению экспертов в дальнейшем область применения ОВН и технологий с их использованием будет расширяться. Основными требованиями, предъявляемыми к проектируемой установке, являются: - обеспечение заданных подачи и напора жидкости на выходе из установки; - способность нормально работать в условиях высоких температур; -межремонтного периода при перекачке жидкости с высоким содержанием газа, воды и механических примесей; - способность перекачивать жидкости высокой вязкости. В ходе проектирования установки решаются задачи повышения надежности и долговечности нового объекта по сравнению с базовым, улучшения его эксплуатационных характеристик и технико-экономических показателей. Целью работы является повышение эффективности нефтеотдачи и увеличение производительности Объект исследования. для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Предмет исследования – обоснование конструктивных и режимных параметров оборудования для буровых установок эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Идея работы заключается в повышении надежности и производительности за счет усовершенстви конструкции. Увеличение надежности достигается исключением повышенных колебаний в процессе работы верхнего привода. Появление значительных колебаний вызвано явлением резонанса - совпадением частот собственных колебаний с частотами вынужденных. Повышение производительности и надежности комплекса достигается изменением конструкций отдельных элементов и заданием рациональных параметров приводу и элементам механизма. 1.Обоснование выбора конструкции проектируемого объекта. 1.1 Анализ конструкций погружных винтовых насосов Сравнение параметров насосов с различным числом заходов винтовой поверхности. Основными геометрическими параметрами винтового насоса являются: шаг винтовой поверхности винта t и обоймы Г; диаметр винта R; эксцентриситет е; длина винта L;  Рисунок 1.1 Схема рабочих органов винтового насоса, а - обойма (статор); б - винт (ротор). В настоящее время винтовые насосы выпускаются в однозаходном и многозаходном исполнении. Наиболее перспективным является применение винтовых насосов с многозаходными рабочими органами. Многозаходные винтовые насосы обладают повышенными значениями критериев эффективности, чем определяются приимущества использования насосов с многозаходными рабочими органами по сравнению со стандартными насосами Муаносоднозаходным ротором [6,7]  Рисунок 1.2 Поперечные сечения рабочих органов винтового насоса с различным кинематическим соотношением Винтовые насосы с многозаходными органами предназначены для эксплуатации скважин (штанговой и бесштанговой) в широком диапазоне свойств пластовой жидкости, в том числе нефти высокой вязкости и повышенного газосодержания. Многозаходные насосы имеют существенные конструктивные и эксплуатационные преимущества по сравнению с традиционными винтовыми насосами с однозаходным ротором: увеличенную подачу (в 2 - 3 раза) при одинаковой частоте вращения и наружном диаметре насоса; уменьшенный осевой габарит (до 3-5 раз) при одинаковых давлениях; увеличенное давление при одинаковых осевых габаритах; высокие значения КПД при перекачки жидкостей высокой вязкости. Все перечисленные выше преимущества говорят о том, что применение в разрабатываемой конструкции рабочих органов, выполненных по многозаходной схеме, будет наиболее перспективным решением, отвечающим современным требованиям к нефтедобывающему оборудованию. Сравнение параметров схем с одной и двумя парами винтовых рабочих органов. Установки погружных винтовых насосов с одной парой рабочих органов были разработаны раньше, чем двухвинтовые, которые обладают рядом преимуществ перед ними. Во-первых, сдвоенные насосы позволяют создавать на выходе насоса удвоенную подачу по сравнению с одновинтовыми насосами. В условиях, когда радиальные габариты насоса жестко ограничены диаметром обсадной колонны скважины, это является важным преимуществом. Во-вторых, сдвоенные насосы изготавливают так, что направление винтовых поверхностей у двух пар рабочих органов различно (у одной левое, а у другой правое). Благодаря этому достигается гидравлическое уравновешивание осевых нагрузок на рабочие органы и практически исключается их передача на опорные пяты насоса. В дополнение к вышесказанному можно добавить, в настоящее время погружные одновинтовые насосы применяются в основном в составе установок для добычи нефти поверхностным приводом, а сдвоенные насосы - в составе установок с приводом от погружного двигателя. Установки погружных винтовых насосов с поверхностным приводом. Установки погружных винтовых насосов с поверхностным приводом выполняются в основном по схеме с одной парой многозаходных рабочих органов и передачей вращения к ним через понижающую передачу (зубчатая или клиноременная передача), расположенную на устье и колонну насосных штанг. Эти установки эксплуатируются в нефтяных скважинах с глубиной до 2000 м. Установки погружных винтовых насосов с поверхностным приводом способны откачивать жидкость со следующими параметрами: Вязкость —до 10 Па-с; Содержание механических примесей - до 2,5 г/л; Содержание свободного газа - до 60%; Принципиальная схема оборудования винтовой насосной установки типа УНВП приведена на рисунке 3.1.1. Установка состоит из наземного и глубинного скважинного оборудования. В качестве скважинного оборудования использовался сдвоенный винтовой насос 2, соединённый с помощью фланцевого соединения и снабженный на приемной части обратным клапаном. Ротор насоса спускается в скважину на колонне штанг 3, а статор на колонне НКТ 4, которая закрепляется в колонной головке 5. Поверхностное оборудование винтовойнасосной установки состоит из устьевогосальникового превентора 6, вращателя 7 смодульной вставкой и электродвигателя 8. Устьевой сальниковый превентор обеспечивает герметизацию устья скважины при помощи самоуплотняющегося сальникового узла. Особенностью привода является то, что он обладает возможностью ступенчатого и плавного регулирования частоты вращения приводной штанговой колонны за счет изменения передаточного отношения в редукторах в широких пределах. Опытная эксплуатация винтовой насосной установки УНВП показала ее работоспособность и надежность. Фирма «GRIFFIN PUMPS» также разработала типоразмерный ряд установок погружных винтовых насосов для добычи нефти с поверхностным механическим приводом. Для передачи вращения используются насосные штанги диаметром 22 и 25 мм, обоймы насосов закреплены на НКТ диаметром 73 мм и спущены на глубину от 1200 до 1500. Установки погружных винтовых насосов с поверхностным приводом обладают достаточно высокими значениями подач. Поскольку привод находится на поверхности, все операции, связанные с обслуживанием и регулированием привода, выполняются значительно проще. Способность УВНП перекачивать жидкости с высоким содержанием песка, воды и газа позволяет использовать их в самых различных условиях эксплуатации нефтяных скважин. Установки погружных винтовых насосов с погружным приводом В России первые погружные установки винтового насоса по принципу Муано для добычи нефти были разработаны в ОКБ БН в 60-х годах. Это были одновинтовые насосы с частотой вращения 3000 мин"1 в комплекте с двигателями типа ПЭД, применяемые в установках типа УЭЦН. Однако промысловые испытания показали низкую надежность резинометаллической обоймы из-за большой частоты вращения и значительных осевых усилий, возникающих при напоре 1000 м и более. С 1974 года были разработаны установки с двигателями на частоту 1500 мин-1 в габарите 123 мм. Выпуск установок, которых освоило ПО «Ливгидромаш». С 1984 года ПО «Ливгидромаш» выпускает широкий ряд типоразмеров установок погружных винтовых сдвоенных электронасосов УЭВН5 (рис.3.1.2) с подачей от 16 до 200 м /сутки и напором 900-1200 м. Преимущество такой сдвоенной схемы расположения рабочих органов заключается в удвоении подачи при одном и том же поперечном габарите. Другим преимуществом такой схемы является то, что в данном случае рабочие органы взаимно гидравлически уравновешены. Это исключает передачу значительных осевых усилий на опорные подшипники насосов или пяты I электродвигателей. Установки типа УЭВН5 выпускаются в модификациях А, Б, В и Г: А - для жидкости с температурой до 30°С; Б - для жидкости с температурой от 30 до 50°С; В - для жидкости с температурой от 50 до 70°С; Г - для жидкости с температурой от 50 до 70°С или вязкостью до 10"3 м2/с. Кроме того, установки УЭВН5-25-1000 и УЭВН5-100-1000 выпускаются в модификациях А1 и К: А1 - для жидкости с вязкостью до 103м2/с: комплектуются двигателем повышенной мощности и отличаются от остальных отсутствием золотникового устройства в насосе; К - для жидкости с вязкостью до 103м2/с (с узлом-приставкой, в котором пусковая муфта помещена в область чистого масла) Типоразмеры некоторых УЭВН приведены в табл. .1.1 [1].
другим преимуществом такой схемы является то, что в данном случае рабочие органы взаимно гидравлически уравновешены. Это исключает передачу значительных осевых усилий на опорные подшипники насосов или пяты I электродвигателей. Установки типа УЭВН5 выпускаются в модификациях А, Б, В и Г. А - для жидкости с температурой до 30°С; Б - для жидкости с температурой от 30 до 50°С; В - для жидкости с температурой от 50 до 70°С; Г - для жидкости с температурой от 50 до 70°С или вязкостью до 10"3 м2/с. Кроме того, установки УЭВН5-25-1000 и УЭВН5-100-1000 выпускаются в модификациях А1 и К: А1 - для жидкости с вязкостью до 10"3 м2/с: комплектуются двигателем повышенной мощности и отличаются от остальных отсутствием золотникового устройства в насосе; К - для жидкости с вязкостью до 10"3 м2/с (с узлом-приставкой, в котором пусковая муфта помещена в область чистого масла). Типоразмеры некоторых УЭВН приведены в табл. 3.1.1 [1]. Многие зарубежные фирмы также выпускают различные модификации винтовых насосов в зависимости от назначения, но рабочие органы во всех насоса одного и того же типа. Они состоят из резиновой обоймы и стального винта. Винт, как правило, имеет однозаходную спираль, обойма двухзаходную. Значительно реже встречаются насосы с двухзаходным винтом и трехзаходной обоймой. Фирма «Robbins and Myers» (США) создала погружной одновинтовой насос для добычи нефти из скважин преимущественно с повышенным содержанием механических примесей. Приводом насоса служит погружной электродвигатель. Электроэнергия с поверхности подается по специальному кабелю [1]. Имеются также патенты на насосную установку, предназначенную для откачки нефти из скважины и нагнетания жидкости в скважину и в нефтяной пласт с целью очистки скважин от песчаных пробок. В 1972 г. фирма «Husky Oil Ltd.» (Канада) получила патент на насосную установку для добычи из скважин вязкой нефти, преимущественно с механическими примесями. В качестве насоса в этой установке применен одновинтовой насос с одним рабочим органом, состоящим из резинометаллической обоймы и стального винта. В состав всего погружного агрегата входят погружной двигатель, редуктор, компенсатор и насос [3]. Компоновка составных частей установки такая же, как и в установках, работающих в нашей стране. Отличие состоит лишь в том, что в установках фирмы «Husky Oil Ltd.» для снижения частоты вращения вала насоса используется планетарный редуктор. Применение редуктора позволяет получить оптимальную частоту вращения вала насоса, в зависимости от рода откачиваемой жидкости. Такое устройство обеспечивает сравнительно высокую износостойкость рабочих органов при откачке пластовой жидкости с большим содержанием механических примесей за счет значительного снижения скорости скольжения поверхностей рабочих органов и скорости течения жидкости в каналах насоса. Компенсатор, установленный над редуктором, снабжен упругой диафрагмой и заполнен жидким маслом, которое служит смазкой для редуктора и электродвигателя 1.2Винтовые насосы с погружным электроприводом Данная конструкция открыла дорогу одновинтовым гидромашинам в нефтяную промышленность. Опыт эксплуатации насосов с погружными электродвигателями показал, что винтовые насосы являются одним из наиболее эффективных средств механизированной добычи высоковязкой нефти, а в определенных осложненных условиях выбор ОВН является практически единственным возможным вариантом. В результате многолетних НИОКР в 60–70-е годы в Особом конструкторским бюро по бесштанговым насосам (ОКБ БН) была разработана схема сдвоенного гидравлически уравновешанного одновинтового электронасоса. По этой схеме ОАО «Ливгидромаш» в течение 20 лет выпускает насосы серии ЭВН. Погружной насосный агрегат состоит из трех основных частей: маслонаполненного электродвигателя, гидрозащиты и собственно насоса. В насосную секцию (рис. 5) входят: приводной вал с сальником, графитовая осевая пята и две рабочих пары с нарезкой винтовых поверхностей разного направления, роторы которых соединены между собой и с приводным валом при помощи шарнирных муфт. В комплект насоса также включены пусковая обгонная муфта, многофункциональный клапан, предохраняющий насос от попадания в режимы повышенного давления и недостаточной подачи, а также препятствующий обратному перетоку жидкости через РО при остановках насоса. Подвод пластовой жидкости через фильтры к РО осуществляется параллельно с противоположных торцов насоса, так что движение жидкости по каналам РО происходит навстречу друг другу, а осевые усилия в верхней и нижней паре уравновешиваются. В напорной камере, расположенной между рабочими парами, потоки смешиваются и по зазору между внутренней поверхностью корпуса насоса и наружной поверхностью верхнего статора поступают в НКТ. Основное преимущество такой схемы – повышенная надежность вследствие практически полной разгрузки осевой опоры насоса. Насосы серии ЭВН предназначены для добычи нефти преимущественно повышенной вязкости (до 10 Ст) с содержанием механических примесей до 0,8 г/л и свободного газа до 50% на приеме насоса. В настоящее время ОАО «Ливгидромаш» серийно выпускает 13 типоразмеров насосов с подачей от 12 до 200 м3/сут. Давление 9–15 МПа. Большинство насосов приводится от погружного асинхроннного электродвигателя с частотой вращения 1500 об./мин. С целью увеличения долговечности и расширения области применения ЭВН при эксплуатации малодебитных скважин наметилась тенденция снижения частоты вращения приводного вала. Ряд организаций (завод «Борец», ОАО «РИТЭК», ЗАО «Электон» и др.) ведут работы по использованию в установках ЭВН регулируемого электропривода и редукторных вставок, а также изменению общей компоновки агрегата, его отдельных узлов, условий монтажа и ремонта. За рубежом ряд компаний также выпускают погружные электронасосы для добычи нефти (как правило, в обычном не сдвоенном варианте, оснащенном усиленной осевой опорой). Фирмы РСМ, Netzsch, Reda, Centrilift предлагают потребителю различные модификации установок ЭВН как по компоновке (с редуктором (рис. 6), со вставным ротором, с возможностью реверсирования вращения ротора для промывки НКТ и др.), так и по способам регулирования скорости. Винтовые штанговые насосы Винтовые штанговые насосные установки (ВШНУ) для отбора пластовых жидкостей из глубоких нефтяных скважин появились на нефтепромысловом рынке в начале 80-х годов в США и во Франции. Эффективная работа первых ВШНУ при эксплуатации низко- и среднедебитных скважин с высоковязкой нефтью стимулировала НИОКР ведущих машиностроительных фирм по совершенствованию конструкций установок и скважинных насосов, а также созданию большого количества их типоразмеров с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут. и давлением до 30 МПа. Технико-экономические предпосылки широкого применения ВШНУ связаны с изменением условий эксплуатации скважин и преимуществами ВШНУ по сравнению с другими механизированными способами добычи нефти. По сравнению со станками-качалками: простота конструкции и минимальные массогабаритные показатели привода; отсутствие необходимости возведения фундаментов; простота монтажа и обслуживания; снижение затрат на транспортные расходы; широкий диапазон физико-химических свойств откачиваемых пластовых жидкостей (возможность откачки жидкостей высокой вязкости и повышенного газосодержания); отсутствие возвратно-поступательного движения РО, что обеспечивает уравновешенность привода, постоянство нагрузок, действующих на штанги, равномерность потока жидкости, снижение энергозатрат и номинальной мощности приводного двигателя, минимальное эмульгирующее воздействие на скважинный флюид. По сравнению с винтовыми насосными установками с погружным электроприводом (УЭВН): простота конструкции насоса (отсутствуют шарнирные соединения, пусковые муфты, радиальные и осевые подшипники); наземное расположение приводного двигателя (отпадает необходимость в кабеле, гидрозащите электродвигателя, а также упрощается контроль за состоянием двигателя и его обслуживание); возможность эксплуатации низкодебитных скважин, так как нет необходимости в отводе тепла от погружного агрегата. Область применения ВШНУ – эксплуатация скважин с низким и средним дебитом и напором до 1000–1500 м, в т.ч. с пластовыми жидкостями высокой вязкости, повышенного содержания газа и механических примесей. Наземное оборудование ВШНУ, устанавливаемое на трубной головке скважины и предназначенное для преобразования энергии приводного двигателя в механическую энергию вращающейся колонны штанг, состоит из: – тройника для отвода пластовой жидкости; – приводной головки; – рамы для крепления приводного двигателя; – трансмиссии (силовой передачи); – приводного двигателя с устройством управления; – устройства для зажима (подвески) полированного штока. 2.Описание конструкции проектируемого объекта с использованием | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||