Насос трехпоршневой одностороннего действия

Полезная модель относится к технике, используемой при строительстве и ремонте скважин для добычи нефти и газа, в частности, к поршневым насосам и может быть использована в составе как стационарных, так и передвижных насосных установок для нагнетания различных технологических жидкостей в скважину при геологоразведочном, эксплуатационном бурении и зарезке боковых стволов, подачи промывочной жидкости через колонну бурильных труб на забой скважин. Техническим результатом является уменьшение габаритных размеров и массы насоса, повышение КПД насоса, упрощение монтажа (демонтажа) насоса и повышение его ремонтопригодности. Насос содержит приводной вал и кривошипно-шатунный механизм, соединенный штоками с поршнями, расположенными в цилиндровых втулках, соединенных с клапанными коробками, образующими камеры с всасывающим и нагнетательным клапанами в каждой (рабочие камеры). Всасывающие и нагнетательные клапаны связаны с всасывающим и нагнетательным коллекторами. Приводной вал выполнен в виде вала-шестерни, передающего вращение на кривошипно-шатунный механизм посредством шевронной передачи с разнесенными по разные стороны от среднего шатуна венцами шевронной передачи. На цилиндровых втулках, на расстоянии от торца, выполнены кольцевые буртики, цилиндровые втулки частично входят в гидрокоробки. Клапанные коробки соединены между собой всасывающим коллектором и нагнетательным коллектором, выполненными в виде трубных элементов.

Полезная модель относится к технике, используемой при строительстве и ремонте скважин для добычи нефти и газа, в частности, к поршневым насосам и может быть использована в составе как стационарных, так и передвижных насосных установок для нагнетания различных технологических жидкостей в скважину при геологоразведочном, эксплуатационном бурении и зарезке боковых стволов, подачи промывочной жидкости через колонну бурильных труб на забой скважин.

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 (см. Муравенко В.А., Муравенко А.Д., Муравенко В.А. Буровые машины и механизмы. Том 1, Москва-Ижевск: институт компьютерных исследований, 2002, с. 208). Недостатком известного насоса являются его высокие массогабаритные характеристики. Раздельное выполнение всасывающей и нагнетательной камер гидрокоробок с разноосным ступенчатым расположением клапанов повышает трудоемкость изготовления, а также увеличивает габаритные размеры насоса. Кроме того, всасывающая магистраль имеет массивный стальной элемент, выполненный методом литья, который увеличивает габариты насоса. Корпус насоса литой - менее технологичен, имеет большую массу. Вращение от приводного вала на кривошипно-шатунный механизм передается посредством зубчатой косозубой передачи, недостатком которой является ужесточение требований к конструкции опор валов и жесткости корпуса, вызванное появлением осевой нагрузки. При этом существует необходимость в установке радиально-упорных подшипников, их регулировке, что усложняет конструкцию и увеличивает затраты на обслуживание.

Известен насос буровой трехпоршневой одностороннего действия типа 8Т-650 (по патенту RU 92698), выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, приводную и гидравлическую части, системы смазки, охлаждения поршневой группы и подогрева масла в картере насоса, предохранительную и контрольную аппаратуру, в котором приводная часть содержит приводной вал и кривошипно-шатунный механизм, а гидравлическая часть состоит из трех клапанных коробок с цилиндровыми втулками и расположенными в них поршнями, связанными штоками с приводной частью и образующими три камеры с всасывающим и нагнетательным клапанами в каждой из них, взаимосвязанными с всасывающим и напорным манифольдами. Приводной вал выполнен в виде вала-шестерни с унифицированными концами, передающего вращение на кривошипно-шатунный механизм посредством размещенной в приводной части шевронной передачи, всасывающий и нагнетательный клапаны расположены соосно в камере клапанной коробки, разделяя ее на области всасывания и нагнетания, при этом клапанные коробки соединены между собой всасывающим манифольдом, выполненным из сварных трубных элементов, и муфтами, образуя напорный манифольд внутри корпусов клапанных коробок, система смазки содержит шестеренчатый насос с автономным электроприводом, установленные вне картера насоса, и внутреннюю систему трубопроводов, а система охлаждения содержит электронасосный агрегат с автономным электроприводом, расположенные вне корпуса насоса.

Недостатком насоса являются его большие масса и габаритные размеры, а именно, выполненные едиными блоками шестерни и колеса шевронной передачи вынуждают увеличивать расстояние между шатунами кривошипно-шатунного механизма, что влечет за собой увеличение массы и габаритов изделий. Цилиндровые втулки полностью находятся вне клапанных коробок, в промежуточных камерах станин приводных частей (на торце цилиндровой втулки выполнен буртик, упирающийся в гидрокоробку), что также увеличивает длину насоса и размер камеры, что, в свою очередь, снижает КПД насоса.

Использование муфт, соединяющих клапанной коробки с образованием напорного манифольда внутри корпусов гидрокоробок, увеличивает трудозатраты по монтажу (демонтажу) клапанных коробок. Например, для замены или ремонта центральной клапанной коробки требуется одновременный демонтаж всех клапанных коробок, что требует использование грузоподъемной техники и снижает ремонтнопригодность насоса, например, в полевых условиях.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение габаритных размеров и массы насоса. Другими техническими результатами являются: повышение КПД насоса, упрощение монтажа (демонтажа) насоса и повышение его ремонтопригодности.

Технический результат достигается в насосе трехпоршневом одностороннего действия (далее - насос), содержащем приводной вал и кривошипно-шатунный механизм, соединенный штоками с поршнями, расположенными в цилиндровых втулках, соединенных с клапанными коробками, образующими камеры с всасывающим и нагнетательным клапанами в каждой (рабочие камеры). Всасывающие и нагнетательные клапаны связаны с всасывающим и нагнетательным коллекторами. Приводной вал выполнен в виде вала-шестерни, передающего вращение на кривошипно-шатунный механизм посредством шевронной передачи с разнесенными по разные стороны от среднего шатуна венцами шевронной передачи. На цилиндровых втулках, на расстоянии от торца, выполнены кольцевые буртики, цилиндровые втулки частично входят в гидрокоробки. Клапанные коробки соединены между собой всасывающим коллектором и нагнетательным коллектором, выполненными в виде трубных элементов.

Полезная модель поясняется рисунками:

фиг. 1 - вид насоса сверху;

фиг. 2 - продольный разрез насоса;

фиг. 3 - приводная часть насоса.

Насос содержит приводную часть 1 и гидравлическую часть 2 (фиг. 1), систему смазки 3 приводной части 1 и систему омыва и охлаждения 4 поршневой группы (фиг. 2).

Приводная часть 1 состоит из сварной станины 21, включает в себя приводной вал 5, выполненный в виде вала-шестерни, передающий вращение на кривошипно-шатунный механизм 7 посредством шевронной передачи. Зубчатые венцы 6 шевронной передачи разнесены по разные стороны от среднего шатуна 19 кривошипно-шатунного механизма 7.

Разнесение зубчатых венцов 6 шевронной передачи позволяет уменьшить ширину приводной части на ширину сдвоенного блока зубчатых венцов шевронной передачи, поскольку расстояние между боковыми шатунами 20 и средним шатуном 19 при любом исполнении шевронной передачи должно быть одинаковым. Таким образом, уменьшаются габариты насоса и снижается его масса.

Гидравлическая часть насоса 2 состоит из трех раздельных взаимозаменяемых прямоточных клапанных коробок 9 соединенных (сопряженных) с частично входящими в них цилиндровыми втулками 10. Кривошипно-шатунный механизм 7 соединен со штоками 11 с поршнями 8, расположенными в цилиндровых втулках 10. Для увеличения срока эксплуатации насоса высокого давления применены биметаллические цилиндровые втулки 10.

Клапанные коробки 9 с цилиндровыми втулками 10 образуют камеры с соосными всасывающим и нагнетательным клапанами 12, 13 в каждой. Всасывающие и нагнетающие клапаны 12, 13 обеспечивают пропускание жидкости в направлении от всасывающего коллектора 14 к нагнетательному коллектору 15.

Всасывающий коллектор 14 изготовлен путем сварки стандартных трубных элементов, что позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления и уменьшить габариты при сохранении выходных параметров. Нагнетательный коллектор 15 изготовлен из поковки, что позволяет улучшить механические свойства материала и минимизировать размеры. Со стороны нагнетания, клапанные коробки 9 соединены посредством уплотнений 16 с нагнетательным коллектором 15.

На цилиндровых втулках 10, на внешней цилиндрической поверхности, на расстоянии (на удалении) от торца 22, выполнены кольцевые буртики 21, упирающиеся в корпус клапанной коробки 9. Указанное расстояние может составлять, например, от 0,1 до 0,5 длины цилиндровой втулки 10. Таким образом, цилиндровые втулки 10 частично входят в клапанные коробки 9. Благодаря этому, уменьшается общая длина насоса. Кроме того, уменьшение объема камеры клапанной коробки 9 приводит к повышению КПД насоса.

Принудительная система смазки 3 насоса включает коллектор и внутреннюю систему трубопроводов 17, распределяющих смазку по механизмам насоса. Позволяет подключить электронасосный агрегат, установленный вне насоса, на любом удобном месте при агрегатировании.

Система омыва и охлаждения 4 поршневой группы состоит из коронок омыва втулок, объединенных коллектором позволяющим подсоединить электронасосный агрегата подачи омывочной жидкости. Коронки омыва втулок имеют форсунки, переустанавливаемые на различные диаметры устанавливаемых цилиндровых втулок 10. Для стока омывочной жидкости на дне промежуточной камеры имеется сливной желоб. Бак для омывочной жидкости при агрегатировании устанавливается в нишу между опорными лапами насоса.

Буровой насос работает следующим образом.

Вращение от приводного вала 5 через зубчатые венцы 6 шевронной передачи передается на кривошипно-шатунный механизм 7, который преобразовывает вращательное движение в возвратно-поступательное движение ползунов 18 со штоками 11 и поршнями 8.

При перемещении поршней 8 в цилиндровых втулках 10 в направлении от клапанной коробки 9 объем гидравлической части увеличивается, что сопровождается уменьшением в ней давления жидкости. Давление над всасывающим клапаном 12 падает ниже давления во всасывающем коллекторе 14. Под действием разности давлений тарель всасывающего клапана 12 приподнимается над седлом 19, открывая доступ в цилиндровую втулку жидкости из всасывающего коллектора 14. Нагнетательный клапан 13 при этом закрыт, происходит всасывание жидкости и заполнение свободной полости цилиндровой втулки 10. При обратном ходе поршня 8 давление в цилиндре увеличивается вследствие сжатия жидкости в замкнутом объеме. Под действием растущего давления в рабочей камере приподнимается тарель нагнетательного клапана 13 и происходит процесс нагнетания жидкости в нагнетательный коллектор 15, подключаемый к манифольду агрегата, при этом всасывающий клапан 12 закрыт. Для создания оптимальных режимов работы насоса при бурении, предусмотрен диапазон типоразмеров цилиндрических втулок 10 и поршней 8.

Таким образом, новая совокупность признаков позволила создать насос буровой трехпоршневый одностороннего действия, обладающий техническими характеристиками на уровне известных конструкций насосов буровых, обеспечивая меньшие габаритные размеры и массу.

Снижение массы и габаритов насоса позволяет применять его в составе стационарных и передвижных насосных установок, размещая все необходимое оборудование на едином монтажном основании, что обеспечивает удобство эксплуатации и транспортировки. При этом конструкция насосов обеспечивает высокие технические характеристики и позволяет осуществлять технологию проводки скважины с применением форсированного режима бурения.

Для демонтажа клапанной коробки 9 устанавливают поршень 8 в крайнее положение. Выворачивают гайку 23, в открывшееся отверстие выталкивают поршень 8 в сборе с штоком 11 из клапанной коробки 9. Извлекают цилиндровую втулку 10. Снимают нагнетательный коллектор 15 с шпилек крепления и снимают фланец 24. Извлекают болты крепления всасывающего коллектора 14 к демонтируемой клапанной коробке 9. Отворачивают гайки 25 и снимают клапанную коробку 9. Таким образом, возможна замена любой клапанной коробки 9 без необходимости демонтажа соседних клапанных коробок 9.

1. Насос трехпоршневой одностороннего действия, содержащий приводной вал и кривошипно-шатунный механизм, соединенный штоками с поршнями, расположенными в камерах с всасывающим и нагнетательным клапанами в каждой, всасывающие и нагнетательные клапаны связаны с всасывающим и нагнетательным коллекторами, приводной вал выполнен в виде вала-шестерни, передающего вращение на кривошипно-шатунный механизм посредством шевронной передачи с разнесенными по разные стороны от среднего шатуна венцами шевронной передачи.

2. Насос трехпоршневой одностороннего действия по п. 1, характеризующийся тем, что камеры образованы цилиндровыми втулками, соединенными с клапанными коробками, на цилиндровых втулках, на расстоянии от торца, выполнены кольцевые буртики, цилиндровые втулки частично входят в клапанные коробки.

3. Насос трехпоршневой одностороннего действия по п. 1, характеризующийся тем, что клапанные коробки соединены между собой всасывающим коллектором и нагнетательным коллектором, выполненными в виде трубных элементов.

РИСУНКИ