Насосы для добычи нефти
..pdfдля насоса двустороннего действия— 13,5Ур;
для |
насоса тройного действия — 0,75Ур; |
|
|||
для |
насоса четвертого действия — 3VP. |
|
|||
П о л е з н а я |
м о щ н о с т ь , |
сообщаемая |
насосом перекачивав* |
||
мой жидкости: |
|
|
|
|
|
Мц = pgQuH, |
|
|
|
|
|
где р — плотность |
перекачиваемой жидкости; |
g — ускорение свобод |
|||
ного падения; Qu — идеальная |
подача |
насоса; |
Я — напор насоса. |
||
И н д и к а т о р н а я (внутренняя) |
м о щ н о с т ь н а с о с а учи |
тывает потери на преодоление гидравлических сопротивлений, а так же восполнение потерь вследствие утечек из-за неплотностей
ив клапанах:
Я/= Я ц/г|/,
где Nn — полезная мощность; r|i — индикаторный к. п. д. насоса. Мощность, потребляемая насосом:
Nn = N ijт|мсх,
где т]мех — механический к. п. д. насоса. Мощность насосного агрегата
Я а г р = Я и/(Т |д в Т |п е р ),
где т)дВ> т)лер — к. п. д. соответственно двигателя и передачи.
При определении мощности двигателя привода насосного, агре гата учитывают мощность насосного агрегата, умноженную на. ко эффициент запаса, равный:
1,20—1,25 — для двигателей мощностью до 50 кВт; 1,10—1,15 — для двигателей мощностью свыше 50.кВт. Полный к. п. д. насосного агрегата
TJarp = Г|двТ1псрТ|н,
где |
к. п. д.: т|Дв — двигателя; |
т]пер — передачи (0,96—0,98); т|н — на |
соса |
(0,65—0,85). |
|
|
Общий к. п. д. насоса |
|
|
Т|и *=Т|мехТ)** |
|
Здесь Г]мвх — механический |
к. п. д. насоса (0,9—0,95); ^/ — индика |
|
торный к. п. д. |
|
|
|
*И=*=Т|гТ|о, |
|
где |
т|г >— гидравлический к. п. д. насоса (0,8—0,94); т]0 — Объёмный |
|
к- п- Д- насоса (0,85—0,98). |
|
А |
Л |
|
/\Лл---------------- |
|
ч |
s
Рис. 72. Индикаторные диаграммы поршневого насоса:
/ — в п р о ц е с с е за п о л н е н и я |
с ж и д к о с т ь ю в са сы в а ет ся в о з д у х ; 2 — с о д е р ж а |
н и е в р а б о ч е й к а м е р е в о з д у х а (в о зд у ш н ы й м еш о к ); 3 — з а п а з д ы в а н и е з а |
к р ы ти я в с а сы в а ю щ ег о к л а п а н а ; 4 — з а п а з д ы в а н и е за к р ы т и я н а г н е т а т е л ь
н о го к л а п а н а ; 5 и 6 — н еп л о т н а я п о с а д к а со о т в е т с т в е н н о в са сы в а ю щ ег о и н а г н ет а т ел ь н о г о к л а п а н о в
Гидравлический к. п. д. учитывает потери на преодоление гидравлнческих сопротивлений, а также сил инерции при подъеме клалана и его поддержание в открытом положении.
Эффективность работы насоса можно оценить сравнением фак тической и эталонной индикаторных диаграмм.
По форме индикаторной диаграммы можно установить вид не исправности в работе насоса (рис. 72).
Возвратно-поступательный насос состоит из гидравлического блока и механической (приводной) части.
Гидравлический блок включает корпус, в котором смонтирова ны: цилиндровая втулка с деталями крепления и уплотнения; порш ни (плунжеры), соединяемые с приводной частью посредством што ков, всасывающие и нагнетательные клапаны, уплотнения поршней (плунжеров) и штоков; предохранительные клапаны, пневмокомпен саторы, подводящий и отводящий патрубки.
Рис. 73. Конструкции поршней
П о р ш н и могут быть цельными и сборными. Для их уплот нения используют кольца, изготовленные из чугуна или пластмасс, а также резиновые манжеты. В цельном поршне (рис. 73,а) рези новая манжета привулканизирована к нему, за счет выбора соответ ствующей конфигурации манжеты обеспечивается уплотнение между поршнем и цилиндром. В сборном поршне (рис. 73,6) применяют уплотнение, состоящее из резиновой манжеты 1 с опорным кольцом 2, закрепленным шайбой 3 с помощью пружинного кольца 4.
В отличие от поршневых насосов в плунжерных в корпусе гид равлического блока не предусмотрена цилиндровая втулка. Кон структивно плунжеры могут быть изготовлены закрытыми или от крытыми. Для попеременного сообщения и разъединения рабочей ка меры насоса с подводящими и отводящими трубопроводами приме
няют т а р е л ь ч а т ы е , к о л ь ц е в ы е |
с а м о д е й с т в у ю щ и е |
к л а п а н ы , срабатывающие от воздействия |
перепада давления над |
и под клапаном (рис. 74). |
|
Рис. 74. Клапаны*« . . |
та р ел к е; б — т а р ел ь ч а ты й с уп л отн ен н - |
о — т а р ел ь ч а т ы й с у п л о т н ен и ем |
|
ем н а с е д л е ; в — кольцевой |
|
П р е д о х р а н и т е л ь н ы е у с т р о й с т в а предназначены для защиты насоса и нагнетательного трубопровода от превышения дав
ления. Различают |
устройства |
однократного действия — предохрани |
||
тельные клапаны |
со срезным |
штифтом или разрывным диском — |
||
диафрагмой и многократного действия |
(пружинные |
предохранитель |
||
ные клапаны). |
|
|
|
|
П РИ Н Ц И П Д Е Й С Т В И Я РО Т О РН Ы Х |
Н АСО СО В |
|
||
Роторные насосы — объемные насосы, принцип |
действия кото |
рых основан на механическом вытеснении перекачиваемой жидкости в нагнетательный трубопровод. Насосы этого типа отличаются как высокой всасывающей способностью, характерной для возвратно поступательных насосов, так и плавной, безударной работой, харак терной для динамических насосов. Кроме того, роторные насосы по сравнению с возвратно-поступательными обладают меньшими га баритами и массой.
К роторным насосам относятся зубчатые (шестеренные), пере мещающие жидкость в плоскости, перпендикулярной к оси вращения
рабочих органов, и винтовые, |
перемещающие жидкость параллель |
|
но оси вращения рабочих органов. |
|
|
Ш е с т е р е н н ы й н а с о с |
(рис. 75) состоит |
из корпуса, в ко |
тором размещены ведущая и ведомая шестерни |
(зубчатые колеса), |
находящиеся в зацеплении. Вал, на котором насажена ведущая шес терня, соединяется с электродвигателем. Принцип действия этого насоса состоит в том, что при вращении шестерен всасывание жидко сти происходит при выходе зубьев одного колеса из впадин дру гого, нагнетание — при входе зубьев одной шестерни в зацепление с другой.
Идеальная подача такого насоса при допущении, что за один оборот ведущей шестерни с нормальным некорригированным зубом перемещается объем жидкости, равный сумме объемов впадин меж
ду |
зубьями (без объемов радиальных зазоров), а объем впадины |
|||
равен объему зуба, ориентировочно составит |
|
|||
|
Qn=2nm2zbny |
|
|
|
где |
т — модуль зацепления; |
z — число зубьев шестерни; |
b — шири |
|
на колеса; |
п — частота вращения ведущей шестерни. |
|
||
|
Подача |
насоса |
|
|
|
Q= QHTJO» |
|
|
|
где |
т]0 — объемный к. п. д. |
насоса, учитывающий утечки |
жидкости |
в зазорах между корпусами и шестернями, потери на всасывании, учитывающие степень заполнения жидкостью рабочих камер насоса, а также содержание газа в жидкости.
Полезная мощность |
насоса |
N ^ Q Kp. |
|
Здесь р — давление, создаваемое насо |
|
сом. |
|
Р ^ Р п — Рв, |
|
где Рн» Рв — давление |
соответственно |
на выходе и на входе в насос. Потреб ляемая насосом мощность определяется зависимостью
N n= N/ т] н ,
где Г],, — полный к. п. д. насоса.
В свою очередь, к. п. д. насоса
г1»|='По'Пмех.
Рис. 75. Шестеренный на сос:
1 — р а згр у зо ч н ы е |
к ан ав к и ; |
2 — в са сы в а ю щ ее |
отв ер сти е; |
д — н ап орн ы й п а т р у б о к ; 4 — в ед у щ а я ш естер н я
Здесь |
г]о — объемный |
к. п. д. насоса |
(г|0 = 0 ,7 -f-0 ,9 ); г]Мех — механи |
||||
ческий |
к п д |
насоса, |
учитывающий |
силы трения |
между движущи- |
||
мися поверхностями деталей (riмех = 0 ,8 |
5 4 -0 ,9 8 ). |
|
|
||||
Значение |
объемного к. п. д. насоса |
зависит от |
следующих |
фак |
|||
торов: |
создаваемого |
насосом давления; |
вязкости |
жидкости; |
шири- |
ны за^0роВ между корпусом и зубьями насоса и точности изготовления зубчатого зацепления.
Повышение давления на выходе насоса увеличивает перепад давлеция м е Ж ду полостями нагнетания и всасывания, соответствен-
но с ^тим возрастает объем утечек и, следовательно, снижается т]0. |
|
Повышение вязкости перекачиваемой жидкости снижает объем |
|
Утеч^Я через зазоры и приводит сначала к возрастанию TI0, а |
затем |
к ег° уменьшению вследствие более интенсивного увеличения потерь |
|
на ЛиНии всасывания в сравнении с уменьшением потерь от утечки. |
|
Повышение температуры перекачиваемой жидкости, с |
одной |
СТ0Р°НЫ| |
снижает ее вязкость, вызывая уменьшение т]0, с другой — |
||||
Уве^Ияивает ri0 за счет уменьшения зазоров. |
|
|
|||
^еличение зазоров |
(например, |
вследствие |
износа) |
приводит |
|
к в°3|)астанию объема утечек и к снижению объемного |
к. п. д. на |
||||
соса. |
|
|
|
|
|
Механический к. п. д. |
зависит от |
давления, |
создаваемого насо- |
||
С0М> Н вязкости перекачиваемой жидкости. |
|
|
|||
Повышение создаваемого насосом давления до определенного |
|||||
Зна% и я |
вызывает возрастание механического к. п. д. вследствие то- |
||||
Г°’ % |
полезная мощность возрастает быстрее, |
чем увеличиваются |
|||
силы . |
|
|
|
|
|
Прения. |
|
|
|
|
/ |
z |
3 |
Рис. 77. Замкнутые |
полости в паре обойма — винт: |
|
||
/ — корпус; 2— обойма; |
3— винт |
|
|
|
Идеальную подачу одновинтового насоса можно определить по |
||||
выражению |
|
|
|
|
Q„ = 4<?£77i/60, |
|
|
|
|
где е — эксцентриситет |
винта; D — диаметр |
сечения винта; Т — шаг |
||
обоймы или два шага |
t винта; п — частота |
вращения винта. |
|
|
Идеальная подача трехвинтового насоса с односторонним под |
||||
водом жидкости составит |
|
|
||
Q„ = (F—f) //г/60 =0,0691ш/3„, |
|
|
||
где F — площадь поперечного сечения расточки обоймы под |
винты; |
|||
/ — суммарная площадь сечения винтов; / — шаг ведущего |
винта; |
п— частота вращения; dn — наружный диаметр ведомого винта. Подача винтового насоса связана с идеальной подачей зави
симостью
Q = Q HT1O,
где Т]0 — объемный к. п. д. насоса, учитывающий утечки жидкости из полости нагнетания в полость всасывания через зазоры и каналы; Наличие в жидкости воздуха и газов, а также неполного запол
нения полостей винтов |
(г|о = |
0,7—0,95). |
|
|
|||
|
Объемный к. п.д. винтовых насосов зависит от размера зазоров, |
||||||
создаваемого давления |
и вязкости жидкости таким же |
образом, |
|||||
как |
и объемный к. п. д. шестеренных насосов. |
|
|
||||
|
Мощность винтового насоса |
|
|
|
|||
|
* и = |
QuPlv\n» |
|
|
|
|
|
где |
QH— идеальная подача насоса; р |
развиваемое насосом дав- |
|||||
ление; ^ |
_ полный к. п. д. насоса. |
|
|
|
|||
|
ТЬ| = |
Г)оТ1мех. |
|
|
|
|
|
Здесь по — объемный |
к. п.д.; |
г|Мех — механический |
к. п. д., |
завися- |
|||
щий 0т тех же параметров, как и для |
шестеренного насоса |
(у)мех = |
|||||
= 0,85—0,98). |
|
|
|
|
|
||
|
Изменение частот# |
вращения ведущего ротора |
наиболее воз- |
||||
можНый метод регулирования |
подачи винтовых насосов. |
|
ПОРШНЕВЫЕ И ПЛУНЖЕРНЫЕ НАСОСЫ
ШТАНГОВЫЕ СКВАЖИННЫЕ НАСОСЫ
Штанговые скважинные насосы, предназначенные для откачива ния из нефтяных скважин жидкости с температурой не более 130 °С и обводненностью до 99%, разделяются на две основные группы: вставные и невставные.
Вставные насосы характерны тем, что их основные узлы (ци линдр и плунжер) спускают в скважину в собранном виде на на сосных штангах и извлекают на поверхность также в собранном виде путем подъема этих штанг.
Невставные насосы характерны тем, что их основные узлы
спускают |
в скважину |
раздельно: |
цилиндр — на насосных трубах, |
в плунжер |
в сборе с |
всасывающим |
и нагнетательным клапанами — |
на штангах. Подъем их также осуществляют в два приема: сначала извлекают штанги с плунжером и клапанами, а затем трубы с ци линдром. Возвратно-поступательное движение плунжеру насоса пе редается станком-качалкой через колонну насосных штанг.
Изготавливаются следующие типы штанговых скважинных на
сосов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НСВ1 — вставной, |
одноступенчатый, |
одноплунжерный |
с |
замком |
||||||
наверху; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НСВ2 — вставной, |
одноступенчатый, |
одноплунжерный |
с |
замком |
||||||
внизу; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НСВГ — вставной, |
одноступенчатый, |
двухплунжерный |
с |
замком |
||||||
наверху; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НСВД — вставной, |
двухступенчатый, |
двухплунжерный |
с замком |
|||||||
наверху; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НСН1 — невставной, |
одноступенчатый, |
одноплунжерный |
с |
за |
||||||
хватным |
штоком; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НСН2 — невставной, |
одноступенчатый, |
одноплунжерный |
с |
ло |
||||||
вителем; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НСНА — невставной, |
одноступенчатый, |
одноплунжерный |
с авто |
|||||||
сцепом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Насосы НСВ1 и НСВ2 изготавливают в следующих исполнениях: |
||||||||||
В — с седлами |
клапанов |
из твердого |
сплава, пескозащитным |
|||||||
устройством и сепаратором; |
|
|
|
|
|
|
||||
без |
буквенного |
обозначения — с седлами клапанов |
из |
нержа |
||||||
веющей |
стали; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П — с седлами |
клапанов |
из твердого сплава (только |
для насо |
|||||||
сов НСВ1); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т — с седлами клапанов из твердого сплава и с полым штоком (только для насосов НСН2).
В табл. 50 приведена характеристика жидкости, откачиваемой штанговыми насосами.
Т а б л и ц а |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание |
Содержание |
|
Вязкость |
||
Насос |
|
свободного газа |
|
|||||
|
механических |
на |
приеме |
жидкости Па • с„ |
||||
|
|
|
примесей, |
% |
насоса, % |
|
(не более) |
|
|
|
|
|
|
(не |
более) |
|
|
НСВ1 |
|
|
0,05 |
|
|
10 |
|
0,025 |
НСВ1В |
|
|
0,20 |
|
|
10 |
|
0,015 |
НСВ1П |
|
|
0,20 |
|
|
10 |
|
0,025 |
НСВ2 |
|
|
0,05 |
|
|
10 |
|
0,025 |
НСВГ |
|
|
0,05 |
|
|
10 |
|
0,300 |
нсвд |
|
|
0,05 |
|
|
25 |
|
0,015 |
НСН1 |
|
|
0,05 |
|
|
10 |
|
0,025 |
НСН2 |
|
|
0,05 |
|
|
10 |
|
0,025 |
НСН2В |
|
|
0,20 |
|
|
10 |
|
0,015 |
НСН2Т |
|
|
0,20 |
|
|
10 |
|
0,015 |
НСНА |
|
|
0,05 |
|
|
10 |
|
0,025 |
Насосы |
изготавливаются следующих групп. |
|
|
|||||
Группа |
посадки |
0 |
|
I |
II |
|
III |
|
Зазор, |
мм |
|
0—0,045 |
0,02—0,07 0,07—0,012 0,012—0,17 |
||||
Вставные штанговые скважинные насосы типа НСВ |
||||||||
Техническая характеристика насосов типа НСВ |
приведена в |
|||||||
табл. 51. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Вставной штанговый насос типа НСВ1 |
(рис. 78), широко приме |
|||||||
няемый |
на |
практике, |
предназначен |
для эксплуатации |
при глубине |
до 2500 м. Состоит он из трех основных узлов: цилиндра, плунже ра и замковой опоры цилиндра.
В верхней части цилиндра установлены замок и противопесочиый клапан, а в нижней — всасывающий клапан. На нижнем конце плунжера смонтирован нагнетательный клапан, а на верхнем его конце ввинчен шток с переводником и контргайкой. Нагнетательные и всасывающие клапаны выполнены сдвоенными парами «седло — шарик», что увеличивает надежность и долговечность насоса. Вса сывающий клапан имеет увеличенное проходное сечение, что спо собствует улучшению заполнения цилиндра насоса. С помощью по садочного конуса насос в скважине устанавливается на замковой
Т а б л и ц а 51
Насос
НС В 1-28-12-15
НС В 1-28-18-15
НС В 1-28-18-25
НС В 1-28-25-15
НС В 1-28-25-25
НС В 1-28-30-15
НС В 1-28-30-15
НС В 1-28-35-15
НС В 1-28-35-25
НС В 1-32-12-15
НСВ 1-32-18-15
НС В 1-32-18-22
НС В 1-32-25-15
НС В 1-32-25-22
НС В 1-32-30-15
НС В 1-32-30-22
НС В 1-32-35-15
НС В 1-32-35-22
НС В 1-38-12-15
НС В 1-38-18-15
НСВ 1-38-25-20
НС В 1-38-30-15
НС В 1-38-30-20
НСВ 1-38-35-15
НС В 1-38-35-20
НС В 1-38-45-20
НСВ 1-38-52-20
НС В 1-38-60-20
НС В 1-43-12-15
НСВ 1-43-18-15
НС В 1-43-25-15
НСВ 1-43-30-15
НС В 1-43-35-15
НС В 1-43-45-15
НСВ 1-43-52-15
НСВ 1-43-60-15
НС В 1-55-18-12
Диаметр, мм (не более) |
Длина хода плунжера, мм |
Идеальная подача при числе двойных ходов плунжера л=10/мнн—», ма/сут |
|
1200 |
11 |
|
1800 |
16 |
|
2500 |
22 |
4 8 ,2 |
ЗОСО |
27 |
|
||
|
3500 |
31 |
|
1200 |
14 |
|
1800 |
21 |
|
2500 |
29,5 |
4 8 ,2 |
3000 |
35 |
|
3500 |
41 |
|
1200 |
20 |
|
1800 |
30 |
|
3000 |
49 |
5 9 ,7 |
|
|
|
3500 |
57,5 |
|
4500 |
73,5 |
|
5200 |
85,5 |
|
6900 |
98,5 |
|
1200 |
25 |
|
1800 |
38 |
|
2500 |
53 |
|
3000 |
63 |
|
3500 |
73,5 |
|
4500 |
94,5 |
|
5200 |
108 |
|
6000 |
125,5 |
7 2 ,9 |
1800 |
60 |
Максимальная глубина спуска насоса, м |
Длина плунжера, мм |
|
1500 |
1200 |
|
1800 |
||
2500 |
||
|
||
1500 |
1200 |
|
2500 |
1800 |
|
1500 |
1200 |
|
2500 |
1800 |
|
1500 |
1200 |
|
2500 |
1800 |
|
1500 |
1200 |
|
2200 |
1800 |
|
1500 |
1200 |
|
2200 |
1800 |
|
1500 |
1200 |
|
2200 |
1800 |
|
1500 |
1200 |
|
2200 |
1800 |
|
1500 |
1200 |
|
2000 |
15G0 |
|
1500 |
1200 |
|
2С00 |
1500 |
|
1500 |
1200 |
|
2000 |
1500 |
1500 1200
1200