книги / Поршневые буровые насосы

Привод насоса осуществляется через клпноременный шкив 1 (рис. 14,6) и встроенный зубчатый редуктор 2, на тихоходном ва­ лу которого установлена косая шайба 9. При вращении косой шайбы водило с пальцами 3 приводит поршни 4 в возвратно-по­ ступательное движение. Всасывание жидкости происходит через отверстие 7 и всасывающие клапаны <5, нагнетание — через нагне­ тательные клапаны 5 и отверстие 6. Насос компактен (рис. 14, в).

Для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения скважин большого диаметра применение пятицилиндровых насосов признано нецелесообразным, так как преимущество их малого веса и равномерной подачи в обычных условиях бурения менее суще­ ственны, чем усложнение производства и, главным образом, об­ служивания пяти цилиндров вместо обычных двух. Нельзя реко­ мендовать применение пятиплунжерных насосов, если для осуще­ ствления эффективного процесса бурения одновременно работают два из них. Обслуживание десяти цилиндров вместо двух цилинд­ ров достаточно мощного одного бурового двухцилиндрового на­ соса требует большего времени. Требования унификации типа на­ сосов для всех видов бурения и стандартизации сменных деталей для всего парка насосов не допускают применения пятиплунжер­ ных насосов.

Насосы с шестью цилиндрами одностороннего действия

Шестиплунжерный насос фирмы «Гарднер-Денвер» (рис. 15) включает две гидравлические коробки 1 и 3, расположенные с двух противоположных сторон общей приводной части 2. В каждой гидрокоробке — три цилиндра. Нагрузка на коренной вал 5 и ко­ ренные подшипники в приводной части при одновременной работе обеих гидравлических частей меньше, чем при работе какой-либо одной стороной, так как усилия, действующие по штоку в двух противолежащих гидрокоробках, взаимно уравновешиваются.

При вращении приводного вала с установленной на нем ше­ стерней 5 приходит во вращение зубчатое колесо 9 и коренной вал 7 с шестью эксцентриками 6. Крейцкопфная рама 8 скользит на трубчатых направляющих 4, связывающих две гидравлические части насоса между собой.

Установка плунжеров максимального диаметра во всех шести цилиндрах позволяет получить наибольшую подачу.

Диаграмма 10 (рис. 15 6) суммарной подачи жидкости шестью цилиндрами насоса получается в результате сложения совпадаю­ щих ординат (например, qu <72 и ?з) шести смещенных относи­ тельно друг друга по оси абсцисс на 60° диаграмм J1 подачи от­ дельных цилиндров.

Неравномерность подачи шестиплунжерного насоса несколько меньше, чем у насоса с тремя цилиндрами одностороннего дейст­ вия.

Шестиплунжерные насосы фирма рекомендует применять для заканчивания глубоких скважин, когда требуется очень высокое давление нагнетания при относительно малой подаче промывоч­ ного раствора. Буровые насосы с двумя цилиндрами двусторон­ него действия, применяемые для бурения основной части ствола

фирма «Гарднер-Денвер» продолжала более двадцати лет и не добилась создания бурового насоса с большой частотой ходов ввиду недостаточной при этом долговечности подвижных уплотне­ ний, несмотря на переход от применения плунжерной пары к впол­ не отработанной цилиндро-поршневой.

Фирма «Флюид пауер памп» изготовила опытные образцы на­ соса GEC-1000 (рис. 16). Это шестицилиндровый поршневой верти­ кальный звездообразный насос приводной мощностью 1000 л. с. При наибольшем давлении нагнетания 280 кгс/см2 его подача рав­ на 30 л/с, при давлении нагнетания 110 кгс/см2 наибольшая по­ дача 60 л/с. Применяется центробежный подпорный насос 11 (см. рис. 4 и). Число двойных ходов поршня 150 в 1 мин.

Ось В вращения обоймы 2 смещена относительно оси А вра­

щения корпуса 6. Регулирование подачи осуществляется автомати­ чески изменением эксцентриситета е. При совмещении осей А и В подача равна нулю. Для ограничения давления устанавливается предохранительный клапан. Поршень 1 работает в цилиндровой втулке 7. Камера 4 заполнена маслом. Промывочный раствор по­

ступает в полость 8 под давле­ нием центробежного подпорного насоса.

Давление жидкости по обе стороны поршня приблизительно одинаковое, вследствие чего вы­ давливание материала уплотне­ ния поршня в уплотняемый зазор не происходит. Поверхность тре­ ния смазывается маслом. Коль­ ца 5, уплотняющие зазор между деталями 3 и 6, работают на чис­ том масле при полном перепаде давления. Таким образом, пор­ шень 1 защищает уплотнение 5 от абразивного изнашивания. Клапаны 9 работают на абра­ зивосодержащем промывочном растворе.

Насос рассчитан на длительную работу без замены деталей гидравлической части, доступ к которым затруднен. Опытный об­ разец насоса проходил промышленное испытание, результаты ко­ торого не опубликованы.

Насосы с защитой цилиндро-поршневой пары от абразивного изнашивания

Одно из первых известных предложений по защите цилиндро­ поршневой пары от абразивного изнашивания принадлежит проф. И. Г Есьману. Поршень 1 (см. рис. 9, а) отделяет насосную ка­ меру 2 от потока промывочного раствора, проходящего через кла­ панную коробку 6. В насосной камере 2 находится чистая вода. Плунжер 3 уплотняется сальником 4, работающим на чистой во­ де. Клапаны 5 и 7 работают на абразивосодержащем промывоч­ ном растворе.

работающее в контакте с абразивосодержащей промывочной жид­ костью, разгружено от перепада давления. Его служебная функция состоит в том, чтобы счищать перед собою зерна абразива. Порш­ невое кольцо <?, защищенное от абразивосодержащего промывоч­ ного раствора кольцом 5, нагружено полным перепадом давления при ходе поршня в направлении стрелки Бу но работает при этом

Рис. 18. Поршневой буровой насос с гидрозащитой цилинд­ ропоршневой пары от абразивного изнашивания.

на чистой смазывающей жидкости. Поэтому интенсивность абра­ зивного изнашивания уменьшена.

Пополнение утечек в затворной камере 2 между двумя порш­ нями 1 и 4 может быть осуществлено с помощью дифференциаль­ ного поршневого устройства. Его камера 8 большего диаметра соединена трубкой 7 с нагнетательным трубопроводом 6. Камера 11 меньшего диаметра соединена с затворной камерой 2. Вслед­ ствие того, что площадь F9 поршня 9 больше площади Fi0 порш­ ня 10, давление р2 в затворной камере 2 всегда выше давления рп в нагнетательном трубопроводе,

Рг = Рн -7s- > Рн.

^10

так как

F»IFio 1,0.

Каждый поршень работает по своему зеркалу цилиндровой втулки, в которую другой поршень не входит.

чального давления газа в баллоне 7. Баллон 7 заполняют сжа­ тым инертным газом, например техническим азотом.

Рассмотрим действие регулятора, баллоны разных цилиндров которого не сообщаются между собой.

Когда начальное давление газа в баллоне 7 больше давления нагнетания, а камера 6 заполнена жидкостью, то поршень 8 оста­ ется неподвижным при работе насоса и его подача имеет макси­ мальную величину.

Если начальное давление в баллоне 7 и в камере 6 несколько ниже давления нагнетания, то при нагнетательном ходе плунжера

уменьшается на величину, равную объему, занятому в приставномг цилиндре жидкостью, перетекшей в него из насосной камеры при нагнетательном ходе.

Всасывание, в насосной камере 1 не начинается до тех пор, пока поршень 8 не опустится на нижнюю опору под давлением,, передаваемым поршню 8 от сжатого газа, находящегося в балло­ не 7, через жидкость в камере 6.

Камера 6 соединена с нагнетательным трубопроводом 2 обвод­ ной линией с двумя вентилями 5, 5 и регулятором давления 4. Если давление в запасных баллонах с азотом, поступающим из них в баллон 7, меньше давления нагнетания и давление газа в баллоне 7 недостаточно для получения максимальной подачи, при которой длина хода поршня 8 уменьшается, то давление в бал­ лоне 7 и камере 6 может быть увеличено соединением ее с нагне­ тательным трубопроводом через регулятор 4.

Регулирование насоса осуществляется за счет дополнительных перемещений поршней в приставных цилиндрах, в которых оста­ ется большая или меньшая порция жидкости, не выходящая через

нагнетательный клапан при каждом нагнетательном ходе поршня. Дополнительные движения поршней происходят в среде промы­ вочной жидкости. Оборудование насоса приставными цилиндрами со сменными цилиндровыми втулками и поршнями в них, число которых равно числу насосных камер (четырем в насосе с двумя цилиндрами двустороннего действия), усложняет изготовление и обслуживание, так как общее число изнашиваемых пар в гид­ равлической части насоса возрастает. Поршни в приставных ци­ линдрах работают, однако, при незначительном перепаде давле­ ния, величина которого определяется при движении поршня силой трения поршня о цилиндр, причем не превышает нескольких ат­ мосфер, а в неподвижном положении поршня равна давлению в воздушной камере. В приставных цилиндрах преобладает изнаши­ вание боковой поверхности поршня абразивной прослойкой, т. е. незакрепленными абразивными зернами, перемещающимися в за­ зоре между поршнем и цилиндром. После превышения допусти­ мого предела утечки происходит гидроабразивное разрушение со­ пряженных деталей.

Изнашивание цилиндро-поршневой пары в гидроприставках протекает менее интенсивно, чем в рабочих главных цилиндрах. Открытие всасывающего клапана и начало всасывающего действия насосной камеры происходит не при нулевой скорости поршня или плунжера в главном цилиндре, а при конечной скорости вы­ теснителя. Если снижение подачи представить как некоторый про­ цент от номинальной величины, то это означает, что поршень в на­ чале хода всасывания должен пройти ту же часть длины хода при закрытом всасывающем клапане. Величина скорости vnn порш­ ня при этом легко определяется на диаграмме скорости в зависи­ мости от положения поршня в цилиндре в момент начала всасы­ вания. В результате этого всасывающая способность насоса не­ сколько снижена, что компенсируется установкой насоса под за­ лив нагнетательных клапанов. Усилие по штоку изменяет свою величину не в мертвых положениях поршня, а в точках, смещен­ ных на часть длины хода, пропорциональную снижению подачи (если не учитывать запаздывание клапанов). Тем не менее откло­ нения от нормального режима работы клапанов и приводного ме­ ханизма, по-видимому, почти не сказываются на долговечности насоса, во всяком случае при глубине регулирования до 30%.

Скорость посадки поршня в приставном цилиндре на упор с амортизатором определяется выражением

поршня в приставном цилиндре.

Регулирование поршневого насоса изменением числа двойных ходов поршня в 1 мин, происходящее без упомянутых особенно­ стей рабочего процесса, в частности без отклонений от нормальной игры клапанов, и не ухудшающее всасывающей способности, тре­