Лекция №6.3 Буровой насос. Назначение. Конструктивное исполнение. Схема работы. Монтаж. Эксплуатация

Назначение

Буровой насос предназначен для подачи бурового раствора в скважину в процессе бурения.

Типы

Различают двухпоршневые двухстороннего действия и трехпоршневые одностороннего буровые насосы.

Шифр

УНБТ-600; УНБ-600

• У – Уралмаш;

• НБ – насос буровой;

• Т – трехпоршневой (без Т – двухпоршневой);

• 600 – приводная мощность, кВт.

Параметры

1. Приводная мощность, кВт:

,

где L_к – конечная глубина бурения, км.

2. Максимальная подача насоса, л/с:

.

3. Максимальное давление развиваемое насосом, МПа:

.

4. Номинальное число двойных ходов:

для двухцилиндрового насоса:

.

для трехцилиндрового насоса:

.

5. Длина хода поршня:

для двухцилиндрового насоса:

.

для трехцилиндрового насоса:

.

6. Передаточное число зубчатой пары.

7. Размер клапана.

УНБ-600 – №9, УНБТ-600, УНБТ-950 – №7.

8. Степень регулирования подачи.

50%	регулирование, при двигателе	переменного тока
100%		постоянного тока

Таблица – Параметры буровых насосов

Параметр Насос	Nпр, кВт	Qmax, л/с	pmax, МПа	nном, мин-1	S, м	i
	1	2	3	4	5	6
ОМЗ
УНБ-600	600	51,90	25	65	0,400	4,920
УНБТ-600	600	57,25	35	160	0,225	3,130
УНБТ-950	950	46,00	32	125	0,290	4,448
УНБТ-1180	1180	51,40	35	125	0,290	4,448
УНБТ-1600	1600	59,70	53	100
ВЗБТ
НБТ-235*	235	32,00	40	200	0,160	9,909
НБ-375	375	35,00	20	90	0,300	4,150
НБТ-475	475	45,00	25	150	0,250	3,125
НБТ-600-2	600	45,00	25	145	0,250	3,150
ВНБ-600	600	47,80	25	81	0,300	3,240
ВНБТ-950	950	46,00	32	125	0,290	3,240
НПТ-650	600	19,20	105	81	0,200	5,235

* насос имеет двухступенчатый редуктор

Мощность каждого насоса должна быть проверена на соответствие условиям обеспечивающим длительную работу одним буровым насосом. Если мощность бурового насоса не удовлетворяет данным требованиям необходимо предусмотреть установку бурового насоса большей мощности. Число насосов чаще всего два.

Конструктивное исполнение

1. Двухпоршневой (на примере УНБ-600)

Насос состоит из гидравлической и приводной частей, смонтированных на общей раме. Гидравлическая часть состоит из двух литых стальных гидравлических коробок, соединенных между собой снизу приемной коробкой, а сверху корпусом блока пневматических компенсаторов. Приемная коробка соединяет всасывающих трубопровод со всасывающими клапанами. Внутри гидравлических коробок устанавливают сменные цилиндровые цилиндровые втулки, внутренний диаметр которых выбирают в зависимости от давления, наружные размеры всех втулок одинаковы.

С целью повышения долговечности сроков службы втулок внутренняя поверхность их подвергается термической обработке. Цилиндровые втулки уплотняются путем установки между буртиком цилиндровой втулки и стаканом двух комбинированных уплотнений, разделенных стальным кольцом. Цилиндровые втулки закрепляются с помощью стакана и крышки подтягиванием гаек. Цилиндровая крышка уплотняется при помощи манжет.

В цилиндровых втулках перемещаются поршни. Поршень насажен на конических хвостовик штока и крепится к нему с помощью гайки и контргайки. Шток соединен с надставкой штока, резьбовой конец которой ввинчен в корпус ползуна. При вращении эксцентрикового вала насоса через шатуны, ползуны и штоки поршни получают возвратно-поступательное движение. Для увеличения износостойкости штоков их рабочая поверхность закаливается.

Привод насоса осуществляется от трансмиссионного вала. Для предотвращения попадания бурового раствора в приводную часть насоса используется специальное уплотнительное устройство.

Приводная часть состоит их узлов коренного вала, трансмиссионного вала и ползуна, установленных в литой чугунной станине. Коренной вал выполнен в виде сварно-литой конструкции и состоит из двух эксцентриков, зубчатого венца и вала. Вал установлен на четырех конических подшипниках. Трансмиссионный вал приводит во вращение коренной вал при помощи косозубой шестерни.

1 – поршень; 2 – цилиндровая втулка; 3 – крышка цилиндра; 4 – упорный стакан; 5 – нагнетательный калапан; 6 – корпус клапанной коробки; 7 – надставка штока; 8 – шток; 9 – сальниковое уплотнение штока; 11 – корпус насоса; 11 – трансмиссионный вал; 12 – коренной вал; 13 – ведомая головка шатуна; 14 – шатун; 15 – ползун; 16 – направляющие ползуна.

Рисунок – Буровой насос УНБ-600

2. Трехпоршневой (на примере УНБТ-950)

Насос состоит из двух основных, функционально связанных между собой частей: гидравлической и приводной, смонтированных на раме насоса или раме модуля бурового насоса.

Гидравлическая часть включает в себя гидравлический блок, в котомор размещены попарно друг над другом в трех гидрокоробках входной и выходной клапаны, пневмокомпенсатор и предохранительный клапан, установленные на выходном коллекторе, цилиндропоршневую группу, блок охлаждения.

Приводная часть включает в себя корпус с узлами системы смазки, блок распределения, кривошипно-ползунный механизм, трансмиссионный вал, шкив.

Консольно-поворотный кран, смонтированный на корпусе, служит для механизации ремонтных работ. Взаимодействие составных частей насоса при его работе поясняется принципиальной гидрокинематической схемой.

1 – кран; 2 – шкив; 3 – входной и выходной клапаны; 4 – пневмокомпенсатор; 5 – сальноковые устройства; 6 – крышка; 7 – кривошипно-шатунный механизм; 8 – блок распредления; 9 – цилиндрово-поршневая группа; 10 – трансмиссионный вал; 11 – предохранительный клапан; 12 – гидравлический блок; 13 – рама; 14 – корпус; 15 – блок распределения

Рисунок – Насос буровой УТБТ-950

Смазка узлов трения приводной части осуществляется маслом, заливаемым в картер. Подача масла производится двумя способами:

• принудительно от шестеренного насоса;

• самотеком из накопительных лотков, окунанием и разбрызгиванием.

Картер насоса надежно герметизирован от гидравлической части уплотнением штока ползуна. С включением в работу бурового насоса автоматически включатся в работу вспомогательные механизмы и агрегаты: блок охлаждения цилиндро-поршневых групп, система принудительной и самотечной смазки приводной части и КИП.

Система подачи охлаждающей жидкости обеспечивает подачу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону трения пары «втулка-поршень». Цилиндропоршневая пара одностороннего действия без использования СОЖ практически работать не может (например, долговечность поршня без использования СОЖ снижается в 10 раз). Система подачи СОЖ включает в себя электронасос, выходной трубопровод, гибкие рукава, сливную трубу, бах и входной трубопровод. СОЖ циркулирует в замкнутой системе. В качестве СОЖ рекомендуется использовать техническую воду с добавлением до 10% масла индустриального. Допускается использовать отработанное масло.

Отличия двухпоршневых от трехпоршневых насосов

В трехпоршневом насосе одностороннего действия в отличие от двухпоршневого насоса двустороннего действия нет камеры со штоком и уплотняющего сальника, что не только упрощает конструкцию, но и исключает износ штока и облегчает эксплуатацию насоса, так как не надо подтягивать и менять сальники и изношенные штоки. Кроме того, зеркало цилиндра со стороны коренного вала открыто и позволяет его интенсивно обмывать, охлаждать и очищать от бурового раствора. Поршневые насосы одностороннего действия характеризуются повышенной частотой и укороченной длиной хода поршней. Вследствие этого уменьшаются их габариты и масса по сравнению с двухпоршневыми насосами двустороннего действия. 

Трехцилиндровые насосы одностороннего действия обеспечивают более равномерную подачу.

Данные промысловых наблюдений показывают, что долговечность и ремонтопригодность трехпоршневых буровых насосов выше, чем двухпоршневых.

Схема работы.

Трансмиссионный вал через шкив получает вращение от привода и через зубчатую пару передает момент вращения кривошипному валу. Шатунными механизмами вращательное движение кривошипного вала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней. Поршни перемещаясь в цилиндрах, совершают поочередно такты всасывания и нагнетания. При такте всасывания в цилиндрах создается разряжение (при работе насоса в режиме самовсасывания), и входные клапаны открыты, а выходные – закрыты. При такте нагнетания выходные клапаны открыты, а входные – закрыты. В насосах двустороннего действия жидкость перемещается в поршневой и штоковой полостях и за один двойной ход поршня совершаются два цикла всасывания и нагнетания. При одностороннем действии жидкость перемещается в поршневой полости рабочей камеры и за один двойной ход совершается один цикл всасывания и нагнетания. Потоки жидкости из цилиндров суммируются в выходном коллекторе. Суммирование синусоидальных по характеру изменения потоков приводит к пульсации подачи и давления. Пульсирующий поток на входе в насос выравнивается входными пневмокомпенсаторами типа ПК50-6, а на выходе – пневмокомпенсатором типа ПК70-320.

1 – седло; 2 – корпус; 3 – диафрагма; 4 – стабилизатор; 5 – шайба; 6 – гайка; 7 – винт;

8, 9 – крепление; 10 – крышка; 11 – вентиль; 12 – манометр.

Рисунок – Пневмокомпенсатор ПК70-320

При превышении предельной нагрузки, на которую рассчитана конструкция насоса, срабатывает предохранительный клапан, и давление снижается до безопасного уровня. Одновременно происходит автоматическое отключение привода насоса благодаря наличию путевого выключателя, закрепленного на корпусе предохранительного клапана.

1, 39 – патрубок; 2, 34 – болт; 3, 16 – фланец; 4 – механизм установки; 5 – шкала; 6 – стрелка; 7 – траверса; 8 – пружина; 11, 36 – рычаг; 13 – корпус; 14 – устройство возврата; 18, 25, 13 – втулка; 27 – шатун.

Рисунок – Клапан предохранительный КП-50-400