3. Устройство буровых насосов

Буровой насос (рис. 6.1) состоит из приводного и гидравлического блоков, установленных на сварной раме 12.

П риводной блок состоит из трансмиссионного вала 5, коренного вала 9 и шатунного механизма 10, установленных на станине 2. Последняя представляет собой массивный металлический короб, в расточках которого монтируются подшипники трансмиссионного и коренного валов. Для удобства монтажа внутренних узлов и деталей станина имеет крышку 5. Стыкуемые поверхности станины и крышки подвергаются механической обработке и уплотняются при помощи резинового шнура либо прокладки, затягиваемой болтами 11 и ввернутыми в станину шпильками 6. Положение крышки относительно станины фиксируется коническими штифтами.

Отверстия под подшипники растачивают в сборе станины с крышкой. В горловине станины устанавливают направляющие 4 ползуна 13, Оси поверхностей расточек станины под направляющие ползуна должны совпадать с отклонением не более 0,15 мм. Внутренняя полость станины окрашивается маслостойкой краской и используется в качестве резервуара для масла, смазывающего зубчатую передачу, установленную между трансмиссионным и коренным валами. Горловина станины имеет боковые люки для монтажа и осмотра ползунов. Торец горловины снабжается отверстиями для штока 3 и крепления гидравлического блока 1.

В крышке станины имеется вентиляционный колпак 7 для вытяжки масляных паров. Станины буровых насосов отливают из высокопрочных чугунов или сталей. Стальные станины легче, но дороже чугунных. Наиболее экономичны по массе буровые насосы, имеющие станины сварной конструкции.

Трансмиссионный вал (рис. 6.2) служит для передачи крутящего момента коренному валу насоса и выполнен в виде выводного вала-шестерни 8, концы которого используются для установки клиноременного шкива или цепного колеса в зависимости от принятой в приводе насоса передачи. Шкив и цепное колесо крепятся на валу шпонкой 12. Для облегчения сборки и разборки шкивы имеют разрезную ступицу, затягиваемую болтами. Так как возможны перекосы в результате прогиба под действием нагрузки на консоли, а также вследствие технологических неточностей трансмиссионный вал устанавливается на сферических двухрядных роликоподшипниках 6 воспринимающих радиальные и .осевую нагрузку от косозубой передачи.

Для предупреждения смятия и разбивания опорных поверхностей станины, а также устранения брака дорогостоящей станины из-за расслабления отверстий при растачивании подшипники устанавливают на стальных гильзах 7, наружный диаметр которых больше диаметра шестерни. Благодаря этому при сборке насоса вал 8 свободно протаскивается через отверстия станины. Соосность наружной и внутренней поверхностей гильз обеспечивается жесткими допусками на их разностенность.

Гильзы имеют фланец небольшой высоты и притягиваются к станине сквозными крышками 1 и 10, закрепленными болтами 5. Благодаря затяжке болтами гильзы фиксируются в осевом направлении и предохраняются от проворачивания. Подшипники торцами внутренних колец упираются в буртики вала. Правый подшипник фиксируется в гильзе крышкой 10. Второй подшипник вала плавает в гильзе по наружной обойме.

П одшипники смазывают ручным насосом через пружинные тавотницы 3. Неподвижные стыки гильзы со станиной и крышкой уплотняются резиновыми кольцами 4, 9 и 13. Подвижный внутренний стык между гильзой и валом герметизируется бесконтактным щелевым уплотнением, выполненным в виде кольцевых канавок в гильзе. Между крышками и валом устанавливают контактные севанитовые уплотнения 2 и втулку 11.

Эксцентриковый коренной вал (рис. 6.3) имеет сборную конструкцию. Прямой вал 15 с жестко закрепленными эксцентриками 9 опирается на коренные подшипники 6, расположенные в станине бурового насоса. Эксцентрики, выполняющие роль шатунных шеек, отливаются из углеродистой стали и соединяются сваркой. Число эксцентриков равно числу поршней бурового наcoca. Угловое смещение шатунных шеек коренного вала определяется требованиями равномерной подачи. Согласно этому, в двух-поршневых насосах двустороннего действия угловое смещение эксцентриков составляет 90°, а в трехпоршневых насосах одностороннего действия — 120°. Между эксцентриками располагается зубчатое колесо 8.

Составная конструкция коренного вала удобна в технологическом отношении, так как позволяет упростить форму заготовок и облегчить их механическую обработку. Окончательная обработка наружных поверхностей коренного вала и нарезка зубьев производятся после посадки эксцентриков на прямой вал и соединения венца зубчатого колеса с его ободом.

Для точной осевой фиксации зубчатого колеса коренной вал опирается на спаренные радиально-упорные конические подшипники 6, посаженные в переходные гильзы 3, установленные в расточки станины 1 и крышки 10 насоса. Наружные кольца подшипников удерживаются от продольного перемещения крышками 4, которые крепятся болтами к торцам гильз. Затяжка наружных колец подшипников регулируется мерными прокладками 14, установленными между крышкой 4 и торцем гильзы 3. Внутренние кольца подшипников затягиваются шайбами 5, крепящимися болтами к торцам вала. Осевое положение коренного вала фиксируется в нужном положении благодаря наружным кольцевым буртикам гильзы, упирающимся в торец расточек станины и крышки нacoca.

Гильзы удерживаются от проворота с помощью дюбелей 16. Коренные; подшипники смазывают ручным насосом через тавотницы, ввернутые в крышку станины. Эксцентриковые коренные валы преимущественно применяются в современных двух- и трех- поршневых буровых насосах. Коренные валы пальцевой конструкции используются реже, например в буровом насосе БрН-1. Буровые насосы У8-3 и У8-4 с кривошипным валом сняты с производства.

Кольца роликовых подшипников 7 удерживаются от осевого перемещения кольцевыми шайбами 12 и 13 и буртиками вала и шатуна. Кольцевые шайбы крепятся к торцам эксцентрика болтами. Натяг подшипников регулируется прокладками, установленными между торцом шейки шатуна и шайбой 12. Разбрызгиватели 2 отбрасывают масло на подшипники мотылевых шеек шатуна при их погружении в масляную ванну.

В буровых насосах для передачи вращения от трансмиссионного вала коренному преимущественно используются косозубые зубчатые передачи, которые по сравнению с прямозубой передачей обладают большей нагрузочной способностью и плавностью зацепления, обусловливающей снижение уровня динамических нагрузок и шума при работе. Направление зуба шестерни принимается левым, а для колеса — правым. Недостаток косозубых передач по сравнению с прямозубыми заключается в том, что в зацеплении возникает дополнительная осевая сила. Шевронные зубчаты колеса, представляющие разновидность косозубых колес, не создают осевых нагрузок, однако в буровых насосах применяются реже из-за сложности изготовления.

Шестерни изготовляют из сталей марок 34ХН1М, 35ХНВ и 38ХГН в паре с венцом зубчатых колес соответственно из сталей марок 38ХГН, 35Х и 35Л. Для увеличения долговечности и улучшения прирабатываемости зубьям шестерни придается большая твердость, чем зубьям колеса.

Зубчатое зацепление подвергается односторонней обкатке в направлении рабочего вращения, указанном стрелкой на станине насоса. Направление вращения можно изменить после предварительной обкатки зубчатых колес в обратную сторону.

В большинстве конструкций буровых насосов угол наклона косозубых колес составляет 6—9°, Зубчатую пару смазывают жидким маслом путем окунания ее в масляную ванну либо с помощью масляного насоса. Важно отметить, что косозубые колеса с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной защиты от загрязнения во избежание неравномерного износа по длине контактных линий и выкрашивания наружных слоев зубьев.

Шатун передает движение от коренного вала ползуну (крейцкопфу) и представляет собой кованый или литой стержень из углеродистой стали марки 35 с противоположно расположенными большой и малой шейками. Большая шейка 11 шатуна, называемая мотылевой, охватывает коренной вал и имеет цельную либо разъемную конструкцию. Независимо от конструкций коренной вал соединяется с шатуном посредством конических роликовых подшипников. У эксцентриковых валов мотылевая шейка шатуна имеет значительно больший диаметр, чем у кривошипных и пальцевых валов. Благодаря этому в эксцентриковых валах мотылевые подшипники имеют больший диаметр и обладают более высокой долговечностью.

Наряду с износостойкостью сочленений шатуны буровых насосов должны обладать необходимой усталостной прочностью, так как при эксплуатации они подвергаются действию асимметричных циклических нагрузок. Стержень шатуна имеет двутавровое сечение, обеспечивающее достаточную жесткость при минимальной металлоемкости шатуна. Уменьшение массы способствует снижению инерционных нагрузок. Поэтому простые в изготовлении, но более массивные шатуны с круглым сечением стержня в буровых насосах не используются.

Малая шейка (рис. 6.4), называемая ползунной, служит для шарнирного соединения шатуна 6 с ползуном 4, скользящим в прямолинейных направляющих. Центр шарнира движется аксиально, т. е. по прямой, проходящей через ось вращения коренного вала. Дезаксиальные кривошипно-шатунные механизмы в буровых насосах не применяются. Малая шейка шатуна соединяется с корпусом ползуна при помощи полого валика 9. При ремонтных работах через отверстие в валике пропускается ломик для выпрессовки валика соседнего ползуна 13. Кроме того, пустотелая конструкция способствует более интенсивному охлаждению валика и подшипника шатуна, нагреваемых в результате их взаимного трения.

В расточку ползунной шейки запрессована втулка 8 из оловянной бронзы либо другого пластичного материала, обычно используемого для подшипников скольжения. Запрессовка не гарантирует втулку от проворачивания и осевого смещения, и поэтому она стопорится дюбелем 7. Диаметральный зазор между валиком и втулкой шатуна определяется в зависимости от диаметра валика и выбранной посадки.

Валик 9 снабжен концевым центрирующим конусом, который входит в конусное отверстие ползуна. С помощью стопорной планки 11, входящей в поперечный паз торца валика, и болтов 10, ввинченных в ползун, валик запрессовывается в конусное отверстие и благодаря этому удерживается от продольного смещения и проворота относительно ползуна. В мощных насосах шейка шатуна соединяется с валиком ползуна посредством игольчатых подшипников.

Ползун состоит из литого стального корпуса и чугунных накладок 5. Накладки крепятся к цилиндрической поверхности корпуса болтами 12, застопоренными от самоотвинчивания упругими шайбами. В боковых стенках корпуса располагаются ступицы валика 9. В днище корпуса имеется резьбовое отверстие для ползунной части штока 1, представляющего, собой стальной цилиндрический стержень с наружной резьбой для крепления с корпусом ползуна и внутренней резьбой для соединения с поршневой частью штока. Стопорение штока в ползуне осуществляется шплинтом 3 с гайкой 2.

Опорная поверхность днища под гайку 2 или упорный бурт штока должна быть строго перпендикулярна к оси ползуна. Ползун перемещается по чугунным либо бронзовым направляющим, установленным в станине насоса. Зазор между накладками ползуна и направляющими станины составляет 0,2—0,5 мм и регулируется прокладками из белой жести либо латуни, установленными между корпусом ползуна и накладками. Поверхности трения накладок ползуна и станины имеют шероховатость не более 2,5 мкм.

Станина насоса (см. 6.1) снабжена маслоуловителем, в котором накапливается масло, забрасываемое вращающимися зубчатыми колесами из масляной ванны насоса. Из маслоуловителя масло по радиальным и продольным канавкам самотеком поступает на трущиеся поверхности накладок и валик ползуна.

Поршневая часть 11 (рис. 6.5) штока отличается от его ползунной части 10 меньшим диаметром и. большей длиной, выбираемой в зависимости от хода поршня. На одном конце поршневого штока имеется наружная резьба для соединения со штоком 10 ползуна и закрепления контргайкой 8. Противоположный конец снабжен конусом с буртиком для посадки поршня 13 и резьбой для затяжки конусного соединения с целью предотвращения утечек между стыкуемыми поверхностями. Конусное, соединение облегчает разборку поршней при их замене. Контактирующие поверхности штока и поршня целесообразно покрывать мягкими металлами гальваническими либо термодиффузионным способом. Такие покрытия предотвращают наклеп и сваривание посадочных поверхностей в соединениях, подвергающихся циклическим нагрузкам, и значительно повышают их несущую способность.

Для соединения поршневой и ползунной частей штока используется специальная цилиндроконическая либо метрическая резьба. Цилиндрический участок этой резьбы служит для стопорения соединяемых штоков контрагайками. За присоединительной резьбой имеются шести- либо четырех- гранники под гаечный ключ для завинчивания и отвинчивания соединений штоков. Поршневой шток контактирует с промывочной жидкостью и подвергается абразивному износу, в результате чего имеет ограниченный срок службы. Ползунная часть штока изолируется от промывочной жидкости диском-отражателем 9 и из маслобензостойкой резины.

Составная конструкция штока позволяет сохранить его ползунную часть при замене изношенного поршневого штока. Для удаления абразива и снижения износа поршневой шток омывается и одновременно охлаждается проточной водой либо маслом, нагнетаемым масляным насосом.

Для насосов мощностью 190—1180 кВт поверхность трения штока поршня подвергается хромированию. Твердость поверхности штока должна быть не менее HRC 50 в ползунной части и HRC 60 в поршневой части. Глубина упрочненного слоя в случае термообработки токами высокой частоты не менее 1,5 мм. Штоки изготовляют из сталей марок 40Х; 40ХН; 38ХШЮН; 12ХН4; 20ХНЗА.

Важное значение для повышения срока службы бурового насоса имеет соосность сочленяемых деталей. Предельное отклонение оси штока от оси поверхности посадки поршня и резьбы контргайки не должно превышать 0,15 мм. В этих же пределах должно быть отклонение осей штока и резьбы ползуна.

Гидравлические блоки буровых насосов состоят из корпусных и сменных деталей. К корпусным деталям относятся гидрокоробки и их крышки, приемный и нагнетательный коллекторы, к сменным — цилиндровые втулки и поршни, седло и тарелки клапана, уплотнения неподвижных и подвижных соединений.

В двухпоршневом насосе гидравлический блок (рис. 6.5) состоит из двух гидрокоробок 2, которые скрепляются со станиной 6 приводного блока шпильками 7. Сопряженные поверхности гидрокоробок и станины прилегают друг к другу без зазоров. Допускаются местные провалы щупа толщиной 0,1 мм на длину не более 10% общей длины сопряженных участков. Между собой гидрокоробки соединяются приемным 1 и нагнетательным 3 коллекторами.

Гидроблоки представляют собой отливки из углеродистой стали с горизонтальными расточками для цилиндровой втулки 12 и вертикальными гнездами для нагнетательных клапанов 5. Через общую надклапанную полость 4 прокачиваемая жидкость из поршневой и штоковой камер цилиндра направляется в нагнетательный коллектор. Толщина стенок 30—40 мм, что необходимо для создания прочности и герметичности гидрокоробки. Конструктивные формы обеспечивают технологичность изготовления, удобство монтажа, осмотра и регулировки деталей и узлов насоса, размещенных в гидрокоробке. В двухпоршневых насосах различают левую и правую гидрокоробки, имеющие зеркально отображенные конструктивные формы.

Известны конструкции буровых насосов с взаимозаменяемыми

левой и правой гидрокоробками, а также совмещенными в едином блоке. Опыт эксплуатации насосов показывает, что гидрокоробки выходят из строя в результате повреждений клапанных гнезд, вызванных проседанием седел, фреттинг-процессом и промывом поверхности контакта гнезда с седлом клапана. Для повышения срока службы гидрокоробок поверхность гнезда, контактирующая с седлом, покрывается эластомерами. При этом устраняется фреттинг-процесс, что облегчает выпрессовку седел из гнезд гидрокоробки.

Приемный 1 и нагнетательный 3 коллекторы имеют литую либо сварно-литую стальную конструкцию. Для снижения гидравлических потерь и износа коллекторы имеют «плавные переходы, а диаметры проходных отверстий обеспечивают скорость потока жидкости до 6 м/с. На нагнетательный коллектор устанавливают предохранительный клапан, пневматический компенсатор и присоединяют нагнетательный патрубок манифольда. Приемный коллектор с всасывающими клапанами присоединяется к боковым приливам гидрокоробки.

Цилиндровые втулки, неподвижно установленные в горизонтальных расточках гидрокоробки, являются наиболее крупной по габаритам и металлоемкости сменной деталью буровых насосов. Конструктивное исполнение, длина, наружные и внутренние диаметры их регламентируются отраслевыми стандартами. Цилиндровые втулки изготовляют из высокоуглеродистых и легированных сталей. За рубежом их выполняют из хромистых чугунов и керамики. Внутренняя поверхность цилиндровых втулок упрочняется закалкой с нагревом токами высокой частоты, борированием, хромированием и другими химико-термическими методами.

Для работы при давлениях более 20 МПа эффективны биметаллические цилиндровые втулки, наружная часть которых изготовляется из конструкционных углеродистых сталей, а внутренняя— из высоколегированных сталей либо чугунов.

Наружная поверхность цилиндровых втулок — гладкая либо с кольцевым буртиком. В зависимости от формы изменяется способ крепления и уплотнения их в гидрокоробке. Цилиндровая втулка 11, показанная на рис. 6.6а, имеет гладкую наружную поверхность. В расточке гидрокоробки она крепится посредством распорных стаканов 12 и 7, снабженных окнами для прохода прокачиваемой жидкости. В наружный торец стакана 7 упирается крышка 4 поршневой полости гидрокоробки. Неподвижность втулки обеспечивается осевым натягом, создаваемым при затяжке шпилек 2, крепящих крышку к гидрокоробке.

Для уплотнения цилиндровой втулки в канавку гидрокоробки устанавливают манжеты 10, разделенные промежуточной металлической; втулкой 9. Осевая затяжка уплотнений создается грунд-буксой 5 и дистанционной втулкой 8 и регулируется болтами 3, ввинченными в крышку 4. Манжеты 6, расположенные между грунд-буксой и дистанционной втулкой, служат для уплотнения крышки 4. При смене цилиндровой втулки и манжет крышка 4 выпрессовывается с помощью болтов 1.

На рис. 6.6б цилиндровая втулка 10 наружным кольцевым буртиком упирается в заточку гидрокоробки, поэтому для крепления втулки используется один распорный стакан 11, расположенный со стороны поршневой полости гидрокоробки. Осевая затяжка цилиндровой втулки регулируется гайкой 1, ввернутой во фланцевую втулку 14, которая шпильками 15 крепится к гидрокоробке. Усилие затяжки передается цилиндровой втулке посредством крышки 2, упорного кольца 5 и стакана 11.

Цилиндровая втулка уплотняется манжетами 6 и 8, которые устанавливаются между распорными кольцами 9 и разделяются промежуточной втулкой 7. Осевая затяжка уплотнений регулируется винтом 3, ввинченным в крышку 2. Усилие затяжки передается манжетом посредством втулки 12, в днище которой имеются отверстия с перемычками, входящими в продольные пазы стакана 11. Поэтому обеспечиваются их относительная подвижность и раздельная затяжка цилиндровой втулки и уплотнений. Использование гайки 1 и винта 3 вместо шпилек 2 и болтов 3, как показано на рис. 6а, позволяет более равномерно и быстро затягивать цилиндровую втулку и ее уплотнения. Для уплотнения поршневой полости гидрокоробки кроме манжета 4 имеется дополнительная манжета 13, используемая для уплотнения зазора между крышкой 2-й винтом 3. Уплотнение цилиндровой втулки контролируется по появлению утечек прокачиваемой жидкости через дренажные отверстия в гидрокоробке, сообщающиеся с кольцевыми выточками втулки 7.

Д ля уплотнения штока (рис. 6.7а) используются шевронные манжеты, собираемые в пакет. Число манжет в уплотнительном пакете обычно не превышает четырех и выбирается с учетом давления насоса, диаметра штока, а также конструктивных размеров уплотнительного узла. Манжеты 12 надеваются с натягом на шток 14 и втулку 1, служащую одновременно опорой цилиндровой втулки. Для этого втулка 1 снабжена фланцем и устанавливается в гидрокоробку с внутренней стороны ее горизонтальной расточки. Благодаря плотной посадке и упругости манжет обеспечивается герметичность соединения при низких давлениях в штоковой полости насоса. Для улучшения начального контакта с уплотняемыми поверхностями манжеты помещаются между фасонными опорными 13 и распорным 10 кольцами (манжетодержателями), изготовленными соответственно из резины и капрона. Скосы манжет поджимаются к уплотняемой поверхности конической частью распорного кольца 10. Опорное кольцо 13 сажается с минимальными радиальными зазорами (0,05—0,08 мм) для предохранения манжеты от затягивания в зазор. Затяжка манжет регулируется гайкой 7, навинченной на втулку 1. Усилие затяжки передается манжетам посредством грунд-буксы 6 и нажимных капроновых втулок 9. Неподвижное соединение втулки 1 и гидрокоробки 5 герметизируется манжетным уплотнением, состоящим из распорного кольца 2, манжеты 3 и опорного кольца 4. Затяжка уплотнения осуществляется нажимной втулкой 11 к гайкой 5.

Уплотнение штока, показанное на рис. 6.76, используется в гидрокоробках с односторонней торцовой опорой цилиндровой втулки. В рассматриваемой конструкции втулка 1 используется лишь в качестве корпуса манжетных уплотнений и отличается тем, что для соединения с гидрокоробкой снабжается наружным фланцем. Манжета 7 и уплотнение штока 6 затягивается с помощью грунд-буксы 4 и накидной гайки 5. Неподвижное соединение фланцевой втулки и гидрокоробки герметизируется манжетой 2, затяжка которой регулируется крепежными шпильками 3. Указанные конструктивные отличия позволяют облегчить смену изношенных уплотнений штока.

Всасывающий и нагнетательный клапаны бурового насоса взаимозаменяемы и состоят (рис. 6.8) из седла 1 тарелки 4, образующих вместе с пружиной 11, крышкой 8 и упорным винтам 9 клапанную коробку. Присоединительные размеры клапанной коробки регламентируются ОСТ-26-02-1129—75.

Седла клапанов штампуются из хромокремнистой или хромистой стали, закаленной на твердость HRC 50—56. В гидрокоробке 15 растачиваются гнезда для посадки седел. Стыкуемые поверхности гнезда и седла клапана имеют конусность 1:5, обеспечивающую разборку соединения при замене изношенных седел. Для надежного уплотнения стыка посадочные пояски седел и их гнезд в гидрокоробке обрабатываются по 2-му классу точности и имеют шероховатость не более 1,25 мкм.

Наружную поверхность седла клапана и внутреннюю поверхность гнезда в гидрокоробке контролируют парными калибрами. Прилегание указанных поверхностей к калибру при контроле на краску с толщиной слоя до 5 мкм должно быть по сплошному кольцу шириной не менее 20 % длины образующей седла клапана. Нарушение этих требований приводит к промывке стыкуемых поверхностей прокачиваемой жидкостью и выводу из строя седла клапана и дорогостоящей гидрокоробки. К недостаткам рассматриваемого соединения типа металл по металлу относятся трудности разборки, возможность повреждения посадочных поверхностей при выпрессовке седел; склонность к контактной коррозии и понижение усталостной прочности соединяемых деталей вследствие концентрации напряжений.

В о внутренней расточке седла установлена крестовина 13 с резиновой втулкой 14 для нижнего направляющего штока тарели. Крестовина не воспринимает осевой нагрузки от тарели и удерживается в седле пружинным кольцом 12. Седло снабжено внутренним конусом для посадки тарели. Уплотнение клапана обеспечивается резиновой манжетой 3. Манжета выступает относительно внутреннего посадочного конуса седла, в связи с чем улучшается герметизация клапана, смягчаются удары при его работе, что способствует повышению срока службы седла и тарели клапана. Металлическая обойма 2 предохраняет манжету от развала.

Седла и тарели клапана имеют угол конуса 45 либо 60°. Клапанное отверстие гидрокоробки закрывается крышкой 8, снабженной ручкой. Крышка герметизируется манжетой 7, установленной в расточке гидрокоробки. Уплотнение затягивается упорным винтом 9, навернутым на фланец 10 гидрокоробки. Герметичность уплотнения контролируется по появлению (утечек через контрольное отверстие а в гидрокоробке. В случае повреждения резьбы фланец заменяют новым в поэтому сохраняется более дорогая гидрокоробка.

Винт 9 снабжен упорной резьбой крупного шага, обычно применяемой при больших односторонних осевых нагрузках. Дно крышки имеет прилив, в расточке которого установлена резиновая втулка 6 для верхнего направляющего штока тарели. Витая пружина 11, установленная между крышкой и тарелью, обеспечивает нормально закрытое положение клапана и своевременную посадку тарели при. работе насоса. Начальная (установочная) нагрузка пружины примерно в 10 раз превышает вес тарели клапана.

В буровых насосах используются клапанные устройства, отличающиеся от рассмотренных конструкцией седел, тарелей и уплотняющих элементов. На рис. 6.9 показан клапан, в котором уплотнительное резиновое кольцо 2 установлено на тарели 1 и закреплено гайкой 3. Тарель садится на крестовину 5, выполненную за одно целое с седлом 4. Соединение седла и крестовины в единую деталь позволяет значительно увеличить проходное отверстие клапана и благодаря этому снизить гидравлические сопротивления и улучшить условия всасывания и нагнетания промывочной жидкости.

Важный резерв повышения долговечности и экономичности клапанов буровых насосов — выбор наиболее эффективных, материалов и способов упрочнения деталей, входящих в клапанный узел. ВНИИнефтемаш рекомендует седла клапанов изготовлять из сталей марок 38ХС либо 40Х, а тарели из стали марки 40Х взамен более дорогих и дефицитных хромоникелемолибденовых сталей. Установлено, что по сравнению с объемной закалкой более эффективно упрочнение поверхностей седла и тарели поверхностной закалкой токами высокой частоты. Уплотнение и направляющие втулки клапанов изготовляют из маслобензиностойкой резины ИРП 1293.

Поршни буровых насосов имеют резинометаллическую конструкцию (рис. 6.10) и состоят из стального сердечника 1 и резиновых самоуплотняющихся манжет 2. Две манжеты с воротниками, направленными в противоположные стороны, обеспечивают двустороннее уплотнение поршня в цилиндровой втулке. Сердечники снабжены конусным (а, в, г, д) либо цилиндрическим (б, е) отверстием для соединения поршня со штоком. Наружная часть сердечника имеет кольцевые канавки и выступы, обеспечивающие прочное соединение с привулканизированными резиновыми манжетами.

В поршнях с механическим соединением манжет (рис. 6.10, в, г, д) сердечники имеют более простую форму. Манжеты 2 надеваются на ступицу сердечника 1 и закрепляются металлическими шайбами 4 и разрезными пружинными кольцами 5. Для облегчения сборки манжет ступицы имеют заходные фаски. В некоторых конструкциях (рис. 6.10, в, д, е) затылочная часть резиновой манжеты упирается в износостойкую и более жесткую пластмассовую прокладку 5.

Кольцевые консоли на разделительном пояске сердечника 1 (рис. 6.10,г) и коническая наружная фаска на манжетах 2 способствуют равномерному распределению контактных давлений по длине манжеты, что благоприятно влияет на долговечность поршня и цилиндровых втулок.

Из рассматриваемых конструкций наиболее распространен поршень, показанный на рис. 6.10, а.

Трехпоршневой буровой насос одностороннего действия (рис. 6.11) отличается от двухпоршневого конструкцией одноименных узлов и деталей.

Трансмиссионный вал 7 (рис. 6.12) устанавливается на спаренных конических подшипниках 6, предназначаемых для работы при особо тяжелых нагрузках. Коренной вал состоит из трех литых эксцентриков 2, 10, 13, жестко связанных с прямым валом 5, вращающимся на подшипниках 4, установленных в стакане 3. Равномерное угловое смещение эксцентриков способствует их взаимному уравновешиванию и устраняет вредное влияние дисбаланса на работу коренных подшипников вала.

Вращение коренному валу передается цилиндрической зубчатой передачей, состоящей из шестерни 8 и зубчатого в енца 11 с косыми либо шевронными зубьями, закрепленного на литом ободе 12. Зубчатая передача смещена относительно продольной оси насоса и располагается между средним 13 и крайним 10 эксцентриками. М отылевые шейки шатунов 14 соединяются с эксцентриками посредством роликовых подшипников 1, закрепленных кольцевыми секторами 9.

Малая шейка шатуна с валиком ползуна соединяется игольчатым подшипником. Благодаря меньшей длине хода поршня диаметр эксцентриков и длина шатуна насосов одностороннего действия меньше, чем насосов двустороннего действия. Подвижные детали и узлы приводного блока смазываются с помощью масляного насоса и окунанием в масляную ванну.

Гидрокоробки насосов одностороннего действия различаются взаимным положением всасывающего 1 и нагнетательного 2 клапанов. Несоосное расположение клапанов (рис. 6.13а) обеспечивает удобство смены всасывающего клапана, но при этом увеличивается объем мертвого пространства рабочей камеры насоса, занимаемый жидкостью в конце хода нагнетания. При соосном расположении клапанов (рис. 6.13б) объем мертвого пространства уменьшается, однако затрудняется смена всасывающего клапана..

П одобно насосам двустороннего действия гидрокоробки крепятся к станине насоса и связаны между собой приемным 6 и нагнетательным 3 коллекторами. Цилиндровые втулки 4 насосов одностороннего действия отличаются меньшей длиной и массой и имеют гладкую наружную поверхность (рис. 6.13а) либо снабжены наружным кольцевым буртиком (рис. 6.13б). Значительная часть цилиндровой втулки выносится из гидрокоробки в сторону приводного блока. В результате этого уменьшаются габариты гидрокоробок и длина штока. Простая конструкция узлов крепления и уплотнения цилиндровых втулок способствует сокращению продолжительности ремонтных работ, связанных с их заменой. Одностороннее действие насоса позволяет упростить конструкцию поршня 5.

ВНИИнефтемашем разработан поршень (рис. 6.14) для насосов одностороннего действия, который состоит из стального сердечника 1, шайбы 3 и привулканизированных к сердечнику наружной уплотняющей манжеты 4 и внутреннего уплотнения 2, герметизирующего неподвижный цилиндрический стык между поршнем и штоком. Поверхность манжеты 4 имеет дугообразные выступы, которые способствуют проникновению смазочно-охлаждающей жидкости в зону контакта манжеты с цилиндровой втулкой при всасывании. Под давлением нагнетания манжета уплотняется и в образовавшихся на ее поверхности впадинах удерживается часть смазки. В результате этого снижается износ поршня и цилиндровой втулки. При остановках выступы на поверхности противодействуют прилипанию манжеты к рабочей поверхности цилиндра, нагреваемой в процессе работы насоса. Шайба 3 сохраняет прочность соединения манжеты с сердечником при нагреве от трения цилиндропоршневой пары.

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

Контрольные вопросы

1. Назначение буровых насосов.

2. Основные требования, предъявляемые к буровым насосам.

3. Какого типа (и почему) насосы применяются в БУ ?

4. Поясните конструкцию бурового насоса двухстороннего действия.

5. Для чего в насосе используется трансмиссионный вал ?

6. Поясните конструкцию трансмиссионного вала.

7. Поясните конструкцию коренного вала насоса.

8. Что такое крейцкопф, шатун; их назначение ?

9. Поясните конструкцию системы смазки насоса.

10. Для чего используются гидрокоробки ?

11. Поясните конструкцию цилиндровых втулок.

12. Как выполняется уплотнение цилиндровой втулки ?

13. Для чего в конструкции насоса шток ?

14. Поясните конструкцию клапанов насоса.

15. Поясните конструкции поршней насосов двухстороннего действия.

Лабораторная работа № 7. МУФТЫ

1. Цель работы. Изучить конструкцию муфт приводов буровых установок.