§ 2. Типы поршневых буровых насосов и их схемы

Тип поршневого насоса определяется видом привода и расположе­нием осей цилиндров — горизонтальным, вертикальным, угловым.

В настоящее время в буровых установках преимущественно при­меняются горизонтальные приводные насосы, так как они устойчивы и удобны для обслуживания в полевых условиях.

Насосы вертикального и углового типов имеют общий недоста­ток — линии всасывания чрезмерно удлиняются. В разветвленных длинных подводах, расположенных между всасывающим воздушным колпаком и рабочими полостями цилиндров, силы инерции жидкостей остаются непогашенными, что ухудшает процесс всасывания. Для быстроходных насосов этот недостаток не имеет решающего значения, тдк как они обязательно обеспечиваются значительным подпором на всасывании, необходимым для компенсации увеличенных гидравли­ческих сопротивлений во всасывающих клапанах, снабжаемых жесткими пружинами.

Другой общий недостаток вертикальных и угловых насосов — невыгодное расположение гидравлической части над приводной. Это предъявляет высокие требования к защите приводной части от проникновения в нее промывочного раствора. Обслуживание и ремонт вертикальных насосов в полевых условиях также усложняются по сравнению с горизонтальными.

Буровые насосы относятся к_тлхоходным. Число двойных ходов обычно составляет 30—80 в минуту. Настойчивые попытки увеличить быстроходность успеха не имели. Это связано главным образом с труд­ностью защиты от абразивного износа таких деталей, как клапаны,.

18 Заказ 1015. 273

сальники, поршни и цилиндровые втулки. Поэтому верти­кальные насосы обычно не проявляют своих преимуществ даже в легких буровых установках, смонтированных на автомаши­нах.

В понятие схемы входят следующие признаки: число цилиндров и рабочих камер в них, расположение цилиндра относительно корен¹" ного вала и клапанов относительно оси насоса, схема кривопгапно-шатунного механизма. Габариты, общая масса, удобство контроля работы сальников, доступность клапанов, быстрота смены поршней и втулок цилиндров и деталей приводной части зависят от конструк­тивной схемы.

В буровых установках наиболее распространены приводные двух­цилиндровые насосы двойного действия с параллельными осями ши­роко расставленных цилиндров, расположенных по одну сторону от коренного кривошипного вала. Этот вал имеет концевые съемные кривошипы, а зубчатая передача от трансмиссионного вала помещена в середине между двумя коренными подшипниками качения <рис. ХП-1, а).

Основное достоинство схемы то, что она позволяет применять опоры качения во всех подшипниках, включая мотылевые. Недостат­ком является большое расстояние между осями цилиндров, что при­водит к увеличению поперечных размеров и массы насоса. Кроме того, замена подшипника коренного вала связана с необходимостью снимать кривошип. Коренные подшипники, уравновешивающие пару сил и действующие на коренной вал со стороны шатунов, располо­жены на небольшом расстоянии друг от друга и потому сильно нагру­жены. При такой схеме клапаны располагают между цилиндрами, что затрудняет их смену и ремонт.

Применение эксцентрикового вала вместо кривошипного (рис. ХП-1, б) дает возможность сблизить оси цилиндров насоса и тем самым уменьшить поперечные размеры и массу насоса. Ремонт приводной части значительно облегчается. Коренные подшипники менее нагружены, чем в схеме с кривошипным валом. Для изготовле­ния насоса по этой схеме требуются мотылевые подшипники большого диаметра. При уменьшении диаметра сокращается длина хода поршня.

В схеме насоса с так называемым пальцевым валом (рис. ХП-1, в) благодаря большому диаметру коренных подшипников имеется воз­можность запрессовать пальцы в отверстия, расположенные в торцах вала. В такой конструкции мотылевые головки шатуна имеют размеры по диаметру такие же, как при кривошипном вале, и существенно уменьшают ширину станины. Отсутствие опор, вынесенных в экс­центриковой схеме на концы вала, делает мотылевые и коренные подшипники доступными для осмотра и регулировки через боковые окна станины. Эта схема совмещает в себе достоинства двух преды­дущих.

Насосы с коленчатым валом (рис. ХП-1, г) используются в легких установках малой мощности.

271

Рис. ХП-1. Схемы приводных насосов.

а — с кривошипным валом: 1 — паренной вал; 2 —[трансмиссионный вал; б — с эксцентри­ковым коренным валом: i — коренной вал; г — эксцентрик; в — с пальцевым коренным ва­лом; 1 — коренной вал; 2 — монтажные люки; г — с коленчатым валом на каждый цилиндр:

1 и 2 — щеки вала.

18*

275

В любой из рассмотренных выше схем может быть применена вместо зубчатой цепная передача между трансмиссионным и корен­ным валами.

Существуют двухцилиндровые насосы последовательного действия с двумя ступенями давления. Из камеры первой ступени жидкость поступает под давлением в полость всасывания второй ступени. Достоинством этих насосов является то, что перепады давления в поршнях и клапанах в два раза ниже наибольшего давления, раз­виваемого насосом.

Многоцилиндровые насосы (в том числе трехцилиндровые) обеспе­чивают более равномерную подачу, нежели четырехкамерные двух­цилиндровые насосы. В связи с внедрением в производство диафраг-менных воздушных колпаков с предварительной накачкой газа и ма­лыми размерами таких колпаков эти преимущества не существенны. Серьезным недостатком многоцилиндровых насосов является услож­нение осмотра и ремонта увеличенного количества клапанов, порш­ней и цилиндров, повышенный расход запасных частей на насос, удорожание изготовления из-за усложнения конструкции.

Так как в насосной части буровой установки в целях надежности ее работы применяют не менее двух насосов, то трех- и многоцилнн-дровые насосы ввиду большого количества запасных частей в мощных установках оказались экономически невыгодными. В легких уста­новках для бурения на небольшие глубины, где применяют один насос и время работы насоса невелико, а следовательно, и невелики эксплуатационные расходы, используют и многоцилиндровые насосы.

До настоящего времени ведутся попытки применения плунжер­ных насосов. При равной производительности диаметр поршня плун­жера насоса простого действия должен быть примерно в два раза больше, чем у насоса двойного действия. Чем больше диаметр плун­жера, тем сложнее создать надежное его уплотнение.

Преимущество плунжеров перед поршнями двойного действия в том, что утечки через уплотнение пары плунжер — цилиндр-легко обнаруживаются и своевременно устраняются. В насосах с порш­нями двойного действия, скрытыми внутри цилиндра, протечки между рабочими камерами во время работы насоса своевременно обнаружить невозможно, вследствие чего работа насоса при высоких давлениях сопровождается аварийными промывами поршней и цилиндровых втулок. К тому же в плунжерных насосах легко осуществить подачу смазки к неподвижному уплотнению. Наиболее выгодная область применения плунжерных буровых насосов — малые производитель­ности и большие давления.