14.2 Будова бурових насосів

Буровий насос (рис. 14.1) складається з привідного і гідравлічного блоків, встановлених на зварній рамі 12.

Рисунок 14.1 — Буровий насос двосторонньої дії

Привідний блок складається з трансмісійного вала 5, корінного вала 9 і шатунного механізму 10, які встановлені на станині 2. Остання являє собою масивний металічний короб, в розточках якого монтуються підшипники трансмісійного та корінного валів. Для зручності монтажу внутрішніх вузлів та деталей станина має кришку 8. Стиковані поверхні станини і кришки піддаються механічній обробці і ущільнюються за допомогою гумового шнура або прокладки, яка затягується болтами 11 і загвинченими в станину шпильками 6. Положення кришки відносно станини фіксується конічними штифтами.

Отвори під підшипники розточуються в зборі станини з кришкою. В горловині станини встановлюють направляючі 4 повзуна 13. Осі поверхонь розточок станини під направляючі повзуна повинні співпадати з відхиленням не більше 0.15 мм. Внутрішня порожнина станини фарбується масло стійкою фарбою і використовується в якості резервуару для масла, яке змащує зубчасту передачу, встановлену між трансмісійним і корінним валами. Горловина станини має бокові люки для монтажу та огляду повзунів. Торець горловини оснащений отворами для штока 3 і кріплення гідравлічного блоку 1.

В кришці станини є вентиляційний ковпак 7 для витяжки масляних парів. Станини бурових насосів виробляють з високоміцних чавунів або сталей. Стальні станини легші, але дорожчі чавунних. Найбільш економічні по масі бурові насоси, які мають станину зварної конструкції.

Трансмісійний вал (рис. 14.2) служить для передачі крутого моменту корінному валу насоса і виконаний у вигляді вивідного валу-шестерні 8, кінці якого використовуються для установки клинопасового шківа або ланцюгового колеса залежно від прийнятої в приводі насоса передачі. Шків і ланцюгове колесо кріпляться на валу шпонкою 12. Для полегшення складання і розбирання шківи мають розрізну ступицю, яка затягується болтами. Так як можливі перекоси в результаті прогину під дією навантаження на консолі, а також внаслідок технологічних неточностей трансмісійний вал встановлюють на сферичних двохрядних роликопідшипниках 6, які сприймають радіальні і осьове навантаження від косозубої передачі.

Рисунок 14.2 — Трансмісійний вал

Для попередження зминання і розбивання опорних поверхонь станини, а також усунення браку станини великої вартості через розслаблення отворів при розточуванні підшипники встановлюють на стальних гільзах 7, зовнішній діаметр яких більший діаметра шестерні. Завдяки цьому при складанні насоса вал 8 вільно протискується через отвори станини. Спів-вісність зовнішньої та внутрішньої поверхонь гільз забезпечується жорсткими допусками на їх різностінність.

Гільзи мають фланець невеликої висоти і притягуються до станини наскрізними кришками 1 і 10, які закріплені болтами 5. Завдяки затяжці болтами гільзи фіксуються в осьовому напрямку і запобігаються від прокручування. Підшипники торцями внутрішніх кілець упираються в бортики вала. Правий підшипник фіксується в гільзі кришкою 10. Другий підшипник вала плаває в гільзі по зовнішній обоймі.

Підшипники змащуються ручним насосом через пружинні тавотниці 3. Нерухомі стики гільзи зі станиною і кришкою ущільнюються гумовими кільцями 4, 9 і 13. Рухомий внутрішній стик між гільзою і валом герметизується безконтактним щілинним ущільненням, виконаним у вигляді кільцевих канавок у гільзі. Між кришками і валом встановлюють контактні севанітові ущільнення 2 і втулку 11.

Ексцентриковий корінний вал (рис. 13) має збірну конструкцію. Прямий вал 15 з жорстко закріпленими ексцентриками 9 опирається на корінні підшипники 6, розміщені в станині бурового насоса. Ексцентрики, які виконують роль шатунних шийок, виливаються з вуглецевої сталі і з’єднуються зварюванням. Число ексцентриків рівне числу поршнів бурового насоса. Кутове зміщення шатунних шийок корінного вала визначається вимогами рівномірної подачі. Згідно цього, в двохпоршневих насосах двохсторонньої дії кутове зміщення ексцентриків складає 90, а в трипоршневих насосах односторонньої дії — 120. Між ексцентриками розміщується зубчасте колесо 8.

Складена конструкція корінного вала зручна в технологічному відношенні, так як дозволяє спростити форму заготовок і полегшити їх механічну обробку. Кінцева обробка зовнішніх поверхонь корінного вала і нарізання зубів проводиться після посадки ексцентриків на прямий вал і з'єднання вінця колеса з його ободом.

Для точної осьової фіксації зубчастого колеса корінний вал опирається на спарені радіально-упорні конічні підшипники 6, посаджені в перехідні гільзи 3, встановлені в розточки станини 1 і кришки 10 насоса. Зовнішні кільця підшипників утримуються від поздовжнього переміщення кришками 4, які кріпляться болтами до торців гільз. Затягування зовнішніх кілець підшипників регулюється мірними прокладками 14, які встановлені між кришкою 4 і торцем гільзи 3. Внутрішні кільця підшипників затягуються шайбами 5, які кріпляться болтами до торців вала. Осьове положення корінного вала фіксується в необхідному положенні за рахунок зовнішніх кільцевих бортиків гільзи, які упираються в торець розточок станини і кришки насоса.

Рисунок 14.3 — Корінний вал

Гільзи утримуються від прокручування з допомогою дю-белів 16. Корінні підшипники змащують ручним насосом через тавониці, вкручені в кришку станини. Ексцентрикові корінні вали переважно застосовуються в сучасних дво- і трипоршневих бурових насосах. Корінні вали пальчикової конструкції використовують рідше, наприклад в буровому насосі БрН-1. Бурові насоси У8-3 і У8-4 з кривошипним валом зняті з виробництва.

Кільця роликових підшипників 7 утримуються від осьового переміщення кільцевими шайбами 12 і 13 та бортиками вала і шатуна. Кільцеві шайби кріпляться до торців ексцентрика болтами. Натяг підшипників регулюється прокладками, які встановлені між торцями шийки шатуна і шайбою 12. Розбризгувачі 2 відкидають масло на підшипники мотилевих шийок шатуна при їх зануренні в масляну ванну.

В бурових насосах для передачі обертання від трансмісійного вала до корінного переважно використовуються косозубі зубчасті передачі, які в порівнянні з прямозубою передачею володіють більшою навантажуючою здатністю і плавністю зачеплення, що обумовлює зниження рівня динамічних навантажень і шуму при роботі. Напрям зуба шестерні приймається лівим, а для колеса — правим. Недолік косозубих передач в порівнянні з прямозубими полягає в тому, що в зачепленні виникає додаткова осьова сила. Шевронні зубчасті колеса, що являють різновидність косозубих коліс, не створюють осьових навантажень, однак в бурових насосах застосовуються рідше із-за складності виготовлення.

Шестерні виготовляють з сталей марок 34ХН1М, 35ХНВ і 38ХГН в парі з вінцем зубчастих коліс відповідно з сталей марок 38ХГН, 35Х і 35Л. Для збільшення довговічності і покращання приробки зубам шестерні надається більша твердість, ніж зубам колеса. ГОСТом встановлені норми точності виготовлення зубчастих коліс бурових насосів.

Зубчасте зачеплення піддається односторонній обкатці в напрямку робочого обертання, яке вказане стрілкою на станині насоса. Напрям обертання можна змінити після попередньої обкатки зубчастих коліс в протилежну сторону.

Для насосів потужністю, кВт	32-125	125-300	300-1180
Точність виготовлення зубчастих коліс	10—9—8 В	9—8—7 В	8 В

В більшості конструкцій бурових насосів кут нахилу косозубих коліс складає 6-9. Зубчасту пару змащують рідким маслом шляхом занурення її в масляну ванну або з допомогою масляного насоса. Важливо відмітити, що косозубі колеса з твердими поверхнями зубів вимагають підвищеного захисту від забруднення для запобігання нерівномірного зношування по довжині контактних ліній та викришування зовнішніх шарів зубів.

Шатун передає рух від корінного вала до шатуна (крейцкопфа) і являє собою кований або литий стержень з вуглецевої сталі марки 35 з протилежно розміщеними великою і маленькою шийками. Велика шийка 11 шатуна, яка називається мотилевою, охоплює корінний вал і має суцільну або роз'ємну конструкцію. Незалежно від конструкції корінний вал з’єднується з шатуном з допомогою конічних роликових підшипників. У ексцентрикових валах мотилева шийка шатуна має значно більший діаметр, ніж у кривошипних і пальцевих валах. Завдяки цьому в ексцентрикових валах мотилеві підшипники мають більший діаметр і володіють більш високою довговічністю.

Поряд зі зносостійкістю з'єднань шатуни бурових насосів повинні володіти необхідною втомною міцністю, так як при експлуатації вони піддаються дії асиметричних циклічних навантажень. Стержень шатуна має двохтавровий переріз, який забезпечує достатню жорсткість при мінімальній металоємкості шатуна. Зменшення маси сприяє зниженню інерційних навантажень. Тому прості у виготовленні, але більш масивні шатуни з круглим перерізом стержня в бурових насосах не використовують.

Мала шийка (рис. 14.9), називається повзуном, служить для шарнірного з'єднання шатуна 6 з повзуном 4, що ковзає в прямолінійних направляючих. Центр шарніра рухається аксіально, тобто по прямій, що проходить через вісь обертання корінного вала. Дезаксіальні кривошипношатунні механізми в бурових насосах не використовуються. Мала шийка шатуна з'єднується з корпусом повзуна з допомогою пустотілого валика 9. При ремонтних роботах через отвір у валику пропускається ломик для випресовки валика сусіднього повзуна 13. Крім того, пустотіла конструкція сприяє більш інтенсивному охолодженню валика і підшипника шатуна, що нагріваються в результаті їх взаємного тертя.

В розточку повзунної шийки запресована втулка 8 з олов'яної бронзи або іншого пластичного матеріалу, що переважно використовується для підшипників ковзання. Запресовка не гарантує втулку від прокручування і осьового зміщення, і тому вона стопориться дюбелем 7. Діаметральний зазор між валиком і втулкою шатуна визначається залежно від діаметра валика і вибраної посадки.

Рисунок 14.4 — Шатунний механізм

Валик 9 оснащений кінцевим центрувальним конусом, який входить в конусний отвір повзуна. З допомогою стопорної планки 11, що входить в поперечний паз торця валика, і болтів 10, загвинчених в повзун, валик запресовується в конусний отвір і завдяки цьому утримується від поздовжнього зміщення і провертання відносно повзуна. В потужних насосах шийка шатуна з'єднується з валиком повзуна через голчасті підшипники.

Повзун складається з литого стального корпуса і чавунних накладок 5. Накладки кріпляться до циліндричної поверх-ні корпуса болтами 12, що застопорені від самовідкручування пружними шайбами. В бокових стінках корпуса розміщуються ступиці валика 9. В дні корпуса є в наявності різьбовий отвір для повзучої частини штока 1, що являє собою сталевий циліндричний стержень з зовнішньою різьбою для кріплення з корпусом повзуна і внутрішньою різьбою для з'єднання з поршневою частиною штока. Стопоріння штока в повзуні здійснюється шплінтом 3 і гайкою 2.

Опорна поверхня днища під гайку 2 або упорний бурт штока повинна бути перпендикулярно строгою до осі повзуна. Повзун переміщається по чавунним або бронзовим направляючим, встановлених в станині насоса. Зазор між накладками повзуна і направляючими станини складає 0,2-0,5 мм і регулюється прокладками з білої жесті або латуні, що встановлені між корпусом повзуна і накладками. Поверхні тертя накладок повзуна і станини мають шорсткість не більше = 2,5 мкм.

Станина насоса (див. рис. 14.1) оснащена маслоуловлювачем, в якому накопичується масло по радіальних і поздовжніх канавках самопотоком поступає на поверхні тертя накладок і валик повзуна.

Поршнева частина 11 (рис. 14.5) штока відрізняється від її повзунної частини 10 меншим діаметром і більшою довжиною, вибираємо залежно від ходу поршня. На одному кінці поршневого штока є зовнішня різьба для з'єднання зі штоком 10 повзуна і закріплення контргайкою 8. Протилежний кінець оснащений конусом з бортиком для посадки поршня 13 і різьбою для затяжки конусного з'єднання з метою запобігання утічок між стикованими поверхнями. Конусне з'єднання полегшує розбирання поршнів при їх заміні. Контактуючі поверхні штока і поршня доцільно покривати м'якими металами гальванічними або дифузійним способом. Такі покриття запобігають наклеп і зварювання посадочних поверхонь в з'єднаннях, які піддаються циклічним навантаженням, і значно підвищують їх несучу здатність.

14.5 — Гідравлічний блок бурового насоса двохсторонньої дії

Для з'єднання поршневої і повзунної частини штока використовується спеціальна циліндроконічна або метрична нарізка. Циліндрична ділянка цієї нарізки служить стопоріння з’єднуваних штоків контргайками. За приєднувальною різьбою є шести- або чотиригранники під гайковий ключ для загвинчування або відгвинчування з'єднань штоків. Поршневий шток контактує з промивною рідиною і піддається абразивному зношуванню, в результаті чого має обмежений строк служби. Повзуча частина штоку ізолюється від промивної рідини диском-відбивачем 9 і з маслостійкої гуми. Складена конструкція штока дозволяє зберегти його повзучу частину при заміні зношеного поршневого штока. Для видалення абразиву і зниження зношення поршневий шток омивається і одночасно охолоджується проточною водою або маслом, яке нагнітається масляним насосом.

Шорсткість поверхні штока повинна бути не більше мкм в повзунній частині і не більше мкм в штоковій частині. Для насосів потужністю 190-1180 кВт поверхня тертя штока поршня піддається хромуванню. Твердість поверхні штока повинна бути не менше HRC 50 в повзунній частині і HRC 60 в поршневій частині. Глибина зміцненого шару у випадку термообробки струмами високої частоти не менше 1,5 мм. Штоки виготовляють з сталей марок 40Х; 40ХН; 38ХШЮН; 12ХН4; 20ХНЗА.

Важливе значення для підвищення строку служби бурового насоса має співвісність з'єднуваних деталей. Граничне відхилення осі штока від осі поверхні посадки поршня і різьби контргайки не повинно перевищувати 0,15 мм. В тих же межах повинно бути відхилення осей штока і різьби повзуна.

Гідравлічні блоки бурових насосів складаються з корпусних і змінних деталей. До корпусних деталей відносяться гідрокоробки і їх кришки, приймальний і нагнітальний колектори, до змінних — циліндрові втулки і поршні, сідло і тарілка клапана, ущільнення нерухомих і рухомих з'єднань.

В двохпоршневому насосі гідравлічний блок (рис. 14.5) складається з двох гідрокоробок 2, які з'єднуються зі станиною 6 привідного блока шпильками 7. Спряжені поверхні гідрокоробок і станини прилягають один до одного без зазорів. Допускаються місцеві провали щупа товщиною 0.1 мм на довжину не більше 10% загальної довжини спряжених ділянок. Між собою гідрокоробки з'єднуються приймальним 1 і нагнітальним 3 колекторами.

Гідроблоки являють собою відливки з вуглецевої сталі з горизонтальними розточками для циліндрової втулки 12 і вертикальними гніздами для нагнітальних клапанів 5. Через загальну надклапанну порожнину 4 прокачуюча рідина з поршневої і штокової камер циліндра напрямляється в нагнітальний колектор. Товщина стінок 30-40 мм, що необхідно для створення міцності і герметичності гідрокоробки. Конструктивні форми забезпечують технологічність виготовлення, зручність монтажу, огляду і регулювання деталей та вузлів насоса, що розміщені в гідрокоробці. В двохпоршневих насосах розрізняють ліву і праву гідрокоробки, що мають дзеркально відображені конструктивні форми.

Відомі конструкції бурових насосів з взаємозамінними лівою і правою гідрокоробками, а також суміщеними в одному блоці. Досвід експлуатації насосів показує, що гідрокоробки виходять з ладу в результаті пошкоджень клапанних гнізд, викликаних просіданням сідел, фретинг-процесом і промивом поверхні контакту гнізда з сідлом клапана. Для підвищення строку служби гідрокоробок поверхня гнізда, що контактує з сідлом, покривається еластомерами. При цьому усувається фретинг-процес, що полегшує випресовку сідел з гнізд гідрокоробки.

Приймальний 1 і нагнітальний 3 колектори мають литу або зварювальну литу сталеву конструкцію. Для зниження гідравлічних втрат і зношення колектори мають плавні переходи, а діаметри прохідних отворів забезпечують швидкість потоку рідини до 6 м/с. На нагнітальний колектор встановлюють запобіжний клапан, пневматичний компенсатор і приєднують нагнітальний патрубок маніфольда. Приймальний колектор з всмоктуючими клапанами приєднується до бокових припливів гідрокоробки.

Циліндрові втулки, нерухомо встановлені в горизонтальних розточках гідрокоробки, являються найбільш великою по габаритах і металоємності змінною деталлю бурових насосів. Конструктивне виконання, довжина, зовнішні і внутрішні діаметри їх регламентуються галузевими стандартами. Циліндрові втулки виготовляють з високо вуглецевих і легованих сталей. За кордоном їх виконують з хромистих чавунів і кераміки. Внутрішня поверхня циліндрових втулок зміцнюється гартуванням з нагрівом струмами високої частоти, боруванням, хромуванням та іншими хіміко-термічними методами.

Для роботи при тисках більше 20 МПа ефективні біметалічні циліндрові втулки, зовнішня частина яких виготовляється з конструктивних вуглецевих сталей, а внутрішня — з високо легованих сталей або чавунів. Згідно діючих норм, шорсткість внутрішньої поверхні їх не перевищує мкм для бурових насосів потужністю 190-950 кВт і мкм при потужності насосу 1180 кВт. Глибина зміцненого робочого шару при термообробці струмами високої частоти досягає 3 мм, а поверхнева твердість не менше НRC 60.

Зовнішня поверхня циліндрових втулок — гладка або з кільцевим бортиком. Залежно від форми змінюється спосіб кріплення і ущільнення їх в гідрокоробці. Циліндрова втулка 11, вказана на рисунку 14.6, а, має гладку зовнішню поверхню. В розточці гідрокоробки вона кріпиться завдяки розпірним стаканам 12 і 7, які оснащені вікнами для проходу прокачуваної рідини. В зовнішній торець стакана 7 впирається кришка 4 поршневої порожнини гідрокоробки. Нерухомість втулки забезпечується осьовим натягом, що створюється при затягуванні шпильок 2, що кріплять кришку в гідрокоробці.

Для ущільнення циліндричної втулки в канавку гідрокоробки встановлюють манжети 10, що розділені проміжною металічною втулкою 9. Осьове затягування ущільнень створюється грундбуксою 5 і дистанційною втулкою 8 та регулюється болтами 3, вкрученими в кришку 4. Манжети 6, розміщені між грундбуксою і дистанційною втулкою, служать для ущільнення кришки 4. При зміні циліндрової втулки і манжет кришка 4 випресовується з допомогою болтів 1.

На рис. 14.6, б циліндрова втулка 10 зовнішнім кільцевим бортиком впирається в виточку гідрокоробки, тому для кріплення втулки використовується один розпірний стакан 11, що розміщений зі сторони поршневої порожнини гідрокоробки. Осьове затягування циліндрової втулки регулюється гайкою 1, яка вкручена у фланцеву втулку 14, яка шпильками 15 кріпиться до гідрокоробки. Зусилля затягування передається циліндровій втулці через кришку 2, упорного кільця 5 і стакана 11.

Рисунок 14.6 — Вузол кріплення і ущільнення циліндрової втулки

Циліндрова втулка ущільнюється манжетами 6 і 8, які встановлюються між розпірними кільцями 9 і розділяються проміжною втулкою 7. Осьове затягування ущільнень регулюється гвинтом 3, загвинченим в кришку 2. Зусилля затягування передається манжетом через втулку 12, в днищі якої маються отвори з перемичками, що входять в поздовжні пази стакана 11. При цьому забезпечуються їх відносна рухомість і розділене затягування циліндрової втулки і ущільнень.

Використання гайки 1 і гвинта 3 замість шпильок 2 та болтів 3, як показано на рис. 14.6, а, дозволяє більш рівномірно і швидше затягувати циліндрову втулку та її ущільнення. Для ущільнення поршневої порожнини гідрокоробки крім манжета 4 є в наявності додаткова манжета 13, що використовується для ущільнення зазору між кришкою 2 і гвинтом 3. Ущільнення циліндрової втулки контролюється по появі утічок прокачуваної рідини через дренажні отвори в гідрокоробці, що з'єднуються з кільцевими виточками втулки 7.

В більш ранніх конструкціях бурових насосів суміщений спосіб кріплення і ущільнення циліндрової втулки затягуванням шпильок її кришки. При цьому способі спрощується конструкція гідравлічного блока, але виключається можливість повторного затягування ущільнень втулки при появі утічок в процесі експлуатації насоса. В результаті обмежується строк служби і відповідно зростає витрата ущільнень та час на ремонтні роботи, пов'язані з їх заміною. Вказані недоліки стають особливо помітні в насосах високого тиску. Для заміни поршня без порушення кріплення циліндрової втулки в деяких конструкціях бурових насосів в кришку для кріплення і ущільнення циліндрової втулки встановлюється додаткова кришка для витягання поршня.

Для ущільнення штока (рис. 14.7, а) використовуються шевронні манжети, що складаються в пакет. Число манжет в ущільнюючому пакеті переважно не перевищує чотирьох і вибирається з врахуванням тиску насоса, діаметра штока, а також конструктивних розмірів ущільнюючого вузла. Манжети 12 надягаються з натягом на шток 14 і втулку 1, що служить одночасно опорою циліндрової втулки. Для цього втулка 1 оснащена фланцем і встановлюється в гідрокоробку з внутрішньої сторони її горизонтальної розточки. Завдяки щільній посадці і пружності манжет забезпечується герметичність з'єднання при низьких тисках в штоковій порожнині насоса.

Для покращання початкового контакту з ущільнюючими поверхнями манжети розміщуються між фасонними опорними 13 і розпірним 10 кільцями (манжетотримачами), виготовленими відповідно з гуми і капрону. Зрізи манжет підтискаються до ущільнюючої поверхні конічною частиною розпірного кільця 10. Опорне кільце 13 садиться з мінімальними радіальними зазорами (0,05-0,08 мм) для запобігання манжети від затягування в зазор. Затягування манжет регулюється гайкою 7, яка накручена на втулку 1. Зусилля затягування передається манжетам через грундбукси 6 і натискних капронових втулок 9. Нерухоме з'єднання втулки 1 і гідрокоробки 8 герметизується манжетним ущільненням, яке складається з розпірного кільця 2, манжети 3 і опорного кільця 4. Затягування ущільнення здійснюється натискною втулкою 11 і гайкою 5.

Рисунок 14.7 — Ущільнення штока

Ущільнення штока, показане на рис. 14.7, б, використовується в гідрокоробках з односторонньою торцевою опорою циліндрової втулки. В розглядуваній конструкції втулка 1 використовується тільки в якості корпуса манжетних ущільнень і відрізняється тим, що для з'єднання з гідрокоробкою оснащуються зовнішнім фланцем. Манжета 7 і ущільнення штока 6 затягується з допомогою грундбукси 4 і накидної гайки 5. Нерухоме з'єднання фланцевої втулки і гідрокоробки герметизується манжетою 2, затяжка якої регулюється кріпильними шпильками 3. Вказані конструктивні відмінності дозволяють полегшити заміну зношених ущільнень штока.

При високих тисках і тугому затягуванні ущільнювального пакета зростають контактні тиски і сили тертя між манжетами і штоком. Для зменшення тертя і утічок поверхня штока, яка контактує з манжетами, як було вказано раніше, обробляється з високою точністю і чистотою. Найбільш ефективні хромові покриття, які надають поверхневому шару штока високу твердість (HRC 60), теплостійкість, антифрикційні і протизадирні властивості.

Всмоктувальні і нагнітальні клапани бурового насоса взаємозамінні і складаються (рис. 14.8) з сідла 1 тарілки 4, які утворюють разом з пружиною 11, кришкою 8 і упорним гвинтом 9 клапанну коробку. Приєднувальні розміри клапанної коробки регламентуються ОСТ-26-02-1129-75.

Сідла клапанів штампуються з хромокремнистої або хро-мистої сталі, загартованої на твердість HRC 50-56. В гідрокоробці 15 розточуються гнізда для посадки сідел. Стиковані поверхні гнізда і сідла клапана мають конусність 1:5, що забезпечують розборку з'єднання при заміні зношених сідел. Для надійного ущільнення стику посадкові пояски сідел і їх гнізд в гідрокоробці обробляються по 2-му класу точності і мають шорсткість не більше мкм.

Зовнішню поверхню сідла клапана і внутрішню поверхню гнізда в гідрокоробці контролюють парними калібрами. Прилягання вказаних поверхонь до калібру при контролі на фарбу з товщиною шару до 5 мкм повинно бути по суцільному кільцю шириною не менше 20% довжини твірної сідла клапана. Порушення цих вимог приводить до промивки стикованих поверхонь прокачуваної рідини і виходу з ладу сідла клапана та гідрокоробки великої вартості. До недоліків даного з'єднання типу метал по металу відносяться труднощі розборки, можливість пошкодження посадкових поверхонь при випресовці сідел; схильність до контактної корозії і зниження втомної міцності з’єднуваних деталей внаслідок концентрації напружень.

У внутрішній розточці сідла встановлена хрестовина 13 з гумовою втулкою 14 для нижнього направляючого штока тарілки. Хрестовина не сприймає осьового навантаження від тарілки і утримується в сідлі пружинним кільцем 12. Сідло оснащене внутрішнім конусом для посадки тарілки. Ущільнення клапана забезпечується гумовою манжетою 3. Манжета виступає відносно внутрішнього посадкового конуса сідла, в зв'язку з чим покращується герметизація клапана, що пом'якшує удари при його роботі, що сприяє підвищенню строку служби сідла і тарілки клапана. Металічна обойма 2 оберігає манжету від розвалу.

Рисунок 14.8 — Клапанна Рисунок 14.9 — Клапан трьох -

коробка хпоршневого бурового насоса

Сідла і тарілки клапана мають кут конуса 45 або 60, шорсткість поверхні посадкових поясків не більше мкм і твердість не менше HRC 48-50. Клапанний отвір гідрокоробки закривається кришкою 8, яка оснащена ручкою. Кришка герметизується манжетою 7, яка встановлена в розточці гідрокоробки. Ущільнення затягується упорним гвинтом 9, який накручений на фланець 10 гідрокоробки. Гер-метичність ущільнення контролюється по появі утічок через контрольний отвір а в гідрокоробці. У випадку пошкодження різьби фланець замінюють на новий і тому зберігається більш дорога гідрокоробка.

Гвинт 9 оснащений упорною різьбою великого кроку, яка переважно застосовується при великих односторонніх осьових навантаженнях. Дно кришки має прилив, в розточці якого встановлена гумова втулка 6 для верхнього направляючого штока тарілки. Вита пружина 11, встановлена між кришкою і тарілкою, забезпечує нормально закрите положення клапана і своєчасну посадку тарілки при роботі насоса. Початкове (установочне) навантаження пружини приблизно в 10 разів перевищує вагу тарілки клапана.

Висота підйому клапана залежить від щільності і газонасиченості промивної рідини, від подачі насоса і обмежується глибиною розточки для верхнього направляючого штока 5 тарілки в кришці клапана.

В бурових насосах використовуються клапанні пристрої, що відрізняються від розглядуваних конструкцією сідел, тарілок і ущільнюючих елементів. На рис. 14.9 показано клапан, в якому ущільнююче гумове кільце 2 встановлене на тарілці 1 і закріплене гайкою 3. Тарілка сідає на хрестовину 5, виконану за одне ціле з сідлом 4. З'єднання сідла і хрестовини в одну деталь дозволяє значно збільшити прохідний отвір клапана і завдяки цьому знизити гідравлічні опори та покращити умови всмоктування і нагнітання промивної рідини.

Важливий резерв підвищення довговічності та економічності клапанів бурових насосів — вибір найбільш ефективних матеріалів і способів зміцнення деталей, які входять в клапанний вузол. ВНДІнафтомаш рекомендує сідла клапанів виготовляти з сталей марок 38ХС або 40Х, а тарілки із сталі марки 40Х замість більш дорогих і дефіцитних хромонікелемолібденових сталей. Встановлено, що у порівнянні з об'ємним гартуванням більш ефективне зміцнення поверхонь сідла і тарілки поверхневим гартуванням струмами високої частоти. Ущільнення і направляючі втулки клапанів виготовляють з маслостійкої гуми ІРП 1293.

Поршень щільно перекриває отвір циліндрової втулки і, переміщуючись по напрямку її осі, надає прокачуваній рідині надлишкового тиску. Поршні бурових насосів мають резинометалічну конструкцію (рис. 14.10) і складаються з сталевого сердечника 1 та гумових манжет, що самоущільнюються 2. Дві манжети з комірцями, що напрямлені в протилежні сторони, забезпечують двохстороннє ущільнення поршня в циліндровій втулці. Осердя оснащені конусним (а, в, г, д) або циліндричним (б, е) отвором для з'єднання поршня з штоком. Зовнішня частина сердечника має кільцеві канавки і виступи, що забезпечують міцне з'єднання з привулканізованими резиновими манжетами.

В поршнях з механічним з'єднанням манжет (рис. 14.10, в, г, д) осердя мають більш просту форму. Манжети 2 надягаються на ступицю осердя 1 і закріпляються металічними шайбами 4 та розрізними пружинними кільцями 5. Для полегшення зборки манжет ступиці мають західні фаски. В деяких конструкціях (рис.14.10, в, д, е) потилична частина гумової манжети впирається в зносостійку і більш жорстку пластмасову прокладку 3.

Рисунок 14.10 — Поршні бурових насосів двохсторонньої дії

Під тиском нагнітаючої рідини пластмасова прокладка деформується в радіальному напрямку і затруднює затікання гумової манжети в зазор між циліндровою втулкою і розділю-ючим пояском осердя. В результаті застерігаються пошкодження поршня із-за втомного викришування манжет.

Кільцеві консолі на розділюючому пояску сердечника 1 (рис. 14.10, г) і конічна зовнішня фаска на манжетах 2 сприяють рівномірному розподілу контактних тисків по довжині манжети, що сприятливо впливає на довговічність поршня і циліндрових втулок.

З розглядуваних конструкцій найбільш розповсюджений поршень, що показаний на рис. 14.10, а.

Поршневі насоси односторонньої дії характеризуються підвищеною частотою і скороченою довжиною ходу поршнів. Внаслідок цього зменшуються габарити і маса в порівнянні з двохпоршневими насосами двохсторонньої дії. До інших переваг насосів односторонньої дії слід віднести відсутність ущільнень штока, зниження необхідної степені редукції зубчастої передачі, скорочення числа клапанів насоса і манжет поршня.

Рисунок 14.11. Буровий поршневий насос односторонньої дії

1 – всмоктуючий колектор; 2- всмоктуючий клапан; 3 – кришка клапанної коробки;

4 – нагнітаючий клапан; 5 – нагнітаючий колектор; 6 – циліндрова втулка; 7 – шток;

8 – швидкоз’ємний хоиут; 9 – контршток; 10 – повзун; 11- шатун; 12 – станина насоса;

13 – трансмісійний вал; 14 - корінний вал; 15 – компенсатор.

Трипоршневий буровий насос односторонньої дії (14.11) відрізняється від двохпоршневого насоса односторонньої дії конструкцією однойменних вузлів і деталей.

Трансмісійний вал 7 (рис. 14.12) встановлюється на спарених конічних підшипниках 6, що призначені для роботи при особливо важких перевантаженнях. Корінний вал складається з трьох литих ексцентриків 2, 10, 13, жорстко зв'язаних з прямим валом 5, що обертається на підшипниках 4, встановлених в стакані 3. Рівномірне кутове зміщення ексцентриків сприяє їх взаємному зрівноваженню і усуває шкідливий вплив дисбалансу на роботу корінних підшипників вала.

Обертання корінному валу передається циліндричною зубчастою передачею, що складається з шестерні 8 і зубчастого вінця 11 з косими або шевронними зубами, який закріплений на литому ободі 12. Зубчаста передача зміщена відносно поздовжньої осі насоса і розміщується між середнім 13 і крайнім 10 ексцентриками. Мотилеві шийки шатунів 14 з'єднуються з ексцентриками з допомогою роликових підшипників 1, які закріплені кільцевими секторами 9.

Рисунок 14.12 — Трансмісійна частина трипоршневого бурового насоса

Мала шийка шатуна з валиком повзуна з'єднується голчастим підшипником. Завдяки меншій довжині ходу поршня діаметри ексцентриків і довжина шатуна насосів односторонньої дії менші, ніж у насосів двохсторонньої дії. Рухомі деталі і вузли привідного блоку змащуються з допомогою масляного насоса і занурюванням у масляну ванну.

Гідрокоробки насосів односторонньої дії відрізняються взаємним положенням всмоктуючого 1 і нагнітального 2 клапанів (рис. 14.13, а) забезпечує зручність зміни всмоктуючого клапана, але при цьому збільшується об'єм мертвого простору робочої камери насоса, який займає рідина в кінці ходу нагнітання. При співвісному розташуванні клапанів (рис. 14.13, б) об'єм мертвого простору зменшується, однак затруднюється заміна всмоктуючого клапана.

Подібно до насосів двохсторонньої дії гідрокоробки кріпляться до станини насоса і зв'язані між собою приймальним 6 і нагнітальним 3 колекторами. Циліндрові втулки 4 насосів односторонньої дії відрізняються меншою довжиною і масою та мають гладку зовнішню поверхню (рис. 14.13, а) або оснащені зовнішнім кільцевим бортиком (рис. 14.13, б). Значна частина циліндрової втулки виноситься з гідрокоробки в бік привідного блоку.

Рисунок 14.13 — Гідравлічна частина насоса односторонньої дії з різними клапанними коробками

В результаті цього зменшуються габарити гідрокоробок і довжина штока. Проста конструкція вузлів кріплення і ущільнення циліндрових втулок сприяє скороченню тривалості ремонтних робіт, які пов'язані з їх заміною. Одностороння дія насоса дозволяє спростити конструкцію поршня 5.

ВНДІнафтомашем розроблений поршень (рис. 14.14.) для насосів односторонньої дії, який складається з сталевого осердя 1, шайби 3 і привулканізованих до осердя зовнішньої ущільнюючої манжети 4 і внутрішнього ущільнення 2, яке герметизує нерухомий циліндричний стик між поршнем і штоком. Поверхня манжети 4 має дугоподібні виступи, які сприяють проникненню мастильно-охолоджуючої рідини в зону контакту манжети з циліндровою втулкою при всмоктуванні. Під тиском нагнітання манжета ущільнюється і у впадинах, які утворилися на її поверхні, утримується частина мастила. В результаті цього знижується зношення поршня та циліндрової втулки. При зупинках виступи на поверхні протидіють прилипанню манжети до робочої поверхню циліндра, яка нагрівається в процесі роботи насоса. Шайба 3 зберігає міцність з'єднання манжети з осердя при нагріві від тертя циліндропоршневої пари.

Рисунок 14.14 — Поршень трипоршневого бурового насоса