1458

Рис. 1.170. Эксцентриковая муфта:

/ — корпус; 2 — поводок; 3 — ролики; 4 — сферическая шайба; J — валик; 6 — пружина; 7 — уплотняющая манжета

Эксцентриковая муфта насосов ЭВН5-100-1000иЭВН5-200-900 (рис. 1.170) отличается от муфты насоса 1ЭВН5-25-1000 тем, что в насосах с подачами 100 и 200 м3/сутки муфта с винтом со­ единяется штифтами, а в насосах с подачами 16 и 25 м3/сутки — соединение на резьбе. Муфта (см. рис. 1.173) состоит из двух шарнирных узлов, соединенных резьбовым валиком 5. Враще­ ние в муфте передается через ролики 3, расположенные в спе­ циальных гнездах поводка 2 и корпуса /. Осевая сила воспри­ нимается поводком и сферической шайбой 4. Резиновые манже­ ты 7 и пружина 6 сохраняют смазку в шарнирном узле и защи­ щают его от механических примесей. Шарнирность узла обеспе­ чивается сферическими опорными поверхностями поводка и шайбы и зазором между роликами и соответствующими отвер­ стиями в корпусе и поводке.

Шламовая труба защищает насос от механических примесей, выпадающих из колонны труб, заполненных жидкостью, при остановке насоса. Корпусные детали составляют трубчатый кор­ пус насоса. Рабочие органы насоса — обоймы в комплекте с рабочими винтами. Внутренняя поверхность обоймы выполне­ на из твердой маслобензостойкой резины и имеет двухзаходную винтовую поверхность с шагом в 2 раза большим, чем шаг вин­ та, причем направление спирали одной обоймы — левое, а дру­ гой — правое. Вследствие разных направлений спирали на обой­ мах и соответственно на винтах обеспечивается гидравлическая разгрузка насоса.

Предохранительный поршеньково-золотниковый клапан распо­ ложен в верхней части насоса. Клапан (рис. 1.172) состоит из корпуса золотника 3, золотника 4, поршня 5, амортизатора 2 и корпусных деталей 1 и 6. Клапан обеспечивает технологические и эксплуатационные операции по обслуживанию и монтажу на­ соса. Основные функции клапана: защита насоса от перегрузки в случае повышенного давления в напорной линии; обеспече­ ние слива и залива колонны труб при спуско-подъемных опера­ циях; перепуск жидкости из напорной линии обратно в скважи­ ну или при недостаточном притоке жидкости из пласта в сква­ жину, или при содержании в жидкости большого количества газа; предотвращение обратного потока откачиваемой жидкости из труб через рабочие органы при остановках насоса.

Рис. 1.172. Предохранительный поршеньково-золотниковый клапан:

/, 6 — корпусная деталь; 2 — амортизатор; 3 — корпус золотника; 4 — золотник; 5 — поршень

На рис. 1.173 показаны три промежуточных положения кла­ пана при эксплуатации насоса: заполнение жидкостью колон­ ны труб и слив жидкости при спуске и подъеме установки (рис. 1.173, а), подача жидкости на поверхность при работаю­ щей установке (рис. 1.173, б) и сброс жидкости при недостаточ­ ном притоке жидкости или большом газовом факторе обратно в скважину (рис. 1.173, в).

Обойма. В стандартном одновинтовом погружном насосе типа ЭВНТ обойма является несущей конструкцией, а ее корпус вы­ полняет функции корпуса всего агрегата. Поэтому к прочности и точности изготовления металлического корпуса предъявляют­ ся повышенные требования, особенно в отношении разностенности. Обычно его изготовляют из горячекатаных легированных стальных труб. Легирование хромом нежелательно, так как ухуд-

Рис. 1.173. Схема работы предохранительного клапана

шает крепление эластомера, например, синтетического каучука. Для увеличения прочности крепления резины к металлу реко­ мендуется внутреннюю поверхность корпуса выполнять в виде неглубокой нарезки произвольного профиля, которую затем по­ крывают различными слоями материалов, обеспечивающих на­ дежное (не менее 40 кгс/см2 на отрыв) крепление резины к ме­ таллу. Обычно этот процесс производится в пресс-форме, одно­ временно с вулканизацией самой резиновой смеси.

При конструировании и расчете профиля винтовой поверх­ ности всегда учитываются свойства синтетического каучука дан­ ной марки. Важно обеспечить равномерность толщины слоя ре­ зины по всей длине обоймы. Необходимо учитывать и измене­ ние геометрической формы изделия в процессе вулканизации его в пресс-форме.

Требования к эластомеру обоймы. Гарантийная наработка до отказа обоймы, непрерывно работающей в нефтяной скважине с напором 900—1500 м, должна быть не менее 1 года при сроке хранения 2 года.

Эластомер обоймы, обычно синтетический каучук, должен быть работоспособным, т.е. нефтестойким в нефтяной среде раз­ личных месторождений, причем часто требуется его работоспо­ собность при высоких температурах жидкости — до 70—90 "С.

Вследствие высоких требований по напору конструктивная длина обойм некоторых типоразмеров уже достигает 1500 мм и существует непрерывная тенденция к увеличению этого разме­ ра. Отсюда очень важны высокие литьевые свойства эластоме­ ра и обеспечение прочности крепления его к металлу не менее 40 кгс/см2. Особое внимание уделяется равномерности крепле­ ния резины по всей поверхности обоймы.

Основные физико-механические показатели эластомера

Эластомер должен обладать достаточной твердостью, быть стойким к воздействию жидких и газообразных агрессивных сред, уменьшение массы образца не допускается.

Транспортирование и монтаж оборудования можно произво­ дить в заполярных районах и в районах с тропическим клима­ том. Эластомер должен удовлетворять и этим специфическим требованиям.

Специальных исследований требует проблема газостойкости эластомера, т.е. стойкости к проникновению газов.

При сравнении газопроницаемости различных синтетичес­ ких каучуков установлено, что удельная газопроницаемость нитрильного синтетического каучука (СКН) в 20 раз больше фторокаучука. Однако при насыщении образцов углекислотой, которая по своему действию на СК близка к нефтяным попут­ ным газам, наименьшему разрушению подвергаются образцы, обладающие большей газопроницаемостью. Это объясняется возможностью молекул газа выходить из межмолекулярной ре­ шетки, не разрушая ее при резком снижении давления окружа­ ющей среды, что происходит при подъеме насоса из скважины во время ремонта.

Большое значение при выборе эластомера имеет коэффици­ ент трения эластомера по металлу. С этой точки зрения могут быть рекомендованы фторокаучуки и полиуретаны.

Одним из специфических свойств эластомера является его твердость. Это свойство характерно не само по себе, а служит контролируемым выразителем суммы других физико-механичес­ ких показателей, которые в готовом изделии проконтролировать бывает невозможно.

Показатели теплостойкости связаны с показателем твердости обычной зависимостью: теплостойкость твердых эластомеров выше, чем более мягких.

С точки зрения повышения напорности насоса повышение твердости является полезным свойством, оно совпадает и с по­ вышением теплостойкости. Однако наиболее износостойки мяг­ кие синтетические каучуки.

Таким образом, для износостойкой модификации насоса не­ обходимы обоймы в специальном исполнении.

После вопроса крепления к металлу износостойкость является наиболее важным из требований, предъявляемых к эластомеру.

Стойкость к истиранию полиуретановых каучуков в несколь­ ко раз выше стойкости нитрильных. Однако проблема трения и износа трущихся пар с участием механических примесей сложна и требует больших усилий для ее исследования и решения. Пока наиболее износостойкая пара — хром по эластомеру.

Обоймы, покрытые изнутри эластомером, изготовляют, как правило, в пресс-форме. Эластомер заполняет форму и подверга­ ется вулканизации. С помощью литьевых стержней с правым и левым направлением винтовых спиралей формуются соответствую­ щие обоймы — правые или левые. Перед сборкой качество и размер обойм контролируется гладкими цилиндрическими калибрами.

Контроль качества эластомера осуществляется с помощью сви­ детелей — образцов эластомера, изготовляемых в той же прессформе одновременно с изделием. По торцам обоймы контроли­ руется твердость эластомера.

Стабильность химического состава и физико-механических свойств эластомера и строгое соблюдение технологического регламента на всех операциях обеспечивают гарантированный ресурс насоса.

Винт. Наиболее технологически простым является однозаходный винт с поперечным сечением в виде правильного круга.

Абсолютная величина этого момента невелика и, как пока­ зывает практика, не влияет на прочность погружного агрегата или насосно-компрессорных труб.

Такая балансировка винтов при сборке насоса легко достигается простым вращением корпусов обойм при одновременном контроле положения винтов в обоймах. Так как при вращении корпуса обой­ мы на угол а угловое перемещение винта в обойме составляет 2а, задача балансировки винтов при сборке насоса не составляет труда.

Особенности конструирования универсальных шарниров. Уни­ версальные шарниры конструируются с учетом необходимого эксцентриситета винтов, передаваемого крутящего момента и осевых сил, возникающих в насосе от давления. Предложенные ранее шарниры с гибким тросом, шарниры с точечным контак­ том между торовыми поверхностями звеньев цепи, так же как и широко известные шарниры типа Кардана-Гука, или упругий вал взамен шарниров оказались ненадежными при эксплуата­ ции насосов со сдвоенными винтовыми роторами.

Только конструкция (см. рис. 1.170) показала себя достаточно надежной и широко применяется в промышленных образцах.

При изготовлении шарнира основное внимание следует об­ ращать на параллельность и равномерность размещения по ок­ ружности канавок, в которые помещаются «плавающие» роли­ ки, и на их термическую обработку.

Прилегание сферических поверхностей должно быть не менее 75 %. Сборка шарниров должна обеспечивать их подвижность, т.е. необходим небольшой зазор между трущимися деталями.

1.11.3.Влияние зазора и натяга

врабочих органах винтового насоса

на его характеристики

Рассмотрим явления, связанные с зазорами и на­ тягами, имеющимися в насосе [14].

Практика проектирования насосов с упругой обоймой показы­ вает, что для обеспечения эффективной работы необходимо со­ здать достаточную герметичность по линиям контакта поверхнос­

Здесь Рк — межвитковый перепад давления.

(1.52)

где Рн— давление нагнетания; РК— давление всасывания;

z — количество шлюзов в каждой нарезке обоймы. Равнодействующая этих двух сил равна:

(1.53)

Суммарная нормальная сила на контактной линии на длине шага винта:

о

Из рис. 1.175 видно, что угол <р является углом поворота оси сечения обоймы относительно оси z, а у = arctg (Рр/Р^.

Таким образом, устанавливаем, что нормальная сила, прижи­ мающая винт к обойме, является функцией обеих радиальных сил, а также соотношением их значений.

Приведенная нормальная сила с учетом влияния первоначаль­ ного натяга

(1.55)

где сила Ps является функцией первоначального натяга, тол­ щины и механических свойств резины рабочей поверхности обой­ мы и определяется экспериментально.

Деформация внутренней поверхности обоймы происходит в направлении равнодействующей силы PJp, под действием ко­ торой винт смещается в обойме. Предположим, что смещение это (00,) будет равно т (рис. 1.176, изменится и натяг (радиаль­ ная деформация резины) на контактной поверхности рабочих органов.

Суммарный натяг представим в виде: