книги из ГПНТБ / Николич А.С. Поршневые буровые насосы

укладываются величины этого коэффициента для широко приме­ няемых насосов, таких как У8-3, У8-4, У8-6М, У8-7М.

большей величины (0,06 кгс/л . с), характеризующей высокую от­ носительную нагруженность деталей механизма гидравлической и приводной частей, напряженность рабочего режима насоса. Зна­ чения коэффициентов выше номинального приводит к повышенно­ му расходу сменных деталей цилиндро-поршневой пары и привод­ ной части, поэтому увеличение их не рекомендуется.

Шток обычно рассчитывают на устойчивость и на возникающие в работе знакопеременные циклические напряжения.

Кривая Вёллера / (рис. 41) для материалов, применяемых при изготовлении штоков, полученная на образцах, испытанных на воздухе, имеет горизонтальный участок. Например, для стали 40Х предел усталости a,t- = 2500 кгс/см2 , т.е. образцы при напряжениях, равных о,„ и меньших, усталостным разрушениям вообще не под­ вергаются, в том числе при Л' п >10 7 .

Однако при испытании тех же образцов в коррозионно актив­ ной среде соответствующая кривая 2 не имеет горизонтального участка. Применение ингибиторов коррозии приближает кривую 3

122

к кривой 1, по полностью они не совпадают. В практике бурения ингибиторы коррозии не всегда применяются.

Р-103,кгс

123

при динамическом характере нагружения не проводилось. Наибо­ лее близкие к практическим наблюдениям результаты дают рас­ четы по кривой 2. Число циклов принимают соответствующее сроку службы штока по изнашиванию, но не менее чем 500 ч.

В месте выхода из гидравлической коробки поршневой шток работает в двустороннем уплотнительном устройстве / / (см. рис. 39), отделяющем штоковую насосную камеру от атмосферы. Перепад в уплотнении равен давлению нагнетания при движении поршня в направлении штоковой насосной камеры. Направление движения штока и возникающей в уплотнении силы трения совпа­ дает с направлением сил давления, затягивающих и выдавливаю­ щих уплотнительную резину в уплотняемый зазор. Режим работы уплотнения наиболее тяжелый. При противоположном направлении движения перепад давления в уплотнении не превышает 1 кгс/см2 , режим работы уплотнения более легкий, по из-за наличия на уп­ лотняемой поверхности абразивных зерен и напряжений началь­ ного сжатия в материале уплотнения изнашивание происходит до­ статочно интенсивно.

В месте выхода из корпуса приводной части шток работает в двустороннем уплотнительном устройстве 8, защищающем масля­ ную ванну приводной части от попадания в нее абразпвосодержащего промывочного раствора и предотвращающем потерн масла из масляной ванны. Условия работы пары трения в уплотнении приводной части значительно легче, чем на выходе из гидроко­ робки.

Поскольку наиболее интенсивное изнашивание происходит на участке, работающем в уплотнении на выходе из гидравлической коробки, шток буровых насосов делают составным, что позволяет заменять его быстроизнашиваемую часть — шток 2 поршня, остав­ ляя в насосе шток 4 ползуна.

В месте соединения штока поршня со штоком ползуна устанав­ ливают отбойный диск 9, служащий дополнительной защитой от попадания промывочного раствора и воды в масляную ванну. Меж­ ду уплотнением 11 ъ корпусе гидравлической коробки и отбойным диском 9 обычно располагают трубу 3. Через нее поступает чистая проточная вода, струя которой смывает промывочный раствор и зерна абразива с выходящего из гидрокоробки штока, охлаждает его, после чего, изменив направление своего движения, он снова входит в уплотнение охлажденный, чистый и обильно покрытый водой, которая при трении резины по стали является хорошей смазкой.

!24

смазочная система включает насос, приводимый от передаточногоили коренного вала бурового насоса, резервуар с фильтром и от­ стойником и необходимые трубопроводы.

Материал, используемый обычно для изготовления штоков об­

мической обработки на глубину до 3 мм с нагревом токами высо­ кой частоты.

Освоение металлургических процессов, позволяющих получать на поверхности штока, изготовленного из среднеуглерсдистой хромоникелевой стали, повышенное содержание углерода (до 1,5— 2,5%) и твердость более HRC60 (до 67) с целью уменьшения ин­ тенсивности воздействия абразива, содержащегося в промывочном растворе, значительно увеличивают долговечность штока и его

125

Номинальные диаметры поршневых штоков чередуются в пре­ делах 50—80 мм через 5 мм. Применяемые в СССР размеры ко­ нусной части приведены в табл. 13 (см. рис. 42, а).

Для завинчивания штоков служат лыски со стандартными раз­ мерами под ключ или требующая применения специальных клю­ чей, поставляемых с насосом, накатка, наносимая иа нерабочих участках в круговой проточке необходимой ширины.

Контрштоки, выходящие как продолжение штока через уплот­ нение в лобовой крышке и служащие для поддержания поршня на весу в цилиндре, не применяются в буровых насосах с целью уменьшения числа изнашиваемых пар в структурной схеме.

Соединение штока / (рис. 43, а) поршня со штоком 2 ползуна и штока ползуна с ползуном 4 осуществляется на цилиндро-кони- ческой пли цилиндрической резьбе (рис. 43,6). Детали с цилиндроконической резьбой свинчивают друг с другом конусной частью В до отказа. Для предохранения от самоотвинчивания резьбы при­ меняют контргайку 3, навинчиваемую на цилиндрическую часть резьбы. Цилиндро-коническая резьба позволяет несколько уско­ рить замену изношенных штоков.

Уплотнения поршневого штока 7 применяют следующих основ­ ных типов: многоманжетные (рис. 44, а) с уплотнительными кольцами 3 из резины или прорезиненной ткани, трубкой 5 для смазки, нажимным стаканом 4 и гайкой 6; одноманжетные с рези­

таллоарматурой 14 и конусной грундбуксой 12 (рис. 44,г), или компенсационным упругим кольцом 15 (рис. 44,6). Подкладное кольцо 17 применяется преимущественно в сочетании с относитель­ но мягкой резиной.

Назначение компенсационного кольца заключается в том, что­ бы создать начальное давление па поверхности трения первого со стороны запираемой жидкости уплотнительного кольца.

Сила трения, действующая на уплотнение при движении порш­

126

Чтобы предотвратить раскрытие щели и попадание зерен аб­ разива между штоком и губой у , сила, прижимающая ее к по­ верхности штока, должна быть больше вызванной трением, отжи­ мающей губу.

Многоманжетное уплотнение штока (см. рис. 44, в) вызывает изнашивание гнезда в корпусе / в результате подвижности колец 3

требуется более сильная затяжка пакета уплотнительных колец, снижающая срок службы. Корпус уплотнения должен быть смен­ ным, что позволяет извлекать его для ремонта, увеличивая срок службы более дорогой и труднозаменяемой детали — корпуса гнд-

127

При движении поршня в направлении штоковон насосной ка­ меры (рис. 45, б) со стороны запираемой жидкости действует дав­ ление нагнетания р. Напряжения сжатия в уплотнительиом кольце

г

15 /б

превышать давление жидкости на величину Др, обеспечивающую

128

Рекомендуется, чтобы величина конечного контактного давле­

рис. 45,6) действие силы трения увеличивает контактное давление на поверхности уплотняемой детали в направлении движения штока, обеспечивая прилегание уплотнения по всей его длине к штоку, необходимую плотность подвижного соединения и надеж­ ность уплотнительного устройства. Армирование уплотнения по­ зволяет управлять видом эпюры контактного давления путем из­ менения формы арматуры, толщины и длины слоя резины, скреп­ ленного с арматурой. В пределах длины армированного участка достигается снижение контактного давления.

Для сравнения интересно рассмотреть механизм работы уплот­ нения плунжера в том же уплотнении. Плунжер, в противополож­ ность штоку, движется навстречу давлению запираемой жидкости. Шток отличается тем, что направление его движения в уплотнении совпадает с направлением действия сил давления. При движении плунжера из насосной камеры (рис. 45, в) ее объем увеличивается, происходит всасывание жидкости в цилиндре и напряжения сжа­ тия в уплотнении со стороны насосной камеры должны превышать 1 кгс/см2 на величину добавки Др, обеспечивающей во избежание подсоса воздуха из атмосферы достаточную плотность подвижного соединения, т. е. должно соблюдаться условие

Сила трения, действующая в направлении стрелки v, при этом вызывает снижение напряжений сжатия в уплотнении и контакт­ ного давления на поверхности плунжера по направлению его дви­ жения в соответствии с формулой

иначе уплотнение будет пропускать запираемую жидкость.

Сила трения вызывает уменьшение напряжений сжатия в ма­ териале эластичного уплотнения и контактного давления на по­

130

В точке И напряжение а = 0 и дальше до конца уплотнения (точка Но) по направлению движения плунжера образуется между уплотнением и плунжером раскрывающаяся в сторону насосной камеры щель, которую заполняет запираемая жидкость. Попадаю­ щий вместе с ней абразив проникает в глубь уплотнения, застре­ вает в резине и усиливает изнашивание, что установлено при по­ мощи ловушек для абразива. Если нельзя поджимать уплотнение,

что нетрудно наблюдать на практике при применении самоуплот­ няющихся манжет в плунжерной паре. Вытекающая через уплот­ нение жидкость образует вокруг плунжера расходящуюся конусом юбку. Для предупреждения этого явления необходимо компенса­ ционное кольцо, устанавливаемое со стороны запираемой жидко­

начальные напряжения сжатия. Плунжерное уплотнение не долж­ но быть самоуплотняющимся. Необходимо, чтобы обращенная к уплотняемой жидкости губа была поджата.

Параметры уплотнения плунжера могут быть подобраны так, чтобы выдавливание резины в уплотняемый зазор было минималь­ ным, условием чего является равенство (60)'.

Применение резино-металлической конструкции уплотнительной втулки позволяет полностью ликвидировать выдавливание резины в уплотняемый зазор, около которого при этом не появляются на­ пряжения сжатия. Наибольшее контактное давление на поверхно­ сти трения возникает в конце неармировэнной части уплотнения (точка z, рис. 44,г). В пределах армированной части уплотнения удельное давление на поверхности трения снижается, так как металлоарматура силами адгезии удерживает привулканизированную к ней резину, противодействует ее выдавливанию в зазор, а сила трения направлена навстречу давлению и вытягивает резину из уплотняемого зазора. Необходимые соотношения размеров под­ бираются опытным путем. Основной причиной отказа уплотнения в работе является гидроабразивное эрозионное повреждение, на­ ступающее после изнашивания поверхности абразивно-жидкостной прослойкой.

Возможные преимущества плунжерного уплотнения практиче­ ски часто не реализуются. При их эксплуатации необходимо на­ блюдение за работой узла, надежность которого снижается требо­ ванием регулировки после частичного износа и появления утечки. При отсутствии контроля увеличение долговечности незначительно.

Проводится изучение автоматической компенсации изнашива­ ния плунжерного уплотнения путем его непрерывного поджима с

5* '31