Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Скважинный штанговый винтовой насос



Скважинный винтовой насос является основным элементом ВШНУ. От правильного выбора геометрических параметров рабочих органов насоса и материалов пары в значительной степени зависят эффективность использования и надежность ВШНУ.

Рабочим органом одновинтового насоса является винтовой героторный механизм - зубчатая косозубая пара внутреннего циклоидального зацепления, состоящая из Z2-заходного металлического ротора (винта) и Z1-заходного статора (обоймы с эластичной обкладкой), между винтовыми поверхностями которых образуются рабочие камеры.

Ротор ВГМ, обкатываясь по зубьям статора, совершает планетарное движение: при повороте ротора на угол j относительно неподвижной системы координат (абсолютное движение) его ось поворачивается по круговой траектории с радиусом е в противоположном направлении (переносное движение) на угол j п = - Z2 <j .

Отличительным параметром ВГМ, во многом определяющим его характеристики, является кинематическое отношение рабочих органов:

i = Z2:Z1, (4.109)

В качестве рабочих органов штанговых винтовых насосов зару-бежные фирмы преимущественно используют винтовые пары Муано с кинематическим отношением 1:2. Однако фирмы Netzsch, R&M и Baker Hughes выпускают и винтовые насосы по схеме с кинематическим отношением 2:3.

Преимущества насосов с однозаходным ротором:

-   относительно простая технология изготовления ротора;

-   пониженная вибрация вследствие минимальной переносной угловой скорости ротора;

-   повышенная допустимая частота вращения (несущественно ограниченная инерционной силой), что в определенных условиях упрощает схему привода насоса;

-   минимальная скорость жидкости в каналах рабочих органов, что уменьшает их гидроабразивный износ;

-   оптимальная кривизна винтовых поверхностей рабочих органов, что обеспечивает минимальные контактные напряжения.

Основной недостаток насосов с однозаходным ротором - необходимость существенного удлинения рабочих органов при пониженной частоте вращения (500 об/мин и ниже), что значительно усложняет технологию изготовления таких узлов и повышает их стоимость.

Многозаходные винтовые насосы (МВН), имеют существенные конструктивные и эксплуатационные преимущества по сравнению с традиционной схемой, обусловленные кратностью действия и повышенным числом контактных линий, отделяющих вход и выход многозаходного насоса:

-   увеличенную подачу (в 2-3 раза) при одинаковой частоте вращения и наружном диаметре насоса;

-   уменьшенный осевой габарит при одинаковых давлениях;

-   уменьшенный диаметр при одинаковых подачах и частоте вращения, что позволяет сконструировать вставной насос для НКТ диаметром 73 мм;

-   пониженная скорость скольжения рабочих органов, что уменьшает фрикционный износ.

Как известно, подача винтового насоса определяется формулой

Q=Vn ho, (4.110)

где V — рабочий объем насоса ; hо— объемный КПД насоса.

Рабочий объем насоса

V=Z2ST, (4.111)

где S - площадь живого сечения рабочих органов насоса:

S = 4 е d- для насосов с однозаходным ротором;

S е (DK — 3 е) — для многозаходных роторов;

е - эксцентриситет зацепления; d— диаметр сечения ротора.

Крутящий момент насоса (в нижнем сечении колонны штанг) зависит от давления Р и рабочего объема V насоса

M = PV/ hгм p (4.112)

где hгм — гидромеханический КПД насоса.

Характеристики насоса, представляющие собой зависимости подачи, крутящего момента, мощности (N =2 p n М) и КПД (h=h0hгм) от давления при заданной частоте вращения, зависят от:

1) геометрических параметров рабочих органов (i, е, Т, к, δ);

2) физических свойств жидкости (плотности, вязкости, газосодержания и т.д.);

3) физических свойств эластомера обкладки статора.

Возможный диапазон изменения частоты вращения штанговых

насосов:

для насосов с однозаходным ротором - 50-600 об/мин;

для МВН - 50-300 об/мин.

В качестве материала ротора в большинстве случаев используется сталь (20X13 или 40X13). Наружная винтовая поверхность ротора, нарезаемая по методу обкатки циклоидальной рейки, подвергается поверхностному упрочнению или хромируется (толщина слоя 0,1- 0,2 мм) с последующим полированием.

Одним из резервов повышения долговечности рабочих органов является обоснованный выбор эластомеров обкладки статора для заданных условий эксплуатации насоса. Зарубежные фирмы предлагают потребителю широкую гамму эластомеров в зависимости от характеристик пластовых жидкостей (содержания песка, H2S, С02, ароматических веществ), температуры и требуемых напоров.

При выборе натяга в паре необходимо учитывать вязкость и температуру откачиваемой жидкости на приеме насоса. Так, например, фирма Baker Hughes при температурах выше 100°С комплектует насосы рабочими парами с зазором, и, наоборот, при температурах до 60°С рабочие органы выполняются с натягом. В интервале температур 60-100°С натяги в паре близки к нулю.

Эффективным способом повышения надежности насосной пары является переход на конструкцию статора с постоянной толщиной эластичной обкладки. Однако такая конструкция является довольно сложной и требует специальной технологии изготовления.

Винтовые насосы вследствие эластичности обкладки статора и действия радиальных сил и перекашивающих моментов имеют переменные зазоры по длине контактной линии, через которые происходят утечки жидкости. В результате этого винтовые насосы обладают нетипичными для объемных гидромашин «нежесткими» напорными характеристиками (рис. 4.131).

Предельное давление насоса при прочих равных условиях зависит от межвиткового перепада давления

Рк = Р/l, (4.113)

где l - число контактных линий, отделяющих вход и выход рабочих органов:

l=(k-l)Z, + l

Зарубежные фирмы выпускают винтовые штанговые насосы (табл. 4.45) с подачами от 0,5 до 1000 м2/сут и давлениями до 30 МПа. Широкий диапазон подач осуществляется за счет изменения диаметра рабочих органов и шагов их винтовых поверхностей. В зависимости от требуемого давления выпускаются модификации насосов с различной длиной рабочих органов (от 0,5 до 15 м). В шифре насоса указывается наружный диаметр статора (как правило, совпадающий с одним из размеров НКТ), подача и давление насоса при номинальной частоте вращения. Кроме того, в шифре есть сведения о конструкции насоса

Таблица 4.45- Технические характеристики винтовых штанговых насосов зарубежных фирм

Фирма-изготовитель Наружный диаметр, мм Длина статора, мм Диапазон подач, м3/сут Максимальное давление, МПа
Baker Hughes (США) 60-127 1100-15600 4-1000 20
BPMF (Китай) 89-116 1700-9000 5-40 15
Griffin (Канада) 89-114 1500-9500 4-100 18
Kudu (Канада) 60-127 3-200 26
Mono Pump (Великобри­тания)     1-540 18
R&M (США) 60-89 1120-12 200 1-500 12
Netzsch (ФРГ) 60-102 1200-12 000 20-700 23
РСМ (Франция) 60-102 1300-5500 15-900 30
Schoeller- Bleckmarai (Австрия) 73-114 1120-5000 0,5-420 30
Weatherford (США) 60-102 800-10 300 4-400 28___

Например, фирма Netzsch выпускает насосы с шифром NTZ 278- 650ST10, NTZ 350-120DT33, NTZ 350120DiT33 в которых первые три буквы обозначают фирму-изготовитель, 278 - условный диаметр колонны НКТ (2 7/8 дюйма - 73 мм), цифры после тире - давление насоса в атмосферах, ST - однозаходный винт , DT - многозаходный винт, DIT - многозаходный винтовой вставной насос, цифры после обозначения типа насоса обозначают теоретическую подачу насоса при частоте вращения винта, равной 100 об/мин.

Отечественными разработчиками создано несколько параметрических рядов МВН (Q =1-100 м3/сут), в основу которых положено варьирование диаметральными размерами рабочих органов и их кинематическим отношением при сохранении оптимальной (нормализованной) плоской и пространственной геометрии [11 ]:

-   серии МВН в диаметральном габарите 42-89 мм, спроектированной ВНИИБТ и РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина;

-   серии НВП в габарите 90-106 мм Пермского филиала ВНИИБТ. Длина рабочих органов не превышает 2 м. КПД МВН находится в пределах 40-60%; объемный КПД - 70-85%.

Рабочие органы МВН производятся ПФ ВНИИБТ НПО «Буровая техника» и Павловским машиностроительным заводом.

Фирмы «Ливгидромаш» и ПКНМ освоили производство винтовых штанговых насосов с однозаходным винтом с подачами от 1 до 50 м3/сутки.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-06-09; Просмотров: 259; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.02 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь