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