Все разделы / Нефтяная промышленность /


Страницу Назад
Поискать другие аналоги этой работы

За деньгиЗа деньги (1699 руб.)

Модернизация рабочего органа скважинного насоса ЭВН5-63-1200-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Дата закачки: 08 Августа 2016
Продавец: Nord777
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Работа Курсовая
Форматы файлов: AutoCAD (DWG/DXF), КОМПАС, Microsoft Word
Сдано в учебном заведении: ИНиГ

Описание:
Модернизация рабочего органа скважинного насоса ЭВН5-63-1200-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
В данном дипломном проекте предлагается изменение кинематических характеристик винтовой пары на базе насоса УЭВН5-63-1200. Применение многозаходных винтовых пар приведет к уменьшения числа ремонтов и увеличения межремонтного периода.
 Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части.
 Пояснительная записка включает в себя три раздела: техническая, экономическая часть и раздел безопасности и экологичности проекта. В технической части проводится обзор применяемого оборудования, описание конструкции и принципа работы винтового насоса УЭВН5-63-1200, необходимые расчеты надежности конструкций. Раздел безопасности и экологичности проекта рассматривает вопросы охраны труда и окружающей среды.
1.КРАТКИЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ
И ЗАРУБЕЖНЫХ АНАЛОГОВ УСТАНОВОК ПОГРУЖНЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ.
1.1.КЛАССИФИКАЦИЯ УСТАНОВОК ВИНТОВЫХ НАСОСОВ.

Для получения представления о существующих типах установок погружных винтовых насосов произведена их классификация. Все эти установки подразделяются:
 конструкция насоса:
 количество заходов:
 однозаходные ( i = 1:2 );
 многозаходные ( i = 2:3, 3:4, 4:5,…);
 количество винтов:
 одновинтовые;
 двухвинтовые;
 кинематика рабочих органов:
 неподвижная обойма, вращающийся винт;
 неподвижный винт, вращающаяся обойма;
 расположение и тип привода:
 поверхностный привод:
 механический через колонну штанг;
 гидравлический;
 погружной привод:
 электродвигатель;
 гидравлический винтовой двигатель;
Для того чтобы выбрать прототип разрабатываемой установки необходимо сначала проанализировать ее аналоги в соответствии с представленной выше классификацией.

1.2.АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПОГРУЖНЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ.

1.2.1.СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАСОСОВ С РАЗЛИЧНЫМ ЧИСЛОМ ЗАХОДОВ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
Основными геометрическими параметрами винтового насоса являются:
1) шаг винтовой поверхности винта t и обоймы T;
2) кинематическое отношение – отношение числа зубьев статора к числу зубьев ротора:
i = z1 : z2;
3) диаметр винта d;
4) эксцентриситет e;
5) длина винта l;

Рис.1.1.Схема рабочих органов винтового насоса.
1 – обойма (статор); 2 – винт (ротор).
В настоящее время винтовые насосы выпускаются в однозаходном и многозаходном исполнении.
Наиболее перспективным является применение винтовых насосов с многозаходными рабочими органами. Многозаходные винтовые насосы обладают повышенными значениями критериев эффективности, чем определяются преимущества использования насосов с многозаходными рабочими органами по сравнению со стандартными насосами Муано с однозаходным ротором [31, 32].

Рис.1.2.Поперечные сечения рабочих органов винтового насоса с различным кинематическим отношением.
Винтовые насосы с многозаходными рабочими органами предназначены для эксплуатации скважин (штанговой и бесштанговой) в широком диапазоне свойств пластовой жидкости, в том числе нефти высокой вязкости и повышенного газосодержания.
Многозаходные насосы имеют существенные конструктивные и эксплуатационные преимущества по сравнению с традиционными винтовыми насосами с однозаходным ротором:
- увеличенную подачу (в 2 - 3 раза) при одинаковой частоте вращения и наружном диаметре насоса;
- уменьшенный осевой габарит (до 3 - 5 раз) при одинаковых давлениях;
- увеличенное давление при одинаковых осевых габаритах;
- высокие значения КПД при перекачки жидкостей высокой вязкости.
В разделе 3.1.3 приводится расчет характеристик винтового насоса с различными кинематическими отношениями. Из полученных данных видно, что многозаходные насосы обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с однозаходными.
1.2.2.СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМ С ОДНОЙ И ДВУМЯ ПАРАМИ ВИНТОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ.
 
 Установки погружных винтовых насосов с одной парой рабочих органов были разработаны раньше, чем двухвинтовые, которые обладают рядом преимуществ перед ними.
Во-первых, сдвоенные насосы позволяют создавать на выходе насоса удвоенную подачу по сравнению с одновинтовыми насосами. В условиях, когда радиальные габариты насоса жестко ограничены диаметром обсадной колонны скважины, это является важным преимуществом.
Во-вторых, сдвоенные насосы изготавливают так, что направление винтовых поверхностей у двух пар рабочих органов различно (у одной левое, а у другой правое). Благодаря этому достигается гидравлическое уравновешивание осевых нагрузок на рабочие органы и практически исключается их передача на опорные пяты насоса.
 В дополнение к вышесказанному можно добавить, в настоящее время погружные одновинтовые насосы применяются в основном в составе установок для добычи нефти поверхностным приводом, а сдвоенные насосы – в составе установок с приводом от погружного двигателя. Краткий обзор и анализ различных приводов установок погружных винтовых насосов приведен в разделе 1.5.

1.3.АНАЛИЗ СХЕМ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ.

 Согласно классификации, представленной в разделе 1.1 вращательное движение может совершать любой из рабочих органов (винт или обойма) в то время как другой должен быть неподвижен. Большинство насосов спроектированы так, что вращающимся органом (ротором) у них является винт, а неподвижным (статором) – обойма. Однако существуют разработки, в которых реализована противоположная схема: вращается обойма, а винт неподвижен. В такой компоновке применяется поверхностный привод через колонну штанг. Хотя эти конструкции и не получили распространения, для полноты анализа рассмотрим две из них на основе авторских свидетельств.

Схемы с вращающимся статором.
Изобретение [33] представляет собой установку погружного винтового насоса с поверхностным приводом. В схемах с вращающимся винтом и поверхностным приводом всегда присутствует колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) и закрепленный на их нижнем конце статор винтового насоса, а ротор спускается на колонне полых штанг. Для извлечения винтового насоса из скважины необходимо поднять колонну полых штанг, а затем колонну НКТ, то есть при необходимости поднять насос, требуется проводить дополнительные работы.
На рис.1.3 представлена скважинная насосная установка.











Рис.1.3 Скважинная насосная установка.
1 – НКТ; 2 – Статор; 3 – Ротор; 4 – Верхний переводник; 5 – Опорный узел; 6 – Вал;
7 – Корпус; 8 – Ступица; 9 – Обойма; 10 – Ролики; 11 – Пластина;
12 – Обсадная колонна;
Установка работает следующим образом.
В собранном виде винтовой насос на колонне НКТ 1 спускается в колонну 12 обсадных труб на необходимую глубину. Вращение НКТ производится устройством, установленным на устье скважины. Во время вращения колонны НКТ содержащаяся жидкость в обсадной колонне 12 препятствует вращению пластины 11, которая затормаживает обойму 9, вследствие чего ролики 10 выдвигаются и прижимаются к стенке обсадной колонны 12. Таким образом, вал 6 опорного узла 5 и соединенный с ним ротор 3 оказываются заторможенными, а статор 2 с колонной НКТ продолжают вращаться. Жидкость через отверстия Б поступает во всасывающую по¬лость насоса и далее винтовой парой подается в колонку НКТ.
Недостатком является возможность прикипания роликов в процессе длительной работы в скважине и связанные с этим осложнения при попытке подъема насоса, а также трение колонны НКТ об обсадные трубы при вращении.
В изобретении [34] предложен другой интересный метод укрепления ротора на забое. Это достигается тем, что установка снабжена стопорным устройством, которое состоит из подпружиненных роликов, винтоклинового механизма, включающего вал распорный, клинья верхний и нижний, а также сухари (см. рис.1.4).
Установка работает следующим образом: при опускании насоса на колонне НКТ 1 в обсадную трубу 2 применяемое в изобретении стопорное устройство на трех подпружиненных роликах 11 скользит по внутренней стенке обсадной трубы 2 до достижения необходимой глубины и обеспечивает предварительную фиксацию винта 4 в забое. При вращении колонны НКТ и жестко связанной с ней обоймы 5 крутящий момент через пару обойма-винт, имеющую достаточный предварительный натяг, через крестовую муфту 10 передается на вал распорный 6, имеющий разнонаправленные резьбы (правую и левую). Клин верхний 7 и клин нижний 8, сдвигаясь по резьбам вала распорного 6 в осевом направлении, выдвигают по шесть сухарей 9 в диаметральном направлении и окончательно фиксируют всю конструкцию и связанный с ней винт 4 в неподвижном положении внутри обсадной трубы 2, причем поверхность контакта сухарей 9 со стенкой трубы 2 вследствие значительно меньшей разницы сопрягаемых поверхностей, чем у роликов обгонной муфты прототипа и внутренним диаметром обсадной колонны, получается близкой к плоскостной, что увеличивает надежность крепления.
Рис.1.4.Общий вид скважинного оборудования.
1 - НКТ; 2 - Обсадная труба; 3 - Винтовой насос; 4 – Винт (ротор); 5 - Статор; 6 - Распорный вал;
7 - Верхние клинья; 8 - Нижние клинья; 9 - Сухари; 10 - Муфта; 11 - Подпружиненные ролики.
При дальнейшем вращении колонны НКТ в том же направлении обойма 5, вращаясь относительно уже неподвижного винта 4, начнет подавать нефтесодержащую жидкость на поверхность.
При вращении колонны НКТ 1 в обратном направлении клинья верхний 7 и нижний 8 через резьбы вала распорного 6 раздвигаются, давая возможность сухарям 9 отойти от стенок обсадной трубы 2, что позволяет освободить стопорное уст¬ройство и свободно перемещать колонну НКТ вместе с насосом.
Использование предлагаемой конструкции скважинной винтовой насосной установки по сравнению со стандартной схемой (вращающийся винт) имеет следующие преимущества: быстрое и надежное закрепление и освобождение неподвижного элемента винтового насоса на любой глубине; повышение надежности предварительного крепления неподвижного элемента насоса.
Недостатки предлагаемой конструкции: затруднения при пуске, возможность заклинивания сухарей при наличии механических примесей и долгом нахождении агрегата в скважине, а также наличие вращающейся колонны НКТ относительно большого диаметра.

1.4.ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ ЖИДКОСТИ НА КОНСТРУКЦИЮ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ.
Когда речь идет о насосах для перекачки пластовой жидкости, необходимо помнить, что она является сложную многокомпонентной, зачастую химически активной средой, поэтому насосы для добычи нефти должны обладать следующими свойствами:
- способность перекачивать жидкости с очень высокой вязкостью без заметного снижения напорных характеристик и КПД;
- создавать условия для достаточно медленного течения жидкости в каналах рабочих органов во избежание кавитации и гидроабразивного износа их поверхностей;
- не терять работоспособности и сохранять максимально возможные рабочие параметры при высоком содержании свободного газа;
- выдерживать высокие температуры перекачиваемой жидкости;
- противостоять износу под действием трения рабочих поверхностей и течения жидкости в каналах насоса.
- противостоять коррозии под действием активных компонентов перекачиваемой среды.
В соответствии с этими требованиями разрабатываются специальные исполнения насосов для различных условий эксплуатации:
- многозаходные насосы для жидкостей высокой вязкости, с большим содержанием механических примесей и свободного газа на приеме насоса;
- применение совместно с насосами фильтров и газосепараторов;
- специальные температурные исполнения с применением термостойких материалов и установкой зазоров в сочленениях и уплотнительных поверхностях для компенсации их температурного расширения;
- специальные износостойкие и коррозионно-стойкие исполнения насосов с применением легированных марок стали и последующей их специальной
механической и термохимической обработкой.
На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что, проектируя установку винтового насоса для добычи нефти необходимо на самых ранних стадиях выяснить условия, в которых она будет эксплуатироваться с тем, чтобы можно было заложить в разрабатываемую конструкцию все необходимые параметры.

1.5.АНАЛИЗ РАЗЛИЧНЫХ СХЕМ РАСПОЛОЖЕНИЯ И ТИПОВ ПРИВОДОВ УСТАНОВОК ПОГРУЖНЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ.
В этом разделе будет рассмотрен ряд конструкций установок погружных винтовых насосов с точки зрения расположения и типа их привода.

1.5.1.УСТАНОВКИ ПОГРУЖНЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ПРИВОДОМ.
Поверхностный привод может быть гидравлическим и механическим. Рассмотрим оба эти варианта на нескольких примерах.

Установки с поверхностным гидравлическим приводом.
Известно, что из всех типов бесступенчатых приводов вращательного типа наилучшие массогабаритные показатели и динамические качества обеспечивает объемный гидропривод.
В то же время опыт показывает, что с ростом передаваемых мощностей применение гидропередач по традиционной схеме насос — мотор (полнопоточных) вызывает трудности, а иногда становится невозможным из-за сложности обеспечить необходимые массогабаритные показатели и КПД. Это обстоятельство особенно следует учитывать в тех случаях, когда планируется использовать гидропередачу в длительном режиме нагружения: значительные (до 20% и выше) потери мощности могут свести на нет все преимущества.
По структуре объемные гидромеханические передачи относятся к замкнутым бесступенчатым планетарным (дифференциальным) передачам, в которых в качестве замыкающего звена использован объемный гидропривод.
При решении задач, связанных с применением объемного гидропривода, следует учитывать ряд специфических особенностей редуктора, составленного из гидрообъемных машин. Это, прежде всего, относится к возможности получать передаточные отношения в регулирующей ветви, равные бесконечности, с последующим реверсом одного из звеньев механизма, что создает условия для рационального использования режимов, как с параллельными, так и с циркулирующими потоками мощности. В этих условиях минимум передаваемой через гидропривод мощности не является критерием его минимальных размеров, из-за неиспользования режимов с циркуляцией мощности приходится увеличивать размеры гидромашин и в ряде случаев снижается КПД передачи.
Перейдем к примерам практического применения механизмов объемного гидропривода в скважинном оборудовании.
В нашей стране в настоящее время установки с гидроприводом практически не применяются в связи со сложностью переоснащения заводов-производителей для выпуска такой продукции. Несмотря на это, каждый год поступает все большее число заявок на изобретения, связанные с применением гидропривода в
нефтедобывающей промышленности. К тому же многие зарубежные фирмы и научные организации занимаются разработкой и изготовлением установок такого типа. Рассмотрим некоторые из них на примере патентов и авторских свидетельств.
Авторы патента [16] предлагают новый принцип организации потока рабочей жидкости от силового насоса до погружного насосного агрегата. В данной конструкции в качестве погружного насоса может быть применен лопастной или винтовой насос.











Рис.1.5.Схема гидроприводной скважинной насосной станции
1 - Поружной насос; 2 - Поружной лопастной двигатель; 3 - Корпус; 4 - Клапан;5 - Сдвоенные НКТ; 6 - Внутренняя труба для рабочей жидкости; 7 - Наружная труба; 8 - Силовой насос;
9 -Электродвигатель; 10,11 - Трубопроводы; 12 - Реле протока; 13 - Вентиль; 14 - Муфта;
15 - Направляющая; 16 - Гнездо; 17,19 - Манжеты; 18 - Конус; 20 - Статоры; 21 - Роторы;
22 - Лопатки-шиберы; 23 - Торцевой распределитель; 24 - Пазы; 25 - Наконечник;
26 - Уплотнение.
Сущность изобретения состоит в следующем: в корпусе агрегата установлены погружной лопастной или винтовой насос и гидродвигатель. Гидродвигатель соединен с наземным насосом, приводимым от электродвигателя. Корпус снабжен крышкой в виде раструба, образующей камеру для подвода и отвода рабочей жидкости (см. рис.1.5).
Экономический эффект от внедрения предлагаемой скважинной насосной станции складывается из снижения затрат на обслуживание и отказа от использования пакеров.
Недостатки данной станции – сложная конструкция НКТ, довольно высокая трудоёмкость при выполнении СПО. Кроме того, при использовании предлагаемой гидросхемы, требуется оборудование для подготовки рабочей жидкости.
В патенте [17] представлена похожая конструкция погружного нефтяного скважинного насоса. Основной его особенностью является то, что привод винтового ротора насоса осуществляется погружным высокомоментным винтовым гидродвигателем. Рабочая жидкость подводится к двигателю и отводится от него по трубопроводам, соединяющим его с гидронасосным агрегатом. Гидростанция имеет гидронасос, приводимый электродвигателем или ДВС. Особенностью конструкции является полый вал, по которому нефть (газонефтяная смесь) поступает в трубопровод и по нему подается на поверхность. Корпус гидродвигателя и корпус насоса устанавливаются в обсадной колонне. Особенностью погружного насосного агрегата является также общий для насоса и гидродвигателя упорный подшипник, что упрощает конструкцию.
Проанализировав данные конструкции можно сказать, что поверхностный гидропривод, хотя и позволяет плавно регулировать параметры погружной насосной установки и применение его в некоторой степени упрощает скважинное оборудование, но в значительной мере усложняется поверхностное оборудование для приготовления рабочей жидкости и возрастают требования к герметичности элементов трубопроводов и устьевой арматуры.

Установки с поверхностным механическим приводом.
Установки погружных винтовых насосов с поверхностным приводом выполняются в основном по схеме с одной парой многозаходных рабочих органов и передачей вращения к ним через понижающую передачу (зубчатая или клиноременная передача), расположенную на устье и колонну насосных штанг. Ознакомимся с некоторыми из этих установок подробнее, поскольку они
применяются достаточно широко и представляют практический интерес для разработчиков нового оборудования.Установки погружных винтовых насосов с поверхностным приводом способны откачивать жидкость со следующими
параметрами:
Вязкость – до 10 Пас;
Содержание механических примесей – до 2,5 г/л;
Содержание свободного газа – до 60%;
В России выпускаются установки марки УВНП (пат. РФ 2093708). В табл.1.1 приводятся параметры некоторых из них.
Таблица 1.1.
Марка Напор, м Мощность
эл. двигателя, кВт Подача при
100 об/мин, м3/сут Скважинное оборудование:
    наружный диаметр, мм наработка на отказ, мес
УВНП 15/600 600 3 15 62 12
УВНП 15/1300 1300 5,5 15 62 12
УВНП 15/2000 2000 7,5 15 62 12
УВНП 20/800 800 7,5 20 54 12
УВНП 30/1300 1300 7,5 30 73 12
УВНП 30/2000 2000 13 30 73 12
УВНП 40/250 250 3 40 54 12
УВНП 40/800 800 7,5 40 62 12
УВНП 120/900 900 17 120 73 12
УВНП 150/600 600 13 150 102 12
УВНП 150/800 800 17 150 89 12
УВНП 150/1200 1200 22 150 102 12
УВНП 150/1800 1800 30 150 102 12
УВНП 200/900 900 30 200 102 12
УВНП 200/1350 1350 30 200 102 12

Эти установки эксплуатируются в нефтяных скважинах с глубиной до 2000 м. Рабочие органы насосов, входящих в их состав, выполнены по традиционной схеме Муано (кине¬матическое отношение 1:2).
Рассмотрим конструкцию и основные рабочие характеристики системы «РОТАЛИФТ» [15].
Эксплуатационные качества
Система «РОТАЛИФТ» может работать с различными жидкостями, в самых разных условиях:
• непрерывная производительность насоса от 1 до 600 м3/сутки;
• эффективная глубина откачки 1800 метров и глубже;
В – для жидкости с температурой от 50 до 70°С;
Г – для жидкости с температурой от 50 до 70°С или вязкостью до 10-3 м2/с.
Кроме того, установки УЭВН5-25-1000 и УЭВН5-100-1000 выпускаются в модификациях А1 и К:
А1 – для жидкости с вязкостью до 10-3 м2/с: комплектуются двигателем повышенной мощности и отличаются от остальных отсутствием золотникового устройства в насосе;
К – для жидкости с вязкостью до 10-3 м2/с (с узлом-приставкой, в котором пусковая муфта помещена в область чистого масла).
Типоразмеры некоторых УЭВН приведены в табл. 1.4 [8].
Таблица 1.4.Типоразмеры некоторых УЭВН.

Многие зарубежные фирмы также выпускают различные модификации винтовых насосов в зависимости от назначения, но ра¬бочие органы во всех насосах одного и того же типа. Они состоят из резиновой обоймы и стального винта. Винт, как правило, имеет однозаходную спираль, обойма двухзаходную. Значительно реже встречаются насосы с двухзаходным винтом и трехзаходной обоймой.
Фирма «Robbins and Myers» (США) создала погружной одновинтовой насос для добычи нефти из скважин преимуще¬ственно с повышенным содержанием механических примесей. Приводом насоса служит погружной электродвигатель. Элек¬троэнергия с поверхности подается по специальному кабелю [1].
Имеются также патенты на насосную установку, пред¬назначенную для откачки нефти из скважины и нагнетания жидкости в скважину и в нефтяной пласт с целью очистки скважин от песчаных пробок.
В 1972 г. фирма «Husky Oil Ltd.» (Канада) получила патент на насосную установку для добычи из скважин вязкой нефти, преимущественно с механическими примесями. В качестве насоса в этой установке применен одновинтовой насос с одним рабочим органом, состоящим из резинометаллической обоймы и стального винта. В состав всего погружного агрегата входят погружной двигатель, редуктор, компенсатор и насос [3].
Компоновка составных частей установки такая же, как и в установках, работающих в нашей стране. Отличие состоит лишь в том, что в установках фирмы «Husky Oil Ltd.» для снижения частоты вращения вала насоса используется планетарный редуктор. Применение редуктора позволяет по¬лучить оптимальную частоту вращения вала насоса, в зави¬симости от рода откачиваемой жидкости. Такое устройство обеспечивает сравнительно высокую износостойкость ра¬бочих органов при откачке пластовой жидкости с большим содержанием механических примесей за счет значительного снижения скорости скольжения поверхностей рабочих органов и скорости течения жидкости в каналах насоса.
С помощью редуктора, встроенного в погружной агрегат и установленного между двигателем и компенсатором, частоту вращения вала насоса можно снизить с 3600 до 600 об/мин. Компенсатор, установленный над редуктором, снабжен упругой диафрагмой и заполнен жидким маслом, которое служит смазкой для редуктора и электродвигателя.
Фирма «Pompes et Compresseurs MOINEAU» и Француз¬ский институт нефти разработали погружной винтовой насос для добычи нефти из скважин с максимальным давлени¬ем 80 кгс/см2. Установка состоит из насоса, электродвигателя с протектором, кабеля и наземной системы электропитания двигателя. Насос выполнен в двух вариантах [15].
На рис.1.8(б) показан вариант насоса, в котором два одинаковых рабочих органа с правым направлением спирали винтовой линии соединены между собой последовательно, а с двумя другими рабочими органами с левым направлением спирали, соединенными между собой также последовательно, соединены параллельно. При такой схеме соединения рабочих органов подача и напор удваиваются по сравнению с подачей и напором каждого рабочего органа в отдельности. Приводом служит серийный погружной электродвигатель с частотой вращения 2950—3500 об/мин, снабженный преобразователем частоты, что обеспечивает снижение частоты вра¬щения вала насоса до 500 об/мин.
Планируется выпуск таких насосов с частотой вращения вала насоса 700 и 1000 об/мин. Максимально возможная подача насоса 400 м3/сут. Таким образом, максимальная подача отдельной рабочей пары 200 м3/сут. Поперечный габарит корпуса насоса в зависимости от подачи 82 – 160 мм.

На рис.1.8(а) показан вариант насоса, в котором четыре одинаковых рабочих органа соединены последовательно, что позволяет получить общий напор насоса, равный сумме напо¬ров, развиваемых каждым рабочим органом в отдельности. Подача насоса равна подаче отдельного рабочего органа.


Рис.1.8.Насосы фирмы «Р.С.М».
а – последовательное соедине-ние винтов; б – последова-тельно-параллельное соединение винтов


Установки с погружным гидравлическим приводом.
Наиболее перспективной выглядит разработка российских инженеров ОКБ БН, в которой в качестве привода применен многозаходный винтовой двигатель [1]. Данная установка имеет ряд преимуществ:
- по сравнению с гидроприводными поршневыми агрегатами – повышенной эксплуатационной надежностью и простотой конструкции. В связи с отсутствием клапанов и золотниковых устройств имеется возможность использовать техническую воду в качестве рабочей жидкости для гидродвигателя.
- по сравнению с винтовыми штанговыми насосами – возможность эксплуатации в скважинах со сложным профилем. Отсутствуют штанги. Простым способом (изменением расхода рабочей жидкости) плавно регулируется частота вращения насоса.
- по сравнению с винтовыми насосами с приводом от ПЭД – отсутствие кабеля (одного из самых ненадежных компонентов установки).
Агрегат диаметром 85 мм имеет следующую техническую характеристику:
- расход жидкости   –  2..10 л/с;
- давление    –  3,0 МПа;
- подача насоса   –  0,2..1,0 л/с;
- развиваемое давление  –  10,0 МПа;
- частота вращения  –  45..220 мин-1;
- длина агрегата   –  5 000 мм.

Зубчатые передачи.
Зубчатые передачи в отличие от гидромашин обладают относительной простотой конструкции и меньшей стоимостью, как изготовления, так и эксплуатации. В условиях высоких давлений, температур, постоянных вибраций и даже ударов, что является обычным для скважинного оборудования, зубчатые передачи показывают значительно большую работоспособность, чем все остальные виды передач. Рассмотрим их подробнее.
Зубчатые передачи классифицируют по следующим признакам [1, 3]:

 по типу передачи:
 зубчатые;
 червячные;
 планетарные;
 волновые;
 по числу ступеней:
 одноступенчатые;
 двухступенчатые;
 многоступенчатые;
 по типу зубьев:
 прямозубые;
 косозубые;
 шевронные;
 по типу зубчатых колес:
 цилиндрические;
 конические;
 по расположению валов в пространстве:
 горизонтальные;
 вертикальные;
 по особенностям кинематической схемы:
 развернутая;
 соосная;
 с раздвоенной ступенью и т.д.
Передачи, повышающие угловую скорость вращения, называют мультипликаторами, понижающие – редукторами. Нас будут интересовать последние, так как частота вращения вала погружного электродвигателя значительно превышает частоту вращения вала винтового насоса.
Рассмотрим наиболее распространенные схемы редукторов более подробно.

Одноступенчатые цилиндрические и конические редукторы.
Основным недостатком одноступенчатых цилиндрических редуктором является то, что максимальное передаточное число составляет для них 12,5 (ГОСТ 2185-86), но при таком его значении редуктор имеет гораздо большие габариты, чем двухступенчатый. По этой причине, чаще всего передаточное число одноступенчатого цилиндрического редуктора колеблется в пределах 2,5…8,0. Для конических редукторов максимальным является передаточное число порядка 5…6, но обычно оно не превышает 3…4. Это, а также то, что оси ведомого и ведущего валов одноступенчатых редукторов не совпадают, является основным препятствие для использования данной схемы в приводе погружного винтового насоса для добычи нефти.

Коническо-цилиндрические и червячные редукторы.
Хотя редукторы, построенные по этим схемам, имеют достаточно широкий диапазон передаточных чисел (8…35 для коническо-цилиндрических и 8…80 – для червячных), но валы их невозможно расположить в пространстве соосно, поэтому такие редукторы не вписываются в компоновку скважины и не проходят по радиальным габаритам.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы.
Отличием этой схемы от описанных выше является то, что ведомый и ведущий валы могут быть выполнены по соосной схеме, что является важным условием для компоновки редуктора со скважинным оборудованием. Диапазон передаточных отношений достаточно широк (6,3…63 – по ГОСТ 2185-86). Таким образом, двухступенчатые цилиндрические редукторы удовлетворяют практически всем требованиям, предъявляемым к скважинному оборудованию за исключением того, что габаритные размеры, хотя и позволяют применять данные редукторы, но при этом значительно возрастает стоимость материалов элементов зубчатого зацепления и усложняется конструкция редуктора в целом. Поэтому следует обратить внимание на два оставшихся типа передач: волновые и планетарные.

Планетарные и волновые редукторы.
На рис.1.9. показана простая – с одной степенью свободы – планетарная передача, состоящая из солнечного колеса 1, сателлитов 2 и корончатого колеса 3, неподвижно закрепленного в корпусе. Сателлиты совершают сложное движение: они обкатываются вокруг солнечного колеса и вращаются внутри неподвижного корончатого колеса. Оси сателлитов установлены в водиле 4, геометрическая ось которого совпадает с геометрическими осями центральных колес – солнечного и корончатого.

Рис. 1.9.Кинематическая схема одноступенчатого планетарного редуктора.

Планетарные передачи, помимо радиально-осевой симметрии обладают еще и тем достоинством, что крутящий момент передается не одним, а несколькими потоками (через сателлиты), благодаря чему они компактнее обычных зубчатых.
Диапазон передаточных отношений планетарных передач в зависимости от выбранной схемы перекрывает значения от 3…12 до 100…500 на одну ступень. Коэффициент полезного действия достигает величины 99%.
Что касается волновых передач, то они являются разновидностью планетарных, имеющих гибкое промежуточное колесо, деформируемое при передаче вращающего момента. Волновые редукторы обладают очень хорошими массогабаритными показателями, соосностью ведущего и ведомого валов, высоким КПД и очень большой нагрузочной способностью, благодаря тому, что в зацеплении одновременно находится до 25…30% пар зубьев. Однако диапазон передаточных отношений в одноступенчатых волновых редукторах составляет от 80 до 300 (и более), что ограничивает область их применения теми случаями, когда необходимо обеспечить очень большое снижение частоты вращения на участке между двигателем и приводным механизмом.
Таким образом, мы подошли к тому, что единственным удовлетворительным вариантом понижающей передачи в погружном винтовом насосном агрегате будет применение планетарного редуктора. Примером применения планетарного редуктора в установке погружного винтового насоса может служить изобретение [18]. Оно относится к винтовым скважинным насосам для глубоких скважин. Для приведения их в действие используется погружной двигатель с постоянной или регулируемой частотой вращения, который через понижающую передачу соединен с насосом. Предлагаемая конструкция представляет собой одно- или многоступенчатую планетарную передачу, водило последней ступени которой, связано с винтом насоса. Такая передача пригодна для больших крутящих моментов и осевых усилий и отличается длительным сроком службы. В патенте описан пример двухступенчатой передачи мощностью 40 кВт с передаточным отношением i = 10, размещенной в корпусе диаметром 130 мм.

1.6.ВЫВОД.
Наиболее рациональным будет применение в качестве передаточного механизма в погружном винтовом насосном агрегате зубчатого планетарного редуктора.
Данный редуктор обладает всеми необходимыми положительными характеристиками, свойственными зубчатым передачам и в особенности передачам планетарного типа, то есть имеет высокий КПД (до 98%), большую нагрузочную способность, благодаря многопоточности передачи, имеет радиально-осевую симметрию относительно общей оси ведущего и ведомого валов, имеет достаточно широкий диапазон передаточных отношений и наилучшие массогабаритные показатели. Число ступеней редуктора, необходимое для обеспечения заданного передаточного отношения, определится в дальнейшем, в ходе кинематического расчета.
Что же касается гидравлических машин, мы можем отметить, что они обладают рядом достоинств, таких как высокая надежность и долговечность, хорошие массогабаритные показатели и большие значения КПД (до 90…92%). Однако, несмотря на свои положительные рабочие характеристики, эти машины все же уступают по большинству показателей и в первую очередь по стоимости и простоте обслуживания и ремонта зубчатым передачам.
Проанализировав содержание раздела 3 можно сказать, что установки погружных винтовых насосов обладают достаточно высокими показателями напора
(до 2400 м – с поверхностным приводом и до 1200 м – с приводом от ПЭД) и
подачи (до 200 м3/сутки), способны работать в среде повышенной вязкости (до 10-3 м2/с) и при высоких значениях обводненности (до 99%). Газовая составляющая в перекачиваемой среде незначительно влияет на работоспособность винтовых насосов, если она не снижает механических характеристик эластомера. Наличие по крайней мере 60% свободного газа на приеме насоса не вызывает заметного снижения ресурса насосов.
Данные установки характеризуются высокими значениями КПД, которые с увеличением вязкости практически не изменяются. При правильном подборе материалов рабочей пары и зазора (натяга) в ней они обладают большой долговечностью при значительном содержании механических примесей (до 2,5 г/л).
Особенностью всех погружных винтовых насосов с резинометаллическими рабочими органами является зависимость параметров насоса от температуры перекачиваемой жидкости. Поэтому для жидкостей с различной температурой предусмот¬рены разные исполнения насосов. Например, при температу¬рах выше 50°С рабочие органы выполняются с зазором для компенсации температурных расширений резины и, наоборот, при температуре до 30°С рабочие органы должны быть вы¬полнены с натягом. Для температур 30—50°С натяги в на¬сосах близки к нулю. Натяг или зазор в рабочей паре опре¬деляется разностью поперечного сечения винта и обоймы [4].
Дальнейшее усовершенствование винтовых насосов в значительной степени связано с изменением геометрии рабочих органов и разработкой новых материалов для них. Многозаходные одновинтовые насосы обладают повышенными значениями критериев эффективности по сравнению со стандартными насосами Муано с однозаходным ротором.
Гидроприводные установки представляют значительный интерес для разработчиков ввиду простоты их регулирования, однако их внедрение в практику задерживается тем, что поверхностное оборудование достаточно сложно и его разработка и изготовление требует значительных материальных и временных затрат.
Наиболее перспективным представляется применение в качестве передаточного механизма планетарного редуктора, размещаемого между насосом и ПЭД.


Коментарии: 2.ВЫБОР ПРОТОТИПА

На основании анализа, проведенного в разделе 1, представляется наиболее перспективной разработка новой модели погружного многозаходного винтового насоса с приводом от погружного электродвигателя через понижающий планетарный редуктор. Данная схема выгодно отличается сочетанием относительной простоты конструкции и высоких эксплуатационных характеристик.
Такая установка способна перекачивать жидкость с содержанием воды до 99%, свободного газа на приеме – до 60%. Содержание механических примесей при надлежащем подборе материалов и посадок может доходить до 2,5 г/л. Наиболее перспективно применение подобных установок для перекачки высоковязких жидкостей с вязкостью до 600 мм2/с. Поле их подач может лежать в пределах от нескольких литров в час до сотен кубометров в час, а поле давлений – от 0,1 до 10 и более МПа. При этом все установки винтовых насосов обладают сравнительно высоким КПД, который составляет 55..60%, что выше, чем у центробежных и плунжерных насосов при работе в перечисленных выше условиях [1].
В качестве прототипа своей разработки наиболее рационально будет принять установку погружного винтового насоса УЭВН5. Такой выбор обоснован тем, что данная установка обладает рядом положительных качеств:
- унифицированная база запасных частей и комплектующих изделий отечественного производства;
- наличие встроенного в насос переливного клапана, обеспечивающего нормальный спуск, подъем и эксплуатацию насоса, таким образом, отпадает необходимость установки таких клапанов в колонне НКТ;
- значительный опыт эксплуатации установок на месторождениях нашей страны;
относительная простота и дешевизна конструкции по сравнению с зарубежными аналогами;

Установки выпускают для скважин с минимальным диаметром эксплуатационной колонны 121,7 мм. Основные параметры установок винтовых насосов с погружным электродвигателем УЭВН5 приведены в табл.1.4.
Диаметр поперечного сечения погружного агрегата уста¬новок 117 мм.
Согласно заданию подбираю установку с наиболее близкими параметрами (в дальнейшем она будет являться базовым вариантом для всех расчетов и изменений):
УЭВН5–63–1200
Основные характеристики установки:
Подача, м3/сут       45  90
Напор, м        1200
В состав погружного агрегата помимо насоса входит погружной электродвигатель марки ПЭД22–117В5 с гидрозащитой 1Г51.
Параметры двигателя:
Мощность  ¬  – 22 кВт;
Напряжение питания  – 1000 В;
Ток обмотки   – 19 А;
Частота вращения  – 1380 мин-1 (с учетом скольжения);
КПД     – 83%.
Завершив выбор прототипа перехожу к описанию изменений, внесенных мною в базовую установку.

2.1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ УСТАНОВКИ
Разрабатываемая в ходе выполнения дипломного проекта установка погружного винтового насоса обладает следующими параметрами (техническими характеристиками):
Подача установки        63 м3/сут;
Напор          1200 м;
Частота вращения насоса       200 мин-1;
Двигатель          ПЭДБ32-117В5;
Длина установки       10 823 мм.

Установка имеет по сравнению с прототипом (которым является УЭВН5-63-1200) ряд отличительных особенностей. Изменения касаются только погружного агрегата (рис.5.1) и их можно разделить на следующие категории:


Погружной винтовой насос.

 Погружной винтовой насос выполнен, как и ЭВН5 по одновинтовой сдвоенной схеме расположения рабочих органов. Однако в отличие от ЭВН5 рабочие органы вновь разрабатываемого насоса изготавливаются многозаходными (с кинематическим отношением 4:5 в отличие от 1:2 у УЭВН5). Как показывают графические характеристики, построенные на основе расчетов раздела 3.1.3, а также согласно рекомендациям, приводимым в литературе [1, 3], насосы с таким исполнением рабочих органов наиболее удачно сочетают в себе высокие технические параметры с относительно низкими затратами на изготовление и ремонт.
В результате расчета получено, что при одинаковых геометрических размерах и частотах вращения насос, выполненный с i = 4:5 обладает вдвое большей подачей и создает в четыре раза большее давление по сравнению с насосом с i = 1:2.
Помимо этого важно и то, что применение многозаходных рабочих органов позволяет существенно снизить скорость вращения винта насоса при обеспечении той же подачи, что приводит к снижению скорости скольжения поверхностей рабочих органов и скорости течения жидкости в каналах рабочих органов. Благодаря этому значительно снижается механический и гидроабразивный износ поверхностей рабочих органов, а также улучшаются условия течения жидкости, что повышает предельно допустимое содержание растворенного в перекачиваемой жидкости газа по условию возникновения кавитации. Также улучшаются режимы работы всех узлов трения, что положительно сказывается на сроке их службы.
Ниже приводятся основные параметры погружного винтового насоса:
Давление на выходе насоса        12 МПа;
Подача насоса (номинальная)       63 м3/сут;
Частота вращения вала насоса       200 мин-1;
Число пар рабочих органов        2;
Кинематическое отношение рабочих органов     4:5.

Погружной электропривод.
– Погружной электродвигатель.
В проектируемой установке применен серийный погружной электродвигатель ПЭДБ32-117В5 производства московского завода «Борец». Основные параметры двигателя приведены ниже:
Мощность           32 кВт;
Напряжение питания         1000 В;
Ток обмотки          25,5 А;
Частота вращения (с учетом скольжения)     2820 мин-1;
КПД            85,5%.
Применение более мощного (32 кВт вместо 22 кВт в УЭВН5) погружного электродвигателя обосновано тем, что многозаходный насос обладает большей инерцией при страгивании, следовательно, двигатель должен иметь более высокое значение запаса мощности для компенсации пусковых моментов.
– Гидрозащита ПЭД.
Данный узел особенно интересен для рассмотрения с точки зрения повышения его надежности. В настоящее время гидрозащита является одним из самых слабых звеньев погружных насосных установок, уступая по числу отказов только кабельной линии и резиновым обоймам статоров винтовых насосов. Так как в проектируемой установке в качестве рабочих органов насоса применены многозаходные винтовые пары (что позволяет существенно снизить частоту вращения и снизить до минимума износ поверхности статор), то гидрозащита ПЭД остается практически самым слабым узлом установки.
Для анализа мною были использованы материалы (см. Пртложение), полученные от организаций обслуживающих насосные установки.
Выяснилось, что наиболее уязвимыми элементами гидрозащиты являются торцовые уплотнения и резиновые диафрагмы протектора и компенсатора.
Проанализировав имеющиеся данные по отказам (см. Пртложение), большинстве случаев отказ происходил по целому комплексу узлов гидрозащиты. При большинстве отказов выходили из строя сразу все торцовые уплотнения и обе диафрагмы гидрозащиты. В то время как износ рабочих шеек вала был весьма незначительным, повреждения резиновых деталей и поверхностей трения очень существенны и носят характер ударного раздавливания. Прилагаемые к отчету акты подтверждают то, что подобного рода разрушения не могут быть следствием длительно действующих нагрузок, находящихся в пределах паспортных характеристик или даже в несколько раз превышающих их. Внешний вид торцовых
уплотнений, снятых с отказавшего оборудования наводит на мысль о том, что тут имеет место значительный по величине (в десятки или даже сотни раз превосходящий паспортные величины) кратковременный импульс давления. Такой импульс, например, может быть следствием обратного воздействия на погружную установку столба жидкости, находящегося в колонне НКТ, при остановке насоса и неплотной посадке на седло обратного клапана.
Однако какими бы не были причины этого ударного воздействия единственный способ избежать разрушения узла гидрозащиты (а вместе с ней и погружного электродвигателя) заключается в проектировании уплотнения, способного выдерживать такие перегрузки.
Наиболее перспективной (из числа рассмотренных) является новая модель торцового уплотнения 112.R4.025, разработанное в НПК «Герметика». Конструктивные преимущества видны из сборочного чертежа уплотнения. Узел сильфона в нем выполнен очень «жестким» и компактным, что практически исключает возможность его разрыва даже под воздействием значительных нагрузок. Таким образом, обеспечивается целостность вторичного уплотнения «сильфон - вал» и снижается вероятность значительного износа шеек вала. Узел первичного уплотнения также подвергся переработке. В нем неподвижное кольцо пары трения выполнено, как и в предыдущих разработках из силицированного графита, а вращающееся – из стали. Вопрос стоит в опробовании различных марок сталей с целью подбора наиболее износостойкой пары. Стальное кольцо обладает значительно большей твердостью, чем графитовое, а поскольку разрушается сильнее именно ответное (вращающееся) кольцо, то такое решение может существенно изменить характер работы уплотнения в условиях нештатных нагрузок.
Планетарный редуктор.
Для снижения частоты вращения в проектируемой установке применен двухступенчатый планетарный редуктор с цилиндрическими прямозубыми колесами. Основные параметры редуктора приведены ниже:
Наибольший крутящий момент
на тихоходном валу         300 Нм;
Общее передаточное отношение       14;
КПД            92%;
Наружный диаметр корпуса        103 мм.
Редуктор устанавливается между погружным электродвигателем и протектором. Подробное обоснование применения данного типа и конкретной схемы редуктора приведено в разделах 1.5.2 и 3.2.1.



Размер файла: 840,7 Кбайт
Фаил: Упакованные файлы (.rar)

-------------------
Обратите внимание, что преподователи часто переставляют варианты и меняют исходные данные!
Если вы хотите что бы работа точно соответствовала, смотрите исходные данные. Если их нет, обратитесь к продавцу или к нам в тех. поддержку.
Имейте ввиду, что согласно гарантии возврата средств, мы не возвращем деньги если вариант окажется не тот.
-------------------

 Скачать Скачать

 Добавить в корзину Добавить в корзину

        Коментариев: 0


Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

К сожалению, предложений нет. Рекомендуем воспользваться поиском по базе.

Не можешь найти то что нужно? Мы можем помочь сделать! 

От 350 руб. за реферат, низкие цены. Просто заполни форму и всё.

Спеши, предложение ограничено !




Страницу Назад

  Cодержание / Нефтяная промышленность / Модернизация рабочего органа скважинного насоса ЭВН5-63-1200-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Вход в аккаунт:

Войти

Перейти в режим шифрования SSL

Забыли ваш пароль?

Вы еще не зарегистрированы?

Создать новый Аккаунт




Сайт помощи студентам, без посредников!