Мобильная буровая установка МБУ-2000-125 ДЭП. Курсовая работа. Модернизация бурового насоса НБТ-375

2 СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ
2.1 Анализ известных технических решений и выбор прототипа проектируемого изделия
Рабочие органы буровых насосов преимущественно выполняются в виде поршней. Наиболее распространены двухпоршневые насосы рисунок 2.2 двухстороннего действия, на смену которым в последние годы приходят трехпоршневые насосы одностороннего действия. В насосах двухстороннего действия жидкость, перемещается в поршневой и штоковой полостях и за один двойной ход поршня совершаются два цикла всасывания и нагнетания. При одностороннем действии жидкость перемещается в поршневой полости рабочей камеры и за один двойной ход совершаются один цикл всасывания и нагнетания.
В буровых насосах используются самодействующие пружинные клапаны тарельчатой конструкции. Всасывающие и нагнетательные клапаны взаимозаменяемы. Оси поршней параллельны и располагаются в горизонтальной плоскости по одну сторону от привода насоса. Ведущее звено буровых насосов, сообщающее движение поршням, выполняется в виде вращающегося эксцентрикового, кривошипного, пальцевого либо коленчатого вала. Прямодействующие, насосы, ведущее звено которых имеет возвратно-поступательное движение, в современных отечественных буровых установках не используются.
Ведущий вал приводится от трансмиссионного вала насоса посредством цилиндрической зубчатой пары. Промывочная жидкость перемещается по одноступенчатой и однопоточной схеме, через общую приемную линию и один отвод. Подача насоса изменяется с помощью сменных цилиндровых втулок либо изменением числа ходов насоса. Пульсации давления, вызываемые неравномерной скоростью поршней, снижаются до практически приемлемого

уровня при помощи пневматических компенсаторов. В буровых насосных агрегатах используются преимущественно электродвигатели и дизели, вращение которых передается трансмиссионному валу насоса клиноременной либо цепной передачей.
Поршневые насосы одностороннего действия характеризуются повышенной частотой и укороченной длиной хода поршней. Вследствие этого уменьшаются их габариты и масса по сравнению с двухпоршневыми насосами двустороннего действия. К другим преимуществам насосов одностороннего действия следует отнести отсутствие уплотнений штока, снижение необходимой степени редукции зубчатой передачи, сокращение числа клапанов насоса и манжет поршня.
Трехпоршневой буровой насос одностороннего действия рисунок 2.1[4] отличается от двухпоршневого насоса одностороннего действия конструкцией одноименных узлов и деталей.

Рисунок 2.1 - Буровой трех поршневой насос одностороннего действия.

Рисунок 2.2 – Буровой двух поршневой насос двухстороннего действия
В зависимости от назначения, условий работы и свойств перекачиваемой жидкости поршневые насосы бывают различного устройства.
По способу приведения в действие существуют следующие насосы:
1) приводные, действующие от отдельно расположенного двигателя, соединенного с насосом той или другой передачей (в приводной части таких насосов имеется кривошипно-шатунный механизм,)
2) паровые прямодействующие, в которых поршень гидравлической части общим штоком соединен с поршнем паровой машины;
3) ручные,приводимые в действуют вручную.
По расположению оси различают насосы
1) горизонтальные;
2) вертикальные.
По устройству поршня имеются насосы:
1) собственно поршневые (особенностью их является наличие цилиндра с обработанной внутренней поверхностью, к которой плотно прилегает движущийся внутри цилиндра поршень, обычно снабженный специальным уп-лотнением);
2) плунжерные в которых поршень заменен длинным цилиндрическим стаканом - плунжером, работающим в сальнике.
По кратности действия можно выделить насосы:
1 )одностороннего (простого) действия;
2) двустороннего действия;
3) дифференциальные насосы.
По числу цилиндров:
1) одноцилиндровые;
2)двухцилиндровые
3)трехцелиндровые

Рисунок 2.3 – Насос поршневой дезаксиальный типа РТ
Насос поршневой дезаксиальный типа РТ (рис.1) предназначен для перекачивания нефти, воды и других жидкостей, в т.ч. агрессивных, с кинематической вязкостью не более 8×10-4 м2/с (8Ст), с наличием не более 0,2% твердых частиц температурой до 150° С. Насосные агрегаты поставляются с электродвигателем в общепромышленном рисунок.2.4 а или взрывозащищенном рисунок 2.4 б исполнении и могут комплектоваться преобразователями частоты для плавного регулирования скорости вращения вала электродвигателя.


Рисунок 2.4 – Насосные агрегаты. а) в общепромышленном исполнении; б) во взрывозащищенном исполнении.
Трех плунжерные насосы серии РТ, имеют дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм. В качестве типовой схемы дезаксиального механизма избрана схема с разным знаком дезаксиала в нечетных и четных цилиндрах, позволяющая при сохранении межосевого расстояния между цилиндрами (согласно конструкции уплотнения, клапанов и узла ползуна с направляющими) сократить расстояние между шатунными шейками кривошипными вала на величину тем большую, чем больше дезаксиал. Оси плунжеров в насосах РТ расположены по ребрам горизонтальной треугольной призмы.
Насосы серии РТ с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом имеют ряд преимуществ перед насосами традиционной конструкции серии Т и ПТ: в насосах РТ с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом линейный габарит вдоль оси коленчатого вала (ширина насоса)уменьшен на 30-35 %.
Применение дезаксиального кривошипно-шатунного механизма уменьшает среднюю величину изгибающего момента, действующего в середине коленчатого вала, на 20% ,амплитуду момента, определяющую усталостную прочность – на одну треть , а максимальный момент, по которому проверяется статическая прочность - на 25 %.
В дезаксиальном кривошипно-шатунном механизме диаметр вала , по условиям прочности на изгиб , может быть снижен на 8-12%.Увеличение жесткости коленчатого вала позволяет снизить его диаметр на 20-30% без изменения прогиба и на 15-20% - без изменения угла поворота вала в коренных подшипниках .
Недостатками этого насоса являются низкая производительность и невозможность перекачивания абразивных жидкостей.
В настоящее время широко используются только двух поршневые насоса двустороннего действия и трех поршневые одностороннего действия с числом двойных ходов 35-180 в 1 мин и длиной хода до 0,3 м у трех поршневых 350 ходов в 1 мин и длиной хода до 0,5 м у двух поршневых при диаметре цилиндровых втулок 120-200 мм.
Насос одностороннего действия работает следующим образом рисунок 2.5 Через трансмиссию 1 от двигателя вращение передается коренному валу с кривошипами 2, на которых смонтированы шатуны 3, соединенные с ползунами 4. Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение коренного вала в возвратно-поступательное ползуна 4, штока 5 и поршня 6. Поршень движется в цилиндре 7, в нижней части которого расположен всасывающий 10, а в верхней нагнетательный 8 клапаны. Полость всасывающего клапана через трубопровод соединена с приемным резервуаром, наполненным раствором, а нагнетательного — с напорной линией.
При движении поршня вправо в рабочей камере 9 создается разряжение , в результате которого возникает разница давления под и над клапаном, последний открывается и в камеру засасывается раствор. В этот период нагнетательный клапан закрыт под действием разности давлений над и под клапаном, так как в нагнетательном трубопроводе давление выше, чем в рабочей камере.
При ходе поршня влево и камере повышается давление, всасывающий клапан закрывается. Как только давление внутри камеры станет выше давления во всасывающем трубопроводе, нагнетательный клапан откроется, так как давление в камере будет выше давления в нагнетательном трубопроводе. Происходит выталкивание жидкости из камеры. Затем цикл повторяется.











Рисунок 2.5 - Схема работы поршневого насоса одностороннего действия
Насосом двухстороннего действия рисунок 2.6 называется такой насос, в котором в каждом цилиндре имеются две рабочие камеры 5 и 8, передняя 8 как у насоса одностороннего действия, и задняя 5, расположенная за поршнем 6. Объем этой камеры меньше, чем передней, так как в ней расположен шток 2 поршня, занимающий часть ее объема. Она также имеет всасывающий 1 и нагнетательный 4 клапаны, а шток 2 уплотнен сальником 3. Если поршень движется вправо, то в левой (передней) полости создается разряжение, в результате которого всасывающий клапан 1 открывается и камера заполняется раствором, а из правой камеры (задней) жидкость в это время вытесняется в нагнетательный коллектор 7 движущимся поршнем 6. Всасывающий клапан 1 в ней закрыт, так как давление в этой камере выше, чем во всасывающем трубопроводе 9, а нагнетательный клапан 4 открыт.

Рисунок 2.6 - Схема поршня двухстороннего действия
2.2 Расчет основных параметров бурового насоса
Для обеспечения высокой эффективности бурения, особенно на больших глубинах, полезная мощность насосов должна обеспечивать наивыгоднейшее сочетание трех максимумов: гидравлической мощности на долоте, гидравлической силы струи и скорости раствора в затрубном пространстве для выноса выбуренной породы.

Аннотация
В дипломном проекте рассмотрены геологические условия Харвутинского месторождения, для данных условий выбран способ бурения скважины, тип долота, бурильных и обсадных труб и выбран класс буровой установки. Также мною было составлено техническое задание на буровой насос. Произведен анализ конструкций буровых насосов, и выбран прототип для модернизации. Была проведена модернизация гидравлической части бурового насоса. Описано его назначение, описано устройство и работа модернизированного насоса. Произведены расчеты на прочность основных и наиболее нагруженных элементов разработанного насоса. Для всего оборудования буровой установки задействованного в эксплуатации составлен график планово-предупредительных ремонтов, произведён расчёт штата рабочих, необходимых для обслуживания оборудования и составлен план ремонтных мастерских. Разработана карта смазки, рассчитан ее расход и периодичность замены. Выявлены вредные факторы, приведены требования безопасности и пожарной безопасности. Произведено технико-экономическое обоснование внедрения модернизированной техники, выполнены расчёты по основным пунктам расходов, затрат на внедрение модернизированной техники и её окупаемости.