МОДЕРНИЗАЦИЯ НАСОСА 4Р-700-Курсовая работа

Модернизировать гидравлическую часть. Выполнить литературно-информационный обзор. Провести анализ гидравлической части трехплунжерного горизонтального насоса одинарного действия со сменными плунжерами.

Исходные данные:
Скважина №53 Средневилюйского газоконденсатного месторождения
Агрегат 4АН-700, предназначенный для проведения ГРП.
Максимальная подача: 22 л/с;
Давление при максимальной подаче: 22,7 МПа;
Максимальное давление: 70 МПа;
Подача при максимальном давлении: 6,3 л/с;
Потребная подача: 12 л.
Насосный агрегат 4АН-700
Насосный агрегат 4АН-700 предназначен в основном для нагнетания смеси жидкости и песка при гидравлическом разрыве пласта, гидроперфорациях и для выполнения других работ. В некоторых тампонажных конторах эти агрегаты используют также при цементировании скважин. Для этого их дополнительно оснащают небольшими мерными баками и необходимой арматурой и трубопроводами. В отличие от других типов агрегатов на агрегате 4АН-700 установлены плунжерные насосы 4Р-700, что дает возможность использовать их для нагнетания абразивных жидкостей (жидкость с песком и др.).
Агрегат 4АН-700 смонтирован на шасси автомобиля КрАЗ-287. На агрегате установлен мощный двигатель (590 кВт), позволяющий насосу развивать давление 70 МПа при подаче 6,3 л/с. Режимы работы агрегата приведены в табл. 6.4. При работе этого двигателя рекомендуется применять наушники с антифонами. Основные технические данные агрегата, его конструкция и правила эксплуатации приводятся в материалах инструкции по эксплуатации агрегата 4АН-700, составленной АзИНМАШем и Грозненским заводом "Красный молот".

Техническая характеристика насосного агрегата 4АН-700
Максимальная подача, л/с  22
Давление при максимальной подаче, МПа   22.7
Максимальное давление, МПа  70
Подача при максимальном давлении л/с 6,9
Монтажная база  Трехосный грузовой автомобиль КрАЗ-257
Грузоподъемность автомобиля, т 10-12
Двигатель Внутреннего сгорания четырехтактный

2. Плунжерные нефтепромысловые насосы

Из объемных нефтепромысловых насосов наиболее часто применяются стационарные и передвижные поршневые (рис. 1) или плунжерные насосы на агрегатах гидроразрыва пласта, промывочных агрегатах, передвижных цистернах, при перекачке небольших количеств жидкости по промыслу, при подаче реагентов.
В дальнейшем тексте этой главы стационарные и передвижные объемные возвратно-поступательные поршневые и плунжерные насосы с кривошипно-шатунным приводом будем для краткости называть поршневыми насосами.

Рисунок 1.1- Насос 4Р-700
1- привод насоса, 2- направление, З- плунжер, 4- клапанная коробка.

При создании поршневых насосов сначала рассчитывают их гидравлическую часть, а затем приводную (кривошипно-шатунный механизм и части передач, включенных в корпус насоса). Только при привязке проектируемой гидравлической части насоса к уже имеющейся приводной расчет и решение конструкторских вопросов ведут в обратном порядке. При этом приводную часть подвергают лишь проверочному расчету на условия работы ее с новой гидравлической частью.
Для проектирования поршневого насоса обычно задают объемную подачу жидкости насосом , давление на приеме рн и на стороне нагнетания рк (в конце насоса); плотность жидкости ρж, ее вязкость, коррозионную агрессивность, наличие в жидкости механических примесей; условия размещения (стационарная установка на фундаменте или на передвижном агрегате), климатические условия, категорию размещения и другие данные.
Разработку конструкции поршневого насоса можно вести в следующем порядке: 1) выбор схемы гидравлической части насоса; 2) определение диаметра поршня, длины его хода и частоты ходов; З) расчет и конструирование клапанов; 4) конструирование сборки гидравлической части насоса; 5) при необходимости проверяют высоту всасывания; 6) расчет и конструирование компенсаторов; 7) расчет и конструирование приводной части насоса; 8) определение к.п.д. насоса; 9) определение мощности приводного двигателя.

2.1 Основные положения проектирования гидравлической части насоса

При выборе схемы гидравлической части насоса определяют его вид (поршневой или плунжерный), число цилиндров; для поршневого насоса - число рабочих полостей.
Поршневые насосы выбирают при заданной большой подаче (порядка 16-50 л/с). При этом насос выполняют обычно двухцилиндровым двухстороннего действия (насос ГР, буровые насосы У8, БрН) или трехцилиндровым одностороннего действия.
Плунжерные насосы рассчитаны на меньшую подачу 1-20 дм3/с (насосы ПТ, Т, 4Р).
Насосы двухстороннего действия применяют при невысоком давлении нагнетания, до 20-25 МПа. С его увеличением диаметр штока насоса возрастает и существенно уменьшается рабочий объем насоса. Насосы этого типа имеют большую длину хода поршней и меньшее число ходов по сравнению с насосами одностороннего действия. Они обладают значительной массой, размещаются стационарно на фундаменте. Насосы двухстороннего действия обеспечивают более равномерную подачу и обычно имеют два цилиндра.
При давлениях выше 20-25 МПа эффективнее односторонние насосы. В них исключен сальник у штока поршня, что обусловливает уменьшение утечек перекачиваемой жидкости и износа этого узла.
На ограниченных площадях или передвижных агрегатах выгодно использовать насосы одностороннего действия, но с уменьшенными длиной хода, диаметром поршня и увеличенным числом ходов, что позволяет получить габариты и массу насоса (в 1,4-1,5 раза ниже, чем у аналогичных насосов разных мощностей. Однако для компенсации увеличения неравномерности подачи у этого насоса необходимо иметь три цилиндра.
При подачах 30-40 л/с и более рекомендуют создавать подпор на приеме насосов одностороннего действия, особенно при повышенном числе ходов.
Трехцилиндровые насосы одностороннего действия по сравнению с двухцилиндровыми двухстороннего действия имеют конструктивно более сложную приводную часть из-за наличия трех кривошипно-шатунных механизмов. Однако гидравлическая часть насосов первого типа проще из-за меньшего числа клапанных коробок. Все эти факторы анализируют при выборе насосов. Число ходов поршня или плунжера определяют из условий работы клапанов (по расчету клапана) в зависимости от необходимости снижения массы и габаритов насоса, высоты всасывания или подпора. Определение конструкции гидравлической части насоса можно вести в следующем порядке: 1) рассчитывают диаметр поршня насоса; 2) определяют размеры клапана, высоту подъема тарелки клапана и число ходов поршня; 3) находят длину хода поршня; 4) по полученным данным уточняют принятые в начале расчета значения коэффициентов и других величин и повторяют весь расчет сначала для первого приближения к конечному результату, если необходимо, то и для второго и третьего приближения.

3. Литературный обзор

Цементировочный агрегат 5ЦА-320
Цементировочные агрегаты типа 5ЦА-320 состоят из силовой установки, включающей двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и пятискоростную коробку передач; цементировочного насоса 9Т; мерного бака вместимостью 4 м3; вспомогательного оборудования и пульта управления, смонтированных на транспортной базе.
Агрегаты этого типа разработаны АзИНМАШем и грозненским заводом «Красный молот». Ими же разработана вся сопроводительная документация к этим агрегатам, в том числе инструкция по уходу и эксплуатации.

Техническая характеристика агрегатов типа 5ЦА-320
Приводная мощность, кВт  176
Максимальное давление, МПа  32,0
Максимальная подача, л/с  23,5
Гидравлическая мощность, кВт  105
Габариты агрегата на раме (5ЦА-320), мм:
длина  6680
ширина  2650
высота  2510
Масса агрегата, кг  7993
Цементировочный насос 9Т
Тип:
Поршневой горизонтальный двухцилиндровый двойного действия с глобоидной червячной передачей.
Диаметр сменных цилиндровых втулок, мм  100; 115; 127;
Ход поршня, мм  250
Передаточное число глобоидной передачи  20,5
Максимальная частота вращения вала насоса, об/мин 133
Максимальное давление, МПа  32

Установка насосная УНБ1Р-400
Данная насосная установка предназначена для выполнения тех же работ, которые выполняются и другими насосными установками (на морских нефтяных и газовых скважинах, расположенных на отдельных основаниях и приэстакадных площадках; может быть использована при бурении отдельно расположенных и кустовых скважин), но отличается от них тем, что ее оборудование смонтировано не на шасси автомобиля, а на раме (буква «Р» в шифре).
В ее состав входит следующее оборудование силовая установка с дизельным двигателем и фрикционной муфтой, промежуточный вал, коробка перемены передач, зубчатая муфта, насос 11Т, манифольд и прочее оборудование, аналогичное оборудованию цементировочного агрегата 3ЦА-

Техническая характеристика установки насосной УНБ1Р-400
Полезная мощность, кВт  257
Максимальное давление, МПа  40
Идеальная подача при максимальном давлении, дм3/с 7,4
Максимальная идеальная подача, дм3/с  36,5
Давление при максимальной идеальной подаче, МПа 8
Монтажная база  Рама
Привод насоса высокого давления  От силового агрегата,
смонтированного на платформе установки Габариты установки, мм:
длина  7340
ширина  2900
высота  2800
Масса установки полная, кг  13 320

Насос высокого давления 11Т
Тип:
Трехпоршневой, приводной, горизонтальный, двойного действия
Ход поршня, мм  200
Диаметр сменных втулок, мм  110, 125, 140
Наибольшее число двойных ходов 127
Передаточное число приводной части 4,48
Редуктор
Одноступенчатый с косозубой цилиндрической парой
Передаточное число  1,81
Установка УНБ1Р-400 не может быть использована для приготовления тампонажного раствора, так как не имеет водоподающего насоса

Насосной установки УН1-630х700А
На рамс автомобиля непосредственно за кабиной водителя расположена силовая установка 9УС-800, состоящая из дизель-мотора, системы питания, смазки, охлаждения, установки воздухоочистителей и других вспомогательных узлов.
Двигатель установки - дизель-мотор В2-800-ТК-СЗ двенадцати цилиндровый, четырехтактный с непосредственным впрыском топлива и наддувом воздуха турбокомпрессорами ТКР14-2.
Насос 4Р-700 - трехплунжерный со сменными плунжерами, горизонтальный, одинарного действия. Насос комплектуется плунжерами диаметрами 100 н 120 мм, что обеспечивает работу насоса соответственно при давлениях от 70 до 50 МПа.
Манифольд установки состоит из приемной (диаметром 100 мм) и нагнетательной (диаметром 50 мм) линий. Приемный трубопровод оборудовав трехходовым пробковым краном, что дает возможность присоединять к приему насоса одновременно два вспомогательных агрегата. На нагнетательном трубопроводе установлены манометр высокого давления с разделителем и предохранительный клапан гвоздевого типа, линия от которого выведена под настил. Установка укомплектована 100-мм приемным рукавом, шестью трубами высокою давления общей длиной 23,5 м и шестью гибкими металлическими сочленениями.
Установкой управляют с центрального поста из кабины водителя автомобиля. Здесь размещены педали управления топливным насосом и фрикционным двигателем, селектор и кран управления коробкой передач, а также необходимая контрольно-измерительная аппаратура.
Техническая характеристика насосной установки УН1-630х700А
Шасси КрАЗ-257Б1А
Грузоподъемность, т 12
Наибольшая скорость, км/ч 60
Тяговый двигатель 
Четырехтактный дизель ЯМЗ-238
Номинальная мощность, кВт 176
Силовой агрегат 9УС-800
Двигатель В2-800ТК-СЗ
Наибольшая мощность (при п - 2000 мин '), кВт 588
Наибольший крутящий момент (при п - 1200 мин"), кНм 3,12
Эксплуатационная мощность (при я = 1800 мин-1), кВт...544
Удельный расход топлива (на эксплуатационном режиме),
г/кВт 160
Вместимость баков, л:
топливных 300
масляных 160
Размеры насосной установки, мм 9300х2900х.332020
Масса установки заправленной, кг 23540
Манифольд
Условный проход трубопровода, мм:
приемного 100
нагнетательного 50