Дипломный проект-Графическая часть-Схема гидрокинематическая бурового насоса УНБ-600, Насос буровой двух- поршневой УНБ-600, Часть гидравлическая насоса УНБ-600, Пневмокомпенсатор, Кривошипно-шатунный механизм, Часть приводная насоса УНБ-600, Мод

Буровой насос относится к числу основных агрегатов буровой установки, его характеристика определяет режим бурения и технико-экономические показатели проводки скважины. Бывают двухпоршневые и трехпоршневые. Тенденция неуклонного роста мощности буровых насосов является следствием непрерывного совершенствования техники и технологии бурения. Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину промывочной жидкости с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы (шлама) и выноса ее на дневную поверхность.
С увеличением мощности буровых насосов повышается стоимость каждой ее единицы и в целом всего насосного агрегата. Однако в итоге стоимость проходки одного метра скважины, пробуренной с применением насоса повышенной мощности, оказывается значительно ниже. Объясняется это увеличением параметров промывки скважины, то есть выносом выбуренной породы на поверхность и увеличением гидромониторного эффекта. Наиболее широко в бурении применяются двухцилиндровые поршневые насосы двойного действия. Рассмотрим подробно конструкцию двухпоршневого бурового насоса УНБ-600.
В своем дипломном проекте я провел анализ существующих конструкций буровых насосов и патентных исследований, осуществлен подбор оборудования буровых насосов

По заданным параметрам: глубина скважины – 2300 м, способ бурения – роторный, типоразмеру бурильной и обсадных колонн; в процессе расчета я выбрал буровой насос УНБ-600(мощность кВт) (-> показал чертеж общего вида бурового насоса). Насос состоит: 1-Гидравлическая часть     2 -пневмокомпенсатор,3-приводная часть,4-кривошипно-шатунный механизм, 5-шкив,6-рама.
На следующем плакате показан сборочный чертеж бурового насоса УНБ-600 (показал плакат ->)
Состоит из : 1- Гидравлический блок,2- Станина,3- Предохранительный клапан,4- Шток,5- Вентиляционный колпак,6- Рама сварная,7- Крышка станины,8- Шатунный механизм,9- Трансмиссионный вал,10- Кривошип,11- Крейцкопф,12- Диск-отражатель,13- Крышка,14- Сливное отверстие,15- Крышка люка,16- Прокладка,17- Контргайка,18- Тройник,19- Шпилька,20-Шпилька,21-Шпилька,22-Болт.
В насосах двойного действия обе стороны поршня являются рабочими. Цилиндры таких насосов имеют четыре клапана (см. рис. 1.3, а). При ходе поршня влево всасывающий 1 и нагнетательный 2 клапаны открыты. Через клапан 1 происходит всасывание, а через клапан 2 — вытеснение жидкости в нагнетательный трубопровод. В это время клапаны 3 и 4 закрыты. При обратном ходе поршня через клапан 3 жидкость поступает в цилиндр, а через клапан 4 производится подача жидкости в нагнетательный трубопровод. В рассматриваемых насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит при каждом ходе поршня.
На следующем плакате представлена гидравлическая часть насоса(показал чертеж гидравлической части бурового насоса).
Гидравлическая часть насоса (состоит из двух литых гидравлических коробок (левой и правой) 29 соединенных между собой снизу приемной коробкой 1, а сверху - корпусом 26, на котором устанавливается предохранительный клапан 23 (со сбросом 16 в приемную коробку 1). Корпус 26 и гидравлическая коробка 29 уплотняются самоуплотняющейся манжетой 28, а приемная коробка 1 - кольцами от 6 слева . На корпус 26 устанавливается тройник с уплотнением 27.
При движении поршней 11 в цилиндровых втулках 4 происходит одновременно нагнетание и всасывание жидкости. За двойной ход поршня (вперед и назад) в каждом цилиндре происходит два такта всасывания и два такта нагнетания
Гидравлические коробка 29 гайками и шпильками МЗ6х3 крепятся к станине 61 и центрируются в расточке станины кольцом 60, запрессованным в расточки гидравлических коробок. Гидравлические коробки 29 представляют собой полые отливки из легированной стали.
В гидравлические коробки 29 устанавливаются корпуса 62 уплотнения штока, которые одновременно являются упорами для цилиндровых втулок 63. Корпус 62 и гидравлическая коробка 29 уплотняются упорным кольцом 45, манжетой 46 и опорным кольцом 47, которые зажимаются через втулку 58 гайкой 48. В цилиндрическую расточку каждой гидрокоробки устанавливается сменная цилиндровая втулка 63, упирающаяся своим торцом в корпус 62, который в свою очередь опирается на торец гидравлической коробки 29. Цилиндровая втулка 63 удерживается от перемещения стаканом 14, цилиндровой крышкой 10, затягиваемой гайками 15. Стакан 14 устанавливается внутри втулки 6. Взаимное их расположение определяется шпоночными пазами на стакане 14 и дюбелями, вваренными во втулку 6. Наружная втулка 6 через втулку 7 зажимает комплекты уплотнений 3, 4, крышки цилиндра 10 и цилиндровой втулки 63 при помощи упорных болтов 8, ввернутых в цилиндровую крышку 10.
Цилиндровая втулка 63 уплотняется по наружному диаметру уплотнениями поджимного типа, состоящими из резиновых колец 4 и колец 3 из полиамидной смолы. Между двумя комплектами уплотнений цилиндровой втулки установлено распорное кольцо 2. Распорное кольцо 2 имеет внутреннюю и наружную канавки и радиальные отверстия. В гидравлической коробке имеется сквозное отверстие А, расположенное против канавок распорного кольца 2.
При нарушении уплотнения цилиндровой втулки промывочная жидкость попадает в канавки и входит через отверстия А в гидравлической коробке 29 сигнализируя о необходимости замены или подтяжки уплотнения 3, 4 цилиндровой втулки.
Внутри цилиндровой втулки 63 перемещается поршень 11 самоуплотняющегося типа. Поршень состоит из металлического сердечника 1, на котором с обеих сторон находятся резиновые манжеты 2. Поршень 11 напрессовывается на хвостовик поршневого штока 51, закрепляется гайкой 12 и контргайкой 13.

На следующем плакате представлена приводная часть насоса(показал чертеж приводной бурового насоса).
Приводная часть насоса преобразует вращательное движение коренного вала в возвратно-поступательное движение поршней и имеет встроенную зубчатую передачу .Приводная часть насоса состоит :из коренного вала 11, трансмиссионного вала 1, установленных в станину 1, на которой смонтирована система смазки штоков. Для установки трансмиссионного вала 19, кривошипно-шатунного механизма 22, корпус 1 станины имеет разъем по валам и закрывается крышкой 21, которая крепится шпильками и гайками. Герметичность соединения корпуса станины с крышкой обеспечивается за счет установленного резинового жгута 18 в специальные канавки по месту разъема.
Крышка 21 и корпус 1 станины обрабатываются совместно, поэтому крышка является невзаимозаменяемой деталью. В корпусе станины крепятся две верхние и две нижние чугунные направляющие ползуна 14 и 26 и два корпуса 7 с уплотнительными манжетами 6, которые уплотняют поверхность штока ползуна 5, предотвращая попадание глинистого раствора в механическую часть и утечку масла из нее. В верхней части станины 1 имеются люки, закрытые крышкой 13 с прокладкой 12. Указанные люки позволяют заменить верхние направляющие 14 без снятия крышки станины 21 через боковые отверстия в станине
В нижней части станины 1 имеются масляные ванны для смазки зубчатой передачи ПЗ рисунок 3.7 , коренного вала 11 и ползунов ПН1, ПН2. Осмотр зубчатой передачи и заливка масла в ванну производится через специальный люк закрытый крышкой 20, выпускающий в атмосферу масляные пары, образующиеся во время работы насоса. На задней стенке станины установлен маслоуказатель 23 для контроля уровня масла. Снизу в боковых стенках станины имеются два резьбовых отверстия:
1) для слива масла;
2) для установки подогревателя, через который в зимнее время производится подогрев масла горячей водой, воздухом или паром.
В целях устранения утечек масла и предохранения камер ползуна 10 от загрязнения боковые люки перекрываются съемники крышками.

На следующем плакате представлена гидрокинематическая схема УНБ-600 (показал плакат ->)
На следующем плакате показан пневмокомпенсатор (показал плакат ->)
Пневмокомпенсатор предназначен для уменьшения колебания давления, вызываемого неравномерностью подачи перекачиваемой жидкости. Пневмокомпенсатор состоит из корпуса пневмокомпенсатора 11 в который установлена резиновая диафрагма 5 с завулканизированным металлическим сердечником и закрепленным на нем стабилизатором 1. Стабилизатор 1 крепится к диафрагме 5 через пружинную шайбу 2 болтом 3. В верхней части диафрагма 5 зажимается крышкой 6 и тем самым герметизируется внутренняя ее полость, которая заполняется предварительно отжатым или нейтральным газом до давления, определяемого по рабочему давлению жидкости в нагнетательной линии, крышка 6 крепится к корпусу 11 при помощи шпилек.
На крышке 6 располагается переходник 10с манометром и вентиль, которые крепятся к крышке 6 фланцами и уплотняются медной прокладкой, затянутой болтами через фланцы. Между фланцем и крышкой 6 выдерживать зазор 3 мм, который позволяет производить установку вентиля и манометра. Вентиль закрыт защитным колпаком . Заполнение пневмокомпенсатора газом производится через вентиль , установленный на крышке 95
Манометр , установленный на крышке 5 предназначен для проверки величины начального давления газа в пневмокомпенсаторе, должен иметь предел измерения не ниже 40 МПа (400 кгс/см2)
Между корпусом пневмокомпенсатора 11 и тройником установлены уплотнительные резиновые кольца . Сменное седло 12 является опорой для сердечника диафрагмы 5 в момент остановки насоса. Стабилизатор 61предназначен для центрирования центра диафрагмы в момент опускания ее на седло при остановке насоса.
При работе насоса перекачиваемая жидкость, проходя через тройник , под давлением большим, чем начальное давление газа в пневмокомпенсаторе, отжимает резиновую диафрагму от седла 12 и попадает в нижнюю часть корпуса 11, сжимая газ до величины рабочего давления.
В течение периода нагнетания, перекачиваемая жидкость в нижней части корпуса 11 под диафрагмой, подается в нагнетательный трубопровод за счет расширения газа, а при увеличении подачи больше средней происходит, наоборот, поглощение жидкости из нагнетательного трубопровода за счет сжатия газа внутри диафрагмы. Таким образом, происходит выравнивание неравномерности подачи бурового насоса.
В расчетной части я проводил расчет на прочность и выносливость деталей приводной части и гидравлической насоса.(показал плакат приводной части ->),
Провел расчет шатуна на прочность, крейцкопфной и кривошипной головки шатуна(макс.усилие сжатие, напряжение от сжимающей силы в сечении
на внешнем и внутреннем волокне,запас прочности головки на усталость МПА,запас прочности на выносливость,изгибающий момент,ср.напряжение ,амплитуда напряжения.( показал плакат кшм ->),
полученные результаты расчета удовлетворяют предъявляемым требованиям.
В расчетной части я также рассчитывал нагрузки, действующие на трансмиссионный вал(прочность,осевое и радиальное усилие ,крутящий момент, мощность,натяжение ветви, напряжение ,коэф.скольжение), представленный на следующем плакате (показал плакат трансмиссионный вал->).
На следующем плакате приведена деталировка узлов бурового насоса (показал плакат деталировки ->).
Также в своем дипломном проекте я рассмотрел вопросы монтажа, эксплуатации, техобслуживания и ремонта бурового насоса, которые приведены в соответствующем разделе.
В качестве специальной разработки в моем техническом задании значится модернизация клапана бурового насоса. Мною была проведена патентная проработка, рассмотренные патенты представлены в соответствующем разделе.
В качестве модернизации я предлагаю (показал плакат спецвопроса ->). Клапан поршневого насоса — основная деталь бурового насоса. Он предназначен для впуска жидкости и выпуска жидкости из цилиндра. В буровых поршневых насосах применяют самоподъемные клапаны тарельчатого типа.
Цель изобретения - устранение возможности разрушения рабочей поверхности упругого диска клапана воздействием высокоскоростных струй жидкости и уменьшение интенсивности разрушения уплотняющих поверхностей седла и клапана за счет устранения защемления крупных твердых частиц между ними.
Указанная цель достигается тем, что на клапане ниже конической уплотняющей поверхности выполняют цилиндрический поясок-плунжер высотой З-5 мм, имеющий в нижней части острую отсечную кромку, а верхнюю часть седла клапана обрабатывают с высокой точностью для обеспечения гарантированного диаметрального зазора между цилиндри-ческим пояском клапана и отверстием седла в пределах δ<0,2 мм.
Высота цилиндрического пояска-плунжера 3-5 мм определяется из двух противоположных требований: с одной стороны - технологические трудности точной обработки цилиндрической поверхности высотой менее 3-х мм, и с другой - необходимостью ограничения максимальной высоты подъема клапана hKmax , которая определяется соотношением
hKmax =hщmax +hn,
где hщmax - максимальная высота подъема клапана, необходимая для пропускания определенного расхода жидкости;
hn - высота цилиндрического пояска.
По имеющимся литературным данным
hKmax <15-18 мм.
Величина диаметрального зазора 5 между цилиндрическим пояском и отверстием седла определяется из условия исключения защемления клапана при деформации тарелки, нагруженной максимальным перепадом давления.
По принципу работы пара "цилиндрический поясок - отверстие седла" является элементом запорного органа золотникового типа.
На плакате показана упрощенная конструктивная схема предлагаемой клапанной группы бурового поршневого насоса, где обозначено:
1- седло;
2- клапан;
3- резиновый диск;
4- рабочая (уплотняющая) поверхность резинового диска;
5- уплотняющая поверхность клапана;
6- уплотняющая поверхность седла;
7- цилиндрический поясок-плунжер;
8- острая отсечная кромка пояска;
9- специально обработанный (точный) участок отверстия седла;
hK - высота подъема клапана;
hщщ - высота щели в районе резинового диска.
При подъеме клапана 2 течение жидкости по щели между уплотняющими поверхностями 5 и 6 седла и клапана начинается только после появления зазора h K между отсечной кромкой 8 цилиндрического пояска 7 и поверхностью 6 седла. При полностью открытой щели в районе упругого диска за счет поворота потока под действием отсечной кромки 8 пояска клапана струи жидкости двигаются вдоль конической уплотнительной поверхности 6 седла, смывая твердые частицы, и проходят район упругого диска 3 при меньших скоростях, чем скорость жидкости в районе отсечной кромки 8.
Аналогичное явление происходит при опускании клапана 2 на седло 1. В начальный момент начинает уменьшаться высота hK между отсечной кромкой 8 цилиндрического пояска 7 и поверхностью 6 седла при сохранении достаточно большой высоты щели hщ между уплотнительными коническими поверхностями 5 и 6 седла и клапана, 4 и 6 седла и упругого диска. При этом hЩ>hК. По мере уменьшения высоты h K, образованной кромкой цилиндрического пояска, размер твердых частиц, которые могут проникнуть в щель между седлом и клапаном резко снижается, а попавшие в щель - смываются струями жидкости. При подходе отсечной кромки цилиндрического пояска к положению нулевой высоты (hK>0) движение жидкости по щели между уплотнительными коническими поверхностями 5 и 6 седла и клапана практически прекращается за счет того, что акустическая проводимость щели между пояском и седлом при неустановившемся движении жидкости становится равной нулю.
В результате окончательная посадка клапана на седло происходит при отсутствии потока жидкости по щели между ними и при отсутствии твердых частиц в щели.
Таким образом, в результате введения в конструкцию клапанной группы бурового поршневого насоса новых элементов цилиндрического пояска определенной высоты, имеющего в нижней части острую отсечную кромку, и выполнения определенного зазора между цилиндрическим пояском и отверстием седла, обеспечивается уменьшение интенсивности разрушения упругого уплотнительного элемента клапана и исключается защемления крупных твердых частиц в щели между клапаном и седлом, что приводит к увеличению ресурса клапанной группы.
Предложенное техническое решение позволяет существенно улучшить динамику процесса работы клапана, герметичен, повысится износостойкость.
В экономической части провел анализ внедрения своего предложения и в результате окупаемость инвестиций происходит в короткие сроки.(срок насоса более долговечен).
Также я в своем дипломном проекте я рассмотрел вопросы охраны труда и безопасности жизнедеятельности при работе с буровым насосом и вопросы экологии и охраны окружающей среды.
На этом мой доклад окончен, спасибо за внимание!

Схема гидрокинематическая бурового насоса УНБ-600, Насос буровой двух- поршневой УНБ-600, Часть гидравлическая насоса УНБ-600, Пневмокомпенсатор, Кривошипно-шатунный механизм, Часть приводная насоса УНБ-600, Модернизация клапана, Вал трансмиссионный