Буровой двухцилиндровый насос УНБ-600А- Модернизация быстроизнашивающихся узлов гидравлической части-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Техническое предложение по модернизации бурового двухцилиндрового насоса двухстороннего действия УНБ-600А включает в себя следующие пункты:
1. Замена тарельчатого клапана К9 новой, более технологичной кон-струкцией. Главным недостатком клапана К9 является сложность его раз-борки без применения специальных инструментов при замене изношенного уплотнительного элемента. В полевых условиях разборка производится при помощи подручных средств и отнимает много времени и сил обслуживающе-го персонала. Кроме того, при использовании подручных инструментов кла-пан часто получает повреждения, которые делают невозможным его повтор-ное использование. В результате обзора научно-технической литературы и практического опыта работы с данным оборудованием предлагается исполь-зовать оригинальную конструкцию клапана, которая позволяет производить его разборку без применения специальных технических средств с использо-ванием лишь общедоступных инструментов.
Клапан К9 (рисунок 35) состоит из тарели со штоком 1, уплотняющего элемента 2 и гайки 3 [6].
Предлагаемый клапан бурового поршневого насоса (рисунок 36) состоит из гайки-штока 1 и тарели 2, соединенных между собой посредством резьбы, и уплотнения 3 между ними. Для разборки клапана на конце гайки-штока и направляющей тарели срезаны кромки под ключ.
Таким образом, предлагаемый клапан бурового поршневого насоса име-ет более ремонтопригодную конструкцию (позволяет производить замену уплотняющего элемента непосредственно на месте проведения буровых ра-бот).
На оригинальную конструкцию тарельчатого клапана оформлена заявка на получение авторского свидетельства.
2. Замена поджимного уплотнения штока бурового двухцилиндрового насоса двухстороннего действия на самоуплотняющуюся конструкцию. Уплотнение штока поршня является одним из быстроизнашивающихся эле-ментов гидравлической части бурового насоса, замена которого происходит довольно часто (особенно при бурении в сложных геологических условиях) и занимает значительное время.
Целью данной модернизации является уменьшение времени простоев оборудования путем увеличения сроков службы манжет поршня и сальников штока.
Для уплотнения штока (рисунок 37) используются шевронные манжеты, собираемые в пакет [6].
Число манжет в уплотнительном пакете обычно не превышает четырех и выбирается с учетом давления насоса, диаметра штока, а также конструктив-ных размеров уплотнительного о узла. Манжеты 12 надеваются с натягом на шток 14 и втулку 1 служащую одновременно опорой цилиндровой втулки. Для этого втулка 1 снабжена фланцем и устанавливается в гидрокоробку с внутренней стороны ее горизонтальной расточки. Благодаря плотной посад-ке и упругости манжет обеспечивается герметичность соединения при низких давлениях в штоковой полости насоса. Для улучшения начального контакта с уплотняемыми поверхностями манжеты помещаются между фасонными опорными 13 и распорным 10 кольцами (манжетодержателями), изготовлен-ными соответственно из резины и капрона. Скосы манжет поджимаются к уплотняемой поверхности конической частью распорного кольца 10. Опор-ное кольцо 13 сажается с минимальными радиальными зазорами (0,05—0,08 мм) для предохранения манжеты от затягивания в зазор. Затяжка манжет ре-гулируется гайкой 7, навинченной на втулку 1 Усилие затяжки передается манжетам посредством грундбуксы 6 и нажимных капроновых втулок 9. Не-подвижное соединение втулки 1 и гидрокоробки 8 герметизируется манжет-ным уплотнением, состоящим из распорного кольца 2, манжеты 3 и опорно-го кольца 4. Затяжка уплотнения осуществляется нажимной втулкой 11 и гайкой 5.
Недостатком известных конструкций является низкая надежность герме-тизации вследствие повышенного износа материала при высоких температу-рах и давлениях рабочей жидкости, невозможность компенсации износа, а также сравнительно высокие значения осевого усилия, необходимого для герметизации в радиальном направлении подвижных штоков.
В предлагаемой конструкции уплотнение штока (Патент RU 2153111) уплотнительное устройство содержит пакет уплотнительных колец 6 и 7, ко-торые опираются на нажимное кольцо 5, а с другой стороны поджимаются втулкой 8 при закручивании поджимной гайки 3 уплотнительного устрой-ства. Опорно-направляющая втулка 2 служит для ограничения колебаний и направления движения штока 1. Нажимное кольцо 8 имеет внутреннюю по-лость, сообщающуюся с рабочей полостью насоса через четыре отверстия (рисунок 38).
В предлагаемой конструкции (Патент RU 2167352) поршень состоит из упругоэластичной втулки 1 (изготовленной, например, из композита фторо-пласта-4 и термостойкого олигомера). Торцы втулки целесообразно выпол-нить в форме конуса, обращенного вовнутрь полости втулки, с образованием острых кромок в месте сопряжения их с зеркалом цилиндра. Поршень со-держит также сердечник, выполненный из двух торцевых наконечников 2 и 3, соединенных между собой посредством стержня 4 и стопорным устрой-ством 5.
Наконечник 2 сообщен со штоком 6, при помощи которого осуществляет-ся возвратно-поступательное движение поршня. Форма наконечников 2 и 3 выполнена ответной форме торцевых поверхностей втулки 1, в данном слу-чае, в форме конуса. На контактных поверхностях торцевых наконечников 2 и 3 возможно изготовление манжетных колец 7 из упругоэластичного мате-риала (например, резины или полиуретана) с целью повышения герметично-сти поршня. Для подстраховки сужения внутреннего диаметра втулки 1, при работе поршня, выполнены ограничитель 8 в виде кольца - на одном нако-нечнике и гнездо 9 ответное форме ограничителя 8 - на другом наконечнике. Цилиндр 10 содержит впускной 11 и выпускной 12 клапаны.
Однако в ходе подробного изучения данной конструкции были выявлены следующие недостатки:
• Сложность изготовления и технологической обработки штока 6, т.к. он выполнен заодно с наконечником 2 и стержнем 4;
• Втулка 1 обладает слишком большой поверхностью трения с зеркалом цилиндра, в результате чего возможны заклинивания поршня;
• Конструкция стопорного устройства, исходя из патента, до конца не определена;
Предлагается конструкция (рисунок 41), в которой все выше перечислен-ные недостатки исключены, однако возможность самопроизвольного устра-нения осевого люфта и зазора в паре поршень-цилиндр осталась.
В предлагаемой конструкции уменьшена площадь контакта уплотнитель-ного элемента с зеркалом путем разделения, уплотнительной втулки на 2 ча-сти, металлическим кольцом.
Поршень состоит из двух упругоэластичных втулок 1 и 2 (изготовлен-ных, например, из резины или полипропилена). Торцы втулок целесообраз-но выполнить в форме конуса, обращенного вовнутрь полости втулки, с об-разованием острых кромок в месте сопряжения их с зеркалом цилиндра. Поршень содержит также сердечник, выполненный из двух торцевых нако-нечников 3 и 4, соединенных между собой посредством штока 5 и стопорно-го устройства 6. Форма наконечников 3 и 4 выполнена ответной форме тор-цевых поверхностей втулок 1 и 2. Упругие втулки 1 и 2 разделены между со-бой металлическим кольцом 7. Стопорное устройство выполнено из двух по-ловинок (рисунок 42) и установле
но между штоком и упругой втулкой (изготовленной, например, из резины), посредством которой стопорное устройство и приводится в действие. В наконечнике стопорное устройство устанавливается в специальном гнезде и фиксируется крышкой 9.По мере износа контактной поверхности втулок 1 и/или 2 наконечники 3 и/или 4 под действием давления в камере цилиндра совершают осевое пере-мещение на встречу друг другу, фиксируясь стопорным устройством 6. При этом происходит выдавливание уплотнительных втулок в радиальном направлении.
Поршень в сборе показан на рисунке 43. Подано заявление на получение авторского свидетельства на оригинальную конструкцию поршня.
4. Замена электрического привода насоса системы смазки и охлаждения штоков на механический привод от трансмиссионного вала бурового насоса. Главным недостатком электронасосного агрегата является частый выход из строя электродвигателя, трудоемкость его замены и обслуживания, необхо-димость постоянно следить за тем, чтобы при работе насоса он был включен, и выключен при остановке.
Предлагается заменить штатный центробежный насос системы охлажде-ния и смазки штоков К8/18 на более надежный шестеренный насос НМШ5-25-4,0/4-5 с механическим приводом от трансмиссионного вала бурового насоса посредством клиноременной передачи.
Сравнение технических характеристик насосов приведено в таблице 3.
Механический привод шестеренного насоса предлагается осуществлять следующим образом: на свободный конец трансмиссионного вала бурового насоса устанавливается шкив, приводящий в движение шкив, установленный на шестеренном насосе гибким элементом в виде бесконечной ленты.
Насос системы охлаждения и смазки штоков предлагается установить на сани бурового насоса. Для регулирования межосевого расстояния ведущего и ве-домого шкивов необходимо спроектировать натяжное устройство.

В результате рассмотренной в данном дипломном проекте модерниза-ции бурового насоса УНБ-600А увеличился межремонтный период насоса в 2,37 раз. Что позволило бы сэкономить порядка 200 тыс.руб. при бурении скважины Горчинская 3.В результате замены электронасосного агрегата си-стемы охлаждения штоков на шестеренный насос с механическим приводом от трансмиссионного вала увеличилась автономность насоса, что освобожда-ет членов буровой вахты от необходимости следить за тем, чтобы при работе бурового насоса электронасосный агрегат был включен и выключен при остановке насоса.
В результате проделанной работы оформлены две заявки на получение патентного свидетельства. Также были получены навыки по разработке про-ектной документации, которые, несомненно, пригодятся автору в дальней-шей инженерной деятельности.