Буровой насос для бурения скважин глубиной 6200 м. Модернизация конструкции поршня.Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

«Буровой насос для бурения скважин глубиной 6200 м. Буровые насосы предна-значены для нагнетания в скважину промывочной жидкости с целью очистки за-боя и ствола от выбуренной породы и выноса ее на дневную поверхность, охла-ждения и смазки долота, приведения в действие забойных гидравлических двига-телей.
Применение данного проекта позволит уменьшить износостойкость и уве-личить работоспособность, долговечность поршневого уплотнения бурового насоса.
Клапаны, поршни, втулки цилиндров, сальники и штоки работают при вы-соких давлениях в среде высокоабразивной жидкости и сильно изнашиваются, поэтому эти детали не могут обеспечить срока службы в несколько тысяч часов, как это требуется от бурового насоса. Эти детали изготовляют наиболее простой конструктивной формы, что обеспечивает их быструю замену.
В качестве модернизации предлагается конструкция поршня бурового насоса который представлен на данном чертеже.
Поршень насоса не только обеспечивает уплотнение, но и быструю смену его при изменении диаметра втулки или при износе. Для обеспечения уплотнения, удобства разборки и быстрой смены поршня соединение его со штоком в насосах двустороннего действия осуществляется на конической посадке.
Поршень состоит из корпуса выполнен со средним разделительным флан-цем и проточками на наружной части, резиновой манжеты. Наружная часть поршня выполнена из жестких проницаемых армирующих элементов, перемен-ной жесткости (плотности), причем наибольшая жесткость выполнена на передней рабочей кромке . Жесткие проницаемые армирующие элементы выполнены по форме в виде пары усеченных полых конусов, переходящих в полый цилиндр.
Поршень работает следующим образом. При сборке коническая часть де-формируется и становится цилиндрической, т. к. упруго сжимается эластичный материал уплотнительного элемента и упругий в радиальном направлении жест-кий армирующий проницаемый элемент - усеченный конус. Повышенная жест-кость и твердость на передней рабочей кромке уплотнительного элемента улуч-шает очистительную способность для зеркала цилиндра. Более низкая твердость и жесткость на части поверхности трения между передней кромкой и радиально расположенной частью обеспечивает высокую уплотнительную способность поршня. Таким образом, при работе поршня по зеркалу цилиндра перемещается жесткий проницаемый (пористый) армирующий элемент, "пропитанный" эла-стичным материалом, который герметизирует зазор сопряжения "поршень -цилиндр" и работает как "ерш" по очистке зеркала цилиндра от налипших абра-зивных частиц. Учитывая более высокую прочность и износостойкость металла по сравнению с эластомерами в условии абразивного износа, жесткие проницае-мые армирующие элементы уменьшают общий износ уплотнительного элемента и повышают срок его службы. Прикрепление жестких проницаемых армирующих элементов к торцам разделительного фланца корпуса, например, сваркой создает очень жесткий каркас с корпусом, что осложняет отрыв эластичного материала от металлоарматуры в месте прикрепления к торцам фланца в момент страгива-ния (часто и имеет место) и повышает долговечность поршня.
Данная конструкция поршня позволяет применять в своей основе эластич-ный материал не высокой твердости, который обладает высокой герметизирую-щей способностью, обеспечивает передачу давления среды на материал в зоне трения поршня с цилиндром в силу квазитекучести эластичных материалов.
Следуег обратить внимание на то, что использование металлических, жестких проницаемых элементов (особенно из алюминия и его сплавов, затем медь и ее сплавы) позволяет отвести тепло из зоны трения по зеркалу цилиндра в глубь материала уплотнительного элемента и даже к корпусу металлоарматуры (когда армирующие элементы жестко прикреплены или соприкасаются с ним), что очень важно при больших давлениях среды, когда из-за значительных сил трения сильно нагревается в контактной зоне уплотнительный материал, что яв-ляется одной из причин его разрушения в результате теплового разложения.
Данная конструкция поршня обеспечивает повышение долговечности в условиях работы при высоких давлениях с абразивосодержащими жидкостями и может быть использована в уплотнениях, работающих в условии высоких давле-ний рабочих сред и абразивного износа, в поршневых буровых насосах.
Был проведен расчет на силу сжимающую поршень, и основные парамет-ры контактной сварки при изготовлении поршневого уплотнения.
Приведенные расчеты доказывают работоспособность предлогаемой кон-струкции.
Также в дипломном проекте приведены расчеты основных размеров гид-равлической части насоса, расчёт клапанов, расчет на прочность деталей клапана и цилиндровой втулки, расчет штока насоса, расчет гидравлической коробки.
Рассмотрены вопросы по монтажу, обслуживанию и ремонту объекта проектирования.
В технологической части представлен маршрут обработки штока бурово-го насоса. При изготовлении использовались станки фрезерно-центровальный станок МР 71, токарный металлорежущий станок 16К20К.
В данном дипломном проекте произведен анализ конструктивного ис-полнения основных параметров, условий эксплуатации, и причин отказов су-ществующих буровых насосов для перекачки бурового раствора. На основа-нии этого анализа предложена модернизация насоса. Цель модернизации - по-вышение производительности, работоспособности и уменьшения износостой-кости насоса за счет изменения конструкции поршневого уплотнения.
В технологической части произведен расчет штока бурового насоса.
Произведен расчет экономического обоснования эффективности приме-нения модернизации.
Освещены вопросы охраны труда, охраны окружающей среды, пред-ложены меры по ликвидации чрезвычайных ситуаций.
К проекту прилагается графическая часть и спецификация.