Буровой насос НБТ-950 с модернизацией кривошипно-ползунного механизма-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

В первой главе моей работы приведен анализ отечественных и зарубежный конструкций буровых насосов.
Во второй главе приведено описание конструкции прототипа разработки – трехпоршневого насоса одностороннего действия НБТ- 950. Рассмотрены конструктивные особенности приводной части насоса.
В третьей главе приведена патентная проработка уплотнений штоков буровых насосов и дано описание предлагаемой модернизации кривошипно-ползунного механизма.
Габариты насосов имеют важное значение при расположении оборудования в плане буровой установки.
В работе, с целью уменьшения габаритов и массы насоса, укорочен шток ползуна и вместо уплотнения штока ползуна установлена сильфонная диафрагма, что позволило, не нарушая герметичности приводной и гидравлической частей, уменьшить длину штока ползуна и соответственно длину насоса на 130 мм и его массу примерно на 500 кг.
Сильфонная диафрагма герметизирует шток в области перехода приводной части в гидравлическую и препятствует прилипанию к штоку мелких абразивных частиц, пыли, частично ограждает возвратно-перемещающийся шток, что может предотвратить травматизм на предприятии.
При уменьшении длины штока – снижается величина его износа, который определяется линейной зависимостью от длины перемещений (хода) штока.
В расчетной главе проверка штока на сжатие и продольную устойчивость показала, что при максимальной нагрузке насоса, и данной конструкции скважины, шток будет работать с большим запасом прочности на сжатие и устойчивость. Коэффициент запаса устойчивости 21,2.
Кроме этого выполнен кинематический расчет приводной части насоса и прочностной расчет зубчатых колёс передач насоса по запасу прочности от контактных и напряжений изгиба.
Выполнен расчет клиноременной передачи, расчет валов насоса с подробным составлением эпюр напряжений.
Выполнен расчет корпуса пневмокомпенсатора при запасе прочности по пределу текучести 6,2.
Широко известны в качестве уплотнений для подвижных соединений манжеты по ГОСТ 6969-85, резиновые кольца круглого и прямоугольного сечения по ГОСТ 9833-90 и другие, содержащие упругий эластичный элемент.
Недостатком является низкая износостойкость, в результате этого возникает необходимость частой их замены, т.е. уплотнения эти одноразовые. Для их установки разбирают механизм, что ведет к потере рабочего времени.
В технике известно комбинированные уплотнения штока, где под уплотняющую резиновую деталь, например кольцо круглого сечения, монтируется неразрезное кольцо из фторопласта, имеющее сечение "П-образной" формы и контактирующее с поверхностью штока. Недостатком этого уплотнения является то, что стенки фторопластового кольца должны быть достаточно тонкими, чтобы обеспечить необходимую податливость кольца в радиальном направлении под воздействием детали из резины для обеспечения компенсации радиального износа фторопластового кольца, что в конечном итоге ограничивает желаемую величину ресурса работы уплотнения. Попытки увеличить ресурс работы за счет увеличения толщины стенок фторопластового кольца ведут к снижению податливости кольца в радиальном направлении и к снижению возможности компенсировать износ фторопластового кольца под воздействием резиновой детали.
Известно уплотнения штока [5], которое повышает надежность и ресурс работы уплотнения.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гидросистемах высоких давлений для уплотнения штоков гидроцилиндров, а также вращающихся валов механизмов.




Задачей изобретения является повышение надежности и упрощение изготовления.
Уплотнение штока содержит корпус с крышкой, в котором установлена эластичная полая оболочка, охватывающая вал и заполненная жидкостью, кольцо, установленное в торце эластичной оболочки.
В отличие от прототипа оно снабжено обоймой и эластичной пробкой, контактирующими между собой, эластичная оболочка выполнена с разъемом на одном торце, куда вставлено кольцо с эластичной пробкой, обойма охватывает этот разъемный торец, кольцо выполнено из эластичного материала, а эластичная оболочка установлена в корпусе с обеспечением контакта по всей ее поверхности.
Выполнение оболочки с разъемом позволяет через него заполнить оболочку жидкостью, что упрощает ее изготовление. Эластичное кольцо, вставленное в этот разъем, запирает жидкость в оболочке. Эластичная пробка поджимает кольцо и обеспечивает надежную герметизацию жидкости. Снабжение обоймой, охватывающей разъемный торец, повышает надежность запирания кольцом и пробкой жидкости в оболочке при подаче высокого давления. Это устраняет прорыв жидкости снизу оболочки.
Установка оболочки в корпусе с контактом по всей поверхности обеспечивает постоянное давление в каждой ее точке. Это исключает разрыв стенок оболочки и повышает ее надежность.
На рисунке 2.1 изображен общий вид предложенного устройства.
Уплотнение штока содержит корпус 1 с крышкой 2, в котором установлена без зазоров эластичная полая оболочка 3 с разъемным торцом 4 и заполненная жидкостью, эластичное кольцо 5, эластичную пробку 6 и металлическую обойму 7, охватывающую разъемный торец 4 вместе с эластичным кольцом 5 и эластичной пробкой 6. Эластичную пробку 6 получают методом вторичной заливки полимерной смеси.
Устройство работает следующим образцом.


Эластичную оболочку 3 через разъемный торец 4 заполняют жидкостью и вводят эластичное кольцо 5 до контакта с жидкостью.
Затем вставляют эластичную пробку 6 до упора с кольцом 5. На торец 4 надевают обойму 7, закрепляя ее клеем, например "Хемосил", к пробке 6 и к торцу 4, чем запирают жидкость внутри оболочки 3. При этом свободная поверхность оболочки 3 контактирует с корпусом 1.
При подаче давления на крышку корпуса 2, растет давление жидкости внутри оболочки 3, стенки которой, деформируясь, с усилием поджимаются к уплотняемым поверхностям корпуса 1 и штока 8. При этом нижний конец оболочки 4 зажат в обойме 7, верхний конец и наружная стенка - в корпусе 1, а внутренняя стенка поджата к штоку 8 [5].


Рисунок 4.2 –Уплотнение штока



Известно также уплотнение вала по авторскому свидетельству СССР № 723282, F 16 J 15/48, содержащее корпус с крышкой, в котором установлена эластичная полая оболочка, выполненная неразъемной и заполненная жидкостью,
а также кольцо, установленное в торце оболочки. Эластичная оболочка охватывает вал, но контактирует с корпусом не по всей поверхности.
Недостатком является технологическая сложность изготовления конструкции, а именно - заполнение жидкостью неразъемной оболочки при сохранении ее герметичности. Кроме того, конструкция ненадежна при высоком давлении рабочей среды. Оболочка вдавливается в зазоры по торцам, касаясь их острых кромок, т.к. контактирует с корпусом не по всей боковой поверхности. В итоге происходит перепад давления в местах зазора и разрыв оболочки с вытеканием из нее жидкости.

3.1 Описание предлагаемой модернизации

В компоновке буровой установки существенную роль играет габаритные размеры агрегата и его масса. При сравнительно одинаковых характеристиках и прочих равных условиях (например, стоимость насоса, его подача, развиваемое давление), предпочтение отдают агрегату с меньшими габаритами и массой.
В проекте был рассмотрен буровой насос НБТ-950 с модернизацией кривошипно-ползунного механизма. Предложено установить сильфоновую диафрагму вместо уплотнения штока ползуна.
С целью уменьшения габаритов и массы насоса укорочен шток ползуна и вместо уплотнения штока ползуна установлена сильфонная диафрагма, что позволило не нарушая герметичности приводной и гидравлической частей уменьшить длину штока ползуна и соответственно длину насоса на 130 мм и его массу примерно на 500 кг.




Сильфонная диафрагма герметизирует шток в области перехода приводной части в гидравлическую и препятствует прилипанию к штоку мелких
абразивных частиц, пыли, частично отраждает возвратно-перемещающийся шток, что может предотвратить травматизм на предприятии.
При уменьшении длины штока – снижается величина его износа, которая определяется линейной зависимостью от длины перемещений штока.
Проверка штока на сжатие и продольную устойчивость показала, что при максимальной нагрузке насоса, при данной конструкции скважины, шток будет работать с большим запасом прочности на сжатие и устойчивости.
Узел уплотнения штоков буровых насосов является наиболее слабым местом. Причина отказа узла уплотнения штоков – абразивная среда бурового раствора, грязь, пыль загрязняющие уплотняемую поверхность штока.
В проекте была представлена модернизация кривошипно-ползунного механизма бурового насоса НБТ-950. Предложено установить сильфоновую диафрагму вместо уплотнения штока ползуна тем самым упростить конструкцию насоса.
Для уменьшения габаритов и массы насоса был укорочен шток ползуна и вместо уплотнения штока ползуна установлена сильфонная диафрагма, что позволило не нарушая герметичности приводной и гидравлической частей уменьшить длину штока ползуна и длину и массу насоса.