Модернизация бурового двухцилиндрового насоса двухстороннего действия для буровой установки Уралмаш 3Д-86. Пневматический компенсатор ППК-3 неравномерности подачи насоса-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Модернизация бурового двухцилиндрового насоса двухстороннего действия для буровой установки Уралмаш 3Д-86. Пневматический компенсатор ППК-3 неравномерности подачи насоса-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
В качестве объекта модернизации выступает буровой двухцилиндровый насос двойного действия УНБ-600, установленный на буровой установке БУ 3Д-86 (лист 1). На данной БУ установлены 2 насоса, работающих попеременно (один работает, один – в резерве).
Буровой насос УНБ-600 (лист 2) Состоит из двух основных частей – трансмиссионной и гидравлической.
Принцип действия насоса: буровой раствор поступает по нагнетательному трубопроводу через всасывающий клапан в камеру цилиндра. Как только завершается цикл всасывания, клапан закрывается. Одновременно с этим открывается нагнетательный клапан и раствор под давлением поступает в нагнетательную линию. В то же самое время во второй камере цилиндра происходит всасывание раствора. Затем поршень идет в обратном направлении и уже во второй камере происходит нагнетание раствора, а в первой – всасывание.
Буровой насос обладает следующими техническими характеристиками (написаны на 2 листе):
1.Мощность, кВт   600
2.Число дв. ходов в 1 мин   65
3.Длина хода поршня, мм   400
4.Диаметр втулок, мм   140-200
6.Давление, МПа,   10-25
Вследствие применения кривошипно-ползунного механизма в приводной части бурового насоса неравномерность подачи, а следовательно и давления, получается большой.
Для снижения степени неравномерности подачи и давления на линии нагнетания насоса используются пневмокомпенсаторы различных типов. На данном насосе установлен шаровой диафрагменный пневмокомпенсатор ПК-70-250. Данный тип компнесаторов обладает рядом недостатков:
1. Большая масса, высокие стоимость сменной диафрагмы и трудоемкость ее изготовления.
2. Трудоемкость монтажа и демонтажа диафрагмы при замене.
3. Отсутствие резервирования в случае применения одного колпака (При разрушении диафрагмы насос вынужденно останавливают для ее замены).
4. Трудоемкость изготовления сферического корпуса, большой расход металла, так как корпус получают литьем, а прочность литого металла меньше, чем прочность проката (например, трубного).
5. Хладоломкость резины при низких температурах, поэтому затруднительно применение сферических компенсаторов в северных районах на разведке.
6. Быстрое старение в присутствии кислорода воздуха резины диафрагмы, имеющей большую по-верхность и сравнительно малую толщину. (Поэтому для диафрагмы компенсаторов рекомен-дуют инертный газ (например, азот), снабжение которым затруднительно).
7. Не исключена возможность прилипания к наружной поверхности диафрагмы посторонних мелких предметов (например, острых мелких камней, гвоздей и т.д.), которые могут попасть при хранении на складе или буровой и явиться причиной прокола диафрагмы. При плохой очистке глинистого раствора не исключена возможность прилипания мелких кусочков выбуренной породы к днищу колпака и повреждения от них диафрагмы. Возможно прилипание диафрагмы к днищу корпуса, на котором остается осадок глинистого раствора, вследствие чего требуется повышенное давление при запуске насоса, и время пуска затягивается до нескольких секунд. Насос работает фактически без компенсатора, и может произойти отрыв бурового рукава и др.
В шаровом компенсаторе американской фирмы «Континентал» диафрагма в нижней части снабжена резиновыми приливами в форме пуговиц, которые позволяют раствору стекать с днища и исключают прилипание диафрагмы. В отечественных диафрагмах такие приливы отсутствуют.
8. При работе в зимнее время, особенно в северных районах, возможно примерзание диафрагмы к днищу корпуса.
9. Удары утолщенной нижней части диафрагмы со стабилизатором о днище в период пуска насоса в результате чего возможны повреждения стабилизатора, его крепления и самой диафрагмы.
Для устранения данных недостатков был произведен патентно-информационный обзор научно-технической литературы:
1. Воздушно-гидравлический компенсатор - перекачиваемая жидкость контактирует с воздухом, находящимся в нем.
- большие габаритные размеры и масса;
- ограниченное рабочее давление (до 18 МПа);
- значительная вибрация обвязки насосов;
+ простота;
2. Компенсаторы с эластичными баллонами - пневмокомпенсаторы имеют изолированные камеры со сжатым газом, удерживаемым в них с помощью резиновых баллонов.
- низкая прочность баллонов (особенно при высоких давлениях);
+ газ отделен от жидкости;
3. Шаровой диафрагменный компенсатор (о нем было сказано выше)
4. Проточный компенсатор со внутренней перфорированной трубой
5. Проточный компенсатор с наружной перфорированной трубой (3 и 4 недостатки те же, что и у ПК с эластичными баллонами)
6. Пружинный диафрагменный компенсатор – диафрагма приводится в действие под действием жесткости пружины.
+ низкая чувствительность
+ невысокие давления
- простота
- отсутствие дорогого газа
7. на остальных рисунках показаны различных поршневых компенсаторов.
Одно из главных достоинств поршневого компенсатора— высокое максимальное давление предварительной закачки сжатого газа, которое лимитируется только возможностями компрессора.
1. К другим достоинствам поршневых компенсаторов можно отнести следующие.
2. Высокая долговечность цилиндропоршневой пары, объясняемая благоприятными условиями работы поршня во втулке компенсатора вследствие незначительного перепада давления.
3. При наличии трех компенсаторов в одном блоке обеспечивается резервирование. Если вышел из строя один, при необходимости насос можно эксплуатировать на остальных компенсаторах.
4. При наличии трех компенсаторов можно улучшить условия запуска насоса, установив разные давления предварительной закачки сжатого газа во всех трех компенсаторах.
5. Поршень хорошо очищает поверхность втулки от бурового раствора при его посадке на нижнюю опору во время остановки насоса. Поэтому исключено прилипание и примерзание поршня к поверхности втулки.
6. Благодаря наличию уплотняющей жидкости над поршней он не соприкасается с кислородом воздуха, и следовательно, исключено старение резины от кислорода. Поэтому для заправки пневмокомпенсаторов в качестве сжатого газа можно применять воздух вместо дорогостоящего азота.
7. Поршневой пневмокомпенсатор может надежно эксплуатироваться в зимнее время, особенно в северных районах, без применения обогрева, так как хладоломкость резины поршня при ее большей толщине, чем у диафрагмы, меньше сказывается на работоспособности уплотнения. При низких температурах резина лучше сохраняет способность работы в режиме истирания, чем в режиме растяжения (изгиба). В Западной Сибири, в частности, в Тюменской области, многие буровые насосы оснащены поршневыми компенсаторами.
8. Простота эксплуатации, монтажа и демонтажа при замене сменных изделий при помощи специальных съемников (для ППК-65-250).
На листе 5 показаны сравнительные характеристики компенсаторов различного типа, которые наглядно демонстрируют преимущество поршневого компенсатора над остальными типами.
На 6 листе показана конструкция поршневого пневмокомпенсатора ППК-3. Данный компенсатор обладает всеми указанными преимуществами данного типа компенсаторов. Однако в процессе его эксплуатации был выявлен существенный недостаток – в случае замены поршневого разделителя необходимо демонтировать корпус компенсатора, что занимает много времени.
Для устранения данного недостатка предлагается изменить конструкцию компенсатора (лист 7). В предлагаемой конструкции реализована возможность извлечения цилиндровой втулки без демонтажа всего корпуса. Подобная конструкция используется в клапанных коробках насоса.
Были проведены следующие расчеты:
• Прочностной (рассчитана прочность корпуса в опасном сечении и подобрана толщина стенки);
• Расчет сварного шва на растяжение по допускаемым напряжениям;
• Расчет резьбы гайки (на разрыв на срез на смятие витков);
Общий вид насоса после модернизации показан на листе 8.
В результате проведенной модернизации удастся увеличить межремонтный период за счет большей долговечности цилиндропоршневой пары, а также за счет резервирования (при выходе из строя 1 компенсатора можно работать на 2 оставшихся). Кроме того, уменьшаются эксплуатационные затраты на ремонт, т.к. поршень стоит гораздо дешевле диафрагмы сложной формы, к тому же за счет реализации возможности извлечения втулки без демонтажа крышки уменьшается время простоя оборудования при ремонте.

Техническим предложением является замена сферического пневмокомпен-сатора ПК-70-250 на поршневой пневмокомпенсатор типа ППК-3, ввиду луч-ших эксплуатационных и технических показателей последнего.
Также, с учетом результатов промысловых испытаний поршневых компен-саторов ППК-3 и рекомендаций была разработана новая конструкция ППК-65-25, ли¬шенная ранее выявленных недостатков.
Основная цель, поставленная при разработке но¬вого компенсатора, состо-яла в том, чтобы увеличить долговечность цилиндропоршневой пары и улуч-шить ремонтопригодность конструкции компенсатора. Последнее достигнуто конструктивным решением, по¬зволяющим извлекать цилиндропоршневую пару без демонтажа корпуса (рис. 7.1).
Для повышения долговечности поршня профиль рабочей поверхности манжеты между губками в про¬дольном сечении по оси уплотнения выполнен в виде периодической кривой, например, синусоиды, диаметр описанного цилин-дра которой больше внутреннего диаметра цилиндровой втулки не более, чем на поло¬вину амплитуды синусоиды (рис. 7.2).
Такое выполнение позво¬ляет улучшить перераспределение материала манжеты при работе с сохранением смазочно-аккумулирующих свойств кана-вок, что приводит к улучшению условий смазки и охлаждению рабочих поверх-ностей и связан¬ному с этим повышению долговечности.
В данном дипломном проекте доказывается целесообразность замены тра-диционно используемых шаровых диафрагменных пневматических компенсато-ров буровых насосов на поршневые. Поршневые компенсаторы обладают большей долговечностью и более эффективны при повышенных рабочих давле-ниях бурового насоса. Однако существующие конструкции поршневых пневма-тических компенсаторов, в частности ППК-3, обладают низкой ремонтопригод-ностью. В данном дипломном проекте проведена модернизация серийного ком-пенсатора типа ППК-3 с целью повышения ремонтопригодности.