Модернизация цементировочного агрегата ЦА – 320. Насос Насос 9Т и ЦНС-38-154-Рассмотрен принцип работы все насосной системы цементировочного агрегата. Разработаны чертежи модернизированного колеса центробежного насоса-Курсовая работа-Оборудование для капи

Модернизация цементировочного агрегата ЦА – 320. Насос Насос 9Т и ЦНС-38-154-Рассмотрен принцип работы все насосной системы цементировочного агрегата. Разработаны чертежи модернизированного колеса центробежного насоса-Курсовая работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин
3 Устройство и работа в установке центробежного насоса
3.1 Водоподающий насос
В качестве водоподающего насоса применен многоступенчатый цен-тробежный секционный насос, предназначенный для подачи жидкости в цементосмеситель при затворении цементного раствора.
Водоподающий насос оборудован системой продувки выхлопными газами двигателя для удаления жидкости из насоса после окончания рабо-ты при минусовых температурах и прогрева насоса.
В многоступенчатом насосе перекачиваемая жидкость перемещается последовательно от первого до последнего рабочего колеса, смонтирован-ных на одном валу, в одном корпусе. Корпус секционного насоса состоит из отдельных секций, число которых равно числу рабочих колес минус одно.
Напор секционного насоса равен сумме напоров, сообщаемых жид-кости каждым рабочим колесом. Секционная конструкция корпуса насоса позволяет увеличить или уменьшить напор насоса, не изменяя подачи, за счет выбора числа секций.
Насосы типа ЦНС предназначены для перекачивания воды с темпе-ратурой до 45° С с содержанием механических примесей не более 0,5 % по массе.
Для обеспечения бескавитационной работы насосы ЦНС на входе должны иметь подпор 2-6 м водяного столба. При установке их для пере-качивания воды с температурой больше 45° С подпор необходимо увели-чить.
Для перекачивания воды с температурой до 105° С выпускаются насосы типа ЦНСГ с подачей 38.60 и 850 м3/ч. Эти насосы должны рабо-тать с подпором до 10 м водяного столба. Корпуса подшипников насосов этой модификации имеют камеры охлаждения.
Основные детали насоса ЦНС и ЦНСГ изготавливают из материалов: рабочее колесо и направляющий аппарат - сталь 20X13Л; крышка всасью-ания - чугун СЧ21-40; крышка напорная - сталь 25Л; секция и диск гид-равлической пяты - 20X13; вал - сталь 40ХФА.
Насосы типа ЦНС - секционные, с односторонним расположением рабочих колес.


Рисунок 6 – Центробежный насос

Корпус насоса состоит из крышек всасывания 10 и нагнетания 6, стя-нутых между собой стяжными болтами 11. Между крышками размещены секции с лопаточными отводами 7. Лопаточные отводы могут быть отлиты заодно с секциями или запрессованы и закреплены винтами в корпуса сек-ций. К крышкам корпуса крепятся корпуса 2, 13 подшипников 1,14. Ротор насоса состоит из вала 9, пяти рабочих колес 8, защитных втулок и раз-грузочного диска 4 гидравлической пяты. Гидравлическая пята, воспри-нимающая осевую силу, состоит из разгрузочного диска 4 и подушки пяты 5, закрепленной в крышке нагнетания насоса. На сторонах всасывания и нагнетания установлены сальниковые уплотнения 3, 12. Привод ротора насоса осуществляется через упругопальцевую муфту 15.
Рабочий процесс преобразования механической энергии привода в энергию жидкости в насосе ЦНС начинается при включении приводного двигателя. При этом жидкость, находящаяся в рабочем колесе первой сту-пени, под действием центробежных сил движется на периферию колеса и через направляющие и обратные каналы отвода поступает в следующее рабочее колесо. В последующих рабочих колесах рабочий процесс повто-ряется до тех пор, пока жидкость пройдет рабочее колесо последней сту-пени. При прохождении через рабочие колеса жидкость получает от каж-дого из них приращение удельной энергии (напора). После прохождения последнего колеса жидкость обладает напором, равным напору колеса, который и обеспечивает движение ее в спиральном отводе последней сту-пени, напорном трубопроводе и далее к потребителю.


3.2 Пуск водоподающего насоса


Пуск водоподающего насоса производится следующим образом:
водоподающий насос ЦНС должен быть заполнен водой. Включение насоса без воды запрещается;
произведите заполнение водоподающего насоса водой из мерного бака путем открывания шиберной заслонки на линии всасывания насоса, при этом регулирующая задвижка на нагнетательной линии должна быть открыта;
закройте регулирующую задвижку после заполнения насоса водой;
отпустите плавно рычаг сцепления и установите обороты двигателя в пределах 2500-2900 мин"1 путем регулировки подачи топлива. После того, как двигатель набрал необходимые обороты, постепенно откройте регули-рующую задвижку.
Внимание! Запрещается работа насоса при закрытой задвижке более 5 минут.
Обеспечьте необходимый напор насоса по показаниям манометра при помощи регулирующей задвижки или изменением частоты вращения вала двигателя.
В процессе работы следите за правильным функционированием дви-гателя и насоса в соответствии с руководствами по их эксплуатации.


3.3 Остановка водоподающего насоса


Остановка насоса ЦНС 38-154 производится выключением коробки перемены передач двигателя и дальнейшей остановки самого двигателя ГАЗ-51 А.
После остановки насоса необходимо удалить жидкость из него и из трубопровода и тщательно осмотреть насос.
Все замеченные при работе и осмотре недостатки должны быть устранены немедленно или по прибытии на базу.
После окончания работы оставшаяся в корпусе насоса вода долж-на быть удалена продувкой насоса выхлопными газами автомобильного двигателя.
Продувка осуществляется следующим образом:
обороты ходового двигателя снижаются до минимально устойчи-вых;
открывается кран 2", соединяющий выхлопную трубу автомо-бильного двигателя с всасывающей линией центробежного насоса, и кран, соединяющий нагнетательную линию центробежного насоса с атмосферой;
открываются спускные пробки на нагнетательном и всасывающем патрубках насоса;
закрываются шиберная заслонка 4" на всасывающей линии и за-слонка на искрогасителе выхлопной трубы.
1 Назначение и конструктивное исполнение цементировочных агрегатов


Цементировочные агрегаты предназначены для нагнетания тампо-нажного раствора и продавочной жидкости в скважину, а также для пода-чи затворяющей жидкости в смесительное устройство при приготовлении раствора. Кроме того, они используются для выполнения других работ: промывки и продавки песчаных пробок, опрессовки труб, колонны, мани-фольдов, гидравлического перемешивания раствора и т.д.
Цементировочные агрегаты, как правило, выполняются самоходны-ми, монтируемыми на шасси грузовых автомобилей, однако, имеются аг-регаты в специальном исполнении (на санях, гусеничном ходу, в блочном исполнении) для использования в различных условиях.
Агрегат имеет следующие основные узлы: цементировочный насос высокого давления для нагнетания жидкости в скважину, водяной насос (не на всех типах агрегатов) с приводным двигателем для подачи жидкости затворения в смесительное устройство при приготовлении тампонажного раствора, манифольд с запорной арматурой на самом агрегате, разборный металлический трубопровод для подсоединения насоса к блоку манифоль-дов, мерные баки и бачок для цементного раствора.
Для привода цементировочного насоса в зависимости от типа агрега-та используют тяговый двигатель автомобиля с коробкой передач и специ-альной коробкой отбора мощности или двигатель с коробкой передач, смонтированной на платформе агрегата. Основными параметрами агрега-та являются: гидравлическая мощность, количество жидкости, подаваемой цементировочным насосом в единицу времени (подача), и давление, созда-ваемое агрегатом.
Выпускаемые в настоящее время цементировочные агрегаты отли-чаются друг от друга этими показателями и рядом конструктивных осо-бенностей.



1.1 Цементировочный агрегат ЦА – 320А


Цементировочный агрегат ЦА-320А является наиболее распростра-ненной моделью агрегатов, выпускаемых в настоящее время. Оборудова-ние агрегата смонтировано на шасси автомобиля КрАЗ-257 грузоподъем-ностью 10-12 т, оснащенного четырехтактным двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. На шасси автомобиля устанавлива-ются рамы, на которых монтируется оборудование: двух поршневой насос 9Т, мерный бак, трубопроводы и арматура и т.д. Выхлопная труба двига-теля автомобиля выведена вверх и имеет кожух для защиты обслуживаю-щего персонала от ожогов.
Насос 9Т приводится в действие от двигателя автомобиля через ко-робку перемены передач. На фланце раздаточной коробки автомобиля устанавливается коробка отбора мощности, соединенная с насосом кар-данным валом.
Изменение частоты вращения вала цементировочного насоса, при котором меняется режим его работы, осуществляется посредством пере-ключения скорости на коробке перемены передач и изменением подачи топлива. Режим работы водоподающего насоса производится, в основном, изменением подачи топлива. Кроме того, количество жидкости, подавае-мой в смеситель, можно регулировать вентилем, установленным на отвод-ном трубопроводе, соединяющем нагнетательную линию с приемной.
Для контроля давления в нагнетательных трубопроводах насосов 9Т и ЦНС 38-154 установлены манометры, а у насоса 9Т и предохранитель-ный клапан гвоздевого типа.
Приемная линия насоса 9Т с помощью установленного на ней трехходового крана позволяет забирать жидкость, как из мерного бака, так и из цементного бачка, устанавливаемого, как правило, на земле справа или слева от агрегата. В нижней части мерного бака имеются донные клапаны, которые позволяют соединить одну или другую поло-вину бака с небольшой дополнительной камерой, соединенной с при-емными трубопроводами обоих насосов. Мерные баки оснащены за-мерными рейками с ценой деления 0,1 м3.
Водоподающий насос оборудован системой продувки выхлопны-ми газами двигателя для удаления жидкости из насоса после окончания работы при минусовых температурах и прогреве насоса.
Двигатель ГАЗ-53А установлен на общей раме с насосом ЦНС. Вместе с двигателем смонтированы коробка передач, водяной и масля-ные радиаторы.
Реле-регулятор, кнопка стартера, кнопка подсоса и измеритель-ные приборы (амперметр, указатель температуры воды, указатель дав-ления масла) размещены на заднем щитке.
Топливо к двигателю поступает из бензинового бачка, установ-ленного под настилом агрегата.
Управление подачей топлива во время работы двигателя выведено в кабину автомобиля.
Двигатель ГАЗ-51А получает электроэнергию от самостоятельной аккумуляторной батареи. Двигатель вместе с радиатором, за исключе-нием коробки передач, закрыт металлическим защитным кожухом с съемными боковинами.
Коробка передач имеет одну повышающую передачу и переделы-вается из коробки передач двигателя ГАЗ-51А путем изменения зубча-тых зацеплений.
Для улучшения включения коробки передач и смазки подшипника первичного вала уровень смазки повышается. Для этого вместе установки заливной пробки установлен переходник, повышающий уровень заливае-мого
масла.


1.2 Технические характеристики цементировочного агрегата ЦА – 320А


Тип агрегата Передвижной на
         шасси автомобиля
Максимальное давление при подаче 2,9 л/с,
МПа (кгс/см2) 32 (320)
Максимальная подача при давлении 4 Мпа
(40 кгс/см2), л/с 23
Габаритные размеры агрегата, мм
длинна 10425
ширина 2650
высота 3225
Общая масса агрегата, включая снаряжение
(заправку), кг 1750

Монтажная база:

Трехосный грузовой автомобиль КрАЗ-257
Грузоподъемность автомобиля, т 10-12
Двигатель автомобиля:
модель ЯМЗ-238
максимальная частота вращения вала
двигателя, об/мин 2100
наибольшая мощность, кВт (л/с) 177(240)
Тип цементировочного насоса 9Т Горизонтальный
        двух поршневой
        двухстороннего действия
Гидравлическая мощность, кВт (л/с) 93(125)
Передаточное число глобоидальной
передачи 20,5
Ход поршня, мм 250

Вспомогательный двигатель:

Модель ГАЗ-51А
Максимальная частота вращения вала
двигателя, об/мин 2800
Максимальная мощность, л/с 70
Максимальный крутящий момент, кг/см 20,5

Водоподающий насос:

Модель ЦНС38-154
Частота вращения вала насоса, об/мин 2950
Идеальная подача, л/с 10
Давление, Мпа (кгс/см2) 1,54
Частота вращения вала двигателя, об/мин 1745

Коробка передач:

Передаточное число 0,59
Заправочная емкость масла, л 5
Наименование смазки Автомобильная
        трансмиссионная

Манифолъд:

Обьем мерного бака, м3 6,4(3,2 + 3,2) Условный диаметр, мм
приемной линии цементировочного насоса 100
напорной линии цементировочного насоса 50
приемной линии центробежного насоса 100
напорной линии центробежного насоса 50


1,3 Монтаж насосной установки у скважины


После прибытия установки проверьте:
трубопровод для заполнения мерного бака;
наличие масла в корпусе разделителя манометра насоса;
движущие части насоса;
наличие и достаточность масла в картере насоса, двигателя, ко-робках передач двигателей;
наличие предохранительного гвоздя в клапане и его соответствие ожидаемому давлению;
наличие и достаточность охлаждающей жидкости в радиаторах двигателей;
наличие горючего в топливных баках агрегата.
Затем откройте приспособления на приемном трубопроводе.


1.4 Подготовка к работе и пуск установки


Перед пуском в ход установки для работы по цементированию необходимо проделать следующие операции:
соединить разборным трубопроводом устье скважины с нагнета-тельной линией поршневого насоса;
присоединить четырехдюймовый шланг к линии приемного тру-бопровода насоса 9Т, а другой его конец опустить в цементный бачок, который должен быть установлен у цементосмесителя;
соединить резиновым шлангом диаметром 2" нагнетательный па-трубок центробежного насоса с цементосмесителем. От выходного от-верстия цементосмесителя установить отвод в цементный бачок. При этом конец трубы отвода должен находиться над ситом цементного бачка, а конец приемного шланга насоса 9Т в бачке;
подсоединить трубу мерного бака к промысловому водопроводу;
подготовить трубопровод для заполнения мерного бака глинистым раствором (с помощью имеющегося на буровой грязевого насоса);
наполнить водой мерный бак;
проверить наличие предохранительного гвоздя в предохранитель-ном клапане и его соответствие установленной цилиндровой втулке;
открыть запорные приспособления на приемном трубопроводе;
при всасывании из цементного бачка открыть одну заслонку;
при всасывании из мерного бака открыть две заслонки и донный клапан (мерный бак к тому времени должен быть заполнен водой или глинистым раствором);
открыть кран на нагнетательном трубопроводе.
При работе установки по закачке цементного раствора предвари-тельно должен быть пущен в ход центробежный насос.
После всех этих приготовлений насос 9Т может быть пущен в ход.


1.5 Указания по подготовке агрегата к переезду


Насосы 9Т и ЦНС 38-154 совместно с трубопроводами и мерным баком перед остановкой необходимо тщательно промыть (прокачать чистой водой).
После установки насосов необходимо произвести следующие опе-рации: спустить воду из трубопроводов и мерного бака, закрыть запор-ные приспособления на всасывающем и нагнетательном трубопроводах, тщательно осмотреть насосы и приводы к ним. Следует также очистить и промыть водой цементный бачок и прочее оборудование. Все заме-ненные при работе или осмотре недостатки должны быть устранены немедленно или по прибытии на базу.
Перед переездом все вспомогательное оборудование агрегата (це-ментный бачок, трубы и т.д.) должно быть уложено на платформе и за-креплено.
По возвращении агрегата на базу после работы все замеченные в эксплуатации агрегата недостатки должны быть устранены.
Движущиеся части необходимо осмотреть и замеченные недо-статки устранить. Сальники следует затянуть или заменить в них набивку. Клапаны, поршни и цилиндровые втулки необходимо осмот-реть и привести в порядок или заменить.
Действие смазочных устройств должно быть проверено.
Если предполагается длительное бездействие агрегата, то следует удалить поршни из цилиндровых втулок, набивки из всех сальников цементировочного и водоподающего насосов, а потом тщательно выте-реть и смазать густой смазкой все рабочие поверхности цилиндровых втулок, штоков и клапанов обоих насосов.
Необходимо также разобрать, очистить, промыть и смазать детали кранов и донных клапанов манифольда.

3 Устройство и работа в установке центробежного насоса

3.1 Водоподающий насос
В качестве водоподающего насоса применен многоступенчатый цен-тробежный секционный насос, предназначенный для подачи жидкости в цементосмеситель при затворении цементного раствора.
Водоподающий насос оборудован системой продувки выхлопными газами двигателя для удаления жидкости из насоса после окончания рабо-ты при минусовых температурах и прогрева насоса.
В многоступенчатом насосе перекачиваемая жидкость перемещается последовательно от первого до последнего рабочего колеса, смонтирован-ных на одном валу, в одном корпусе. Корпус секционного насоса состоит из отдельных секций, число которых равно числу рабочих колес минус одно.
Напор секционного насоса равен сумме напоров, сообщаемых жид-кости каждым рабочим колесом. Секционная конструкция корпуса насоса позволяет увеличить или уменьшить напор насоса, не изменяя подачи, за счет выбора числа секций.
Насосы типа ЦНС предназначены для перекачивания воды с темпе-ратурой до 45° С с содержанием механических примесей не более 0,5 % по массе.
Для обеспечения бескавитационной работы насосы ЦНС на входе должны иметь подпор 2-6 м водяного столба. При установке их для пере-качивания воды с температурой больше 45° С подпор необходимо увели-чить.
Для перекачивания воды с температурой до 105° С выпускаются насосы типа ЦНСГ с подачей 38.60 и 850 м3/ч. Эти насосы должны рабо-тать с подпором до 10 м водяного столба. Корпуса подшипников насосов этой модификации имеют камеры охлаждения.
Основные детали насоса ЦНС и ЦНСГ изготавливают из материалов: рабочее колесо и направляющий аппарат - сталь 20X13Л; крышка всасью-ания - чугун СЧ21-40; крышка напорная - сталь 25Л; секция и диск гид-равлической пяты - 20X13; вал - сталь 40ХФА.
Насосы типа ЦНС - секционные, с односторонним расположением рабочих колес.


Рисунок 6 – Центробежный насос

Корпус насоса состоит из крышек всасывания 10 и нагнетания 6, стя-нутых между собой стяжными болтами 11. Между крышками размещены секции с лопаточными отводами 7. Лопаточные отводы могут быть отлиты заодно с секциями или запрессованы и закреплены винтами в корпуса сек-ций. К крышкам корпуса крепятся корпуса 2, 13 подшипников 1,14. Ротор насоса состоит из вала 9, пяти рабочих колес 8, защитных втулок и раз-грузочного диска 4 гидравлической пяты. Гидравлическая пята, воспри-нимающая осевую силу, состоит из разгрузочного диска 4 и подушки пяты 5, закрепленной в крышке нагнетания насоса. На сторонах всасывания и нагнетания установлены сальниковые уплотнения 3, 12. Привод ротора насоса осуществляется через упругопальцевую муфту 15.
Рабочий процесс преобразования механической энергии привода в энергию жидкости в насосе ЦНС начинается при включении приводного двигателя. При этом жидкость, находящаяся в рабочем колесе первой сту-пени, под действием центробежных сил движется на периферию колеса и через направляющие и обратные каналы отвода поступает в следующее рабочее колесо. В последующих рабочих колесах рабочий процесс повто-ряется до тех пор, пока жидкость пройдет рабочее колесо последней сту-пени. При прохождении через рабочие колеса жидкость получает от каж-дого из них приращение удельной энергии (напора). После прохождения последнего колеса жидкость обладает напором, равным напору колеса, который и обеспечивает движение ее в спиральном отводе последней сту-пени, напорном трубопроводе и далее к потребителю.


3.2 Пуск водоподающего насоса


Пуск водоподающего насоса производится следующим образом:
водоподающий насос ЦНС должен быть заполнен водой. Включение насоса без воды запрещается;
произведите заполнение водоподающего насоса водой из мерного бака путем открывания шиберной заслонки на линии всасывания насоса, при этом регулирующая задвижка на нагнетательной линии должна быть открыта;
закройте регулирующую задвижку после заполнения насоса водой;
отпустите плавно рычаг сцепления и установите обороты двигателя в пределах 2500-2900 мин"1 путем регулировки подачи топлива. После того, как двигатель набрал необходимые обороты, постепенно откройте регули-рующую задвижку.
Внимание! Запрещается работа насоса при закрытой задвижке более 5 минут.
Обеспечьте необходимый напор насоса по показаниям манометра при помощи регулирующей задвижки или изменением частоты вращения вала двигателя.
В процессе работы следите за правильным функционированием дви-гателя и насоса в соответствии с руководствами по их эксплуатации.


3.3 Остановка водоподающего насоса


Остановка насоса ЦНС 38-154 производится выключением коробки перемены передач двигателя и дальнейшей остановки самого двигателя ГАЗ-51 А.
После остановки насоса необходимо удалить жидкость из него и из трубопровода и тщательно осмотреть насос.
Все замеченные при работе и осмотре недостатки должны быть устранены немедленно или по прибытии на базу.
После окончания работы оставшаяся в корпусе насоса вода долж-на быть удалена продувкой насоса выхлопными газами автомобильного двигателя.
Продувка осуществляется следующим образом:
обороты ходового двигателя снижаются до минимально устойчи-вых;
открывается кран 2", соединяющий выхлопную трубу автомо-бильного двигателя с всасывающей линией центробежного насоса, и кран, соединяющий нагнетательную линию центробежного насоса с атмосферой;
открываются спускные пробки на нагнетательном и всасывающем патрубках насоса;
закрываются шиберная заслонка 4" на всасывающей линии и за-слонка на искрогасителе выхлопной трубы.
На основании дипломного проектирования по модернизации ло-паточного отвода проведен обзор, и анализ патентов по направляющим аппаратам, который показывает, что существующие центробежные насосы не удовлетворяют современным требованиям по энергопотреб-лению и производительности. На основании анализа рекомендована модернизация центробежного насоса, а именно, лопаточного отвода, который не изменяя своей производительности и КПД уменьшил ради-альные размеры насоса и тем самым уменьшил его массу, увеличил по-дачу, а также финансовые затраты на его изготовление, обработку, мон-таж и продажную стоимость.