Комплекс оборудования для повышения нефтеотдачи скважины-Модернизация комбинированного уплотняющего узла насоса 4Р-700 агрегата 4АН-700 для проведения гидроразрыва пласта ГРП-Курсовая работа-текст на украинском языке

Комплекс оборудования для повышения нефтеотдачи скважины-Модернизация комбинированного уплотняющего узла насоса 4Р-700 агрегата 4АН-700 для проведения гидроразрыва пласта ГРП-Курсовая работа-текст на украинском языке
“Комплекс оборудования для повышения нефтеотдачи в условиях НГДУ “Долинанафтогаз””.
В данном дипломном проекте на основе анализа методов повышения эффективности нефтеотдачи пласта в нефтедобывающей промышленности и методов применяемых в НГДУ “Долинанафтогаз”, обоснована необходимость проведения гидравлического разрыва пласта на скважине №753 – Д.
С помощью расчетов проведен выбор оборудования для применения ГРП. Данное оборудование изображен на письме.
Проведен анализ условий работы и причин выхода из строя данного оборудования. Основное внимание в дипломном проекте уделено работе насосного агрегата 4АН-700, а в частности расположенном на нем насоса 4Р-700.
Как известно основными причинами выхода из строя многих деталей при проведении ГРП является высокое содержание абразива. Основная доля абразива в насосе 4Р-700, как и в других насосах приходится на уплотнение плунжера в данном случае, или штока.
Итак, на данном листе изображены виды уплотнений, которые применяются при уплотнении плунжера или штока. Для герметизации соединений пар возвратно-постепенного движения могут быть использованы следующие уплотнения: щелевое и лабиринтное в качестве первой ступени сжатия, или в соединениях, допускающих большие протечки; металлические, углеграфитовые или пластмассовые кольца, которые допускают переток сред; набивочні для специальных сред; эластомерные и комбинированные с кольцами или манжетами в соединениях с высокой герметичностью; диафрагменные разделители при необходимости практически полной герметичности; грязезйомники со стороны внешней среды и другие.
Большое значение на срабатывание и на работу уплотнения влияет место расположения данного уплотнения. Эксплуатационные свойства уплотнений существенно зависят от сочетания направлений движения тела и действия сил давления. На уплотнения штоков и плунжеров, которые, как правило, движутся в направлении среды с большим давлением сила Р действует только в одном направлении. То в таком случае используются уплотнения одностороннего действия, которые монтируются на основе манжет или плавающих колец. Если плунжер находится под действием переменной по направлению силы Р, используют уплотнения двусторонней действия на основе эластомерных колец, поршневых колец или двух уплотнений одностороннего действия. В последнем случае между уплотнениями иногда могут создаваться замкнутые объемы с высоким давлением, поэтому уплотнения должны обладать способностью клапанов пропускать жидкость в обратном направлении.
Для увеличения ресурса работы, срока хранения и обеспечения работоспособности в кратковременных экстремальных условиях используют комбинированные уплотнения. Возможности простых конструкций всегда ограничены свойствами материала уплотнения. В комбинированных уплотнениях элементами структурной схемы являются детали выполнены из разных материалов, более приспособленных для обеспечения нужных функций элемента. Основной уплотняющий элемент должен обеспечивать максимальную герметичность и минимальную силу трения. Первому требованию более всего соответствуют эластомеры втором – мягкие пластмассы с антифрикционными наполнителями. Наиболее перспективными материалами являются композиционные.
Задачу силового элемента лучше всего выполняет металлическая пружина, свойства которой не меняются в широком диапазоне температур продолжительное время. Защитный элемент предотвращает выдавливание основного элемента в зазор, поэтому его изготавливают из более твердого материала. Такими свойствами в сочетании с низким коэффициентом трения обладают композиции на основе фторопласта. Одно из комбинированных уплотнений показано на рисунке. Здесь основным уплотняющим элементом является манжета из композиционного эластомера, силовым – резиновое кольцо, которое сохраняет упругие свойства при низких температурах, защитным – кольцо.
Свойства высоко эластичных материалов позволяет объединить все основные элементы уплотнений в одну компактную деталь уплотнения кольцевого или манжетного типа. Они характеризуются высокой герметичностью и работоспособностью. Они допускают большие монтажные деформации, поэтому они пригодны для монтажа в компактные неразъемные места установки.
В уплотнениях наиболее широко применяют резиновые кольца круглого, овального, Х-образного. Они отличаются самой простой и компактностью, обеспечивают двустороннее действие, универсальны в использовании – пригодны для герметизации плунжеров (штоков) и цилиндров.
Кольца круглого сечения используют в качестве уплотнителя или силового элемента в пластмассовых уплотнениях. Потери через уплотнения круглого сечения интенсивно растут с увеличением давления, скорости и вязкости, поэтому их лучше использовать при легких режимах.
Кольца овального сечения предназначены для уплотнения диаметров от 50 мм до 500 мм. В отличие от колец круглого сечения они не скручиваются и поэтому более надежны в работе. Их ресурс приближается к ресурсу колец круглого сечения. Недостатком колец овального сечения является повышенная сила трения.
Кольца Х – образного сечения устойчивы к скручиванию по сравнению с кольцами круглого сечения, более герметичные в динамике и создают меньшие силы трения в следствие оптимального распределения контактных давлений. Малые габариты и свойство двустороннего действия обусловливают их преимущественное использование.
Основным элементом манжетных уплотнений являются манжеты, которые в сравнении с кольцами обеспечивают снижены силы трения и большой ресурс. Между губками манжеты может быть размещен дополнительный силовой элемент – пружина, которая повышает стабильность контактного давления. Манжеты имеют ряд недостатков: способность только к одностороннему уплотнения, увеличенные габариты, необходимость спаренных манжет, необходимость дублирования манжет другими уплотнениями. При отсутствии дополнительных силовых элементов контактное давление на кромках манжеты менее стабильный чем у колец, что может вызвать потерю герметичности при малом давлении Р. При большом давлении Р увеличивается не только герметизирующая способность, но и сила трения. Для предотвращения выдавливания тыльной стороны манжеты в зазор используют защитные кольца. Для фиксации манжеты и исключения попадания губки манжеты в зазор при обратном движении или действия на манжету большого давления с тыльной стороны используют манжетотримачі.
Следовательно, область применения и требования к уплотнений чрезвычайно разные. Поэтому для насоса 4Р-700 предложенный комбинированный уплотняющий узел. Данный узел состоит из разрезных колец, изготовленных из фторопласта. В данном случае следует использовать фторопласт-4. Такая конструкция составного кольца при обжатии плунжера имеет надежный контакт и хорошо припрацьовується по периметру плунжера. Вторая аналогичная кассета устанавливается с второй стороны шайбы с дренажными каналами. По наружному диаметру комплекта колец надевается эластичная втулка, а полость между защитными шайбами заполняется гідропластом. В осевом направлении кассеты сжимаются крышкой. Уплотнение работает в комплекте с манжетами. При чем на основе разработки на базе Московского института имени Губкина и Грозненского завода “Красный молот” предложено установить манжеты таким образом, чтобы срабатывание по всей длине трение было равномерным. А именно на первом месте находится манжета резиновая, так как она изнашивается меньше. Следом за ней расположена манжета из резино-волокнистой смеси, а в самом конце находится полиамидная манжета, потому что именно третья (последняя) манжета воспринимает самые большие контактные нагрузки и больше всего изнашивается.
Путем расчета проведено технико-экономическую оценку от внедрения модернизированного узла уплотнения и определен срок окупаемости данного узла, который составляет 10-12 операций ГРП. Следовательно можно сказать, что внедрение узла в производство снизит его стоимость и увеличит срок работы насоса.
Также в дипломном проекте проанализированы основные положения по технике безопасности и охраны труда для защиты обслуживающего персонала от опасностей при проведении ГРП.

В дипломном проекте на тему “Оборудование для повышения эффективности нефтеотдачи в условиях НГДУ “Долинанафтогаз””:
1 Обоснован выбор технологического оборудования для проведения гидравлического разрыва пласта для заданных условий эксплуатации, который подтверждается необходимыми расчетными значениями. Кратко описано назначение основных видов технологического оборудования, конструкцию его основных узлов и механизмов и техническую характеристику.
2 В специальной части произведен анализ существующих проблем при добыче нефти, в частности, проведен анализ основных узлов и механизмов арматуры устья, предложена модернизированная конструкция пробковых кранов 3ПКЦ – 45100. Также проанализирована работа уплотнительного узла насоса, предложено модернизированное уплотнение.
3 В расчетной части выполнен расчет основных параметров проведения ГРП, расчеты на долговечность и прочность узлов и деталей гидравлической части насоса: уплотнений и пробковых кранов на ЭВМ.
4 В разделе “Монтаж и эксплуатация” разработаны принципы рационального монтажа, ремонта, эксплуатации и испытания технологического оборудования и оснастки.
5 Раздел “Охрана труда” содержит детально проанализированы потенциальные опасности при проведении ГРП, а также методы и средства для обеспечения нормальных условий труда. Проведен расчет предохранительного клапана.
6 В экономической части рассчитан экономический эффект от внедрения модернизированной конструкции уплотняющего узла.
2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Анализ условий работы и причин выхода из строя оборудования для проведения ГРП

В процессе проведения гидравлического разрыва пласта в эксплуатационных скважинах устье обвязывается арматурой , которая связана также с насосными агрегатами и предназначена для проведения данной технологической операции.
Уплотнение плунжера, как и узлы и детали арматуры работают в осложнений-тых условиях внешней среды и подлежат действия высоких нагрузок от внутреннего давления. Многие детали находятся под влиянием действия абразив-ных и агрессивных сред, которые проходят при прокачке с большими скоростями.
Климатические условия также имеют очень большое влияние, как на уплотнения насоса, так и на арматуру устья. В северных районах долгая зима, температурах воздуха понижается местами до – 500 С, а иногда и до – 600 С; в южных районах зимы почти не бывает и температура воздуха летом достигает + 500 С [18].
При эксплуатации в условиях низких температур возникает опасность разрушения-ния деталей, которое вызвано повышением хрупкости материалов арматуры и разрушением резиновых изделий. При эксплуатации в условиях высоких температур также повышается возможность преждевременного разрушения деталей, изготовле-ливанию из резины и полимерных материалов.
Специфические условия эксплуатации оборудования для проведения ГРП опреде-ляют конструкционно–технические особенности ее узлов:
а) высокий класс точности изготовления деталей и сборки сопряжений;
б) повышенное качество и точность изготовления и сборки большого количества резьбовых соединений , к которым предъявляются высокие требования по прямолинейности осей деталей , их соосности и герметичности;
в) высокое качество широко используемых герметизирующих и ущільню-ючих элементов ( колец, прокладок ), от надежности которых зависит исправность оборудования.
Работа в усложненных условиях определяет следующие специфические требования к данному оборудованию:
а) достаточно высокий уровень общей функциональной надежности ( без-відмовності изделий;
б) высокий уровень ремонтопригодности оборудования;
в) высокий уровень унификации и взаимозаменяемости, в первую очередь для наиболее быстроизнашивающихся деталей и узлов.
Следовательно можно сказать, что к оборудованию предъявляются повышенные требования , так как внезапный отказ может привести к тяжелым осложнениям и несанкціонова-ных аварий при проведении технологических процессов.
2.1.1 Одним из основных узлов при проведении ГРП является насос 4Р-700 с уплотнением плунжера, как известно работают под большим давлением, но как пока-зує практика в эксплуатации ресурс серийных конструкций уплотнений плунжеров с ростом давления резко падает, что снижает надежность всего насоса в целом.
При проведении испытаний деталей уплотнительных устройств основ-на внимание уделялось изучению напряженного состояния эластичных деталей, конта-ктного давления на сопряженных поверхностях, сил трения, контактной температуры, срабатывания и протічкам, что в свою очередь играет немаловажную роль в работе уплотняющих узлов.
Также известно, что значительную роль в работе уплотняющего узла играет один из важнейших факторов, который определяет условия трения и износа уплотнений - это толщина и характер распределения жидкостного слоя (змазуючої пленки) по длине поверхности трения. То есть там где толщина пленки будет меньше, там будут наблюдаться повышение рабочей температуры и скорости спра-цювання резиновых манжет.
Итак, можно сказать, что основным фактором износа уплотнений является действие посторонних элементов на формирование жидкостного слоя, а именно большая ймо-верность попадания абразива (песка) между плунжером и резиновыми манжетами.
Изучение характеристик видов износа в условиях эксплуатации позволило установить , что абразивный износ приводит к образованию на рабочих поверхностях деталей рисок и царапин и до полного разрушения резинового уплотни-льнення.
Также уплотнения работают под действием распределенной контактной темпе-ратуры, которая действует по длине поверхности трения плунжера и резиновых манжет. При чем с ростом давления от 160 до 1000 атм. Величина контактной температуры на данном участке будет расти от 181 до 314 С.
Наряду с высокими температурами на уплотняющий узел действуют также и высокие значения градиента контактного давления, причем, как уже было указано выше данное значение градиента давления будет меняться на поверхности трения в за-лежности от распределения не поверхности трения толщины жидкостного слоя.
Следовательно, под действием выше перечисленных факторов срок службы (средний ресурс) уплотняющего узла составляет около 10 часов проведения ГРП. Поэтому следует рассмотреть вопрос о модернизации данного узла для увеличения его ресурса и ресурса насосного агрегата в целом.
2.1.2 Детали пробковых кранов и манифольда работают в осложненных условиях внешней среды и подлежат действия высоких нагрузок от вну-внутреннего давления. Также они находятся под воздействием абразивных и агреси-вних сред, которые проходят при прокачке с большими скоростями
Повышение надежности универсальной арматуры устья определяется в ос-новном роботоздатністю и долговечностью используемых типов кранов и по-проходных клапанов, на долю которых и выпадает большинство отказов. Для большинства де-талей кранов и маніфольдів основным критерием, который определяет ресурс является ин-сивний износ рабочих поверхностей деталей.
Проведенные исследования отказов кранов типа КПМ и КПЦ на рабочее давление 70 МПа позволили установить причины их отказов, основными из которых являются время-нарушение герметичности уплотняющих элементов и потеря управления – заклиню-ния штурвала. Нарушение герметичности уплотнительных элементов в основ-ном проходит в результате коррозионного и абразивного воздействия прокачиваемой жидкости.
Для деталей кранов наиболее характерные абразивное, гидро-абразивное изнашивание и изнашивание при заедании , при котором повреждение поверхностей тер-я проходит в результате механического воздействия. Гідроабразивному износ підля-теряют тройники, крестовины, катушки, корпуса кранов, пробки, нажимные гайки, вкладыши и другие детали. Износа при заедании подлежат сопряженные поверхности проб-ных кранов.
Изучение характеристик видов износа в условиях эксплуатации позволило установить , что абразивный износ приводит к образованию на рабочих поверхностях деталей рисок и царапин под действием абразивного слоя в резуль-тате режущей или царапая действия твердых абразивных частиц.
В результате воздействия на поверхности деталей потока технологической жидкости , содержащей абразивные частицы , получает развитие гидро-абразивное изнашивание, которое характеризуется высокой скоростью развития.
При значительном перепаде давлений наблюдаются внезапные отказы деталей в результате прорвавшегося через образовавшиеся неплотности высокоскоростного тока-меню абразивной жидкости.
Существенный и своеобразный влияние на характер и интенсивность протекания вно-су проводит среду. В таких условиях работают детали пробковых кранов, гидравлической части насосов и другие , подлежат абразивному износу и воздействию специфических сред – промывочных технологических жидкостей, нефтяных эмульсий и других растворов.
В этих условиях часто развивается коррозионно – механическое изнашивание протекает при трении материалов, которые вступили в химическое взаимодействие с соответствующим средой. Интенсивность износа возрастает за счет облегчения разрушения верхнего слоя металла. Кроме этого, необходимо учитывать, что износ зависит также от таких факторов, как твердость и шероховатость поверхностей трения, величина зазора между деталями, скорость скольжения, режим работы, температура середо-вища и другие. В зависимости от всех этих факторов время безотказной работы, то есть время до достижения уровня эксплуатационного износа может меняться.

2.2 Анализ конструкций и обоснование необходимости совершенствования деталей уплотнительного узла и пробкового крана

Для герметизации соединений пар возвратно-постепенного движения, следующие уплотни-льнення типа СПС (рисунок 2.1) :
- щелевое и лабиринтное в качестве первой ступени УПС, или в соединениях, допускающих большие протечки;
- металлические, углеграфитовые или пластмассовые кольца, которые допускают переток сред;
- набивочні для специальных сред;
- эластомерные и комбинированные с кольцами или манжетами в соединениях с высокой герметичностью;
- диафрагменные разделители при необходимости практически полной гер-метичності;
- грязезйомники со стороны внешней среды.
Область применения и требования к УПС чрезвычайно различные, но можно выделить два класса машин, в которых эксплуатируется большая часть СПС загаль-ка промышленного назначения : 1 – гидро-и пневмоцилиндры ; 2 – поршневые ма-шины (насосы, компрессоры, ДВС).
Большое значение на срабатывание и на работу уплотнения влияет внешняя местоположение данного уплотнения. Эксплуатационные свойства уплотнение-нень существенно зависят от сочетания направлений движения тела и действия сил давления. На уплотнения штоков и плунжеров (рисунок 2.2), как правило, движутся в на-прямку среды с давлением Р0 < Р, сила Гг действует только в одном направлении. То в таком случае используются Уплотнения одностороннего действия, которые монту-ются на основе манжет (рисунок 2.1, д, е, и) или плавающих колец. В зависимости-те от направления движения штока или плунжера его ход может быть аналогичным насосных агрегатов (сплошная линия на рисунке 2.2, а) или как в двигателях (штрих-хова линия). При размещены уплотнения в штоке или плунжері (рисунок 2.2, б) характер относительного движения меняется, так как контр телом в данном случае является цилиндр. Если плунжер находится под действием переменной по направлению силы Гг, вы-пользуют уплотнение двусторонней действия (рисунок 2.2, в) на основе элас-томерних колец (рисунок 2.1,а-в), поршневых колец (рисунок 2.1,ж) или двух уплотнений одностороннего действия (рисунок 2.1). В последнем случае между уплотни-льненнями иногда могут создаваться замкнутые объемы с высоким давлением, поэтому уплотнения должны обладать способностью клапанов пропускать жидкость в обратном направлении.
Для увеличения ресурса работы, термина хранения и обеспечения пра-цездатності в кратковременных экстремальных условиях используют комбіно-вани































уплотнения. Возможности простых конструкций всегда ограничении с-мы материала уплотнения. В комбинированных уплотнениях элементами структур-ной схемы (рисунок 2.3) являются детали выполнены из разных материалов, более приспособленных для обеспечения нужных функций элемента. Основной уплотни-льнюючий элемент 1 должен обеспечивать максимальную герметичность и мини-мальную силу трения. Первому требованию более всего соответствуют эластомеры, дру-гому – мягкие пластмассы с антифрикционными наполнителями (чаще на основе ПТФЭ). Наиболее перспективными материалами являются композиционные.
Задачу силового элемента 2 лучше всего выполняет металлическая пружина, влас-тивості которой не меняются в широком диапазоне температур продолжительное время. Захи-устный элемент 6 предотвращает выдавливание элемента 1 в зазор, поэтому его изготовле-вляють из более твердого материала. Такими свойствами в сочетании с низ-ким коэффициентом трения обладают композиции на основе фторопласта – 4. Одно из комбинированных уплотнений показаны на рисунке 2.1,е. Здесь основным ущільню-ющим элементом является манжета из композиционного эластомера, силовым – резиновое кольцо, которое сохраняет упругие свойства при низких температурах, по-хисним – кольцо из композиции на основе ПТФЭ.
Свойства высоко эластичных материалов позволяет объединить все основное элементы уплотнений в одну компактную деталь (письмо ГП.НО-35.09.13.200 С1) уплотнения кольцевого или манжетного типа. Они характеризуются высокой герметичностью и работоспособностью. Они допускают большие монтажные деформации, поэтому они пригодны для монтажа в компактные неразъемные места установки.
В уплотнениях наиболее широко применяют резиновые кольца круглого, овального, Х-образного и пилообразного сечения [19]. Они отличаются наи-большей простой и компактностью, обеспечивают двустороннее действие, универсальны в использовании – пригодны для герметизации плунжеров (штоков) и цилиндров.
Кольца круглого сечения используют в качестве уплотнителя или силового элемента в пластмассовых уплотнениях. Потери через уплотнения круглого
сечения интенсивно растут с увеличением P, V и соответственно давления, скорости и вязкости, поэтому их лучше использовать при легких режимах.
Кольца овального сечения предназначены для уплотнения диаметров от 50 мм до 500 мм. В отличие от колец круглого сечения они не скручиваются и поэтому более надежны в работе. Их ресурс приближается к ресурсу колец кругло-го сечения. Недостатком колец овального сечения является повышенная сила трения.
Кольца Х – образного сечения устойчивы к скручиванию по сравнению с кольца-ми круглого сечения, более герметичные в динамике и создают меньшие силы то-ртя в следствие оптимального распределения контактных давлений. Малые габариты и свойство двустороннего действия обусловливают их преимущественное использование.
Кольца пилообразного сечения предназначены для уплотнения плунжеров (штоков). Используются преимущественно для уплотнения малых размеров D=10...30мм. Они обеспечивают высокую герметичность и ресурс, но для этого необходимо обеспечить высокое качество поверхности штока (Ra=0,04...0,08 мкм)[19]. Контактное давление на кромках элемента создается в результате растяжения колец по диаметру от 5% до 10%. Дополнительное давление создается силовым элементом – осевой пружиной, опирающейся в коническую поверхность кольца. Угол наклона кромок должен быть ориентированным в сторону уплотненной полости. Высота и ширина кольца : d=0,5 D; l=0,8 D. Экспериментально установлено, что для ки-лець пилообразного сечения с двумя кромками характерно несимметричное роз-разделение давления, что предотвращает потери жидкости.
Основным элементом манжетных уплотнений являются манжеты, которые в сравнении с кольцами обеспечивают снижены силы трения и большой ресурс. Между губками манжеты может быть размещен дополнительный силовой элемент – пру-жина, которая повышает стабильность контактного давления. Манжеты имеют ряд недо-лекарств : способность только к одностороннему уплотнения, увеличенные габариты, необходимость спаренных манжет, необходимость дублирования манжет другими уплотни-льненнями. При отсутствии дополнительных силовых элементов контактное давление на кромках манжеты менее стабильный чем у колец, что может вызвать потерю ге-рметичності при малом давлении Р. При большом давлении Р увеличивается не только герметизируя способность, но и сила трения (площадь поверхности контакта большая, чем у кольца). Для предотвращения выдавливания тыльной стороны манжеты в зазор вы-пользуют защитные кольца 3(письмо ГП.НО-35.09.13.200 С1). Для фиксации ма-нжети и исключения попадания губки манжеты в зазор об обратном движении контр тела или действия на манжету большого давления с тыльной стороны ис-ют манжетотримачі 5.
2.2.1 Для проведения гидравлического разрыва пласта используются трех плунжерные насосы высокого давления 4Р-700 (письмо ГП.НО-35.09.13.000 СК), на уплотнение которого влияет значительное воздействие абразивной среды, поскольку на сос перекачивает высоко абразивные песчаные растворы. Обычные резиновые манжеты под действием данного абразива достаточно быстро изнашиваются и ресурс их работы в среди-нем составляет 10 часов. Поэтому следует усовершенствовать конструкцию уплотнения плунжера, для того чтобы значительно повысить срок службы уплотнения и всего насоса в целом.
В уплотнительных узлах используются резиновые манжеты. Резина – это термореактивний пространственно скрепленный сетчатый полимер с поперечными хи-мічними связями между макромолекулами каучука [19]. Поскольку комплекс ме-ханічних и химических свойств резины уникален, то они являются не заменить-нимими материалами большинства уплотнений и многих деталей.
Резина, которая используется в уплотнении насоса 4Р-700 (СКН-40) есть масло бензостійкою, на основе парусных каучуков СКН. Она обладает следую-ими физико-механическими показателями: плотность = 1,25 г/см3; твердость по Шору=7085; температурный предел хрупкости Vкр=-35С; модуль еластич-ности при растяжении Е=713 МПа; прочность при разрыве р=10 МПа; относительное вы-дление при разрыве г=250%.
Уплотнение легко поддается растяжению и сжатию, при чем во время стис-ку (обратном движении плунжера) возникают значительные силы трения по поверхности кон-такта и значительное срабатывания также на величину износа влияет толщина и характер распределения жидкостного слоя (змазуючої пленки) по длине поверхности трения [20]. При чем толщина жидкостного слоя распределяется следующим или-ном на третий от рабочей камере манжете жидкостный слой имеет минимальную толщ-ну от 0,27 до 0,08 мкм, соответственно в этом месте происходит больше всего спра-цювання и возрастает температура трения. На второй и первой манжетах ми-толщина жидкостного слоя равна 5,4 мкм.
Поэтому для увеличения ресурса работы уплотнительного узла в диплом-ном проекте предложено:
Во-первых, установить манжеты таким образом, чтобы срабатывание по всей длине трение было равномерным (рисунок 2.4). А именно на первом месте зна-ходится манжета резиновая, так как она изнашивается меньше. Следом за ней расположена манжета из резино-волокнистой смеси, а в самом конце зна-ходится полиамидная манжета, потому что именно третья (последняя) манжета воспринимает самые большие контактные нагрузки и больше всего изнашивается. Полиамидные манжеты (МН 5652-78) предназначены для герметизации штоков и плунжеров диамет-ром от 12 до 750 мм работают при рабочих давлениях Р 100 МПа, модуль пру-жності его Е<4104. Они имеют свойство сохранять химическую стабильность при повышенных температурах. Также они имеют свои преимущества (возможность работы во многих агрессивных средах, низкая стоимость, малый коэффициент трения, высокие допустимые деформации) и недостатки (ползучесть под действием больших нагрузок, ограничен в сравнении с металлами срок эксплуатации).
Во-вторых, предложено установить дополнительный уплотняющий узел (рисунок 2.5), так как известно манжеты для уплотнения плунжеров труд-ют в достаточно тяжелых условиях: при переменном напряжении, в окружении жидкостного среды (часто химически активного), которая не только снижает показатели усталостной прочности манжет вследствие процессов взаимодействия с ее поверхностью, но часто приво-дит к преждевременному выходу из строя за счет механического износа и ре-лаксації.
В разработанном узле (см. Лист ДП.НО-35.09.13.200 CK), в корпусе на-соса 1 между двумя защитными шайбами 3 и 6 устанавливается кассета 8, стекла-дается из разрезных колец, изготовленных из фторопласта. Фторопласт – пласт-масса на основе полимеров. В данном случае следует использовать фторопласт-4. Он обладает следующими физико-механическими и теплофизическими показателями: плотность =2,18 г/см3; модуль эластичности при растяжении Ер=410 МПа; тверь-дість по Шору Н=35 МПа; прочность при разрыве р=20 МПа; относительное видов-ния при разрыве г=470%; температурная граница плавления и хрупкости от-ветствии Vпл=327С Vкр=-120С. Такая конструкция составного кольца при обтис-канне плунжера 10 имеет надежный контакт и хорошо припрацьовується по периме-тру плунжера. Вторая аналогичная кассета устанавливается с второй стороны шай-бы 6 с дренажными каналами. По наружному диаметру комплекта колец наде-ется эластичная втулка 7, а полость между защитными шайбами заповнюєть-ся гідропластом. В осевом направлении кассеты сжимаются крышкой 9.
Предварительно избыточное давление гидропласта создают нажимные винты 4. Кольца прижимаются к плунжера с одинаковым усилия каждое и копируют по-верхнюю по всей длине, а также образуют щелевое лабиринтное уплотнение. Благодаря малым величинам зазоров между кольцами и большим усилием сжатия, уплотнения плунжера обеспечивает высокую герметичность.
Предусмотрено автоматическое изменение усилия прижатия колец к плунже-ра, которое осуществляется за счет давления в рабочей камере насоса.
Рабочая полость насоса через дроссель со встроенным обратным кла-паном соединяется с полостями заполненными гідропластом. Чем большее давление создает плунжер в рабочей камере, тем с большим усилием будут при-тискатись разрезные кольца плунжера, что приведет к уменьшению монтажного зазора, протечек и к увеличению объемного КПД насоса. При звортньому ходе плунжера давление в рабочей камере резко падать, уменьшаться сила прити-скання колец до плунжера и будет уменьшаться величина силы трения. В резуль-тате будет увеличиваться срок службы уплотнения и будет улучшаться вынос продуктов износа.
При больших давлениях лучшими считаются гідропласти марок СМ, ДМ, МАТЬ-1-4. Они обладают высокой вязкостью и не просачиваются в зазоры при давлениях больше рабочие, не меняют своих свойств на протяжении времени в діапа-зоне температур от -30 до +80С.
Гідропласт марки ДМ застывает (леденеет) при температуре 100С. Его следует заливать разогретым до температуры 160С шприцем под давлением. Перед заливкой камеру следует нагреть, предусмотрев отверстие для выхода воздуха, которое пи-сля закачки гидропласта следует герметизировать. 2.2.2 В арматуре устья 2АУ – 700, в блоке маніфольдів 1БМ – 700 приме-применяются пробковые краны типа ПКЦ на рабочее давление 70 МПа. Герметичность затвора в закрытом положении обеспечивается в конструкции этих кранов прити-ранням конических поверхностей пробки и корпуса. Недостаток конструкции такого кра-на заключается в том, что при промывке корпуса или пробки крана в результате высоких скоростей движения абразивно – коррозийных сред такой кран под-ложится списанию, так как очень трудно добиться герметичности конических поверхностей корпуса и пробки при их реставрации методом наплавки с последующей ме-ханічною обработкой и притиркой рабочих поверхностей.
В дипломном проекте предлагается модернизированная конструкция проб-ных кранов остьової арматуры.
Данный пробковый кран (письмо ГП. НО – 35.01.03.000 СК ) состоит из корпуса 2 (письмо ГП. НО – 35.01.03.002 CK), пробки 4, которая соединена с головкой 3 и нажимной коронкой 5 болтовым соединением. Кран имеет проходное отверстие 45мм., на входе и на выходе из крана нарезана резьба НКМ 60 ( ГОСТ 633 – 80) для соединения с высоко герметичными трубами обвязки устья. Для предотвращения про-тікань рабочей жидкости между корпусом и пробкой, установлены уплотнительные ман-жеты 7. Упорные штифты 14 предназначены для ограничения движения головки. Для умень-шения воздействия агрессивных сред , предотвращение преждевременного истирания рабочих поверхностей корпуса и пробки, увеличение срока работы кранов предложено между пробкой и корпусом поставить специальные вкладыши 6, которые закрепляются в пазу нажимной коронки (письмо ГП. НО – 35.01.03.006 CK). Для улучшения е-рметичності и уменьшении вероятности пропускань рабочей жидкости ставим уплотни-льнюючі кольца 8 и 9. В случае резкого увеличения давления, в отверстии корпуса крана делаем отверстие для установки предохранительного клапана 1.
Предложенная конструкция пробкового цилиндрического крана остьової арматуры имеет ряд преимуществ перед существующими конструкциями , а именно:
а) установка герметизирующих вкладышей из антифрикционного чугуна под-превышает надежность работы сопряженных деталей.
б) новая конструкция крана имеет повышенную по сравнению с другими кранами ремонтопригодность.
в) использование новых видов уплотняющих материалов повышает надежд-ность герметизации деталей пробковых кранов и в итоге — долговечность ра-боты всей конструкции.
Основным недостатком разработанного крана — более сложная его конст-рукція, увеличение количества комплектующих деталей.
Одной из важных задач повышения надежности оборудования для ГРП является обоснованность периодического технического обслуживания и ремонта. Важ-ной задачей является также повышение ресурса деталей, что позволит достичь не-обходной уровень безотказности — наработки до отказа. Основной путь увеличения ресурса деталей — это повышение износостойкости рабочих повер-поверхностей деталей.
Для повышения надежности быстроизнашивающихся деталей в настоящее время вы-користовується поверхностная закалка токами высокой частоты ТВЧ, покрытие-тя твердыми сплавами на основе кобальта , никеля и карбида вольфрама. Существенным также является выбор материалов быстроизнашивающихся деталей, которые имеют высокую за-диристість.
По результатам лабораторных испытаний при контактных давлениях до 200 МПа наибольшей задиристість имеет сталь марки 38 ХМЮА с различными вы-дамы поверхностного упрочнения : азотированием, карбонітрацією и азотированием с дисульфид молібденовими покрытиями. Сталь марки 38 Х2МЮА , упрочены азотированием имеет высокую износостойкость при абразивном изнашивании в водных и нефтяных средах [21].
Для корпусных деталей в проекте предложено использовать сталь 35 ХМЛ. Сварку осуществлять в среде углекислого газа. Для изготовле-ние насадок необходимо использовать износостойкие материалы — твердый сплав ВК3, ВК3М и другие. Устойчивость этих материалов превышает стойкость обычай-ных сталей в десятки раз [22].
В данном разделе проанализирован ряд конструкций уплотнительных узлов, применяются в насосах и гидроцилиндрах. Описаны условия работы уплотнительных узлов, условия их срабатывания. В дипломном проекте изоб-ка оборудования для проведения ГРП и предложено модернизацию уплотняю-чего узла насоса 4Р-700. Также проведя анализ работы и условия спрацюван-ния деталей арматуры устья предложено модернизировать детали пробкового крана, для лучшей ее работы и повышение долговечности данного оборудования.