Меню

Трехплунжерный насос нтп 175

Новое поколение плунжерных насосов высокого давления производства ОАО «Ижнефтемаш»

Р. Е. Газаров,
генеральный конструктор
ОАО «ВНИИнефтемаш»

В составе специализированных мобильных комплексов нефтегазопромыслового оборудования для цементирования и кислотной обработки скважин, гидравлического разрыва пластов, гидропескоструйной перфорации, глушения и других работ применяются передвижные нефтегазопромысловые установки с насосами высокого давления, работающие в сложных условиях с абразивосодержащими, быстротвердеющими, коррозионными и другими агрессивными жидкими средами. От надежности этих установок и прежде всего насосов во многом зависит качество проведения перечисленных технологических операций и, как следствие, эффективность дальнейшей эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Применяемые в настоящее время серийные поршневые и плунжерные насосы I, II и III поколений (табл. 1) не в полной мере отвечают возрастающим требованиям проведения упомянутых ответственных операций. Эти насосы отличаются недостаточной долговечностью и надежностью, увеличенными массогабаритами, высокой удельной материалоемкостью (отношение массы к полезной мощности насоса), значительной неравномерностью подачи, низким кпд. и узким диапазоном основных рабочих параметров. Относительно новые малогабаритные быстроходные насосы IV поколения [1, 2], как правило, работающие с подпором, например, при гидравлическом разрыве пластов, не всегда отвечают технологическим требованиям проведения тампонажных работ в процессе цементирования скважин. В связи с этим на основе продолжительных исследований в стендовых и промысловых условиях [3—5] ОАО «ВНИИнефтемаш» разработало, а ОАО «Ижнефтемаш» освоило производство ряда унифицированных трехплунжерных насосов V поколения (табл. 2). Эти насосы могут поставляться в модификациях от двух до пяти в соответствии с числом типоразмеров плунжеров. Модификации насосов кроме параметров в основном отличаются диаметрами плунжеров и сопряженными с ними штатными деталями, в том числе гидроблоками, выполненными с различными диаметрами расточек под пакеты уплотнений плунжеров, а также типоразмерами клапанных узлов, цилиндровых и клапанных крышек.

Таблица 1

Показатели Поколение нефтегазопромысловых насосов (дата выпуска)
I (1950—1960 гг.) II (1961—1970 гг.) III (1971—1985 гг.) IV (1986—2000 гг.) V (2001—201О гг.)
Тип Двухпоршневой,
двухстороннего действия		 Трехплунжерный, одностороннего действия
Шифр Т-50(НБ-32)
9Т(НПЦ-32)
9ТМ(НЦ-320)
9МГр(НБ-125)		 НП-100
5НК-500
(ЗНП-32-50, СИН-32)
4Р-700
(СИН-31)		 НБ-160
14Т1
14Т2
14ТЗ
Н-630		 НП-60
НП-160
НП-200
Н-200К
НП-400К
НП-1000К		 НТП-75К
НТП-175К
НТП-300К
НТП-500К
НТП-800К
НТП-1600
НТП-2000
Потребляемая мощность, кВт (л. с.) 36—118
(50—160)		 73—463
(100—630)		 118—463
(160—6301)		 36—735
(50—1000)		 55—1470
(75—2000)
Наибольшее давление, МПа 16—40 16—70 25—70 2,5—105 2,5—140
Механический КПД, % 70 80 85 88 90
Средняя наработка на отказ, ч 40 80 120 160 200
Удельная материалоемкость кг/кВт (кг/л. с.) 22,5—21,5
(16,5—15,8)		 21,5—6,5
(15,8—4,8)		 20,0—5,0
(14,7—3,7)		 18,0—4,0
(13,2—2,9)		 14,0—3,0
(10,3—2,2)

На рис. 1 показан трехплунжерный насос горизонтальный, одностороннего действия (базовая модификация). Он состоит из гидравлической и приводной частей, а также систем их принудительной смазки. Тдравлическая часть насоса крепится к приводной посредством восьми стяжных шпилек и включает: клапанную коробку (гидроблок), в гнездах которой установлены взаимозаменяемые всасывающие и нагнетательные клапанные узлы с пружинами сжатия; нажимные втулки с центральным шестигранным отверстием для крепления цилиндровых и клапанных крышек с манжетными уплотнителями; сборные плунжеры и штоки; универсальные уплотнительные пакеты плунжеров и нажимные винты. Клапанные узлы типа КПНШ включают седло, затвор и пружину сжатия. Затвор клапана с зафиксированным на нем с помощью замкового сопряжения резиновым уплотнением имеет нижнее направление в виде четырех рожков, шарнирно закрепленных к тарели. Седло, зафиксированное в коническом отверстии гидроблока, имеет установленное в наружной кольцевой канавке эластичное уплотнение. Как показали многолетние исследования и промыеловые испытания, клапанные узлы такого типа отличаются долговечностью, а главное увеличивают коэффициент подачи насосов до 7% за счет улучшенной гидродинамики затворов небольшой массы с безрезьбовым креплением уплотнительных манжет и специфической конфигурации нижних поверхностей затворов, уменьшающих углы запаздывания открытия и закрытия клапанов.

Рис. 1. Насос трехплунжерный НТП-800:
а — внешний вид;
б — продольный разрез;
I, II — соответственно гидравлическая и приводная часть;
III — система смазки;
1 — гидроблок;
2 — узел клапанный;
3 — крышка;
4 — плунжер в сборе;
5 — пакет уплотнительный;
6 — винт нажимной;
7 — станина;
8 — шатунно-крейцкопфная группа;
9 — вал коленчатый (коренной);
10 — опора промежуточная;
11 — указатель уровня масла;
12 — накладка направляющая;
13 — уплотнение штока;
14 — шток;
15 — шпилька стяжная;
16 — коллектор

Сборный плунжер с длиной хода 200 мм включает гильзу, в которую с торцов устанавливаются передняя заглушка с уплотнением и задняя шайба, стягиваемые тягой со штоком через центральное отверстие в шайбе с помощью резьбового отверстия в заглушке. Такая конструкция обеспечивает повышенный ресурс плунжера за счет самоустановки гильзы и снижения радиальных нагрузок на нее в результате компенсации несоосности между расточкой в гидроблоке и штоком, соединенным с крейцкопфом приводной части насоса. Рабочая поверхность плунжера имеет полированную поверхность и упрочнена нанесенным плазменным способом порошковым износостойким и коррозионностойким покрытием высокой твердости.

Читайте также:  Как работает водяной насос кама

Уплотнительный пакет плунжера поджимается нажимным винтом и имеет переменную жесткость, обеспечиваемую установкой уплотнительных манжет из материалов различной жесткости (резиновых, резинотканевых, и полиамидных). Твердость манжет повышается в направлении к опорной втулке (грундбуксе), что обеспечивает повышенную герметизирующую способность и долговечность уплотнительного пакета в целом.

В нижней части гидроблока через фланцы на шпильках крепится приемный коллектор, имеющий в передней части отвод с быстросборным соединением. Отверстия с пробками, расположенными под всасывающими клапанными узлами, обеспечивают с помощью специального приспособления полный слив жидкости из цилиндров насоса после его остановки. В верхней части гидроблока на уровне верхней кромки седел клапанов находится коллектор насоса, соединяющий все нагнетательные клапанные камеры. Нагнетательный коллектор имеет выходные отверстия на левом и правом торцах гидроблока, к которым крепятся посредством шпилек и гаек нагнетательный манифольд и предохранительный клапан насосной установки. В верхнем торце фланца гидроблока расположены штуцеры для подачи смазки на трущиеся поверхности плунжеров.

Приводная часть насоса включает сварную безразъемную станину, в которой смонтированы продольно расположенные группы и поперечно установленный коренной (коленчатый) вал с тремя эксцентрично расположенными шейками. Станина включает наружные боковые (боковины) и внутренние стенки, соединенные поперечными вертикальными (лобовой, внутренней и задней) перегородками, верхние и нижние горизонтальные плиты, а также днище. В лобовой перегородке станины имеются расточки, в которых монтируются корпусы с размещенными в них уплотнениями штоков, а также резьбовые отверстия под стяжные шпильки крепления гидроблока. К верхней и нижней горизонтальным плитам болтами крепятся направляющие крейцкопфов. Правая и левая боковины в передней части дополнительно соединены между собой трубчатыми коллекторами, в которых приварены штуцеры, присоединенные с помощью трубопроводов к штуцерам, ввернутым в верхние и нижние направляющие крейцкопфов. Коллекторы, трубопроводы и штуцеры служат для принудительной подачи смазки под давлением на верхние и нижние направляющие крейцкопфов.

Шатуннокрейцкопфные группы включают стальные литые крейцкопфы и кованые шатуны, в малые головки которых запрессованы антифрикционные втулки, охватывающие пальцы крейцкопфов. В больших головках шатунов размещены антифрикционные полувкладыши разъемных подшипников скольжения, охватывающие шейки кривошипов коленчатого вала. Большие головки шатунов соединены с крышками в шатунах выполнены осевые смазочные каналы для подачи смазки в подшипники малых головок.

Коренной вал — коленчатого типа, четырехопорный; его опорами служат подшипники качения. По оси кривошипов коренного вала имеются отверстия для подвода по радиальным каналам смазки на трущиеся поверхности шеек кривошипов. На глухом торце коренного вала выполнено центральное отверстие, в которое введен патрубок вертлюга с манжетным уплотнением для принудительного ввода смазки в коренной вал.

Картер станины заполнен маслом. Из него с помощью насосного агрегата, входящего в комплект насосной установки, масло подается под давлением по трубопроводам на рабочие поверхности шеек коренного вала и полувкладышей, на поверхности скольжения малых головок шатунов и направляющих накладок крейцкопфов. Уровень масла в картере станины должен находиться между закрытыми стеклом двумя контрольными отверстиями, выполненными на боковине станины насоса.

Система смазки насоса обеспечивает принудительную раздельную смазку подвижных узлов приводной и гидравлической частей насоса. Система смазки приводной части включает приемный сетчатый фильтр грубой очистки, масляный фильтр тонкой очистки, манометры, предохранительный клапан, приемный и нагнетательный трубопроводы, смонтированные на станине и крышке коренного подшипника насоса. Приемный сетчатый фильтр ввинчен внизу картера приводной части насоса, а масляный фильтр с помощью полухомутов и плиты установлен с боковой стороны насоса. Приемная линия, связанная с приемным фильтром, имеет фланец для подсоединения к масляному насосному агрегату, служащему для нагнетания масла. Нагнетательный трубопровод, также снабженный присоединительным фланцем, через фильтр тонкой очистки обеспечивает доставку масла одновременно в коллекторы для смазки верхних и нижних направляющих крейцкопфов, а через вертлюг — в коренной вал для смазки головок шатунов. Под давлением, создаваемым насосным агрегатом, масло из картера насоса высокого давления подводится к его узлам трения и стекает обратно в картер. Давление в линии нагнетания ограничивается с помощью предохранительного клапана, который при превышении давления сверх установленного открывается и перепускает часть масла через линию дренажа в картер. Система смазки оснащена двумя манометрами для контроля давления масла и состояния фильтра тонкой очистки.

Система смазки плунжеров включает масляный бак, устанавливаемый, например, над насосом; закрепленный на крышке подшипника приводной части шестеренный насос с приводом через мультипликатор от коренного вала; предохранительный клапан; коллектор с обратным клапаном и игольчатыми кранами вентильного типа; всасывающий и нагнетательные трубопроводы, смонтированные на приводной и гидравлической частях насоса. Коллектор распределяет смазку на плунжеры, расход которой регулируется игольчатыми кранами. При превышении давления в системе выше допустимого часть смазки перепускается в масляный бак.

Читайте также:  Опель зафира 2008 год замена топливного насоса

Таблица 2

Показатели Шифр плунжерного насоса
НТП-800 НТП-630 НТП-500 НТП-300 НТП-175 НТП-75
Наибольшая мощность, кВт (л. с.):
потребляемая
полезная (при 90%-ной механической и 100%-ной объемной эффективности)		 588(800)

50(68)
Наибольшее давление, МПа 80 70 70 70 50 5
Наибольшая идеальная подача, м 3 /ч (дм 3 /с) 182(50,8) 182(50,8) 182(50,8) 166(46,1) 124(34,5) 72 (20,0)
Идеальная подача при давлении 32 МПа, м 3 /ч (дм 3 /с) 60,4(16,8) 47,5(13,2) 37,9(10,5) 22,6(6,3) 12,9(3,6) –
Диаметр плунжера, мм 100; 110; 125; 140 100; 110; 125; 140 100; 110; 125; 140 90; 100; 110; 125; 140 90; 100; 110; 125; 140 110; 125
Наибольшее усилие на плунжер, кН 628 549 549 493 318 47,5
Габариты, мм:
длина
ширина
высота		 1935
1000
860		 1935
1000
860		 1935
1000
860		 1905
960
860		 1770
960
810		 1150
700
685
Средний ресурс до капитального ремонта, ч 2000 2500 3000 3500 4000 1000
Масса, кг 2550 2550 2550 2500 2050 620
удельная материалоемкость, кг/кВт (кг/л. с.) 4,8(3,5) 6,1(4,5) 7,7(5,7) 12,6(9,3) 17,6(13,0) 12,4(9,1)

При работе насоса коленчатый вал получает вращение от привода, например, дизельного силового агрегата типа и передает движение шатунам, приводящим в движение крейцкопфы, от которых движение через шток передается плунжерам. При ходе плунжеров назад перекачиваемая жидкая среда поступает через всасывающий коллектор и открытые всасывающие клапаны в рабочую полость гидроблока. При ходе плунжеров вперед эта жидкость при закрытых всасывающих клапанах вытесняется ими из рабочей полости гидроблока через открытые нагнетательные клапаны в нагнетательный коллектор.

Насосы и (см. табл. 2) по конструктивному исполнению аналогичны насосу а насос оснащен навесным редуктором с передаточным числом 4,5. В качестве привода этих насосов могут использоваться либо палубные силовые агрегаты типа СА, смонтированные на установок, либо тяговые силовые агрегаты типа ЯМЗ автошасси нефтегазопромысловых установок.

Рис. 2. Насос трехплунжерный НТП-175:

а — внешний вид;
б — продольный разрез;
7 — гидроблок;
2 — крышка;
3 — втулка нажимная;
4 — узел клапанный;
5 — пакет уплотнительный;
6 — плунжер в сборе;
7 — уплотнение штока;
8 — шток;
9 — система смазки;
10 — редуктор встроенный;
11 — станина;
12 — указатель уровня масла;
13 — вал эксцентриковый (коренной);
14 — вал трансмиссионный;
15 — шатун;
16 — крейцкопф;
17 — накладканаправляющая;
18 — винт нажимной;
19 — коллектор

Насос (рис. 2) в отличие от насосов описанной группы имеет гидравлическую часть, которая крепится задней привалочной плоскостью к лобовой плоскости предкрейцкопфной камеры станины посредством шпилек, ввернутых в тело клапанной коробки. Здесь используются универсальные клапанные узлы типа КПН упрощенной конструкции с жестко закрепленным к тарели затвора нижним направлением, нажимные втулки с боковыми отверстиями для крепления цилиндровых и клапанных крышек с манжетными уплотнителями, сборные плунжеры с длиной хода 160 мм и др. Клапанные узлы типа КПН, как и ранее описанные типа КПНШ, могут использоваться в отечественных и зарубежных поршневых и плунжерных насосах, шифры которых приведены в табл. 3.

Таблица 3

Показатели Тип универсального клапанного узла в кислотостойком исполнении
КПН-40/105К КПН-32/120К КПН-70/120К КПНШ-105/116К (посадочные размеры соответствуют клапанам по Std.7API №4) КПНШ-50/132К (посадочные размеры соответствуют клапанам по Std.7API №5)
Шифр насоса 9ТМ, 9МГр, НБ-125, НЦ-320, НПЦ-32 15Гр, ЗНП-32-50, СИН-34, СИН-46, СИН-32, НП-100, НП-160, 2НП-60К, НТП-63, НТП-75 4Р-700, Н-630, 14Т1, 14Т2, 14ТЗ, СИН-31, СИН-43, НП-200, 5НК-500, БМ-700, НТП-175 НП-1000, НП-1000К, НТП-8 НП-400К TWS-900LW, TWS-1300, НТП-630, НТП-500, НТП-300, 00, НТ-400, RR-500
Наибольшее давление, МПа 40 32 70 105 50
Диаметр затвора, мм 105 120 120 116 132

В приводной части насоса смонтированы сборный коренной вал с эксцентриками и встроенный редуктор шевронного типа с передаточным числом 5. Ось коренного вала имеет шлицевую поверхность, на которой установлены эксцентрики и зубчатые колеса. Опорные подшипники с коническими роликами вала размещены в съемных стаканах, установленных в гнезда больших бугелей станины. На эксцентрики напрессованы подшипники с цилиндрическими роликами, на которых зафиксированы большие головки шатунов.

Зубчатые колеса коренного вала входят в зацепление с шестернями трансмиссионного вала, который установлен на подшипниках с цилиндрическими роликами, размещенных в гнездах малых бугелей станины. Глухой конец трансмиссионного вала снабжен полумуфтой для привода через мультипликатор шестеренного насоса системы смазки. Смазка трущихся поверхностей насоса комбинированная: путем разбрызгивания и принудительная — осуществляется шестеренным насосом из общей масляной ванныкартера станины. Для контроля за давлением масла система оснащена манометром.

На рис. 3 показан насос для кратковременных работ с бескрейцкопфным приводом, сварной корпус которого включает гидроблок, всасывающий коллектор и станину.

Рис. 3. Насос трехплунжерный НТП-75:

а — внешний вид;
б — продольный разрез;
1 — гидроблок;
2 — крышка;
3 — узел клапанный;
4 — пакет уплотнительный;
5 — винт нажимной;
6 — группа;
7 — хомут;
8 — редуктор встроенный;
9 — масленка наливная;
10 — лапа;
11 — корпус;
12 — вал эксцентриковый;
13 — вал трансмиссионный;
14 — бачок сливной;
15 — коллектор

В гидроблоке установлены клапанные узлы типа КПН, упрощенной конструкции упоры пружин всасывающих клапанов, группы, уплотнительные пакеты плунжеров с нажимными винтами, цилиндровые и клапанные крышки с кольцевыми уплотнениями. В верхней части гидроблока расположен нагнетательный коллектор, с одной стороны которого установлена заглушка, а с другой — фланец для подсоединения нагнетательного трубопровода. В нижней части гидроблока находится всасывающий коллектор, рядом крепится сливной бачок, где собирается отработанная смазка вместе с продуктами износа плунжерной пары. В станине корпуса на подшипниках с коническими роликами установлены сборный коренной вал с эксцентриками и встроенный редуктор с косозубой передачей (передаточное число составляет 6,5). Коренной вал включает цилиндрическую ось со шпоночными пазами, эксцентрики и зубчатое колесо, которое сопряжено с шестерней трансмиссионного вала, установленного на подшипники с цилиндрическими роликами. На эксцентрики напрессованы шарикоподшипники с расположенными на них большими головками шатунов с крепежными фланцами для присоединения разъемными хомутами к малым головкам шатунов, находящихся внутри сборных плунжеров. Малые головки соединены пальцами через шарнирные подшипники скольжения с плунжерами, одновременно выполняющими функции крейцкопфов.

Смазка подшипников осуществляется шприцеванием консистентной смазки через а зубчатой пары — моторным маслом из наливной масленки (капельницы), расположенной на корпусе над зубчатым колесом.

Рассмотренный ряд насосов V поколения, созданный на основе изобретений, перечисленных в табл. 1, имноголетнего опыта разработчиков, по основным показателям не уступает лучшим зарубежным образцам, а по удельной материалоемкости превышает многие из них не менее чем на 3%. Испытания этих насосов подтвердили их повышенные долговечность и надежность. Ресурс сменных частей насосов и прежде всего плунжерных пар и клапанных узлов, предопределяющих наработку на отказ любых плунжерных насосов, значительно выше ресурса применяемых. С трехплунжерными насосами V поколения многие потребители впервые ознакомились на выставке «Сургутнефтегаз — 2002» (г. Сургут).

В настоящее время ОАО «Ижнефтемаш» осваивает промышленное производство нового многоцелевого мобильного комплекса оборудования для тампонажных работ, повышения нефтегазоотдачи пластов и интенсификации добычи углеводородов при строительстве и эксплуатации скважин на давление 80—105 МПа. В состав этих комплексов входят новые универсальные нефтегазопромысловые передвижные установки типа УН, УНБ и УНЦ, оснащенные насосами V поколения, новой высоконадежной запорно-предохранительной арматурой [б], новыми силовыми агрегатами типа СА-800 повышенного ресурса, освоенные на ФГУП «КГ Трансмаш» (г. Омск). Это обеспечивает высокую конкурентоспособность комплексов, существенное снижение себестоимости проведения технологических операций при минимальном числе единиц оборудования комплексов и максимальном коэффициенте использования насосных установок; позволяет повысить качество, надежность и безопасность проведения таких операций, решить проблему импорто-замещения при полном удовлетворении потребности внутреннего рынка и экспортных потребителей в продукции.

Список литературы

  1. Газаров Р. Е. Новый комплект оборудования для гидроразрыва пластов КО // Конверсия в машиностроении. 25—32.
  2. Новая блочная кустовая насосная станция Р. Е. Газаров, В. А. Терпунов, Ю. М. Авилкин и др. // Конверсия в машиностроении. -1999. -№6. -С. 77—81.
  3. Газаров Р. Е., Терпуиов В. А., Мелкумян С. А. Повышение долговечности плунжерных пар насосов передвижных нефтепромысловых установок // Химическое и нефтяное машиностроение. -1990. -№8. -С. 6—8.
  4. Газаров Р. Е., Гаджиев Р. И., Мелкумян С. А. К расчету энергетических потерь в плунжерных парах насосов нефтепромысловых установок // Химическое и нефтяное машиностроение. -1991. -№8. -С. 12—13.
  5. Газаров Р. Е, Заславский Ю. В. О передаточном механизме плунжерных насосов нефтепромысловых установок // Химическое и нефтяное машиностроение. -1994. -№11. -С. 26—28.
  6. Даутов Т. М., Газаров Р. Е. Новое поколение нефтегазопромысловой арматуры на давление 40 и 70 МПа производства ОАО «Ижнефтемаш»//Нефтяное хозяйство. -2002. -№7. -С. 128—131.

Журнал «Нефтепромысловое оборудование», 2003 г.

Источник статьи: http://www.neftemash.ru/press/42

➤ Adblock
detector