ПНЕВМОКОМПЕНСАТОРЫ

Показатели надежности насосов

Вид насоса.............................................. двухпоршневой дву- Трехпоршневой стороннего действия одностороннего действия

.................................................................. (У8-6МА2;,У8-7МА2) (УНТБ-950)

Средняя наработка насоса на отказ, ч 11,5 18,0

Среднее времявосстановления, ч 2,5 0,7
Относительные ресурсы:

поршня .................................................. ...................... 1 1

цилиндровой втулки ............................................. 1,8 2,4

нагнетательного клапана 3,2 4,5

всасывающего клапана .... 3,2 4,5

штока с уплотнением................................................. 1.5 —

Коэффициент готовности .............................................. 0,93 0,97

Стоимость 1 ч работы насоса по затратам

на сменные детали, руб. ... 3,4 1,7

В табл. 13.1 приведена техническая характеристика отечественных буровых насосов.

 

 

ПНЕВМОКОМПЕНСАТОРЫ

Пневмокомпенсаторы служат для выравнивания пульсаций давления, вызываемых колебаниями подачи жидкости из-за неравномерной скорости поршней в насосах.

Пневмокомпспсатор представляет собой закрытый сосуд, заполняемый сжатым воздухом либо азотом. При подаче жидкости объем газа в нем уменьшается и в результате этого начальное давление газа возрастает до рабочего давления насоса. При работе насоса объем газа в пневмокомпенсаторе периодически изменяется в пределах изменения подачи насоса за один двойной ход.

Колебание давления газа характеризуется коэффициентом неравномерности давления, значения которого при изотермическом изменении состояния газа определяются из выражения

(13.1)

где —изменение с объема газа вследствие неравномерной подачи насоса за один двойной ход; р_ср— среднее давление газа при работе насоса; — объем газа при начальном давлении; р₀ — давление предварительно закачиваемого газа, принимаемое за начальное.

При работе насоса начальный объем газа в пневмокомпенсаторе изменяется обратно пропорционально давлению:

V₀р₀=V_minp_max=V_maxp_min=V_срр_ср

гдеV_min и V_max—объемы газа при периодическом изменении рабочего давления от р_maxдо p_min; V_ср— средний объем газа при pa6oтe насоса; р_ср — среднее рабочее давление насоса. Изменение объема газа в пневмокомпенсаторе

где — изменение подачи насоса за один двойной ход

Отношение в процессе работы насоса в заданном режиме остается постоянной величиной. Из этого следует, что, согласно формуле (13.1), неравномерность давления пневмокомпенсатора можно регулировать давлением закачиваемого газа, определяющим энергоемкость пневмокомпенсатора: .

В зависимости от предельных давлений, определяемых мощностью и подачей насоса, начальное давление в пневмокомпенсаторе устанавливается в диапазоне: 0,25р'<р_о<0,8р", где р' и р" — предельное давление соответственно при минимальной (наименьшем диаметре сменных втулок) и максимальной (наибольшем диаметре сменных втулок) подаче.

Давление в пневмокомпенсаторе стабилизируется по мере приближения начального давления газа к рабочему давлению наcoca. При этом достигается максимально возможное выравнивание пульсаций давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.

Для предохранения газа от утечек и растворения в прокачиваемой жидкости пневмокомпенсаторы снабжаются разделителем диафрагменного либо поршневого типа.

Диафрагменный компенсатор(рис. 13.5), широко используемый в отечественной и зарубежной практике бурения, состоит из толстостенного сферического корпуса 9, крышки 5, штуцера 2 и эластичной диафрагмы 7. Корпус изготовляется из стального литья и после механической обработки имеет гладкую внутреннюю поверхность. Для такелажирования при монтаже и ремонте корпус снабжается проушинами. При одинаковой энергоемкости сферическая форма его по сравнению с цилиндрической придает пневмокомпенсатору компактность, при этом масса его меньше.

Диафрагма 7, отделяющая верхнюю газовую полость от жидкости, поступающей через штуцер, имеет сферическую форму с горловиной, уплотняемой в проточках корпуса и крышки 5. Крышка затягивается шпильками, ввернутыми в корпус. Диафрагма изготовляется из прорезиненной ткани и при полной разрядке пневмокомпенсатора плавно прилегает к внутренней его поверхности. Образование складок и деформирование диафрагмы при этом нежелательны вследствие возможной потери эластичности, особенно в условиях низкой температуры.

Отверстие Бпневмокомпенсатора перекрывается конусным утолщением диафрагмы. Металлическая шайба 8 и диск 6 из прорезиненной ткани устраняют возможность выдавливания диафрагмы в отверстие штуцера 2 и способствуют плотному прилеганию конуса диафрагмы к штуцеру при вытеснении жидкости из пневмокомпенсатора во время остановок насоса. На крышке установлен угловой вентиль 3 для зарядки пневмокомпенсатора сжатым газом. Пневмокомпенсаторы заряжаются воздухом, нагнетаемым компрессором высокого давления либо азотом, доставляемым в баллонах.

Давление газа контролируется манометром 4, снабженным вентилем. Манометр включается с помощью вентиля перед пуском насоса для контроля начального давления в пневмокамере. При работе насоса вентиль закрывается, поэтому манометр предохраняется от преждевременных поломок, вызываемых пульсацией давления в пневмокамере. Из насоса жидкость поступает в пневмокомпенсатор через штуцер 2, затягиваемый шпильками 10, которые одновременно служат для крепления пневмокомпенсатора к фланцу 1 нагнетательного коллектора насоса.

Долговечность диафрагмы зависит от объемов газа и жидкости при работе насоса, определяемых отношением начального и рабочего давлений в пневмокомпенсаторе. При сравнительно небольших начальных давлениях плоскость перегиба под действием рабочих давлений смещается к верхним сечениям корпуса имеющий по сравнению со средним сечением меньшую площадь. В результате этого увеличивается изгиб и амплитуда напряжений в деформированных сечениях диафрагмы, вызывающие снижение срока ее службы. При больших начальных давлениях плоскость перегиба смещается вниз и возникает опасность повреждения диафрагмы от соударений с днищем корпуса. Для устранения этого требуется своевременное регулирование начального давления.

В буровых насосах используются диафрагменные пневмокомпенсаторы ПК-70-320, геометрические объемы которых 70 дм³, а предельное давление соответственно 25 и 32 МПа.

Поршневой пневмокомпенсатор(рис 13.6) устанавливается на фланцах 1 и состоит цилиндрического полого корпуса 3, втулки 12 и поршня 13. корпус присоединяется к нагнетательному коллектору 2 через промежуточный фланцевый патрубок 17 и закрывается крышкой 10. втулка 12 посредством наружного буртика крепится в кольцевых проточках сопрягаемых торцов корпуса и патрубка 17. Между втулкой и корпусом образуется кольцевая полость В, сообщающаяся с надпоршневой полостью Е втулки. Полости В и Е служат для закачки газа и герметизируются резиновыми кольцами 11, предохраняющими газ от наружных утечек через стыки в соединениях корпуса с крышкой 10 и патрубком 17.

Поршень 13 перемещается вдоль втулки и отделяет газовую полость пневмокомпенсатора от жидкости, поступающей в подпоршневую полость Д втулки 12 через буферное устройство.

 

 

Рис. 13.5 Сферический компенсатор.

 

 

Рис. 13.6 Пневматический поршневой компенсатор.

 

Последнее служит для смягчения ударов поршня и состоит из штуцера 14 с центральным и боковыми проходными отверстиями, резинового амортизатора 15 и металлического кольца 18, удерживаемых в рабочем положении обоймой 16. Распределительный кран 6, бронированный шланг 4 и вентиль 9 служат для заполнения пневмокомпенсатора газом, начальное давление которого контролируется манометром 5.

Конструктивная емкость поршневого пневмокомпенсатора, ограничиваемая практически приемлемыми размерами поршня и втулки, составляет 15 дм³. Для более эффективного гашения пульсаций на нагнетательном коллекторе 2 буровых насосов устанавливают три или четыре параллельно работающих поршневых пневмокомпенсатора. Разъемные детали его закрепляются резьбовыми шпильками. При срабатывании предохранительного клапана 7 жидкость направляется по патрубку 8 в приемные емкости насоса.

Поршневые пневмокомпенсаторы менее чувствительны к перепадам давления в нагнетательной линии, так как долговечность поршня не зависит от его положения в цилиндровой втулке. По данным сравнительных испытаний, срок службы поршней больше, чем диафрагм. Энергоемкость поршневых пневмокомпенсаторов, определяющая степень неравномерности давления, повышается за счет более высоких начальных давлений и числа пневмокомпенсаторов; легко объединяемых в одну группу. Указанные преимущества поршневых пневмокомпенсаторов имеют важное значение при бурении глубоких скважин и давлениях промывочной жидкости, изменяющихся в широком диапазоне.

Недостаток поршневых пневмокомпенсаторов — наличие сил трения между поршнем и цилиндровой втулкой, что вызывает износ трущихся поверхностей и потерю давления. При значительной массе и больших ускорениях поршня возможны его колебания в упругой газовой полости, которые способны вызвать усталостные разрушения узлов и деталей пневмокомпенсатора. К недостаткам следует также отнести возможность утечки газа из-за промерзания манжет при длительных остановках насоса в зимнее время.