СПАРЕННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2019 года по МПК F04B23/04 F01B1/08 

Изобретение относится к области насосостроения и предназначена для перекачивания жидкостей, например, загрязненной воды, нефтепродуктов, нефтяных эмульсий и нагнетания в нефтяные пласты нефтепромысловых сточных вод.

Известен агрегат насосный, (Патент RU №48227, МПК G01R 27/08, Бюл. 27) содержащий, установленные на раме электродвигатель с трехплунжерным насосом, снабженным системой смазки и состоящим из механической и связанной с ней гидравлической частей, при этом механическая часть насоса включает редуктор с корпусом сварной конструкции и кривошипно-шатунный механизм, коленчатый вал которого, установлен в расточках корпуса насоса с возможностью вращения и связан посредством шатунов и ползунов со штоками, а гидравлическая часть включает гидравлическую коробку, на которой закреплены пневмокомпенсатор и клапан предохранительный, соединенную снизу через всасывающие клапаны с приемным коллектором, а сверху через нагнетательные клапаны - с нагнетательным коллектором, в трех полостях которой размещены плунжеры соединенные со штоками причем, корпус насоса выполнен в виде сварной конструкции, коленчатый вал кривошипно-шатунного механизма установлен на четырех опорах, а ползуны выполнены в форме цилиндра с усеченными боковыми поверхностями. Электродвигатель привода имеет мощность, по меньшей мере, равную 315 кВт, три опоры коленчатого вала снабжены однорядными радиальными подшипниками, а ближайшая к редуктору опора - двухрядным радиально сферическим роликовым подшипником. Насосный агрегат может содержать установленный на раме консольно-поворотный кран.

Недостатками известного устройства являются большая металлоемкость и масса агрегата, значительные габаритные размеры, большое энергопотребление, дополнительные подшипники на опорах кривошипно-шатунного механизма, отсутствие совмещенного с приводом от коленчатого вала редуктора насоса для подачи смазки, отсутствие системы охлаждения узлов агрегата, вследствие чего, невозможность эксплуатации в круглогодичном режиме закачки воды в системе поддержания пластового давления (ППД).

Наиболее близким к заявляемому устройству является насос трехплунжерный кривошипный Т-60-3Д1-М1 (http://baikal-uvd.ru/pump.html), предназначенный для процессов промывки технологического оборудования под высоким давлением и состоящий из приводной и гидравлической частей. Насосная установка, включающая корпуса станин, коленчатый вал, кривошипно-шатунный механизм с шестернями и ползунами, выполненный по шевронной схеме, пара ведущих шестерен выполнены за одно целое с приводным валом, опирающих на два подшипника, один электродвигатель установленный на едином основании с насосными агрегатами, системой смазки трущихся поверхностей узлов, не менее двух гидравлических частей содержащих корпуса с картером и гидравлические коробки, на которой закреплены предохранительные клапана, соединенные через всасывающие клапаны с приемным коллектором, причем в корпусе гидравлической части выполнены каналы, образующие, проточные полости высокого и низкого давления, гнезда для размещения всасывающих и нагнетательных поджатых пружинами к седлам клапанов, установленных в проставке и запорной коробке.

Приводная часть предназначена для преобразования вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение плунжеров, смонтирована в станине, представляет собой одноступенчатое косозубое зацепление, выполненное по шевронной схеме. Пара ведущих шестерен выполнены за одно целое с приводным валом, установленным в корпусе станины на двух подшипниках. Ведомые шестерни напрессованы на шейке коленчатого вала, устанавливаемого в боковых гнездах станины на двух подшипниках. Внутренняя полость станицы закрывается крышкой. Шатуны имеют в большой головке, закрепляемой на шейке коленчатого вала, вкладыши, а в малой головке, соединенной с ползуном, пальцем -втулки из антифрикционного материала. Направляющие ползунов, гильзы, фиксируются от смещения с помощью шайб, закрепленных болтами. Выходные отверстия ползунов закрываются со стороны гидравлической части крышками с манжетами, герметизирующими внутреннюю полость станины. Смазка трущихся поверхностей привода осуществляется индустриальным маслом ТАТ-17 ГОСТ 20799, заливаемым в количестве 15 л через отверстие, закрываемое сапуном. Шейки коленчатого вала, шатунные пальцы и ползуны смазываются под давлением, нагнетаемым масляным насосом по трубопроводу и каналам, выполненным в коленчатом валу, шатуне и корпусе привода. Забор масла насосом производится из картера станины через фильтр и радиатор масляный. Насос масляный шестеренного типа совмещен в одно целое с редуктором насоса и состоит из следующих основных частей: крышки, корпуса, ведущей шестерни, вращаемой коленчатым валом и ведомой шестерни. В корпусе размещены: редукционный клапан, состоящий из пробки, пружины и шарика, а также всасывающая и нагнетательная камеры.

Недостатками известного устройства являются небольшая производительность насосного агрегата, низкий КПД, большое энергопотребление, отсутствие независимой системы охлаждения масла и плунжеров, что не позволяет использовать насос в целях нагнетания большого объема нефтепромысловых сточных вод в нефтяные пласты круглогодичном режиме эксплуатации.

Технической задачей предполагаемого изобретения является увеличения расхода (объема) закачиваемой жидкости, сокращение энергопотребления на закачку воды в нагнетательные скважины, увеличение КПД насосной установки, снижение металлоемкости конструкции и коммуникаций КНС, минимизация времени на обслуживание.

Техническая задача решается спаренными насосными агрегатами, включающими корпуса станин, две приводные части, один электродвигатель с двойным выходом вала, установленный на едином основании с насосными агрегатами, системой смазки трущихся поверхностей, двух гидравлических частей содержащих корпуса с картером и гидравлические коробки, на которой закреплены предохранительные клапана, соединенную через всасывающие клапаны с приемным коллектором, причем в корпусе гидравлической части выполнены каналы, образующие, проточные полости высокого и низкого давления, а так же гнезда для размещения всасывающих и нагнетательных поджатых пружинами к седлам клапанов, установленных в проставке и коробке запорной соответственно, при этом приводная часть, предназначенная для преобразования вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение плунжеров при помощи кривошипно-шатунного механизма, шестерен и ползунов и изготовленная в виде одноступенчатого косозубого зацепления шестерен, выполненного по шевронной схеме, причем пара ведущих шестерен выполнены за одно целое с приводным валом, установленном в корпусе станины на двух подшипниках, а ведомые шестерни напрессованы на шейке коленчатого вала, устанавливаемого в боковых гнездах станины.

Новым является то, что изменена система привода насосной установки, применив один электродвигатель с двусторонним выходом вала на два спаренных плунжерных насосных агрегата производительностью 500 м³/сут. смонтированных на едином основании, а так же изменение конструкции независимой системы охлаждения масла и плунжеров.

На фиг. 1 изображен общий вид спаренной насосной установки, смонтированного на едином основании; на фиг. 2 - общий вид с верху, спаренной насосной установки; на фиг. 3 - насосные установки в разрезе с системой охлаждения; на фиг. 4 - система охлаждения масла; на фиг. 5 - насос масляный в разрезе; на фиг. 6 - клапанный узел.

Спаренная насосная установка состоит из двух спаренных плунжерных насосных агрегатов и одного электродвигателя. Плунжерный насосный агрегат состоит из приводной и гидравлической частей. Гидравлическая часть - насос состоит из корпуса 1 (фиг. 3), клапанных узлов 2, уплотнительных элементов 3, присоединительных патрубков 4 (фиг. 1) и приборов контроля давления 5 (фиг. 1), предохранительного клапана 6 (фиг. 3) и регулировочного клапана давления 7 (фиг. 1). Приводная часть - редуктор предназначена для преобразования вращательного движения коленчатого вала 8 (фиг. 3) в возвратно-поступательное движение плунжеров 9, смонтирована на раме 10 (фиг. 1), представляет собой одноступенчатое косозубое зацепление, выполненное по шевронной схеме (на фиг. 3 показано условно). Выполненные за одно целое с приводным валом 11 (фиг. 3) пара ведущих шестерен 12. Причем вал 11 установлен в станине редуктора на двух подшипниках 13 (фиг. 3). Для большей задержки масла и разбрызгивания на трущиеся детали кривошипно-шатунного механизма, в шестернях 12 и ползунах 14 сделаны канавки 15. Ведомые шестерни напрессованы на шейке коленчатого вала 8 (фиг. 3), устанавливаемого в боковых гнездах (на фиг. 1 и 3 не показаны) станины на двух подшипниках (на фиг. 1 и 3 не показаны). Два насосных агрегата смонтированы на едином основании - раме 10 (фиг. 1) с одним электродвигателем 16, редукторами 17 (фиг. 3), гидроблоками 18 (фиг. 1), системой смазки 19 (фиг. 1), системой охлаждения масла 20 (фиг. 3), приборами контроля давления 5 (фиг. 1). Система охлаждения масла 20 состоит из приемного трубопровода 21, двух охлаждающих радиаторов 22 и трубопроводов 23. Принцип работы системы охлаждения масла - прямоточный. Источник прямоточной системы охлаждения охлаждающей жидкости, проточная (закачиваемая) вода. Из приемного трубопровода 21 закачиваемая вода протекает по трубопроводам 23 через охлаждающие радиаторы 22, в котором по встроенной внутри трубке 24, протекает под давлением проточная (закачиваемая) вода. Протекая по внутренней трубе 24 вода охлаждает масло, которое циркулирует с помощью масляного насоса (фиг. 5) по внешнему пространству радиатора 22 и далее вода поступает в гидравлическую часть. На внешней поверхности трубы 24 расположены дополнительные пластины 25 (фиг. 4), представляющие собой ребра, предназначенные для большего теплообмена. Принцип системы охлаждения плунжера 9 - принудительно циркуляционный. Источник охлаждающей жидкости емкость 26 объемом 1-3 м³ с охлаждающей жидкостью (например: пресная вода, соленая вода, антифриз, тосол и т.п.). Циркуляционный насос 27 прокачивает охлаждающую жидкость из емкости 26 по трубопроводам 28, через корпус сальника плунжера 29. Система обеспечивает последовательное охлаждение одновременно плунжеров двух насосов охлаждающей жидкостью из емкости 26 по трубопроводам 28.

Спаренная насосная установка работает следующим образом.

В системе управления включают электродвигатель 16 (фиг. 1) с двойным выходом вала. Вращение вала электродвигателя 16 одновременно и независимо передается через упругие втулочно-пальцевые муфты 29 (фиг. 2) на каждый насос высокого давления Т-60-3Д-М1. Вращением втулочно-пальцевых муфт передается на ведущие шестерни 12 (фиг. 3) с приводными валами 11 редукторов. Ведущие шестерни 12 преобразуют вращательное движение коленчатого вала 8 в возвратно-поступательное движение ползунов 14, которые в свою очередь приводят в поступательное движение плунжера 9. Далее плунжера 9, которые двигаются в корпусах 1 гидравлических частей, всасывают жидкость из одного приемного трубопровода 21 (фиг. 1) путем открытия впускных клапанов 30 (фиг. 6) клапанного узла. Клапанный узел представляет собой корпус 31 (фиг. 6), в котором под действием пружин 32 движутся впускной клапан 30 и нагнетательный клапан 33, которые при работе перекрывают входные отверстия седел 34. После наполнения жидкости полости гидравлического блока под давлением через клапанные узлы 2 (фиг. 3) с уплотнительными элементами 3 и приборами контроля давления 5 (фиг 1) из присоединительного патрубка впускной клапан 30 закрывается. Под действием силы плунжера 9 открывается нагнетательный клапан 33 и нагнетаемая жидкость перетекает в нагнетаемый трубопровод - другой присоединительный патрубок 4 (фиг. 1). В корпусе 35 (фиг. 5) масляного насоса размещены: редукционный клапан 36, состоящий из пробки 37, пружины 38 и шарика 39. Поддержание и регулировка давления в гидравлическом блоке 18 (фиг. 1) осуществляют предохранительным клапаном 6 (фиг. 3) и регулировочным клапаном давления 7 (фиг. 1) соответственно. Каждый из трех плунжеров 9 (фиг. 3) одного насоса совершает аналогичные выше описанные операции. При включении электродвигателя 16 (фиг. 1) вращательный момент от коленчатого вала 8 (фиг. 3) передается на привод масляного насоса каждого агрегата. Масло из системы смазки 20 всасывается вращением двух шестерен 40 из картера редуктора 17 и перекачиванием через радиатор масляный 22 нагнетается под давлением в каналы редуктора 17, где разбрызгивается на трущиеся детали кривошипно-шатунного механизма, шестерни 12 и ползуны 14 в которых сделаны канавки 15 для большей задержки масла. Регулирование давления масла в системе осуществляется с помощью шарика 39 (фиг. 5) в редукционном клапане 36. Шарик 39 прижимается пружиной 38 и закрывается пробкой 37. Одновременно с электродвигателем 16 (фиг. 1) запускается циркуляционный насос 27 (фиг. 3) системы охлаждения 20 плунжеров 9. Охлаждающая жидкость из емкости 26 нагнетается насосом 27 через корпус сальника плунжера 29 и далее возвращается обратно в емкость 26. Из приемного трубопровода 21 закачиваемая вода протекает по трубопроводу 23 через охлаждающий радиатор 22, в котором по встроенной внутри трубке 24, протекает под давлением проточная (закачиваемая) вода. Протекая по внутренней трубе 24 вода охлаждает масло, которое циркулирует с помощью масляного насоса (фиг. 5) по внешнему пространству радиатора 22 и далее вода поступает в гидравлическую часть. Масло охлаждается и поступает в картер редуктора 17 уже охлажденным.

Заявляемая спаренная насосная установка может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий. Применяется в сфере нефтедобычи при процессах нагнетания нефтепромысловых сточных вод в системе поддержания пластового давления.

Предлагаемая спаренная насосная установка позволяет обеспечить круглогодичный режим работы, увеличить КПД установки увеличением объема закачки, снижением затрат на энергопотребление и низкой металлоемкостью. Охлаждение и смазывание всех корпусов, деталей узлов агрегатов за счет большего теплообмена масла и прокачиваемой среды.

Изобретение относится к области насосостроения и предназначено для перекачивания жидкостей, например загрязненной воды, нефтепродуктов, нефтяных эмульсий, и нагнетания в нефтяные пласты нефтепромысловых сточных вод. Установка включает корпуса станин, коленчатый вал, кривошипно-шатунный механизм с шестернями и ползунами, выполненный по шевронной схеме. Пара ведущих шестерен выполнена за одно целое с приводным валом, опирающимся на два подшипника. Электродвигатель с выходом вала установлен на едином основании с насосным агрегатом. Содержит систему смазки трущихся поверхностей узлов, гидравлических частей, содержащих корпуса с картером и гидравлические коробки, на которых закреплены предохранительные клапаны, соединенные через всасывающие клапаны с приемным коллектором. В корпусе гидравлической части выполнены каналы, образующие проточные полости высокого и низкого давления, гнезда для размещения всасывающих и нагнетательных поджатых пружинами к седлам клапанов, установленных в проставке и запорной коробке. Корпуса станин снабжены двумя приводными частями с коленчатым валом, а вал установлен в корпусе с двойным выходом, каждый из которых соединен с соответствующим насосным агрегатом, смонтированными на одном основании и соединенными соответствующими приводными валами соосно через упругие втулочно-пальцевые муфты с валом электродвигателя. Увеличиваются эксплуатационные характеристики, снижается металлоемкость, уменьшаются габаритные размеры, снижается энергопотребление и упрощается обслуживание при эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Спаренная насосная установка, включающая корпуса станин, коленчатый вал, кривошипно-шатунный механизм с шестернями и ползунами, выполненный по шевронной схеме, пара ведущих шестерен выполнены за одно целое с приводным валом, опирающимся на два подшипника, один электродвигатель с выходом вала, установленный на едином основании с насосным агрегатом, системой смазки трущихся поверхностей узлов, гидравлических частей, содержащих корпуса с картером и гидравлические коробки, на которой закреплены предохранительные клапаны, соединенные через всасывающие клапаны с приемным коллектором, причем в корпусе гидравлической части выполнены каналы, образующие проточные полости высокого и низкого давления, гнезда для размещения всасывающих и нагнетательных поджатых пружинами к седлам клапанов, установленных в проставке и запорной коробке, отличающаяся тем, что корпуса станин снабжены двумя приводными частями с коленчатым валом, а вал установлен в корпусе с двойным выходом, каждый из которых соединен с соответствующим насосным агрегатом, смонтированными на одном основании и соединенными соответствующими приводными валами соосно через упругие втулочно-пальцевые муфты с валом электродвигателя.

2. Спаренная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что система охлаждения выполнена в виде двух независимых контурных схем охлаждения масла и плунжеров каждого насоса, снабженного наружным радиатором для охлаждения протекающего охлаждающего и смазывающего масла.