НАСОС БУРОВОЙ ТРЕХПОРШНЕВОЙ ОДНОСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2020 года по МПК F04B19/22 

Изобретение относится к области бурового оборудования, а именно, к поршневым буровым насосам и может быть использовано в составе насосных буровых установок для нагнетания различных технологических жидкостей в скважину.

Известен насос буровой трехпоршневой одностороннего действия, содержащий корпус, приводную и гидравлическую части, систему смазки узлов трения приводной части, систему смазки и охлаждения поршневой группы, предохранительную и контрольную аппаратуру, в котором приводная часть содержит приводной вал и кривошипно-ползунный механизм, а гидравлическая часть состоит из трех гидрокоробок с цилиндровыми втулками и расположенными в них поршнями, связанными штоками с приводной частью и образующими три камеры с всасывающим и нагнетательным клапанами в каждой из них, взаимосвязанными с всасывающим и напорным манифольдами, при этом приводной вал выполнен в виде вала-шестерни с унифицированными концами, передающего вращение на кривошипно-ползунный механизм посредством шевронной передачи, всасывающий и нагнетательный клапаны расположены соосно в камере гидрокоробки [1]. Недостатком известной конструкции является низкие надежность и технологичность элементов поршневой группы гидрокоробок. Так конструкция не обеспечивает возможность быстрой замены цилиндровых втулок. Конструктивно сложна система подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону пары втулка-поршень. Быстро изнашиваются шток поршня и шток ползуна в узле их сопряжения.

Задачей изобретения является повышение надежности и технологичности элементов поршневой группы насоса бурового трехпоршневого одностороннего действия.

Поставленная задача достигается тем, что насос буровой трехпоршневой одностороннего действия, содержит приводную часть с системой смазки узлов трения и гидравлическую часть с системой смазки и охлаждения поршневой группы, предохранительную и контрольную аппаратуру, при этом приводная часть содержит приводной вал и кривошипно-ползунный механизм, а гидравлическая часть содержит три гидрокоробки, взаимосвязанные с всасывающим и напорным манифольдами, каждая из которых содержит, соединенные ступенчато коробку (2) со всасывающим клапаном и коробку (4) с нагнетательным клапаном, оборудованные цилиндровыми втулками и расположенными в них поршнями, связанными штоками с приводной частью, а приводной вал выполнен в виде вала-шестерни с унифицированными концами, передающего вращение на кривошипно-ползунный механизм посредством зубчатой передачи, при этом цилиндровые втулки включают направляющие втулки и запрессованные в них гильзы из износостойкого металла и крепятся в корпусах (14) с помощью разъемных хомутов (31) с кольцевыми буртиками со скосом на внутренней стороне, охватывающих ответные кольцевые буртики со скосом, выполненные на наружных поверхностях корпусов (14) цилиндровых втулок и нажимных фланцев, установленных на выступающей из корпуса (14) части цилиндровых втулок, при этом коробки (4) с нагнетательным клапаном и корпусы (14) закреплены с помощью резьбовых соединений, соответственно на внешней и внутренней сторонах лобовой части корпуса насоса, выполненной в виде плоской станины; крепление штока (17) поршня к штоку (29) ползуна осуществляется посредством вставки цилиндрической формы с расширением в торцевой части со стороны штока (29) ползуна, жестко и соосно закрепленной одним концом на торце штока (17) поршня с помощью резьбовой шпильки, установленной по оси сопрягаемых деталей, а другим концом закрепленной на конце штока (29) ползуна с помощью разъемного хомута (34) с кольцевыми буртиками на внутренней стороне, приспособленными для охвата конической поверхности расширяющейся торцевой части вставки и заплечника кольцевой проточки штока (29) ползуна, при этом между вставкой и штоком (29) ползуна установлен вкладыш, выполненный в виде шарового сегмента, обращенного плоской поверхностью к штоку (29) ползуна, а выпуклой - к вогнутой торцевой поверхности вставки, приспособленной для размещения в ней выпуклой части вкладыша таким образом, чтобы в процессе работы насоса силовой контакт вставки и штока (29) осуществлялся через вкладыш.

Частным случаем конструктивного исполнения устройства является то, что система смазки и охлаждения каждой поршневой группы включает гибкий шланг, подсоединенный одним концом к напорной линии подачи смазочно-охлаждающей жидкости, а другим - к приемному штуцеру канала, выполненного в корпусе разъемного хомута (34), в выходное отверстие которого установлена труба (23) с герметизирующей прокладкой, другой конец которой установлен в приемное отверстие кольца гидрозатвора, установленного на штоке (17) поршня вплотную к поршню, при этом кольцо гидрозатвора выполнено с кольцевым уступом, образующим совместно с торцевой поверхностью поршня кольцевую канавку, приспособленную для разбрызгивания смазочно-охлаждающей жидкости на внутреннюю поверхность цилиндровой втулки, соединенную радиально расположенной канавкой с приемным отверстием кольца гидрозатвора, при этом труба (23) прижимается к выходному отверстию канала, выполненного в корпусе разъемного хомута (34), за счет усилия сжатой пружины, установленной на трубе (23) и упирающейся одним концом в кольцо гидрозатвора, а другим в упорную втулку, закрепленную на трубе (23).

Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен общий вид насоса бурового; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг 2; на фиг. 4 - узел В на фиг. 3; на фиг. 5 - узел Г на фиг. 4.

Насос буровой состоит из двух основных функционально связанных между собой частей: гидравлической части и приводной части.

Гидравлическая часть включает: три гидрокоробки 1, которые содержат, размещенные попарно, ступенчато коробки 2 со всасывающим клапаном 3 и коробки 4 с нагнетательным клапаном 5; всасывающий манифольд, взаимосвязанный с коробками 2, состоящий из всасывающего коллектора 6 и двух пневмокомпенсаторов 7; нагнетательный манифольд, взаимосвязанный с коробками 4, состоящий из нагнетательного коллектора 8, пневмокомпенсатора 9 и предохранительного клапана 10; цилиндропоршневую группу, включающую три цилиндровые втулки 11, состоящие из направляющих втулок 12 с запрессованными в них гильзами 13, которые установлены в корпусы 14, а также поршни 15, кольца 16 гидрозатворов, штоки 17 и вставки 18; систему смазки и охлаждения цилиндро-поршневой группы, включающую емкость 19 со смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ), насос 20, напорную линию 21, гибкие напорные шланги 22, трубы 23, подводящие СОЖ к кольцам 16 гидрозатвора.

Приводная часть включает: корпус 24 в сборе с узлами системы смазки узлов трения, кривошипно-ползунный механизм 25 с тремя ползунами 26, трансмиссионный вал 27, шкив 28. На ползунах 26 закреплены штоки 29.

Коробки 2 закреплены на коробках 4 с помощью резьбовых соединений. Коробки 4 и корпусы 14 закреплены с помощью резьбовых соединений, соответственно, на внешней и внутренней стороне лобовой части 39 корпуса 24 насоса, выполненной в виде плоской станины. Цилиндровые втулки 11 вставлены в корпусы 14 до упора в опорные втулки 30, установленные в корпусах 14, и крепятся в них с помощью хомутов 31 (с кольцевыми буртиками со скосом на внутренней стороне), охватывающих ответные кольцевые буртики со скосом, выполненные на наружных поверхностях корпусов 14 и нажимных фланцев 32, установленных на выступающей из корпуса 14 части цилиндровых втулок 11.

Крепление штоков 17 поршней 15 к штокам 29 ползунов 26 осуществляется посредством вставок 18 цилиндрической формы с расширением в торцевой части со стороны штоков 29, жестко и соосно закрепленных одним концом на торцах штоков 17 с помощью резьбовых шпилек 33, установленных по оси сопрягаемых деталей, а другим концом закрепленных на концах штоков 29 с помощью разъемного хомута 34 с кольцевыми буртиками на внутренней стороне, приспособленными для охвата конических поверхностей расширяющейся торцевой части вставок 18 и заплечников кольцевой проточки штоков 29. Между вставкой 18 и штоком 29 установлен вкладыш 35, выполненный в виде шарового сегмента, обращенного плоской поверхностью к штоку 29, а выпуклой - к вогнутой торцевой поверхности вставки 18, приспособленной для размещения в ней выпуклой части вкладыша 35 таким образом, чтобы в процессе работы насоса силовой контакт вставки 18 и штока 29 осуществлялся через вкладыш 35.

Гибкие напорные шланги 22 подсоединены одним концом к напорной линии 21 подачи смазочно-охлаждающей жидкости, а другим - к приемным штуцерам каналов, выполненных в корпусе разъемных хомутов 34, в выходные отверстия которых установлены трубы 23 с герметизирующей прокладкой, другой конец которых установлен в приемное отверстие колец 16 гидрозатвора, установленных на штоках 17 вплотную к поршням 15. Кольца 16 гидрозатвора выполнены с кольцевым уступом, образующим совместно с торцевой поверхностью поршня 15 кольцевую канавку, приспособленную для разбрызгивания смазочно-охлаждающей жидкости на внутреннюю поверхность цилиндровой втулки 11, при этом указанная кольцевая канавка соединена другой радиально расположенной канавкой с приемным отверстием кольца 16 гидрозатвора. Трубы 23 прижимаются к выходным отверстиям каналов, выполненных в корпусе разъемных хомутов 34, за счет усилия постоянно сжатых пружин 36, установленных на трубах 23 с упором одним концом в кольцо гидрозатвора, а другим - в упорную втулку 37, закрепленную на трубе 23.

Для механизации ремонтных работ на корпусе 24 установлен консольно-поворотный кран 38.

Насос буровой работает следующим образом.

Трансмиссионный вал 27 со шкивом 28 через ременную передачу получает вращение от привода и через зубчатую пару передает момент вращения кривошипному валу кривошипно-ползунного механизма 25. Шатунными механизмами вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней 15. Поршни 15, перемещаясь в цилиндровых втулках 11, совершают поочередно такт всасывания и нагнетания. При такте всасывания всасывающие клапаны 3 открываются, а нагнетательные клапаны 5 закрыты. При такте нагнетания нагнетательные клапаны 5 открываются, а всасывающие клапаны 3 закрыты, при этом потоки выходящей жидкости суммируются в нагнетательном коллекторе 8. Пульсации давления в всасывающем коллекторе 6 и в нагнетательном коллекторе 8 сглаживаются пневмокомпенсаторами 7 и 9.

СОЖ под давлением поступает от насоса 20 в напорную линию 21, а из нее по шлангам 22 - в каналы разъемных хомутов 34, и далее по трубам 23 поступает в канавки кольца 16 гидрозатвора, где разбрызгивается на стенки цилиндровой втулки 11, охлаждая ее, предотвращая попадание воздуха в полость цилиндровой втулки 11, а также смывая с ее внутренней поверхности абразивные частицы. При необходимости демонтаж трубы 23 производится путем приложения к ней осевого усилия, направленного в сторону поршня 15, преодолевая сопротивление пружины 36 и перемещая трубу 23 в глубь приемного отверстия кольца 16 гидрозатвора до момента выхода трубы 23 из выходного отверстия хомута 34, после чего труба 23 вынимается из входного отверстия кольца 16 и удаляется вместе с пружиной 36 и упорной втулкой 37. Установка трубы 23 производится в обратном порядке.

Предлагаемая конструкция устройства имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- применение гильзы 13 из износостойкого металла в конструкции цилиндровых втулок 11 позволило существенно повысить износостойкость этих втулок и, соответственно, ресурс работы этой быстроизнашивающейся детали;

- соединение штока 29 ползуна и штока 17 поршня с применением вставки 18 исключило необходимость частой замены штоков 17 вследствие износа в месте сопряжения указанных штоков. Конструкция позволяет, вместо замены штока 17, ограничиться заменой вставки 18 путем разъединения и последующего соединения резьбового соединения со шпилькой 33;

- использование вкладышей 35, выполненных в виде шарового сегмента, в узле сопряжения вставки 18 и штока 29 позволяет компенсировать возможную несоосность штока 29 и вставки 18. Кроме того, износ элементов сопряжения вставки и штока 29 можно компенсировать заменой вкладыша 35;

- конструкция крепления цилиндровой втулки 11 в корпусе 14 с помощью хомутов 31 отличается надежностью и обеспечивает возможность быстрого монтажа или демонтажа цилиндровой втулки 11;

- конструкция системы смазки и охлаждения каждой поршневой группы отличается простотой и надежностью, а элементы ее могут быть быстро установлены и демонтированы.

Предлагаемый насос буровой трехпоршневой одностороннего действия серийно изготавливается в ЗАО «Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством» и успешно эксплуатируется на нефтегазовых месторождениях.

Источники информации

1. Патент RU 92698 U1, 2010.

Изобретение относится к области бурового оборудования и может быть использовано в составе насосных буровых установок для нагнетания различных технологических жидкостей в скважину. Насос включает корпус, приводной вал, кривошипно-ползунный механизм, цилиндропоршневую группу и гидрокоробки, взаимосвязанные с всасывающим и напорным манифольдами. Цилиндровые втулки включают направляющие втулки и запрессованные в них гильзы из износостойкого металла и крепятся в корпусах (14) с помощью хомутов (31) с кольцевыми буртиками. Штоки (17) поршней к штокам (29) ползунов крепятся посредством вставок, закрепленных на конце штоков (29) ползунов с помощью хомутов (34) с кольцевыми буртиками. Силовой контакт вставки и штока (29) осуществляется посредством вкладыша, выполненного в виде шарового сегмента. Обеспечивается повышение надежности и технологичности элементов поршневой группы бурового насоса. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Насос буровой трехпоршневой одностороннего действия, содержащий приводную часть с системой смазки узлов трения и гидравлическую часть с системой смазки и охлаждения поршневой группы, предохранительную и контрольную аппаратуру, в котором приводная часть содержит приводной вал и кривошипно-ползунный механизм, а гидравлическая часть содержит три гидрокоробки, взаимосвязанные с всасывающим и напорным манифольдами, каждая из которых содержит соединенные ступенчато коробку (2) со всасывающим клапаном и коробку (4) с нагнетательным клапаном, оборудованные цилиндровыми втулками и расположенными в них поршнями, связанными штоками с приводной частью, а приводной вал выполнен в виде вала-шестерни с унифицированными концами, передающего вращение на кривошипно-ползунный механизм посредством зубчатой передачи, отличающийся тем, что цилиндровые втулки включают направляющие втулки и запрессованные в них гильзы из износостойкого металла и крепятся в корпусах (14) с помощью разъемных хомутов (31) с кольцевыми буртиками со скосом на внутренней стороне, охватывающих ответные кольцевые буртики со скосом, выполненные на наружных поверхностях корпусов (14) цилиндровых втулок и нажимных фланцев, установленных на выступающей из корпуса (14) части цилиндровых втулок, при этом коробки (4) с нагнетательным клапаном и корпусы (14) закреплены с помощью резьбовых соединений, соответственно на внешней и внутренней сторонах лобовой части корпуса насоса, выполненной в виде плоской станины, крепление штока (17) поршня к штоку (29) ползуна осуществляется посредством вставки цилиндрической формы с расширением в торцевой части со стороны штока (29) ползуна, жестко и соосно закрепленной одним концом на торце штока (17) поршня с помощью резьбовой шпильки, установленной по оси сопрягаемых деталей, а другим концом закрепленной на конце штока (29) ползуна с помощью разъемного хомута (34) с кольцевыми буртиками на внутренней стороне, приспособленными для охвата конической поверхности расширяющейся торцевой части вставки и заплечника кольцевой проточки штока (29) ползуна, при этом между вставкой и штоком (29) ползуна установлен вкладыш, выполненный в виде шарового сегмента, обращенного плоской поверхностью к штоку (29) ползуна, а выпуклой - к вогнутой торцевой поверхности вставки, приспособленной для размещения в ней выпуклой части вкладыша таким образом, чтобы в процессе работы насоса силовой контакт вставки и штока (29) осуществлялся через вкладыш.

2. Насос буровой трехпоршневой одностороннего действия по п. 1, отличающийся тем, что система смазки и охлаждения каждой поршневой группы включает гибкий шланг, подсоединенный одним концом к напорной линии подачи смазочно-охлаждающей жидкости, а другим - к приемному штуцеру канала, выполненного в корпусе разъемного хомута (34), в выходное отверстие которого установлена труба (23) с герметизирующей прокладкой, другой конец которой установлен в приемное отверстие кольца гидрозатвора, установленного на штоке (17) поршня вплотную к поршню, при этом кольцо гидрозатвора выполнено с кольцевым уступом, образующим совместно с торцевой поверхностью поршня кольцевую канавку, приспособленную для разбрызгивания смазочно-охлаждающей жидкости на внутреннюю поверхность цилиндровой втулки, соединенную радиально расположенной канавкой с приемным отверстием кольца гидрозатвора, при этом труба (23) прижимается к выходному отверстию канала, выполненного в корпусе разъемного хомута (34), за счет усилия сжатой пружины, установленной на трубе (23) и упирающейся одним концом в кольцо гидрозатвора, а другим - в упорную втулку, закрепленную на трубе (23).