Регулируемый буровой насос Российский патент 2025 года по МПК F04B1/28 

Изобретение относится к области буровой техники, преимущественно к устройствам для подачи промывочной жидкости в скважину.

Известен буровой насос для буровой установки (патент RU 160365 U1, опубл. 20.03.2016), содержащий корпус, в котором размещена зубчатая передача. Выходной вал зубчатой передачи кинематически связан посредством коленчатого вала с тремя кривошипно-шатунными механизмами, соединенными с плунжерами. Последние установлены в соответствующих уплотнительных узлах.

Преимуществом этого насоса является возможность нагнетания в скважину абразивных буровых растворов.

Недостатком этого насоса является большая масса приводного механизма, в котором для привода каждого плунжера используется отдельный кривошипно-шатунный механизм.

Из уровня техники известен буровой насос, содержащий приводной вал, расположенный в корпусе, плунжеры с уплотнительными узлами, диск с толкателями, соединенными с шарнирами плунжеров (см. CN 203384001 U, опубл. 08.01.2014). Диск с толкателями опирается на ролики, закрепленные на обойме опорно-поворотного устройства с зубчатым зацеплением для передачи крутящего момента от приводного двигателя.

Преимуществом насоса является использование одного механизма для привода нескольких плунжеров.

Недостатком конструкции является использование зубчатого редуктора и большого количества роликов, обеспечивающих прецессию диска. В результате увеличиваются габариты и масса бурового насоса. Другим недостатком является невозможность плавной регулировки производительности насоса. Последнее отрицательно сказывается на скорости проходки скважин из-за невозможности оптимизировать параметры бурового насоса к реальным геолого-техническим условиям процесса бурения.

Технической проблемой является разработка бурового насоса, лишенного недостатков аналогов.

Техническим результатом изобретения является уменьшение массы бурового насоса и обеспечение плавной регулировки его производительности.

Технический результат достигается тем, что регулируемый буровой насос содержит приводной вал, расположенный в корпусе, плунжеры с уплотнительными узлами, диск с толкателями, соединенными с шарнирами плунжеров, при этом насос снабжен регулятором в виде тяг с приводным механизмом, на приводном валу установлены диск с втулкой, закрепленные на подшипнике, причем втулка установлена на приводном валу с возможностью продольного наклона на поперечной оси, а тяги соединены с втулкой, при этом толкатели связаны с диском посредством шарниров.

Приводной механизм регулятора может быть с механическим, управлением.

Шарниры выполнены с возможностью обеспечения прецессии диска.

В конструкции приводного механизма бурового насоса отсутствует зубчатая передача. Вместо большого количества роликов прецессию диска обеспечивает одна втулка. В результате резко снижается масса бурового насоса.

Плавную регулировку производительности бурового насоса обеспечивает регулятор.

Изобретение поясняется фиг. 1-3, на которых изображено:

фиг. 1 - общий вид регулируемого бурового насоса;

фиг. 2 - диск в сечении;

фиг. 3 - регулятор в сечении.

На фиг. 1-3 позициями 1-31 показаны:

1 - гидромотор;

2 - подшипник приводного вала;

3 - втулка;

4 - приводной вал;

5 - палец;

6 - диск;

7 - шарнир диска;

8 - корпус;

9 - толкатели;

10 - шарнир плунжера;

11 - уплотнительные узлы;

12 - плунжеры;

13 - порт напорной камеры;

14 - крышка;

15 - клапаны;

16 - напорная камера;

17 - цилиндры;

18 - всасывающая камера;

19 - порт всасывающей камеры;

20 - гайка;

21 - стержень;

22 - контргайка;

23 - паз;

24 - муфта;

25 - тяги регулятора;

26 - пластины;

27 - проушина;

28 - штифт;

29 - подшипниковый упор;

30 - подшипник диска;

31 - ось.

Регулируемый буровой насос содержит корпус 8 (фиг. 1), в котором установлены приводной вал 4 на его подшипниках 2, а также расположенные на нем, диск 6 с его подшипником 30 и втулкой 3. Последняя закреплена на приводном валу 4 поперечным пальцем 5 (фиг. 2) и снабжена жестко закрепленной на ней проушиной 27. Кроме того, диск 6 снабжен размещенными по окружности его шарнирами 7 с толкателями 9, а также подшипниковым упором 29, размещенным с возможностью продольного перемещения между двумя пластинами 26.

Тяги регулятора 25 соединены с приводным механизмом, который может быть выполнен с механическим, гидравлическим или пневматическим управлением. На фиг. 1 изображен вариант регулятора с механическим управлением, содержащим муфту 24 с осью 31 (фиг. 3), установленную на приводном валу 4 с возможностью ее продольного перемещения в пазе 23 вместе с тягами 25. Последние соединены с втулкой 3 посредством проушины 27 и штифта 28. Ось 31 также соединена посредством стержня 21 с гайкой 20, положение которой фиксируется контргайкой 22.

Снаружи на боковом фланце корпуса 8 размещены по окружности плунжеры 12 с цилиндрами 17, имеющие напорные 16 и всасывающие 18 камеры с клапанами 15 и крышками 14. Плунжеры 12 также соединены с его шарнирами 10 и тягами 25.

Шарниры диска 7 и шарниры плунжера 10 могут иметь различное устройство, обеспечивающее прецессию диска 6.

Количество плунжеров 12 и цилиндров 17, а также их геометрические параметры определяются необходимой производительностью и мощностью бурового насоса.

Порты 13 напорных камер 16 и порты 19 всасывающих камер 18 соединены с объединяющими их нагнетательной и всасывающей магистралями бурового насоса.

Вращение приводного вала 4 может осуществляться гидромотором 1, а также электродвигателем или валом коробок отбора мощности различных транспортных баз.

Регулируемый буровой насос работает следующим образом.

При включении гидромотора 1 его вал вращает приводной вал 4. Вместе с ним вращаются втулка 3 с проушиной 27 и штифтом 28, а также муфта 24 с осью 31, тягами регулятора 25, стержнем 21 и гайкой 20.

При этом диск 6, установленный наклонно по отношению к оси приводного вала 4 на подшипнике 30 диска, совершает прецессионные движения, обеспечивающие поступательные перемещения соединенных с ним толкателей 9, шарниров 7 диска, шарниров 10 плунжера и плунжеров 12 на величину h (фиг. 1). Реактивный крутящий момент, возникающий в подшипнике 30 диска, воспринимает подшипниковый упор 29, который также совершает поступательные перемещения между пластинами 26 корпуса 8.

Перемещения плунжеров 12 обеспечивают в камерах 16 и 18 с клапанами 15 всасывание и нагнетание рабочего раствора. Герметичность цилиндров 17 при работе бурового насоса обеспечивают уплотнительные узлы 11.

Производительность и гидравлическую мощность бурового насоса регулируют вращением гайки 20, которая изменяет угол наклона диска 6 перемещением стержня 21, муфты 24 и оси 31 вместе с тягами 25 регулятора. Изменение угла наклона диска 6 соответственно изменяет величину хода h плунжера 12 и производительность насоса. Важно отметить, что при уменьшении (увеличении) производительности мощность насоса расходуется на увеличение (уменьшение) давления рабочей жидкости. В результате насос плавно регулирует не только производительность, но и гидравлическую мощность без использования коробок передач и замены типоразмеров плунжеров 12 и цилиндров 17.

В случае использования приводного механизма с гидроприводом возможно автоматическое регулирование производительности и величины давления рабочей жидкости для поддержания стабильной нагрузки на приводном вале насоса.

Из описания бурового насоса видно, что в конструкции приводного механизма бурового насоса отсутствует зубчатая передача, а прецессию диска обеспечивает установленная на подшипнике втулка. В результате резко снижается масса регулируемого бурового насоса.

Регулятор обеспечивает плавную регулировку производительности бурового насоса, что позволяет оптимизировать процесс бурения скважин с использованием абразивных растворов в конкретных геологических условиях.

Изобретение относится к области буровой техники, преимущественно к устройствам для подачи промывочной жидкости в скважину. Регулируемый буровой насос содержит приводной вал 4, расположенный в корпусе 8, плунжеры 12 с уплотнительными узлами 11, диск 6 с толкателями 9, соединенными с шарнирами 10 плунжеров 12. Насос снабжен регулятором в виде тяг 25 с приводным механизмом. На валу 4 установлены диск 6 с втулкой 3, закрепленные на подшипнике 30. Втулка 3 установлена на валу 4 с возможностью продольного наклона на поперечной оси. Тяги 25 соединены с втулкой 3. Толкатели 9 связаны с диском 6 посредством шарниров 7. Изобретение направлено на уменьшение массы бурового насоса и обеспечение плавной регулировки его производительности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулируемый буровой насос, содержащий приводной вал, расположенный в корпусе, плунжеры с уплотнительными узлами, диск с толкателями, соединенными с шарнирами плунжеров, отличающийся тем, что насос снабжен регулятором в виде тяг с приводным механизмом, на приводном валу установлены диск с втулкой, закрепленные на подшипнике, причем втулка установлена на приводном валу с возможностью продольного наклона на поперечной оси, а тяги соединены с втулкой, при этом толкатели связаны с диском посредством шарниров.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что приводной механизм выполнен с механическим управлением.

3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что шарниры выполнены с возможностью обеспечения прецессии диска.