Производственное предприятие "УралАвто"
Плунжерные насосы и насосное оборудование
Почему ПЛУНЖЕРНЫЕ НАСОСЫ?
17.01.2014

Почему ПЛУНЖЕРНЫЕ НАСОСЫ?

17.01.2014

 Плунжерные насосы приходят на смену поршневым насосам

 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений немыслима без перекачки тех или иных жидкостей под высоким давлением.
В России традиционно применяют для этих целей поршневые насосы (рис.1), в основном разработанные еще в 30-40 годах прошлого столетия.


рис.1. Поршневой насос 9Т

На первый взгляд, им нет альтернтивы. Это обработанные десятилетиями конструкции, знакомые всем нефтяникам и газовикам.
В то же время, несмотря на кажущуюся простоту и привлекательность поршневых насосов, при их эксплуатации и использовании все чаще возникают вопросы, решить которые поршневые насосы просто не в состоянии. Так, например, при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений требуется закачивать в скважины технологические жидкости под давлением 70-100 МПа и выше. А поршневые насосы, в силу своих консьруктивных особенностей, не могут создавать давление выше 30-40 МПа.
Для наглядности сравним два насоса: самый распространенный поршневой насос 9Т и самый распространенный плунжерный насос СИН32.
У поршневого насоса (рис.1А) уплотнение между поршнем и цилиндром осуществляется только одной кромкой самого поршня, которая не обеспечивает герметичность при работе на высоких давлениях.


Рис.1А . Уплотнение поршня в цилиндровой втулке насоса 9Т

Для работы на высоких давлениях необходимо увеличить количество уплотнительных элементов, а значит, и количество уплотняющих кромок. Чем больше давление - тем больше уплотнительных элементов необходимо установить.
Эта задача давно успешно решена на плунжерном насосе (рис.2), где уплотнение плунжера осуществляется пакетом уплотнительных элементов (рис.2А), а высокое давление создается без особых усилий.


Рис.2. Плунжерный насос СИН32

Ресурс работы поршня с одной уплотняющей кромкой, естественно, значительно ниже, чем у пакета уплотнений плунжера с несколькими уплотнительными кромками.


Рис.2А. Уплотнение плунжера в насосе СИН32

В поршневом насосе подвести смазку на рабочие поверхности поршня и цилиндра практически невозможно, то есть поршень двигается в цилиндре без смазки и, естественно, быстрее изнашивается.
Сами поршни, используемые в насосах, резиновые, а резина - далеко не лучший, особенно при работе в агрессивных средах, материал.
В отличии от поршневого, в плунжерном насосе подвести смазку к пакету уплотнений не представляет никакого труда, что значительно увеличивает ресурс их работы. При этом конструкция уплотнений плунжерного насоса позволяет применять самые современные полимерные и композиционные материалы, обладающие большой стойкостью при работе в агрессивных средах и имеющие значительно больший ресурс работы по сравнению с резиной.
Всем известно, что чем больше частота вращения вала насоса (больше число двойных ходов в мин.), тем меньше габариты и вес самого насоса при той же самой гидравлической мощности. Все поршневые насосы тихоходны в силу того, что резиновый поршень движется в цилиндровой втулке без смазки и, естественно, скорость перемещения его невелика. При увеличении скорости перемещения резиновый поршень быстро нагревается и оплавляется.
В плунжерных же насосах пакет уплотнений смазывается и это позволяет ему безболезненно перемещаться с гораздо большей скоростью, поэтому плунжерные насосы, по сравнению с поршневыми той же мощности, имеют меньшие габариты и вес.
Например, поршневой насос НБТ-600, развивая полезную мощность 475 КВт, с наибольшей подачей 45 л/с, весит 19,0 т и имеет габариты 4400 х 2722 х 1645 мм, а плунжерный насос СИН61, развивая ту же мощность и с той же наибольшей подачей, весит всего 3,0 т и имеет габариты 2037 х 1166 х 834 мм.
Слабое место любого насоса - это узлы уплотнений движущихся частей, требующих постоянного внимания и периодической замены изношенных деталей, а значит, и остановки насоса.
В плунжерном насосе такой узел один - это уплотнение плунжера (рис.2А), в процессе эксплуатации которого требуется периодическая замена недорогого пакета уплотнительных элементов и гораздо реже - самого плунжера.
В поршневом насосе (рис.3) таких узлов три:


Рис.3. Узлы уплотнения в поршневом насосе 9Т

во-первых - это уплотнение поршня (рис.3А), движущегося во втулке, к тому же без смазки в агрессивных или абразивосодержащих жидкостях, в процессе эксплуатации которого требуется частая замена поршней и втулок. Следует отметить, что у поршня две кромки и выход любой из них ведет к остановке насоса;


Рис.3А. Уплотнение поршня в цилиндровой втулке насоса 9Т

во-вторых - это уплотнение штока (рис.3Б) ,в процессе эксплуатации которого требуется периодическая замена уплотнительных элементов и самого штока;


Рис.3Б. Уплотнение штока насоса 9Т

в-третьих - это уплотнение корпуса (рис.3В), в процессе эксплуатации которого также требуется замена уплотнительных элементов.


Рис.3В. Уплотнение корпуса насоса 9Т

Сравнивая насосы 9Т и СИН32, следует обратить внимание на характер пульсаций давления в напорной магистрали. Из графика №1 мы видим, что давление в напорной магистрали с течением времени изменяется от нуля до максимального значения.


График 1. Пульсация давления в напорной магистрали поршневых насосов двойного действия

В этом случае для гашения таких сильных пульсаций давления приходится применять мощные гасители пульсаций - демпферы.
В плунжерном насосе, как видно из графика №2, хотя и имеются пульсации, но они незначительны и в ряде случаев можно вообще обойтись без гасителей пульсаций давления.


График 2. Пульсация давления в напорной магистрали трехплунжерных насосов

Поршневой насос 9Т имеет встроенный червячный редуктор (рис.1).
Известно, что коэффициент полезного действия червячной передачи не превышает 60%, а остальные 40%, образно выражаясь, обогревают за Ваш счет «мировое пространство», к тому же сама червячная передача быстро изнашивается и требует в процессе эксплуатации постоянного ухода и частого ремонта.
В отличие от поршневого насоса 9Т в насосе СИН32 редуцирование вынесено из корпуса, что значительно упростило конструкцию и сделало ее более надежной. Редуцирование же осуществляется с помощью современного навесного планетарно-цилиндрического редуктора.
Специальный планетарно-цилиндрический редуктор (рис.4) с передаточным отношением 12,5 отличается от аналогов небольшими габаритами, весом и высоким коэффициентом полезного действия (95%).
 
 
Рис.4 Трехплунжерный насос СИН32 с навесным редуктором
 
С точки зрения ремонтопригодности такие редукторы, конечно, предпочтительнее встроенных в корпус насоса. Его можно легко отремонтировать или заменить, не разбирая насос.
Завод "Синергия" еще в 1992 году сделал выбор в пользу плунжерных насосов. И время подтвердило правильность этого решения.
На сегодняшний день Синергией разработана и производится вся гамма плунжерных насосов, необходимых нефтяникам и газовикам как по мощности, так и по назначению. (см. отдельную вставку)
По назначению насосы следует разделить на две группы:
К первой группе относятся легкие и мощные насосы периодического действия с подшипниками качения в кривошипно-шатунном механизме СИН32, СИН31.
Эти насосы очень хорошо себя зарекомендовали на передвижных установках (для цементирования, кислотной обработки скважин, установках для гидроразрыва пластов и т.д.), особенно при эксплуатации в районах Крайнего Севера.
Эти насосы крайне просты в обслуживании и эксплуатации, не требовательны к качеству смазочных материалов, хорошо работают при отрицательных температурах в таких условиях, где импортная техника просто не работает.
Ко второй группе (рис.5) относятся насосы постоянного действия с подшипниками скольжения в кривошипно-шатунном механизме и принудительной системой смазки, предназначенные для круглосуточной работы в течение длительного времени и применяются для поддержания пластового давления и буровых работах.
Надежность их такова, что при правильной эксплуатации они не требуют ремонта в течение всего срока эксплуатации, а ремонт их значительно проще и дешевле, чем у традиционных насосов с подшипниками качения. Но эта группа насосов, аналогично двигателям внутреннего сгорания, требует более квалифицированного и своевременного обслуживания.
 

 

Рис.5 Трехплунжерный насос СИН61
 
Во вторую группу насосов входят такие насосы, как СИН46, СИН63, СИН61 и СИН71.
В отдельную группу можно выделить насосы СИН54 и СИН48, которые используются в насосных установках для проведения технологических испытаний на прочность и герметичность изделий и трубопроводов, работающих под давлением, а также для опрессовки скважин. Отличительной особенностью этих насосов является то, что они способны развивать давления от 75 до 135 МПа с необходимой безопасной скоростью подъема давления.
Все наши насосы отличает простота и быстрота обслуживания и ремонта. Так монтажные крышки и корпуса уплотнений плунжеров клапанной коробки имеют оцинкованную трапецеидальную резьбу, что позволяет быстро, без лишних усилий и проблем производить их демонтаж в связи с заменой пакетов  уплотнений, клапанов, пружин и т.д.
К примеру, процесс замены клапанов занимает всего 20-30 минут, а замена плунжеров с уплотнительными элементами 30-40 минут.
Интересны сравнительные данные, полученные по результатам эксплуатации буровых насосных установок с поршневыми и плунжерными насосами, связанные с материальными затратами на замену быстроизнашиваемых частей. В поршневом насосе это поршень, цилиндровая втулка, клапана, уплотнительные элементы штока и корпуса, в плунжерном насосе это плунжеры, пакеты уплотнений, клапаны. Так по данным независимых организаций БК «Евразия», «Анега-Бурение», «Башнефть-Геострой» затраты на бурение 1м составляют:
a)     при использовании поршневых насосов НБТ-235/4 и УНР-475-32ВМ – 311,5 - 375,9 руб.
b)    при использовании трехплунжерных насосов СИН61 и СИН63 –     82,56 - 200,24 руб.
Таким образом, разница в затратах на 1м проходки составляет 1,5 – 4,5 раза в пользу плунжерных насосов, а повышение стойкости сменных деталей позволяет бурить ствол протяженностью 1000-1500м без замены плунжеров и седел, т.е. без останова процесса бурения. Практика показала, что стойкость плунжеров и седел при бурении составляет от 500 до 1000 моточасов, пакетов уплотнений и клапанов от 350 до 700 моточасов, в зависимости от режимов работы насоса и плотности буровых растворов.
Таким образом из всего выше сказанного следует, что плунжерные насосы по сравнению с поршневыми насосами:
-расширяют технологические возможности нефтегазодобывающего оборудования, так как работают при давлениях до 105 МПа с различными, в т.ч. агрессивными средами;
-увеличивают ресурс работы техники;
-упрощают и удешевляют эксплуатацию и обслуживание оборудования;
-имеют большую удельную гидравлическую мощность и надежность.

    Добавить комментарий
    Введите код с картинки