RU163399U1 - Плунжерный насосный агрегат с подавлением вибрации - Google Patents

Abstract

1. Плунжерный насосный агрегат для поддержания пластового давления, содержащий корпус, приводной блок, закрепленный внутри корпуса, гидравлический блок, закрепленный внутри корпуса и функционально связанный с приводным блоком средствами передачи приводного усилия, причем гидравлический блок содержит гибкий приемный патрубок.2. Агрегат по п. 1, причем гидравлический блок соединен с гибким приемным патрубком посредством резьбового штуцера.3. Агрегат по п. 1, причем гибкий приемный патрубок представляет собой гофрированный патрубок.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к плунжерным насосным агрегатам для поддержания пластового давления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В процессе нефтедобычи система поддержания пластового давления представляет собой одно из самых энергоемких направлений. Более 1/3 части всех затрат электроэнергии составляют затраты связанные с закачкой воды в продуктивные пласты с целью поддержания пластового давления. Используемые в системе поддержания пластового давления центробежные насосные агрегаты (ЦНС-центробежный насос секционный), хотя и обеспечивают необходимый режим закачки технологической жидкости, имеют относительно высокие показатели потребления электроэнергии. К тому же существенным недостатком центробежных насосов является низкий коэффициент полезного действия (КПД) при малой производительности. Этот недостаток усугубляется в условиях индивидуализации (адресная закачка технологической жидкости на мелких удаленных участках разработки нефтяных месторождений), когда наряду с низкой производительностью требуется создать высокий напор. Следует отметить, что ЦНС - это секционный насос с множеством лопастей (колес), каждое из которых вносит долю в общее снижение КПД.

В условиях постоянного роста цен на электроэнергию, возникает необходимость внедрения наиболее энергоэффективного оборудования. Одним из видов такого оборудования являются плунжерные насосы (ПНА) объемного действия. Существенным преимуществом данных насосов является возможность изменения частоты оборотов электродвигателя не снижая КПД и напор, сохраняя удельный расход электроэнергии. Тем самым появляется возможность регулирования объемов закачки. КПД объемных насосов выше ориентировочно в два раза, чем у центробежных. Данная зависимость связана с физическими особенностями работы центробежных и объемных насосов. КПД центробежного насосного агрегата учитывает все потери, связанные с передачей насосом энергии перекачиваемой жидкости (потери мощности механические, на дисковое трение, объемные и гидравлические).

У объемных насосов существенно меньше потери на трение жидкости в проточной части, на утечки, отсутствуют потери на вихреобразование и дисковое трение, вследствие этого КПД выше и практически не зависит от режимов работы насоса (подача, напор).

Однако, применение объемных насосов на кустовой насосной станции (КНС) осложняется наличием значительных вибрационных нагрузок на приемной линии насосного агрегата, что приводит к частым остановкам и возможному выходу из строя оборудования. Авторами предлагается использовать насосные агрегаты объемного действия в комплекте с гибким патрубком на приемной линии насоса. Это позволяет производить безаварийную закачку технологической жидкости с низким потреблением электроэнергии и исключить аварийные остановки, связанные с вибрацией.

Известен плунжерный насос (описан в патенте RU 2203435, опубл. 27.04.2003), содержащий гидроблок, корпус с механическим приводом, состоящим из кривошипно-шатунного механизма и крейцкопфов, соединенных тягой с плунжером. Тяга выполнена с фиксатором, взаимодействующим с резьбовой втулкой, механически связанной с плунжером. Внутренний диаметр втулки выбирается из соотношения d₁≥(d+0,2) мм, где d₁ - внутренний диаметр втулки, d - наружный диаметр тяги. Между плунжером и крейцкопфом установлена подложка. Поверхность контакта плунжера с подложкой выполнена сферической. Увеличивается ресурс насоса при эксплуатации за счет снижения нагрузок на уплотнения. Однако в данном решении не содержится средств для уменьшения вибрации, что приводит к повышенному износу, а также не содержится средств для упрощения соединения насосного агрегата с трубопроводом.

Известен плунжерный насос сверхвысокого давления (описан в патенте RU 2150026, опубл. 27.05.2000). Насос предназначен для использования в качестве силового агрегата высокопроизводительных гидрорезных комплексов, применяемых при резке, раскрое и изготовлении деталей и узлов различной конфигурации. Насос имеет корпус, головку, в которой расположена вставка, плунжер, образующий рабочую камеру во внутренней полости вставки, всасывающий и нагнетательный клапаны, внутренняя полость вставки выполнена ступенчатой. Меньшая ступень имеет диаметр, выбираемый из соотношения d₁≥(d+0,8) мм, где d₁ - диаметр меньшей ступени, d - диаметр плунжера. Большая ступень имеет длину, выбираемую из диапазона L≅(l-5) мм, где L - длина большей ступени, l - длина уплотнительной втулки. Насос обеспечивает достижение на выходе давления рабочей жидкости до 600 МПа, при расходе более 25 л/мин (при частоте движения плунжера - 5 Гц), сокращение удельных затрат потребляемой энергии, повышение КПД насоса, увеличение ресурса работы быстроизнашивающихся узлов и деталей. Однако в данном решении не содержится средств для уменьшения вибрации, что приводит к повышенному износу, а также не содержится средств для упрощения соединения насосного агрегата с трубопроводом.

Известен, выбранный в качестве прототипа, плунжерный насос (описан в патенте RU 2330185, опубл. 27.07.2008). Насос предназначен для использования в области добычи нефти из скважин. Насос состоит из приводного механизма, поршня, плунжера, корпуса, пружины, всасывающего и нагнетательного клапанов. Он снабжен роликом, расположенным в верхней части поршня между приводным механизмом и всасывающим клапаном. Опорная чашка установлена на пружине и выступе верхнего конца плунжера, размещенного в корпусе. На боковой поверхности опорной чашки и всасывающего клапана выполнены пазы. Плунжер выполнен с центральным каналом, выступами, которые размещены на уступе внутренней проточки опорной чашки. Плунжер перемещается относительно опорной чашки на величину зазора между торцом плунжера и всасывающим клапаном. На контактных поверхностях всасывающего и нагнетательного клапанов выполнены проточки, диаметр которых составляет 1,1÷1,2 от диаметра каналов, а глубина 0,5 от диаметра канала плунжера. Снижается гидравлическое сопротивление на входе насоса и повышается эксплутационная надежность. Однако в данном решении не содержится средств для уменьшения вибрации, что приводит к повышенному износу, а также не содержится средств для упрощения соединения насосного агрегата с трубопроводом.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

В одном аспекте полезной модели раскрыт плунжерный насосный агрегат для поддержания пластового давления, содержащий корпус; приводной блок, закрепленный внутри корпуса; гидравлический блок, закрепленный внутри корпуса и функционально связанный с приводным блоком средствами передачи приводного усилия; причем гидравлический блок содержит гибкий приемный патрубок или гибкий приемный патрубок с резьбовым шарнирным штуцером.

В дополнительных аспектах раскрыто, что плунжерный блок соединен с гибким приемным патрубком посредством резьбового штуцера; плунжерный блок соединен с гибким приемным патрубком посредством резьбового шарнирного штуцера; гибкий приемный патрубок представляет собой гофрированный патрубок.

Основной задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является уменьшение вибрации, воздействующей на насосный агрегат, и продление его службы благодаря этому, а также упрощение монтажа насосного агрегата. В дополнительных аспектах решается задача повышения удобства эксплуатации насосного агрегата благодаря использованию резьбового и резьбового шарнирного штуцера и/или гофрированного патрубка.

Сущность полезной модели заключается в том, что плунжерный блок насосного агрегата содержит гибкий патрубок для ввода жидкости, что приводит к уменьшению передачи вибрации от внешних объектов на вход насосного агрегата и, как следствие, увеличивает срок его службы, а наличие резьбового шарнирного штуцера позволяет упростить монтаж насосного агрегата благодаря упрощению его соединения с трубопроводом.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в увеличении срока службы насосного агрегата и упрощении его монтажа и эксплуатации.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

На фиг. 1 показан примерный плунжерный насосный агрегат с гибким приемным патрубком 1.

Специалисту в области техники известно, что вибрация передается через жесткие элементы и устраняется или сильно ослабляется при передаче через гибкие элементы. Очевидно, что в случае плунжерных насосных агрегатов целесообразно повышать гибкость элемента, связывающего насосный агрегат с внешними устройствами или системами: входного патрубка.

Плунжерные насосы широко известны в уровне техники и состоят обычно из корпуса, в котором закреплен приводной блок (двигатель или иной привод с соответствующими средствами передачи движения (приводного усилия) к гидравлическому блоку), гидравлический блок, содержащий один или более плунжеров, совершающих возвратно-поступательное движение в камере(ах), соответствующие средства приема движения от приводного блока, камеру(ы), всасывающие и напорные клапаны, обеспечивающие впуск и выпуск перекачиваемой жидкости в и из камеры. Средствами передачи движения могут быть, например, коленчатый вал и шатун, которые передают возвратно-поступательное движение плунжеру, чье движение в свою очередь приводит к перекачке жидкости. Также к гидравлическому блоку присоединены всасывающий и напорный патрубки (трубопроводы).

Плунжерные насосы являются насосами одинарного действия, объемного типа и являются самовсасывающими. Подача насоса находится в прямой зависимости от диаметра плунжера, длины его хода и частоты вращения кривошипа. На снижение подачи влияет запаздывание посадки напорного и всасывающего клапанов, а также утечки через клапаны и уплотнения.

Обычно плунжер насосного агрегата находится в камере и совершает возвратно-поступательное движение. При движении плунжера в одном направлении давление в камере, вмещающей жидкость, понижается и становится ниже, чем давление жидкости во всасывающем патрубке. Под действием разности давлений всасывающий клапан открывается и жидкость заполняет рабочую камеру, находящуюся в корпусе насосного агрегата. При движении плунжера в обратном направлении давление в камере возрастает и становится выше, чем давление в нагнетательном трубопроводе. Открывается нагнетательный клапан и жидкость из камеры вытесняется в напорный трубопровод.

Для обеспечения эффективной работы плунжер должен иметь достаточную износостойкость, при этом герметичность достигается высокой точностью изготовления и жесткими требованиями к шероховатости поверхности.

Для устранения неравномерности подачи - специфического недостатка плунжерных приводных насосов - имеется ряд конструктивных приемов.

Одним из них является установка на напорных и всасывающих линиях воздушных колпаков, обеспечивающих более равномерную подачу.

Другим, способом снижения неравномерности подачи, является использование многопоршневых насосов с параллельным подключением камер.

Широкое распространение плунжерных насосов получило применение в качестве вытеснительного элемента рабочей камеры.

Плунжерные насосы проще в эксплуатации, т.к. у них меньше изнашиваемых деталей (в гидравлической части отсутствуют поршневые кольца, манжеты и другие детали).

По способу соединения насоса с двигателем различают насосы с передачей движения через клиномерную передачу, через редуктор, непосредственно через муфту

По материалу деталей проточной части различают насосы без охлаждения или обогрева гидравлической части, без гидрозатвора, с подводом смазывающей жидкости к уплотнениям (для перекачивания жидкости от - 15 до +100°C), без охлаждения или обогрева гидравлической части, с подводом охлаждающей, промывающей или гидрозатворной жидкости к уплотнениям (для перекачивания жидкости от - 15 до +100°C), насос с охлаждением или обогревом гидравлической части, с подводом охлаждающей промывочной или гидрозатворной жидкости к уплотнениям (для перекачивания жидкости от - 50 до +250°C).

Все вышеперечисленные технические средства могут быть внесены в конструкцию предлагаемого насосного агрегата и, более того, большая часть из них содержится в его конструкции, однако формула изобретения составлена в целом так, чтобы упрощать понимание сущности предлагаемого технического решения, поэтому несущественные в рамках предложенного решения узлы и блоки не указаны в формуле, хотя специалисту в области техники понятно, что заявленный насосный агрегат содержит все узлы, необходимые для его работы, и связи между этими узлами являются стандартными, если не указано иное.

В настоящей полезной модели предложено использовать гибкий патрубок для устранения или значительного уменьшения вибрации, воздействующей на насосный агрегат через линию приема жидкости, а также для уменьшения передачи вибрации от насоса на внешние устройства и системы.

Заявленный плунжерный насосный агрегат для поддержания пластового давления содержит корпус, который представляет собой обычно используемый в данной области корпус, выполненный, как правило, из металла.

Закрепленный внутри корпуса приводной блок заявленного агрегата представляет собой обычно используемый в данной области приводной блок, например, электродвигатель с мощностью и другими параметрами подходящими для работы насосного агрегата.

Закрепленный внутри корпуса гидравлический блок представляет собой обычно используемый в данной области гидравлический блок, содержащий плунжер(ы), камеру(ы), клапаны, патрубки и другие стандартные элементы необходимые для работы гидравлического блока, перечень которых является известным специалисту в данной области техники.

Гидравлический блок функционально связан с приводным блоком средствами передачи приводного усилия. Функциональная связь обозначает связь обеспечивающую передачу приводного усилия от, в частности, электродвигателя к гидравлическому блоку для обеспечения перекачки текучей среды. В одном из вариантов эта связь обеспечивается одним или более коленчатыми валами и шатунами, хотя может быть использована другая известная в уровне техники конструкция передачи приводного усилия, в том числе шестеренчатая, шкивная, ременная, ременно-шкивная передача и т.п.

Очевидно, что насосный агрегат принимает текучую среду из резервуара и перекачивает ее в другой резервуар и для реализации этого назначения в его конструкции содержатся приемные и выкидные патрубки, соединенные с гидравлическим блоком. В предложенном решении для устранения передачи вибрации приемный патрубок выполнен гибким, в одном из вариантов осуществления гибким выполнен и выкидной патрубок.

В одном из вариантов осуществления гибкий приемный патрубок соединен с гидравлическим блоком посредством резьбового штуцера, что упрощает его монтаж и демонтаж, то есть, в целом, упрощает эксплуатацию насосного агрегата.

В еще одном варианте осуществления гидравлический блок соединен с гибким приемным патрубком посредством резьбового шарнирного штуцера, что повышает удобство использования насосного агрегата благодаря тому, что входной патрубок можно легко повернуть в нужном направлении в широком диапазоне углов без перегиба или излома.

В еще одном варианте осуществления гибкий приемный патрубок представляет собой гофрированный патрубок, который обеспечивает возможность поворотов, смещений скручивания и т.п. в очень широком диапазоне, что значительно повышает удобство использования насосного агрегата.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации изложенной в описании и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за пределы сущности и объема данной полезной модели.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезную модель, и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Claims (3)

1. Плунжерный насосный агрегат для поддержания пластового давления, содержащий корпус, приводной блок, закрепленный внутри корпуса, гидравлический блок, закрепленный внутри корпуса и функционально связанный с приводным блоком средствами передачи приводного усилия, причем гидравлический блок содержит гибкий приемный патрубок.

2. Агрегат по п. 1, причем гидравлический блок соединен с гибким приемным патрубком посредством резьбового штуцера.

3. Агрегат по п. 1, причем гибкий приемный патрубок представляет собой гофрированный патрубок.

Images