RU2654560C1 - Plunger unit - Google Patents
Plunger unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654560C1 RU2654560C1 RU2017115392A RU2017115392A RU2654560C1 RU 2654560 C1 RU2654560 C1 RU 2654560C1 RU 2017115392 A RU2017115392 A RU 2017115392A RU 2017115392 A RU2017115392 A RU 2017115392A RU 2654560 C1 RU2654560 C1 RU 2654560C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- plunger
- housing
- inclination
- angle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
- F04B9/02—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical
- F04B9/025—Driving of pistons coacting within one cylinder
Abstract
Description
Устройство "Плунжерный агрегат" представляет собой насос объемного типа с двигателем, предназначено для перекачай жидких тел, с возможностью размещения в скважинах.The device "Plunger unit" is a volumetric type pump with an engine, designed to pump liquid bodies, with the possibility of placement in wells.
Устройство может использоваться во всех отраслях промышленности, в том числе:The device can be used in all industries, including:
в нефтедобывающей в процессе бурения, эксплуатации, ремонта скважин, для повышения нефтеоотдачи пласта;in oil production during drilling, operation, well repair, to increase oil recovery;
в химической и нефтехимической отрасли для перекачивания кислот, аммиака, карбамида, меламина, подачи реагентов под давлением;in the chemical and petrochemical industry for pumping acids, ammonia, urea, melamine, and supplying reagents under pressure;
в энергетике в качестве питательного насоса котельной установки парогенератора;in the energy sector as a feed pump for a boiler plant of a steam generator;
в пищевой промышленности в составе оборудования для гомогенизации;in the food industry as a part of equipment for homogenization;
в машиностроении, для гидравлических прессов;in mechanical engineering, for hydraulic presses;
в производствах требующих высоких давлений, в том числе взрыво- и пожароопасных;in industries requiring high pressures, including explosive and fire hazardous;
в коммунальном хозяйстве при ремонте, опрессовки гидросистем и трубопроводов, при промывке канализации;in public utilities during repair, pressure testing of hydraulic systems and pipelines, during washing of the sewage system;
в паровых промысловых установках в качестве питательного насоса; в газовой отрасли; в сельском хозяйстве.in steam field installations as a feed pump; in the gas industry; in agriculture.
Кроме того, устройство может монтироваться на спецтехнике, а также применяться на судах и плавсредствах всех классов в качестве трюмных, зачистных и прочих насосов.In addition, the device can be mounted on special equipment, and can also be used on ships and boats of all classes as bilge, cleanup and other pumps.
Известны поршневые насосы с возвратно-поступательным движением - станок-качалка. [Нефтепромысловое оборудование. «ЦентрЛитНефтеГаз» 2006 г.]Known reciprocating piston pumps - rocking machine. [Oilfield equipment. TsentrLitNefteGaz 2006]
Известны поршневые паровые насосы [http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/118688/]. Их недостатками являются необходимость генерации и подачи пара к насосу, а также необходимость утилизации отработанного пара, что существенно снижает КПД устройства.Known reciprocating steam pumps [http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/118688/]. Their disadvantages are the need for generating and supplying steam to the pump, as well as the need for disposal of exhaust steam, which significantly reduces the efficiency of the device.
В отличие от поршневых, плунжерные насосы способны функционировать при больших давлениях. Это обусловлено тем, что в отличие от поршневых насосов, где большое значение имеет более точная обработка внутренней поверхности цилиндра, у плунжеров высокая чистота обработки должна быть со стороны внешней цилиндрической поверхности, что технологически осуществить проще.Unlike piston pumps, plunger pumps can operate at high pressures. This is due to the fact that, unlike piston pumps, where more accurate processing of the inner surface of the cylinder is of great importance, for plungers, high purity of processing should be on the side of the outer cylindrical surface, which is technologically simpler.
Известно (патент RU 147159, опубл. 27.10.2014) установка погружного плунжерного насоса для подъема жидкости с большой глубины, включающая корпус, погружной электродвигатель, снабженный гидрозащитой, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штоком плунжера насоса, причем шток уплотнен в корпусе и связан с гайкой качения посредством цилиндрического полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренняя полость корпуса заполнена барьерным маслом, характеризующаяся тем, что насос содержит цилиндр с подвижно соединенным с ним плунжером, а также нагнетательный клапан и всасывающий клапан, расположенный на головке плунжера, и между ними образована полость, сообщающаяся с полостью затрубного пространства скважины через приемные сетки, установленные в стенках цилиндра плунжерного насоса, причем погружной электродвигатель выполнен вентильным и его вал соединен с винтом передачи винт-гайка качения через опорно-подшипниковый узел, расположенный в нижней части корпуса над гидрозащитой, а вентильный электродвигатель соединен со станцией управления, содержащей контроллер со встроенным программным обеспечением.It is known (patent RU 147159, published October 27, 2014) to install a submersible plunger pump for lifting liquids from great depths, including a housing, a hydraulic immersion electric motor, the drive shaft of which is connected to a screw-nut rolling screw that is movably connected to the housing and connected to the piston rod of the pump plunger, the rod being sealed in the housing and connected to the rolling nut by means of a cylindrical hollow rod that encloses the screw and enters into the movable connection with it, and the internal cavity of the housing is filled and barrier oil, characterized in that the pump comprises a cylinder with a plunger movably connected to it, as well as a discharge valve and a suction valve located on the plunger head, and a cavity is formed between them, communicating with the cavity of the annulus of the well through receiving grids installed in the walls a cylinder of a plunger pump, wherein the submersible motor is made valve and its shaft is connected to the transmission screw screw-nut rolling through a bearing-bearing assembly located in the lower part of the housing over ca seal section, and a valve motor connected to a control station comprising a controller with embedded software.
Для вышеуказанной установки, передача винт-гайка качения может быть выполнена в виде ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.For the above installation, the transmission screw-nut rolling can be made in the form of a roller-screw or ball-screw transmission.
Недостатками установки является необходимость применения в конструкции реверсивного двигателя с системой управления, что существенно усложняет конструкцию и снижает надежность.The disadvantages of the installation is the need to use a reversible engine with a control system in the design, which significantly complicates the design and reduces reliability.
Известно (RU 2133875, опубликовано: 27.07.1999) привод скважинного штангового насоса, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с ним двухходовый винт с гайкой, ролики с тяговым элементом, характеризующийся тем, что гайка установлена с возможностью осевого перемещения по вертикальной направляющей, непосредственно соединена со штанговой колонной снизу, а сверху - колонной насосно-компрессорных труб тягой, выполненной в виде гибкой связи, кроме того, снабжен уравновешивающим контргрузом, размещенным на стойке, расположенной соосно с винтом, причем высота стойки больше длины хода гайки.It is known (RU 2133875, published: 07.27.1999) a downhole sucker-rod pump drive, comprising an electric motor, a kinematically coupled two-way screw with a nut, rollers with a traction element, characterized in that the nut is mounted with the possibility of axial movement along a vertical rail, directly connected to rod string from below and from above - tubing string made in the form of a flexible connection; in addition, it is equipped with a balancing counterweight placed on a rack located coaxially with the that, with the rack height is greater than the length of the nut turn.
Недостатками устройства являются: сложность конструкции; необходимость вертикального размещения по меньшей мере приводной части устройства, а также возможность его размещения только вне скважины; не высокая производительность.The disadvantages of the device are: design complexity; the need for vertical placement of at least the drive part of the device, as well as the possibility of its placement only outside the well; not high performance.
Для плунжерных насосов, как и для других объемных насосов характерны пульсации подачи и давления, что является недостатком. Для уменьшения пульсаций несколько плунжеров располагают в ряд, соединяют их с одним валом, при этом циклы работы должны быть сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Такая конструкция увеличивает поперечные габариты насоса.For plunger pumps, as well as for other volumetric pumps, flow and pressure pulsations are characteristic, which is a drawback. To reduce ripple, several plungers are arranged in a row, connected to one shaft, and the operation cycles should be shifted relative to each other in phase by equal angles. This design increases the transverse dimensions of the pump.
Для уменьшения пульсаций также используют дифференциальную схему включения насоса. Здесь, за счет соединения между собой основной рабочей и штоковой полостей, происходит нагнетание жидкости и во время прямого хода плунжера, и во время обратного хода. Но у таких насосов отсутствует своя клапанная система распределения.To reduce ripple, a differential pump switching circuit is also used. Here, due to the interconnection of the main working and rod cavities, fluid injection occurs both during the forward stroke of the plunger and during the reverse stroke. But such pumps do not have their own valve distribution system.
Двухсторонний насос имеет свою клапанную систему распределения. Такие насосы, в отличие от насосов одностороннего действия, имеют более низкий коэффициент пульсаций, а КПД более высокий.The double-sided pump has its own valve distribution system. Such pumps, in contrast to single-acting pumps, have a lower ripple coefficient and a higher efficiency.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание плунжерного агрегата, насос которого обеспечивает высокие технические показатели (напор, подачу) при низком коэффициенте пульсаций, обладает незначительными поперечными габаритами, способен функционировать вместе с любым двигателем, позволяющим получать крутящий момент с вала. Соответственно, агрегат должен обладать более высоким КПД, и автономностью.The task to which the claimed invention is directed is the creation of a plunger assembly, the pump of which provides high technical indicators (pressure, flow) with a low ripple coefficient, has insignificant transverse dimensions, is capable of functioning together with any engine that allows to obtain torque from the shaft. Accordingly, the unit must have a higher efficiency, and autonomy.
Задача решена за счет использования в конструкции плунжерного агрегата плунжерного насоса, винтовой привод (механизм) которого, обеспечивает возможность преобразования однонаправленного вращательного движения ведущего вала в возвратно-поступательное движение двухсторонних плунжеров в едином корпусе, а также клапанной системы распределения, обеспечивающей возможность равномерного распределение перекачиваемой жидкости или газа. Винтовым механизмом, такая возможность достигается за счет использования эффекта заклинивания, в различные одноподвижные винтовые структурные группы при вращении ведущего звена - винта.The problem is solved through the use of a plunger pump in the design of the plunger assembly, the screw drive (mechanism) of which provides the ability to convert the unidirectional rotational movement of the drive shaft into the reciprocating motion of the two-way plungers in a single housing, as well as a valve distribution system that provides the possibility of uniform distribution of the pumped liquid or gas. By a screw mechanism, this possibility is achieved through the use of a jamming effect in various single-moving screw structural groups during rotation of the driving link - the screw.
Задача достигается тем, что согласно изобретению, плунжерный агрегат содержит двигатель кинематически связанный с винтовым приводом плунжерного насоса,The objective is achieved by the fact that according to the invention, the plunger assembly comprises a motor kinematically connected to a screw drive of the plunger pump,
при этом плунжерный насос содержит корпус с всасывающими и напорными клапанами, внутри которого с возможностью вращения и с возможностью взаимного, относительного вдоль оси корпуса перемещения, установлены два двухсторонних плунжера, связанных между собой и корпусом, а также с валом двигателя, винтовым приводом, образованным и представляющим собой,wherein the plunger pump contains a housing with suction and pressure valves, inside of which, with the possibility of rotation and with the possibility of mutual, relative along the axis of the housing movement, two double-sided plungers are installed, connected to each other and the housing, as well as to the motor shaft, a screw drive formed and representing
установленный, с возможностью вращательного движения, в корпусе, ведущее звено - винт, имеющий угол наклона α1 винтовой линии, связанный, образованием винтовой кинематической пары, с ведомым звеном - двухсторонним плунжером, посредством отверстия с винтовой нарезкой с углом наклона α1 винтовой линии, выполненного по центру его днища, при этом, этот двухсторонний плунжер кроме винтовой нарезки с углом наклона α1 винтовой линии, по центру своего противоположного днища имеет отверстие с винтовой нарезкой с углом наклона α2 винтовой линии, которой он связан, образованием винтовой кинематической пары, с выходным звеном - винтом, на свободном конце которого установлен другой двухсторонний плунжер, выходное звено - винт имеет кроме винтовой нарезки с углом наклона α2 винтовой линии, винтовую нарезку с углом наклона α3 винтовой линии, посредством которой он связан, образованием винтовой кинематической пары, с корпусом, при этом все винтовые нарезки одного направления, для винтовых линий углы наклона: α3<α1<α2, а линейные размеры винтовых нарезок взаимозависимы перемещениям звеньев.installed, with the possibility of rotational movement, in the housing, the driving link is a screw having a tilt angle α 1 of the helix, connected by the formation of a helical kinematic pair, with a driven link - a double-sided plunger, by means of a screw thread with a tilt angle α 1 of the helix, taken along the center of its bottom, wherein this double-sided plunger apart screw thread with an angle of inclination α 1 helix, the keeper opposite its bottom has an opening with a screw thread with an angle of inclination α 2 helix to Ora it is bound, form a helical kinematic pair, the output link - screw, at the free end of which is mounted the other double-sided plunger output link - the screw has apart screw thread with an angle of inclination α 2 helix screw thread with an angle of inclination α 3 helix, by means of which it is connected, with the formation of a kinematic screw pair, with the body, while all screw threads are in the same direction, for helix lines the tilt angles are: α 3 <α 1 <α 2 , and the linear dimensions of the screw threads are interdependent on the movements of the link ev
Для снижения трения, увеличения КПД, винтовой механизм может быть шарико-винтовым или ролико-винтовым.To reduce friction, increase efficiency, the screw mechanism can be ball screw or roller screw.
Для поддержки и фиксации в корпусе плунжерного насоса ведущего вала винтового привода, а также обеспечения вращения с наименьшим сопротивлением, восприятия радиальной и осевой нагрузок ведущий вал винтового привода плунжерного насоса может быть снабжен радиально-упорным подшипником.To support and fix the drive shaft of the screw drive in the plunger pump housing, as well as to provide rotation with the least resistance, to absorb radial and axial loads, the drive shaft of the screw drive of the plunger pump can be equipped with an angular contact bearing.
Цилиндрическая проточка (цилиндр) в корпусе, по высоте, может иметь участки (части) выполненные с меньшими диаметрами, при этом, каждый меньший по диаметру участок (часть) цилиндра, выполнен в пределах хода плунжера и по высоте не превышающем размеры самых крупных твердых включений в перекачиваемой плунжером среде.A cylindrical groove (cylinder) in the housing, in height, can have sections (parts) made with smaller diameters, while each smaller in diameter section (part) of the cylinder is made within the stroke of the plunger and in height not exceeding the dimensions of the largest solid inclusions in the medium pumped by the plunger.
Корпус плунжерного насоса может быть выполнен цилиндрическим.The housing of the plunger pump may be cylindrical.
В корпусе плунжерного насоса могут быть выполнены каналы для подвода жидкости к уплотнениям плунжеров.In the housing of the plunger pump can be made channels for supplying fluid to the seals of the plungers.
Материалом для изготовления корпуса плунжерного насоса может быть сталь. Материалом для изготовления плунжеров может служить бронза.The material for the manufacture of the plunger pump housing may be steel. The material for the manufacture of plungers can serve as bronze.
Применяемый в агрегате двигатель может быть электрическим.The engine used in the unit may be electric.
На фиг. 1, фиг. 2 схематично представлен плунжерный агрегат. Устройство содержит кинематически связанные двигатель 1 и плунжерный насос посредством его винтового привода. Двигатель 1 и плунжерный насос с винтовым приводом могут быть установлены в одном (общем) корпусе 3 либо на общей раме. Возможно выполнение устройства, в котором двигатель и плунжерный насос с винтовым приводом установлены каждый в своем корпусе. Например, плунжерный насос с винтовым приводом может быть установлен в одном корпусе, а двигатель установлен в другом (своем) корпусе или на отдельной раме. Возможно использование плунжерного насоса и без применения двигателя. В этом случае, для приведения в движение винтового привода, соответственно плунжеров, используется мускульная сила.In FIG. 1, FIG. 2 schematically shows a plunger assembly. The device comprises kinematically coupled
Отдельные корпуса, и корпус 3 могут быть цилиндрическими. Корпус 3 может быть выполнен разъемным в различных вариантах. Например, съемными могут быть обе торцевые крышки или одна из них, корпус может разъединяться в какой-либо плоскости. Двигатель может быть любой, конструкция которого обеспечивает возможность снимать крутящий момент с вала. Это может быть электродвигатель, двигатель, функционирующий посредством жидкости или газа, двигатель внутреннего сгорания и др. В зависимости от исполнения, двигатель 1 может быть снабжен гидро-защитой, другой защитой либо защита двигателю может быть не нужна. По степени взрывозащищенности электрооборудования может применяться электродвигатель в общепромышленном исполнении, либо электродвигатель во взрывозащищенном исполнении. Плунжерный насос содержит приводную часть и гидравлическую часть. Приводная часть содержит винтовой привод (механизм) для преобразования вращательного движения вала двигателя в возвратно-поступательное движение плунжеров. Гидравлическая часть содержит цилиндр (цилиндрическая проточка выполнена в корпусе 3), плунжеры, всасывающие и нагнетательные клапана, может содержать уплотнения плунжеров, предохранительные клапана.Separate cases, and
С валом двигателя 1, выходной частью, функционирующей в качестве входного вала, связан винт 2 винтового привода (механизма). Соответственно винт 2 является ведущим в винтовом приводе. Возможно соосное и несоосное соединение вала двигателя 1 с винтом 2. Для передачи крутящего момента с двигателя может использоваться карданная передача, шарнир равных угловых скоростей, зубчатая муфта, ременная передача. Для увеличения срока службы используемая передача может быть герметизирована. Для компенсации динамических нагрузок соединение «вал двигателя 1 - винт 2» может быть снабжено гибкой или упругой муфтой, например, втулочно-пальцевой. Могут применяться эластичные муфты со стороны насоса с защитой, со стороны двигателя с защитой. Также, возможно соединение вала двигателя с винтом 2 через редуктор, через редуктор с подогреваемым корпусом. Торцевая крышка (либо перегородка, если двигатель и плунжерный насос находятся в едином корпусе) корпуса 3 выполняет функцию опоры выходной части винта 2. Для поддержки и фиксации выходной части винта 2 в корпусе 3, а также обеспечения вращения с наименьшим сопротивлением, восприятия радиальной и осевой нагрузок может применяться радиально-упорный подшипник. Для защиты подшипника, для предотвращения просачивания жидкости или паров, на выходной части функционирующей в качестве вала, с двух сторон подшипника, могут быть установлены уплотнения: механические; с ручной регулировкой; с пружинным нажимом; сальниковые; манжетные; с запорной камерой и указателями утечек.A
В наземных плунжерных насосах для предотвращения утечек жидкости в атмосферу, к механическому уплотнению может быть добавлено манжетное. Также утечку можно направить во всасывающую линию насоса. При этом жидкость, которая в небольшом количестве просачивается через механическое уплотнение служит смазкой и охлаждает трущиеся детали уплотнения, соответственно дополнительно подавать масло в уплотнение не требуется.In ground-based plunger pumps, cuffs can be added to the mechanical seal to prevent fluid leakage into the atmosphere. Leakage can also be routed to the suction line of the pump. At the same time, the liquid that seeps in a small amount through the mechanical seal serves as a lubricant and cools the friction parts of the seal; accordingly, it is not necessary to additionally supply oil to the seal.
С винтом 2, своей первой винтовой нарезкой 4 (с углом наклона α1 винтовой линии) в отверстии, выполненном по центру днища, связан плунжер 5 установленный с возможностью вращения в корпусе 3 (в цилиндрической проточке, выполненной в корпусе 3). Плунжер 5 имеет два днища (т.е. является двухсторонним), в центре каждого из которых имеется резьбовое отверстие. Плунжер 5 своей второй винтовой нарезкой (с углом наклона α2 винтовой линии) в отверстии, выполненном по центру противоположного днища, связан с винтом 7 имеющим две винтовые нарезки, одна из которых с углом наклона α2 винтовой линии, другая - α3 винтовой линии. Таким образом, плунжер 5 можно представить, как «гайку» с двумя разными винтовыми нарезками. Плунжер 5 и винт 7 образуют винтовую кинематическую пару винтовой нарезкой 6 (с углом наклона α2,. винтовой линии). Винт 7 и корпус 3 (внутренняя перегородка в корпусе, являющаяся опорой винта 7, имеет резьбовое отверстие по центру, с углом наклона а3 винтовой линии) образуют винтовую кинематическую пару винтовой нарезкой 8. Все винтовые нарезки одного направления, для винтовых линий углы наклона: α3<α1<α2, а линейные размеры винтовых нарезок взаимозависимы перемещениям звеньев.With the
На свободном конце винта 7 с возможностью вращения относительно корпуса 3 установлен плунжер 9. Плунжер 9 является двухсторонним, и, соединен с винтом 7 шарнирно или жестко. В случае шарнирного соединения винт 7 имеет возможность вращения относительно плунжера 9. В случае жесткого соединения, винт 7 вращается заодно с плунжером 9.At the free end of the
Цилиндр (цилиндрическая проточка в корпусе 3) по высоте, может иметь участки (части) 10, 11, выполненные с меньшими диаметрами, (фиг. 2).The cylinder (cylindrical groove in the housing 3) in height, may have sections (parts) 10, 11 made with smaller diameters (Fig. 2).
Это участки цилиндра в области хода плунжера 5 и в области хода плунжера 9.These are sections of the cylinder in the stroke area of the
Каждый меньший по диаметру участок (часть) цилиндра, выполнен в пределах хода плунжера и по высоте не превышающем размеры самых крупных твердых включений в перекачиваемой плунжером среде, то есть для плунжеров, участки (части) 10 и 11 являются одновременно опорами и направляющими.Each smaller section (part) of the cylinder in diameter is made within the stroke of the plunger and in height not exceeding the dimensions of the largest solid inclusions in the medium pumped by the plunger, that is, for plungers, sections (parts) 10 and 11 are both supports and guides.
Такая конструкция цилиндра обеспечивает возможность возвратно-поступательного движения плунжеров 5 и 9 с меньшим трением и без перекосов, кроме того, плунжеры, участки (части) 10, 11, соответственно и остальная часть цилиндра меньше подвержены износу абразивными частицами, содержащимися в перекачиваемой среде.This design of the cylinder allows the reciprocating movement of the
Для удобства ремонта, участки (части) 10, 11 могут быть выполнены в виде съемных втулок. Втулки могут быть запрессованы или установлены с возможностью относительно быстрого снятия.For ease of repair, sections (parts) 10, 11 can be made in the form of removable bushings. The bushings can be pressed in or mounted with the possibility of relatively quick removal.
Для предотвращения (уменьшения) утечки перекачиваемых газа, жидкости, между каждым плунжером и цилиндром, в проточках (канавках) выполненных на участках (частях) 10, 11 могут быть установлены радиальные уплотнения.To prevent (reduce) leakage of the pumped gas, liquid, between each plunger and cylinder, in the grooves (grooves) made in the sections (parts) 10, 11, radial seals can be installed.
В случае выполнения цилиндра по высоте одним диаметром, для предотвращения (уменьшения) утечки перекачиваемых газа, жидкости, между каждым плунжером и цилиндром, в проточках (канавках) выполненных внутри цилиндра, в пределах ходов плунжеров, также могут быть установлены радиальные уплотнения.If the cylinder is executed in height with one diameter, to prevent (reduce) leakage of the pumped gas, liquid, between each plunger and cylinder, in grooves (grooves) made inside the cylinder, within the strokes of the plungers, radial seals can also be installed.
Плунжеры 5 и 9 в корпусе 3 формируют три камеры «А», «В», «С» которые могут быть соединены напорной магистралью 12. Камеры, посредством всасывающих клапанов 13, 14, 15 имеют возможность сообщаться с пространством вне корпуса 3. Клапана 13, 14, 15 функционируют посредством разряжения в камерах «А», «В», «С». Также эти клапана могут быть снабжены фильтрами, и, соединены всасывающей магистралью с фильтром на входе. Клапана 16, 17, 18 функционируют посредством давления в камерах «А», «В», «С», т.е. являются напорными, и, обеспечивают возможность сообщения камер с напорной магистралью 12. Для уменьшения радиальных размеров устройства, сечения магистралей могут быть выполнено сегментными. Могут применяться всасывающие и нагнетательные патрубки, одинарные, сдвоенные и т.п. выполненные из углеродистой стали, цветных металлов, их сплавов, пластика. Последовательность перемещения плунжеров в результате чего происходит изменение объема камер «А», «В», «С», определится кинематикой винтовых пар, с которыми связаны плунжеры. Для устранения трения скольжения в винтовом механизме (винтовой передаче), последний может быть исполнен шарико-винтовым или ролико-винтовым.The
Плунжерный насос может быть снабжен предохранительным клапаном, например, пружинным. В нормальном режиме работы он может быть отрегулирован как на номинальное, так и другое рабочее давление. В зависимости от исполнения плунжерный насос может быть без гидрозатвора или с гидрозатвором.The plunger pump can be equipped with a safety valve, for example, a spring. In normal operation, it can be adjusted to both nominal and other operating pressures. Depending on the version, the plunger pump can be without a water seal or with a water seal.
Для снижения возможной неравномерности подачи перекачиваемой жидкости, напорная магистраль может быть снабжена гидравлическим аккумулятором.To reduce the possible unevenness of the pumped fluid, the pressure line can be equipped with a hydraulic accumulator.
В зависимости от области применения плунжерный насос может обеспечиваться обогревом или охлаждением, а также дополнительной смазкой. Поэтому гидравлическая часть по конструкции может быть:Depending on the application, the plunger pump can be provided with heating or cooling, as well as additional lubrication. Therefore, the hydraulic part in design can be:
с охлаждением (обогревом), смазкой гидравлической части, с подводом к уплотнениям либо к зоне рабочего хода каждого из плунжеров смазывающей, промывочной, охлаждающей или гидрозатворной жидкости через каналы, выполненные в корпусе насоса.with cooling (heating), lubrication of the hydraulic part, with a supply to the seals or to the working area of each of the plungers of lubricating, flushing, cooling or hydrolock fluid through channels made in the pump casing.
Плунжерный агрегат может подключаться к устройству, регулирующему частоту вращения двигателя.The plunger assembly can be connected to a device that controls the engine speed.
Материальное исполнение насоса.Material design of the pump.
К материалам, применяемым для изготовления гидравлической части плунжерного насоса, предъявляются следующие требования: высокая механическая прочность; малый коэффициент линейного расширения; высокая коррозионная стойкость; хорошие антифрикционные свойства.The materials used for the manufacture of the hydraulic part of the plunger pump have the following requirements: high mechanical strength; low coefficient of linear expansion; high corrosion resistance; good anti-friction properties.
Для изготовления скользящих пар (цилиндр, плунжеры) возможно применение стали, чугуна, бронзы, сплавов причем в различных сочетаниях, одна деталь может быть изготовлена из стали или чугуна, а парная ей - из бронзы, и наоборот.For the manufacture of sliding pairs (cylinder, plungers) it is possible to use steel, cast iron, bronze, alloys, and in various combinations, one part can be made of steel or cast iron, and a pair of it can be made of bronze, and vice versa.
Материалы для цилиндра и плунжеров:Materials for cylinder and plungers:
хромистые стали типа 20X13 или 40X13 ГОСТ 5632-72; хромоникелевые стали типа 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72; серые чугуны СЧ 20, СЧ 15; антифрикционные чугуны АЧК-2, АЧВ-2; кованые углеродистые стали; дуплексные нержавеющие стали; сплав «никель-алюминий-бронза»;chrome steel type 20X13 or 40X13 GOST 5632-72; GOST 5632-72 type 12X18H10T chromium-nickel steels; gray cast iron SCH 20,
бронзы: Бр ОФ10-1, Бр ОЦС 6-6-3, Бр АЖ 9-4 и др., серые чугуны СЧ 20, СЧ 15, антифрикционные чугуны АЧК-2, АЧВ-2.bronzes: Br OF10-1, Br OTsS 6-6-3, Br AZh 9-4, etc., gray cast iron SCh 20,
Плунжеры могут иметь покрытие из карбида вольфрама; плунжеры для воды выполнены с наплавкой 45Ni60. Плунжеры могут быть выполнены из керамики или с покрытием из керамики.The plungers may have a tungsten carbide coating; plungers for water are made with 45Ni60 surfacing. The plungers can be made of ceramic or coated with ceramic.
Клапана.Valve.
Конические. Каждый из них может быть выполнен с направляющей и нагружен пружиной. По конструкции клапана на всасывании и клапана на нагнетании могут быть идентичными, что облегчает обслуживание.Conical. Each of them can be made with a guide and loaded with a spring. By design, the suction valve and the discharge valve can be identical, which facilitates maintenance.
Материалы для клапанов и седел: нержавеющая сталь, например, сталь 316.Valve and seat materials: stainless steel, e.g. 316 steel.
Для дозирующих насосов могут применяться шаровые клапана из нержавеющих сталей.Stainless steel ball valves can be used for metering pumps.
Уплотнение между плунжерами и цилиндром.Seal between plungers and cylinder.
За счет размещения плунжеров и их привода в едином (общем для них) цилиндре плунжерный насос способен функционировать и без каких-либо дополнительных уплотнительных элементов между плунжерами и цилиндром.By placing the plungers and their drive in a single cylinder (common to them), the plunger pump is able to function without any additional sealing elements between the plungers and the cylinder.
Для предотвращения (уменьшения) утечки газа, жидкости между плунжерами и цилиндром, в проточках (канавках), внутри цилиндрической части корпуса 3, могут быть установлены радиальные уплотнения 10, 11, например,To prevent (reduce) leakage of gas, liquid between the plungers and the cylinder, in the grooves (grooves), inside the cylindrical part of the
механические уплотнения, содержащее притертые одно к другому и поджимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме. Упругая обойма выполнена из эластомерного материала, например, из резины.mechanical seals containing eccentric rings of antifriction material, which are ground to one another and pressed against the sealed surfaces of these elements in opposite directions, which are located in an elastic cage. The elastic clip is made of an elastomeric material, for example, rubber.
К применению возможно уплотнение (фиг. 2) содержащее уплотнительные кольца (по несколько штук могут быть объединены в кассеты), Г-образную резиновую манжету с эксцентричными буртами, защитное опорное кольцо из пластика, металлическую обойму. Г-образная манжета обеспечивает прижим уплотнительных колец к друг другу, и к плунжеру, является динамическим уплотнением по отношению к плунжеру (Г-образный выступ) и статическим - для уплотнительных колец.It is possible to use a seal (Fig. 2) containing o-rings (several pieces can be combined into cassettes), a L-shaped rubber cuff with eccentric collars, a protective support ring made of plastic, a metal clip. The L-shaped cuff provides a clamping of the sealing rings to each other and to the plunger, it is a dynamic seal in relation to the plunger (L-shaped protrusion) and static for the sealing rings.
В зависимости от назначения насоса уплотнительные кольца, др. радиальные уплотнения могут быть изготовлены из металлов: бронзы, латуни, стали, сплавов в т.ч. твердых сплавов, без покрытий, и с покрытиями хромом, цинком, медью; из износостойких пластмасс, др. полимерных, композиционных материалов. Г-образная манжета изготовлена из каучука фтористого или нитрильного, или из полиуретана.Depending on the purpose of the pump, O-rings and other radial seals can be made of metals: bronze, brass, steel, alloys, incl. hard alloys, uncoated, and coated with chromium, zinc, copper; from wear-resistant plastics, other polymeric, composite materials. The L-shaped cuff is made of fluorine or nitrile rubber or polyurethane.
Как было указано выше, в корпусе плунжерного насоса могут быть выполнены каналы для подвода смазки к уплотнениям плунжеров.As mentioned above, in the housing of the plunger pump can be made channels for supplying lubricant to the seals of the plungers.
Винтовой привод (механизм)Screw drive (mechanism)
- преобразует вращательное движение вала двигателя в поступательное движение плунжеров. Винтовой привод (винтовой механизм) плунжерного насоса допускает возможность вращения винтов 2 и 7 в любую сторону. В зависимости от исполнения, для винтового механизма (передачи винт-гайка) может использоваться резьба: трапецеидальная (при реверсивной нагрузке), упорная (при нереверсивной нагрузке), а также прямоугольная, треугольная, круглая, полукруглая, арочная. Также в зависимости от исполнения резьба может быть правой, левой, одно- и многозаходной, несамотормозящейся.- converts the rotational motion of the motor shaft into the translational motion of the plungers. The screw drive (screw mechanism) of the plunger pump allows the rotation of
Винты 2, 7 могут быть выполнены цельными либо каждый из них может быть выполнен составным, например, путем свинчивания. Винты могут быть выполнены из сталей 45, 50, У10, 40Х, 40ХГ, 40ХГВ, А40Г, 65Г, и др. с последующей закалкой до твердости HRC 50-55 и шлифованием рабочих поверхностей.
Каждая «гайка» может быть выполнена в виде бронзовой втулки неразъемной или разъемной. Две втулки установлены в тело плунжера 5, а одна - в перегородку в корпусе 3. (перегородка также может быть разъемной).Each "nut" can be made in the form of a bronze sleeve one-piece or detachable. Two bushings are installed in the body of the
Втулки могут быть запрессованы или установлены с возможностью относительно быстрого снятия. В последнем случае, втулки могут быть зафиксированы в теле плунжера, и, в перегородке корпуса при помощи радиально установленных прижимных винтов или штифтов. Разъемные «гайки» - втулки, разъемная перегородка обеспечивают возможность осуществлять разборку (сборку) быстрее.The bushings can be pressed in or mounted with the possibility of relatively quick removal. In the latter case, the bushings can be fixed in the body of the plunger, and in the partition of the housing using radially mounted clamping screws or pins. Detachable "nuts" - bushings, a split partition provide the ability to disassemble (assembly) faster.
Материал «гайки»: бронзы Бр ОФ10-1, Бр ОЦС 6-6-3, Бр АЖ 9-4 и др., серые чугуны СЧ 20, СЧ 15, антифрикционные чугуны АЧК-2, АЧВ-2.Material of the “nut”: bronzes Br ОФ10-1, Br ОЦС 6-6-3, Бр АЖ 9-4, etc., gray cast iron СЧ 20,
Также сами плунжеры, торцевые крышки, перегородки в корпусе 3 могут быть выполнены из этих материалов, и без каких-либо втулок.Also, the plungers themselves, end caps, partitions in the
Возможно выполнение винтового механизма шарико-винтовым. В таком случае передача винт-гайка качения образуется шариками, размещенными между винтовыми поверхностями винта и гайки. При вращении винта в одном направлении шарики перекатываются и по обводному каналу в гайке (обводные каналы могут быть выполнены в теле плунжера, и в перегородке) возвращаются в рабочую зону.It is possible to perform a screw mechanism with a ball screw. In this case, the rolling screw-nut transmission is formed by balls placed between the screw surfaces of the screw and nut. When the screw rotates in one direction, the balls roll over and through the bypass channel in the nut (bypass channels can be made in the body of the plunger and in the partition) return to the working area.
Такая винтовая пара не является самотормозящейся и может применяться как для преобразования вращательного движения в поступательное, так и наоборот. Кроме того, для такой передачи характерны высокие жесткость и точность, возможность полной выборки зазора, возможность работы без смазки, небольшая скорость изнашивания, высокий КПД. Материалом винта может служить сталь 8ХФ, «гайки» - сталь 9ХС, термообработка - поверхностная закалка до твердости HRC 58-62.Such a helical pair is not self-braking and can be used both to convert rotational motion to translational, and vice versa. In addition, such a transmission is characterized by high rigidity and accuracy, the ability to completely sample the gap, the ability to work without lubrication, low wear rate, high efficiency. The material of the screw can be steel 8XF, nuts - steel 9XC, heat treatment - surface hardening to hardness HRC 58-62.
Функционирование винтового привода.The operation of the screw drive.
Винтовой привод плунжерного насоса представляет собой механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, то есть винтовой механизм, схематично представленный на фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, где его функционирование представляется несколькими кинематическими сочетаниями подвижных звеньев.The screw drive of the plunger pump is a mechanism for converting rotational motion into reciprocating, that is, a screw mechanism, schematically shown in FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, where its functioning is represented by several kinematic combinations of mobile links.
Такой винтовой механизм содержит ведущее звено - винт 2 установленный с возможностью вращения в опоре (в «левой» торцевой крышке корпуса 3). Винт 2 образует с опорой вращательную кинематическую пару (Вр.КП3-2).Such a screw mechanism comprises a leading link — a
α1 - угол наклона винтовой линии винта 2.α 1 - the angle of inclination of the helix of the
С ведущим звеном - винтом 2 посредством винтовой нарезки с углом наклона α1 винтовой линии связано выходное звено - дифференциальная гайка (плунжер 5) имеющая(-ий) две винтовые нарезки, где:An output link is connected to the driving link -
α1 угол наклона винтовой линии гайки (винтовой нарезки плунжера 5, "левой" части)α 1 angle of inclination of the helix of the nut (screw cutting of the
α2 - угол наклона винтовой линии гайки (винтовой нарезки плунжера 5, "правой" части) 2 α - helix angle nut (screw thread of the
Гайка (плунжер 5), посредством винтовой нарезки с углом наклона α2 винтовой линии связана с выходным звеном - винтом 7 имеющим две винтовые нарезки, одна из которых с углом наклона α2 винтовой линии, другая - α3 винтовой линии.A nut (plunger 5), by means of a screw thread with an angle of inclination α 2 of the helix, is connected to the output link - a
Таким образом, гайка (плунжер 5) образует первую винтовую кинематическую пару (ВКП2-5) с ведущим звеном - винтом 2 и вторую винтовую кинематическую пару (ВКП5-7) с выходным звеном - винтом 7.Thus, the nut (plunger 5) forms the first helical kinematic pair (VKP 2-5 ) with the leading link -
Винт 7 посредством своей второй винтовой нарезки с углом наклона а3 винтовой линии связан с опорой (с внутренней перегородкой в корпусе, являющейся опорой винта 7) имеющей винтовую нарезку с углом наклона α3 винтовой линии, образуя третью винтовую кинематическую пару (ВКП7-3).
Все винтовые нарезки одного направления, при этом углы наклона винтовых линий:All screw cuts in one direction, while the angles of inclination of the helix lines:
α3<α1<α2,. Линейные размеры винтовых нарезок взаимозависимы перемещениям звеньев.α 3 <α 1 <α 2 ,. The linear dimensions of the screw threads are interdependent on the movements of the links.
Винтовые кинематические пары могут образовывать между собой различные сочетания, что и позволяет при одностороннем вращении ведущего звена - винта 2 обеспечивать возвратно-поступательные движения выходных звеньев - гайки (плунжера 5) и винта 7. Обеспечение возможности преобразования одно направленного вращательного движения ведущего звена в возвратно-поступательные движения выходных звеньев решено за счет получения возможности при вращении ведущего звена - винта преобразовывать механизм структурно, при использовании эффекта заклинивания, в различные одноподвижные винтовые структурные группы.Kinematic screw pairs can form various combinations between themselves, which allows one-way rotation of the drive link -
При вращении винта 2, плунжер 5 из крайнего положения перемещается на величину хода винта 2 в направлении уменьшения объема камеры «А». За счет этого происходит нагнетание рабочего тела через клапан 16 в магистраль 12. Плунжер 5, своей винтовой нарезкой 6 приводит в движение винт 7 с плунжером 9. При этом увеличиваются объемы камер «В» и «С». При увеличении объема камеры «В», идет процесс всасывания рабочего тела в эту камеру через клапан 14. При увеличении объема камеры «С», идет процесс всасывания рабочего тела в эту камеру через клапан 15.When rotating the
Плунжер 5 замкнется с винтом 2, тем самым будет образовано вращательное звено (винт - плунжер). Вращение плунжера 5 преобразуется в поступательные составляющие винта 7 с плунжером 9, камера «С» увеличивается, соответственно происходит всасывание, камера «В» уменьшается, соответственно происходит нагнетание. Объем камеры «А» не изменится.The
В конце хода винта 7, плунжер 5 и винт 7 замкнутся друг с другом и вместе с плунжером 9 получат поступательную составляющую перемещения, в результате чего будет увеличиваться объем камеры «А», соответственно будет идти процесс всасывания в эту камеру, объем камеры «С» будет уменьшаться, соответственно будет идти процесс нагнетания из этой камеры. Объем камеры «В» будет оставаться неизменным.At the end of the stroke of the
Перемещение плунжера 5 и винта 7 приведет к замыканию винта 7 на корпус 3. Винт 7, замкнувшись на корпус 3, становится стойкой. С вращением винта 2 поступательная составляющая винтового движения плунжера 5 приведет к увеличению объема камеры «В» и уменьшению объема камеры «А». Объем камеры «С» не изменится. Далее циклы повторяются.Moving the
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017115392A RU2654560C1 (en) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | Plunger unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017115392A RU2654560C1 (en) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | Plunger unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2654560C1 true RU2654560C1 (en) | 2018-05-21 |
Family
ID=62202303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017115392A RU2654560C1 (en) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | Plunger unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2654560C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2105196C1 (en) * | 1995-04-12 | 1998-02-20 | Акционерное общество "Электростальский завод тяжелого машиностроения" | Pumping unit (versions) |
RU2133875C1 (en) * | 1998-01-05 | 1999-07-27 | Акционерная нефтяная компания Башнефть | Well sucker-rod pump drive |
CN1415858A (en) * | 2002-10-29 | 2003-05-07 | 李华林 | Electric oil-immersed plunger pump |
CN2906131Y (en) * | 2006-06-13 | 2007-05-30 | 大庆油田有限责任公司 | Ground driving gear of direct-drive type screw pump without retarder |
RU2449171C2 (en) * | 2010-06-08 | 2012-04-27 | Николай Валентинович Степанов | Pumping unit |
RU2482332C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-05-20 | Открытое акционерное общество "Татарский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО "ТатНИИнефтемаш") | Beamless pumping unit |
-
2017
- 2017-05-02 RU RU2017115392A patent/RU2654560C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2105196C1 (en) * | 1995-04-12 | 1998-02-20 | Акционерное общество "Электростальский завод тяжелого машиностроения" | Pumping unit (versions) |
RU2133875C1 (en) * | 1998-01-05 | 1999-07-27 | Акционерная нефтяная компания Башнефть | Well sucker-rod pump drive |
CN1415858A (en) * | 2002-10-29 | 2003-05-07 | 李华林 | Electric oil-immersed plunger pump |
CN2906131Y (en) * | 2006-06-13 | 2007-05-30 | 大庆油田有限责任公司 | Ground driving gear of direct-drive type screw pump without retarder |
RU2449171C2 (en) * | 2010-06-08 | 2012-04-27 | Николай Валентинович Степанов | Pumping unit |
RU2482332C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-05-20 | Открытое акционерное общество "Татарский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО "ТатНИИнефтемаш") | Beamless pumping unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3464900B1 (en) | Double acting positive displacement fluid pump | |
EP2497949B1 (en) | Plunger water pump | |
US5013219A (en) | Positive displacement piston pump | |
US4276003A (en) | Reciprocating piston pump system with screw drive | |
US20070286745A1 (en) | Integrated mixing pump | |
RU2683005C2 (en) | External gear pump integrated with two independently driven prime movers | |
US3958901A (en) | Axial piston pump | |
KR20210102391A (en) | Lobe pump with inner bearing | |
RU2654560C1 (en) | Plunger unit | |
CN101216022A (en) | Plunger ported axial plunger hydraulic pump | |
RU2643881C1 (en) | Piston pump | |
EP1882098B1 (en) | Fluid powered motor or pump | |
AU2006265767A1 (en) | Reciprocating pump | |
KR100886636B1 (en) | Pressure Recovery Mechanism using Hydrostatic Power Transmission | |
US4752192A (en) | Rotating drum pump having a plurality of fluid driven pistons | |
CN107120254B (en) | Drilling apparatus | |
RU2739103C1 (en) | Three-piston drilling machine of unilateral action | |
US11293227B2 (en) | Frac pump plunger centering bearing to avoid premature carrier, packing, or plunger failure | |
US11486372B2 (en) | Rotary barrel pump having separate guiding means and centering means for the barrel | |
CN205559819U (en) | Hydraulic pressure weight butterfly valve | |
RU212314U1 (en) | GEAR PUMP | |
US11002120B1 (en) | Dynamic packing seal compression system for pumps | |
RU79434U1 (en) | ROTARY FIRE MONITOR ASSEMBLY | |
RU2769486C1 (en) | Spiral hydraulic drive | |
RU2387876C2 (en) | Piston-type pump plant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190503 |