7. Грязевые насосы

грязевой насос

Грязевые насосы предназначены для прокачки глинистого раствора через колонну труб и выноса выбуренной породы с забоя скважины. Глинистый раствор охлаждает долото и создает противодавление на стенки скважины, делая их более устойчивыми.

В турбинном бурении, кроме очистки забоя, глинистый раствор передает энергию турбине и связанному с ней долоту. Следовательно, в этом случае работа всей бурильной установки целиком зависит от правильного выбора типа насосов, а также от бесперебойной их работы.

Насосы различаются по типу привода и по размеру гидравлической части (диаметра поршня и длины хода его). Насосы бывают приводные, если они получают движение от электромотора или двигателя внутреннего сгорания, и паровые, если они приводятся в движение специальной двухцилиндровой паровой машиной (горячая часть насоса). В связи с тем, что в процессе бурения давление на насосе может колебаться в широких пределах, а в некоторых аварийных случаях может достигать 150 ат и выше, в бурении применяют исключительно поршневые насосы, которые по рабочей характеристике больше всего подходят для подобных условий. Наличие песка в растворе в сочетании с высоким давлением на создает чрезвычайно тяжелые условия работы насоса в буровой.

Во вращательном бурении наибольшее распространение получили приводные насосы горизонтального типа, поршневые, двухцилиндровые, двойного действия.

При ходе поршня вправо жидкость всасывается левой стороной цилиндра из всасывающей трубы d0 через всасывающий клапан 3 и одновременно нагнетается с правой стороны цилиндра через нагнетательный клапан 2 в нагнетательную трубу 1. В это время клапаны 7 и 4 закрыты. При ходе поршня влево работают всасывающий клапан 4 и нагнетательный клапан 7, а клапаны 3 и 2 закрыты. Все указанные насосы имеют приводную и гидравлическую схему работы.

Приводная часть состоит из ременного шкива, трансмиссионного вала, пары зубчатых колес, коренного вала с кривошипами или эксцентриками, двух шатунов или двух крейцкопфов. Все детали приводной части смонтированы в чугунной литой станине, которая соединяет в одно целое приводную и гидравлическую части насоса.

Сверху станина закрыта крышкой, которая имеет смотровые люки для наблюдения за работой приводного механизма и для заливки масла в картер станины. Насосы приводятся в действие электромоторами или двигателями внутреннего сгорания посредством ременной передачи с клиновидными или плоскими ремнями. Ременные шкивы, отлитые из чугуна, насаживают на трансмиссионный вал насоса, на трансмиссионном валу насажена также малая шестерня зубчатой передачи. Часто малая шестерня представляет собой одно целое с трансмиссионным валом.

Для уменьшения удельного давления зубчатые передачи делают обычно с косыми или шевронными зубьями. Трансмиссионный вал вращается в подшипниках. В современных грязевых насосах применяются исключительно подшипники качения.

Вращение с трансмиссионного вала передается коренному коленчатому или эксцентриковому валу с помощью зубчатой передачи. Для этого на вал насаживают большую шестерню. Коренные валы обычно кованые стальные, иногда литые; опоры коренного вала делают на подшипниках качения. Коренные валы связаны шатунами с крейцкопфами, имеющими возвратно-поступательное движение и движущимися по параллелям, закрепленным в станине насоса. Крейцкопф имеет отверстие с конической резьбой для присоединения штока.

Гидравлическая часть насоса состоит из литых рабочих цилиндров со сменными втулками, поршней и штоков, связанных с механизмом приводной части насоса, и литых клапанных коробок со всасывающими и нагнетательными клапанами.

Применение сменных втулок различных диаметров дает возможность менять рабочую характеристику (производительность и давление) насоса в зависимости от изменяющихся условий бурения. Втулки изготовляются из стали или модифицированного чугуна (при диаметрах до 170 мм). Для герметизации посадки в насосные цилиндры втулки имеют на наружной - поверхности пояски и снабжены резиновыми уплотнениями, которые сжимаются при помощи нажимных болтов. Герметизация посадки поршней в цилиндровых втулках достигается:

а) резиновыми манжетами, зажатыми между металлическими шайбами, которые посажены на шток поршня;

б) гуммированием рабочей поверхности металлического поршня.

Современные насосы имеют поршни только последнего типа, так называемые самоуплотняющиеся поршни. Для сальниковых уплотнений применяют резиновые манжеты, сжимаемые при помощи нажимных фланцев.

Смазка в насосах производится:

а) жидкой смазкой, разбрызгиваемой из картера станины;

б) консистентной смазкой опорных подшипников.

Рабочие цилиндры и поршни специальной смазки не имеют. Они работают в среде глинистого раствора, который всегда содержит некоторое количество взвешенного песка.

Вследствие этого быстро изнашиваются эти детали и значительно падает коэффициент подачи насоса. Так, непосредственно после набивки и смены клапанов коэффициент подачи насоса а = 0,92 - 0,95, через несколько часов работы он падает до а = 0,84 - 0,85, а через 27-30 час, а = 0,6 - 0,7. Однако здесь следует иметь в виду, что падение коэффициента подачи в большой степени зависит от качества набивки и клапанов насоса, а также от количества песка в растворе.

Все части насоса, подверженные давлению, должны рассчитываться на возможное наибольшее давление, которое в настоящее время для глубокого бурения принимают равным 200 ат.

Из приводных насосов наиболее распространенными являются двухцилиндровые горизонтальные насосы двойного действия с встроенным редуктором. Приводная часть этих насосов строится по четырем основным схемам.

  1. Насосы с приводом поршней от единого двухколенчатого вала, установленного на подшипниках качения или скольжения. Шатунные подшипники во всех случаях делаются бронзовыми с разъемом. Приводная шестерня при такой передаче располагается либо на одном из концов вала, либо между коленами вала на специальной шайбе. По этой схеме представлены насосы НГ-3, НГ-4, НГ-5-16, НПП-1 (НБ-250), НПП-2.
  2. Насосы с приводом поршней от двух самостоятельных одноколенчатых валов с раздельным приводом каждого вала самостоятельной шестерней.Шатунные подшипники также бронзовые разъемные, коренные могут быть качения или скольжения. По этой схеме построены насосы 2Г-1 и У8-1.
  3. Шатуны на кривошипах устанавливаются также или на подшипниках качения или на подшипниках скольжения (старые конструкции). Приводная шестерня располагается между кривошипами. По этой схеме построены насосы НГ-150, НГЗО-320, 4ГР и т. д.
  4. Насосы с приводом поршней от вала с эксцентриками. Вал обычно устанавливается на подшипниках качения. Эксцентрики работают на бронзовых шайбах. Приводная шестерня располагается между эксцентриками.

Число двойных ходов поршня двухцилиндровых насосов колеблется в пределах 50-65 в минуту. При этом высший предел относится к небольшим насосам. Мощные насосы обычно работают с числом ходов 50-55 в минуту. В последнее время наблюдается тенденция к увеличению быстроходности насосов.

Гидравлическая часть современных насосов строится по трем основным схемам:

а) с внешним расположением всасывающих клапанов и внутренним нагнетательных; по этой схеме обычно строят насосы с приводом поршней от коленчатого вала или эксцентриков;

б) с внутренним расположением (одного над другим) всасывающего и нагнетательного клапанов; насосы, построенные по этой схеме, имеют наименьшие габариты; с эксплуатационной точки зрения эта схема расположения клапанов наименее удобна, так как ремонт или смена одного из клапанов требует одновременного изъятия обоих клапанов;

в) в последнее время начали распространяться трехцилиндровые приводные насосы с эксцентриковым приводом поршней и двухъярусным расположением клапанов. По конструкции эти насосы весьма схожи с двухцилиндровыми насосами, построенными по четвертой схеме.

Насос НГ8-16

Приводной грязевой насос НГ8-16 состоит из двух частей: приводной и гидравлической. Приводная часть имеет трансмиссионный и коленчатый валы. Коленчатый вал уложен в двух коренных подшипниках с кольцевой смазкой; на выступающей прямой части коленчатого вала на шпонке насажена цилиндрическая шестерня z = 96, которая входит в зацепление с малой шестерней z = 18 и насажена на промежуточном валу. На противоположной части передаточного вала надет клиноременный шкив, имеющий 13 канавок и принимающий вращение с помощью ремней от электромотора. Весь насос и близко расположенный от него электромотор укреплены на сварной металлической раме.

Гидравлическая часть насоса имеет два отдельных блока, каждый из которых состоит из цилиндра и клапанной коробки, расположенной над цилиндром. Каждый блок с одной стороны посредством фланца крепится болтами к корпусу приводной части, а другая его сторона закрыта крышкой.

Внизу гидравлической части (с внешней стороны) имеется тройник, к которому присоединяется приемная линия насоса.

Через фланцев часть задней стороны каждого цилиндра проходит шток поршня; для уплотнения (против пропуска жидкости) шток проходит через сальник. Поршень, насаженный на конусную часть штока, крепится к нему с помощью гайки и контргайки. Другой конец штока также имеет резьбу, с помощью которой он ввинчивается в тело крейцкопфа. Крейцкопф или ползун движется в направляющих станины и пальцем, укрепленным в его теле, соединяется с шатуном. Шатун на обоих концах снабжен разъемными головками или подшипниками с медным» . вкладышами. Вторым подшипником шатун крепится к шейке коленчатого вала, два колена которого расположены под углом 90° один относительно другого.

Пространство между внутренней поверхностью цилиндров и наружной поверхностью рубашек заполнено набивкой-сальником, в виде резиновых колец или другого набивочного материала. Для уплотнения набивки и удержания ее на месте вместе с рубашкой ставится с передней стороны цилиндра нажимное кольцо,, прижимаемое к набивке тремя болтами, пропущенными через наружную крышку-фланец. Этими болтами достигается уплотнение сальника в процессе работы насоса по мере ослабления, рубашки.

Клапанная коробка имеет восемь клапанов: четыре - приемные (нижние) и четыре - выкидные (верхние).

Сверху над каждым клапаном предусмотрено отверстие для установки и замены клапана. Отверстие закрывается крышкой с резиновой прокладкой. В нижней части крышки сделан выступе для упора и направления прижимной пружины. Каждая крышка крепится к коробке четырьмя болтами. Тело цилиндра в тех .местах, где ставятся клапаны, проточено на конус, в отверстие вставлено точно пригнанное гнездо клапана, на которое садится уже собственно сам клапан.

К выкидным отверстиям обеих клапанных коробок на фланцах крепится тройник, в свободное отверстие которого вставлена сетка-цилиндр с круглыми отверстиями; эта сетка перекрывает отверстия тройника. Назначение сетки задерживать все посторонние предметы (щепки, куски резины и т. п.) от попадания, их в выкидную линию насоса: На верхний фланец тройника надет воздушный колпак, к выкидному фланцу которого крепится выкидная линия насоса.

Насос У8-1

Насос У8-1 состоит из двух основных частей: приводной и гидравлической.

Приводная часть состоит из литой чугунной станины 7, в которой смонтированы: два кривошипно-шатунных механизма 2 и две шестеренные пары 3.

Движение от двигателя передается ремнями на трансмиссионный вал, а от последнего при помощи шевронной зубчатой пары 3 к коленчатым валам 2. Зубчатые колеса имеют модуль m = 10 мм, z1=21 и z2=100. Коленчатые валы расположены под углом 90° один к другому.

Трансмиссионный и коленчатый валы смонтированы на сферических двухрядных роликоподшипниках 130 х 280 х93 мм, № 3626, ОСТ 6 111-39.

Крейцкопфные камеры имеют поперечные перегородки, в которых располагают дополнительные сальники 5, предохраняющие параллели от попадания на них глинистого раствора. Станина имеет окна в боковых стенках. Через открытые окна станины осуществляют наблюдение и уход за сальником, а через окна, закрывающиеся металлическими кожухами, -осмотр и уход за крейцкопфами. Крейцкопфы 6 имеют по две чугунные накладки, которые скользят по соответствующим цилиндрическим направляющим станины. При износе накладки крейцкопфов могут быть заменены новыми. Втулки пальцев крейцкопфа бронзовые, а пальцы крейцкопфа стальные, закаленные.

Гидравлическая часть насоса состоит из двух отлитых из стали клапанных коробок 15, соединенных со станиной 1 шпильками. В каждой клапанной коробке установлены два всасывающих и два нагнетательных клапана. Общее количество клапанов- 8. Все клапаны одинаковые - диаметром 136 мм.

Внутри клапанных коробок на продолжении осей движения помещены сменные цилиндровые втулки 5. Наружные размеры всех втулок одинаковы.

Во втулках скользят поршни 6. Каждый поршень имеет два резиновых манжета. Размеры поршней, так же как и втулки 5, зависят от требуемых производительности и давления насоса. Поршни получают движение от штоков 4, которые в свою очередь присоединены к крейцкопфам.

Для предотвращения попадания глинистого раствора в камеру крейцкопфов штоки снабжены двойным сальниковым уплотнением 2 из резиновых колец. Между уплотнениями приводной и гидравлической частей штоки дополнительно омываются водой, поступающей по трубе 3. Внизу клапанные коробки соединены общим приемным тройником 7, а вверху -общим нагнетательным тройником 14. На тройнике устанавливаются фильтр 11, устраняющий возможность попадания в скважину посторонних тел, и воздушный колпак 13, смягчающий гидравлические толчки насоса.

Воздушный колпак снабжен предохранительным клапаном 12 с латунной диафрагмой. Предохранительный клапан срабатывает при предельных давлениях 120, 90 и 60 кг/см2.

При монтаже насос устанавливают на специальные балки. Раму насоса соединяют болтами с рамой силового агрегата. Диаметр всасывающей трубы должен быть не менее 200 мм. Всасывающая труба должна быть короткой, с минимальным числом изгибов и при установке должна иметь уклон от насоса к

На напорной трубе необходимо установить манометр и воздушно-гидравлический компенсатор. На манометре должно быть указано предельное давление (красной чертой или контрольной стрелкой; красной чертой указан предел). Воздушно-гидравлический компенсатор представляет собой воздушный колпак объемом не менее 0,2 м3, предназначенный для смягчения гидравлических ударов.

Для промывки штоков должна быть подведена труба диаметром 1/2" промышленного водопровода. Клиноременную передачу при монтаже надо закрывать предохранительным кожухом.

Насосы НГ-150 и НГ-30-320

Насосы НГ-150 и НГ-30-320 относятся к насосам нормального ряда. Теоретическая производительность первого насоса 24 л/сек, второго 30 л/сек. Оба насоса допускают прокачку жидкости при давлении до 140 ат. Гидравлическая мощность первого насоса 244 л. с, второго 320 л. с.

Оба насоса построены по единой схеме двухцилиндровых насосов двойного действия с кривошипным приводом. Гидравлическая часть насосов выполнена по схеме, предусматривающей центральное расположение всасывающих клапанов и наружное нагнетательных. Все каналы имеют трубчатое сечение. Такая схема расположения клапанов и конструкция каналов выгодно отличают эти насосы от других типов и обеспечивают получение более высокого коэффициента наполнения.

Поршни насосов самоуплотняющиеся, с резиновым воротником на стальном корпусе.

Надежная изоляция крейцкопфной камеры от попадания глинистого раствора обеспечивается наличием дополнительной камеры и отбойных дисков на штоке.

Все опоры валов и больших головок шатунов установлены на подшипниках качения. Смазка шестерен, крейцкопфа и крейцкопфного пальца автоматическая за счет разбрызгивания жидкой смазки в картере. Смазка подшипников консистентная.

Приводная часть насоса НГ-30-320 смонтирована, в литой чугунной станине и представляет собой редуктор с кривошипно-шатунным механизмом, состоящий из трансмиссионного и кривошипного валов, шатунов и крейцкопфов со штоками.

Трансмиссионный вал 2 смонтирован на двух роликовых сферических двухрядных подшипниках 3 и двух промежуточных однорядных роликоподшипниках 4, установленных в специальных стаканах 6 и надежно закрепленных в гнездах. Вращение от трансмиссионного вала кривошипному передается шестерней 5 с числом зубьев г = 26, имеющей модуль т = 9; шестерня посажена на шейку вала на шпонке. На выступающем конце трансмиссионного вала насажен клиноременный шкив 7.

Кривошипный вал 14 покоится на двух коренных опорах, состоящих из двух шарикоподшипников 11, установленных в специальных стаканах 12. На конусные концы кривошипного вала под углом 90° один к другому на шпонках устанавливаются кривошипы 15.

Вращение кривошипному валу от трансмиссионного передается через шестерню 13 с числом зубьев 2 - 114, посаженную на шейку вала прессовой посадкой и закрепленную от проворачивания шпонкой.

Шатун 7 представляет собой стальную отливку двутаврового сечения. В большой головке шатуна вмонтированы два роликоподшипника 8 с промежуточными кольцами 9. Подшипники в головках шатуна укрепляются крышками 10.

Крейцкопфные камеры имеют поперечные перегородки, в которых расположены дополнительные сальники, предохраняющие параллели от попадания на них глинистого раствора.

Крейцкопфы представляют собой стальные отливки коробчатого типа, которые шарнирно соединяются с шатунными пальцами.

С другой стороны крейцкопфы соединяются со штоками поршней на резьбе, закрепленной контргайками со шплинтами. Крейцкопфы имеют по две чугунные накладки, которые скользят по соответствующим цилиндрическим направлениям станины.

Поршень 4 самоуплотняющийся, представляет собой стальной сердечник с резиновой наружной облицовкой. Поршень посажен на конце штока 7 с конусностью 1 :24 и с обеих сторон поршня поставлены контргайки. у

Клапанная коробка представляет стальную отливку и состоит из следующих основных деталей и узлов: корпуса 2 с крышкой 7, Цилиндровой втулки 8, клапанного устройства 3 и сальника 9 и крышки клапана 6. Компенсатор 5 состоит из стального тройника с фильтром и Цилиндрического баллона с манометром.

Подшипники качения коренного вала, трансмиссионного вала и шатунов смазываются густой смазкой через масленки с шариковым клапаном с помощью шприца. Зубчатое зацепление, направляющие крейцкопфа, палец и шток смазываются жидкой смазкой Разбрызгиванием из масляной ванны и камеры. Масло в масляной ванне меняется один раз в три месяца. Передача на шкив насоса осуществляется 12 клиновидными ремнями длиной 9000 мм.

Грязевой трехцилиндровый насос имеет меньшие размеры (170 х 300 мм) при соответственно увеличенной производительности и уменьшает пульсацию струи глинистого раствора, что обеспечивает спокойную работу насоса при высоких давлениях. Гидравлическая часть состоит из трех рабочих цилиндров с поршнями и штоками и трех клапанных коробок. В насосе принято осевое расположение нагнетательных и всасывающих клапанов один над другим.

Цилиндровые втулки уплотнены резиновыми кольцами и зажаты в клапанной коробке. В месте соединения штоков с крейцкопфами насажена отражательная тарелка, предупреждающая попадание глинистого раствора в приводную часть насоса. Поршень самоуплотняющийся.

Клапанные коробки имеют нагнетательный сборник с фильтром и воздушный колпак-компенсатор с предохранительным клапаном гвоздевого типа.

Приводная часть насоса монтируется в чугунной станине, где имеются также крейцкопфные камеры и масляная ванна-картер для большой шестерни и головок шатунов.

Параллели крейцкопфов сменные. Головки шатуна неразъемные. Крейцкопфная головка шатуна насажена на палец крейцкопфа на двухрядном игольчатом подшипнике. Валы насоса установлены на подшипниках качения (роликовых). На коренном валу установлены три эксцентрика и колесо с зубчатым венцом Зубья венца шевронные.

Головки шатунов соединяются с эксцентриками при помощи роликоподшипников. Эксцентрики посажены под углом

Трансмиссионный вал насоса составляет одно целое с шестерней. На консольном конце вала установлен шкив для клиновидных ремней. Подшипники трансмиссионного вала имеют консистентную смазку. Все остальные детали приводной части смазываются из масляной ванны станины разбрызгиванием.

Мощность двигателя к насосу 380 кет. Число оборотов трансмиссионного вала 420 об/мин. Число оборотов коренного вала 85 об/мин. Производительность 14-27 м/сек. Давление 95-160 ат.

Насос НПГ-2

Паровой грязевой насос НПГ-2 применяется при вращательном глубоком бурении в районах. Насос поршневой, двухцилиндровый, двойного действия.

Паровые насосы НПГ-1 имеют одинаковую с приводными гидравлическую часть. Отличается у них только приводная часть. Паровой насос на той же станине имеет также паровую машину, приводящую в движение рабочие поршни насоса. В паровом насосе шток поршня насоса и шток поршня паровой машины представляют одно целое и несут на себе только приспособления для переключения их на обратный ход.

Один паровой насос НПГ-1 потребляет около 30 кг пара на 1 л. с./час при производительности этого насоса 14-16 л/сек. Насосы НПГ-2 более мощные и дают производительность до 25 л/сек при давлении в горячей части до 12 ат и потребляют 25 кг пара на 1 л. с./час.

Из этого примера видно, что максимальная высота всасывания получается весьма малой. Для улучшения работы насосов и увеличения коэффициента наполнения их цилиндров прием насоса устраивают таким образом, чтобы цилиндры насосов и клапана заливались самотеком. Насосы устанавливают на основании, расположенном ниже пола буровой, что облегчает устройство желобной системы и всей установки насосов в целом.

Потеря напора невелика, если ставить ближе к насосу надлежащие воздушные колпаки (компенсаторы), то этой величиной можно пренебречь при условии, что колпаки будут иметь соответствующий объем.

Воздушные компенсаторы

Вследствие неравномерной подачи грязевым насосом глинистого раствора в выкидной линии и бурильных трубах возникают толчки (гидравлические удары). Для смягчения этих ударов на насоса устанавливают воздушный колпак (емкостью до 5 л), а на выходной линии дополнительно один или два воздушных компенсатора (стояка), в которых сжатый воздух играет роль пружины. Чем ближе к насосу будет поставлен воздушный колпак, тем спокойнее будет нагнетаться раствор в трубы.

Объем воздушного колпака рассчитывается таким образом, чтобы при рабочем давлении насоса в колпаке получался объем сжатого воздуха, который был бы способен амортизировать толчки.

Имеющийся при насосе колпак емкостью около 5 л совершенно не удовлетворяет указанному условию. При рабочем давлении насоса около 30 ат объем сжатого воздуха получается равным всего 0,17 л. Поэтому при насосе ставят отдельный колпак.

Рабочее давление насоса надо считать не меньше 30 ат. Следовательно, необходимая полезная высота колпака Л при таком давлении получится путем следующего подсчета.

Таким образом, применяемый на практике при грязевых насосах компенсатор указанных выше размеров будет работать удовлетворительно.

Кроме компенсатора, ставят еще в буровой стояк-компенсатор, состоящий из трубы диаметром 8-10" и высотой 12 м. Одним из штуцеров 7 этот компенсатор соединяется с компенсатором, стоящим у насоса; к концу 2 стояка присоединяется гибкий шланг.

Местные и общие сопротивления, преодолеваемые насосом при прокачке глинистого раствора, не могут рассчитываться по общим классической гидравлики, так как глинистые растворы являются коллоидными системами или суспензиями и не подчиняются законам, установленным для перекачки так называемой жидкости (вода).

Мы рассмотрели работу насоса с гидравлической стороны. Рассмотрим конструкцию и работу насоса со стороны механической.

Обозначим давление на поршень, равное давлению на единицу площади, умноженному на площадь поршня, через Р. Давление на единицу площади нам известно из максимального давления, какое должен развивать насос.

Кривошип, как это показано на чертеже, вращается по часовой стрелке. В насосах рассматриваемого типа вращение всегда должно происходить именно в указанную сторону, так как при этом ременная передача будет работать правильно - ведущей будет нижняя часть ремня.

В грязевых насосах, если кривошип в них вращается по часовой стрелке, работает верхняя половина параллели. Это имеет свои преимущества: работа крейцкопфа по нижней половине параллели, куда всегда попадает грязь, приводила бы к более быстрому износу параллели и башмака крейцкопфа. Перейдем к определению тангенциальных усилий, действующих на окружности, описываемой пальцем кривошипа.

Это тангенциальное усилие для одного кривошипа, такое же тангенциальное усилие будет возникать и на окружности, описываемой вторым кривошипом. В данном случае мы имеем коленчатый вал с расположением колен на 90° между собою и под пальцем кривошипа разумеем центр шейки колена. Нужно найти суммарное тангенциальное усилие, отнесенное   к   окружности, описываемой первым и вторым кривошипами.

Чтобы найти это усилие, построим диаграмму. Кривая тангенциальных усилий представляет собою синусоиду с амплитудой и периодом 180°. На линии, представляющей развернутую окружность, описываемую пальцем кривошипа, построены синусоиды 1 для первого кривошипа и 2 для второго кривошипа. Суммируя ординаты этих синусоид, получим четыре одинаковые кривые и, как видно из чертежа, будем иметь за один оборот вала четыре максимальных тангенциальных усилия, каждое из которых равно максимальной ординате суммарной кривой.

От тангенциальной силы макс легко перейти к силе Р, действующей на начальной окружности зацепления зубчатых колес, и к силе Р", действующей на ободе шкива находится по диаграмме, выполненной в известном масштабе сил Р определится из равенства

По силе Р может быть подсчитана прочность штока в наиболее слабом месте - в резьбе на конце, на который надет поршень, а также сечение штока.

По силе Р1 можно рассчитать шатун на растяжение и сжатие. Из чертежа видно, что из двух сил -растягивающей и сжимающей - последняя будет иметь большее значение, если учитывать площадь сечения штока. По той же силе Рх могут быть рассчитаны палец крейцкопфа и болты, стягивающие головку шатуна.

Для подсчета прочности зубчатой передачи берется сила Р определяемая равенством (6).

Ременная передача рассчитывается по силе Р", определяемой равенством (7).

На трансмиссионный вал действуют две силы: сила Р", действующая на ободе шкива (натяжение ремня на ведомой части), и сила 2Р" -на ведущей части. При приближенном подсчете можно принять, что на вал будет действовать сила ЗР"Г на другом конце - сила Р. Так как эти силы действуют за опорами, то каждую из этих частей вала можно рассматривать как консоль со сплошной нагрузкой. Пролет первой консоли равен длине втулки шестерни, а второй - длине втулки шкива.

Моменты М2 и М3 подсчитываются по приведенным выше уравнениям. Чтобы представить их на графике, нужно применить к ним тот же масштаб, какой был взят для предыдущего построения, и взять то же полюсное расстояние Н. Обозначим через х длину отрезка, который мы должны будем нанести на вертикальные линии, проходящие через опоры С и Е. Тогда эту величину откладываем в виде отрезка ССХ. Так же найдем и величину отрезка ЕЕХ, в который вместо М2 поставим М3.

Для определения максимального изгибающего момента, действующего на вал, нужно из ординат, направленных вверх, вычесть ординаты, направленные вниз, для чего ломаную линию АахСЬхЕ повернем на 180°.

В тех случаях, когда вопрос о некотором избытке материала не имеет особенного значения, можно вести расчет многоопорного вала, рассматривая каждый пролет как самостоятельную двух опорную балку. В этом случае расчет значительно упрощается; графически изгибающие моменты определятся так, в для определения моментов сил.

Пример. Определить гидравлические потери при промывке скважин, проводимой по следующей конструкции: 13" кондуктор спущен на глубину 300 м, 6" колонна спущена на глубину 2600 м.

Размеры ствола скважины: при глубине скважины 300-1680 м 1274", при глубине скважины 1680-2600 м 103/4".

Размеры бурильных труб: при работе на глубине от 0 до 1680 м 65/8", при работе на глубине от 1680 до 2600 м-59/х6".

Глиномешалки

Для приготовления глинистых растворов применяют одновальные и двухвальные глиномешалки. Одновальная глиномешалка представляет горизонтальную бочку, изготовленную из котельного железа, диаметром около 1 м и длиной около 1,9 м. Одна сторона бочки закрыта дном на заклепках, другая сторона в виде плоского дна крепится к фланцу бочки на болтах и по мере надобности (для ремонта и т. п.) может быть снята и поставлена вновь.

Внутри бочки установлен квадратный вал сечением 85 х 85 мм. Концы вала обточены по диаметру 75 мм и входят в подшипники, укрепленные на кронштейнах двух боковых крышек бочки глиномешалки. На квадратную часть вала надеты крылья, состоящие из двух частей: лопасти и хомута, соединенных двумя болтами.

Лопасти крыльев обычно вывернуты под углом 60° по отношению к своему основанию. Длину лопастей выбирают с таким расчетом, чтобы между концом лопасти и внутренней поверхностью бочки глиномешалки был зазор, равный около 50 мм. Глина подается в заполненную водой глиномешалку.

Для привода в движение одновальной глиномешалки устанавливается электромотор мощностью около 15 кет с небольшой трансмиссией для изменения чисел оборотов. Наиболее часто пользуются при работе глиномешалок скоростью 60-90 об/мин.

Двухвальная глиномешалка представляет собою большую емкость, изготовленную из котельного железа, в которой вращаются два горизонтальных вала, оснащенных лопастями.

На конце одного вала надет шкив для приема вращения от электромотора, а на противоположных концах обоих валов надеты шестерни для передачи вращения другому валу, причем валы с лопастями вращаются в противоположные стороны, чем достигается лучшее и более быстрое приготовление глинистого раствора.

Для выпуска готового раствора в нижней части глиномешалки имеется выпускное отверстие, постоянно закрытое крышкой при помощи груза; приподнимая груз, открывают отверстие и выпускают содержимое глиномешалки.

Для привода в движение двухвальной глиномешалки устанавливают электромотор мощностью 21,5 кет с небольшой трансмиссией для изменения чисел оборотов. Наиболее часто двухвальные глиномешалки работают при 95 об/мин.

Габариты глиномешалки: длина 4080 мм, ширина 3120 мм, высота 1295 мм. Вес глиномешалки 3,9 т.

Конструкция глиномешалки Г2-10 в основном та же, что и выше описанной глиномешалки, но отличается от нее увеличенным объемом. Емкость барабана глиномешалки Г2-10 равна 10 м3; мощность электромотора 21,5 кет; число оборотов 95 об/мин; габариты глиномешалки: длина-4080 мм, ширина-3120 мм, высота-2400 мм. Вес глиномешалки 4,2 т.

Для очистки глинистых растворов от песка и выбуренной породы применяют желобную систему, которая является неотъемлемой частью буровой вышки. Полезно также для этой цели применять вибрационные сита.

Вибрационное сито СВ-1

Главная часть вибрационного сита - рама прямоугольной формы, на которой натянута металлическая сетка. Рама установлена на пружинах или рессорах. В прикрепленных к раме подшипниках помещается вал, приводимый в быстрое вращение электромотором. Вибрация рамы достигается эксцентричной нагрузкой самого вала или приводного шкива.

Глинистый раствор, идущий по жёлобу из скважины, попадает на быстро качающееся сито, рама которого имеет около 2 м длины и 1-1,5 м ширины, а число качаний обычно доводится до 1800-2000 в минуту. Рама сита установлена наклонно, причем угол наклона выбирается в зависимости от свойств раствора и сорта песка и колеблется от 15 до 20°. Размеры отверстий сетки определяются количеством их на квадратном сантиметре. Обычно выбирают сетку с числом отверстий 450-900 на 1 см2.

Самовращающийся сепаратор для очистки глинистого раствора служит для очистки его от песка и шлама. Поток глинистого раствора из скважины по трубе попадает на мельничное колесо, вращая его; из камеры этого колеса он попадает по промежуточному патрубку в сепарирующий барабан, приводимый во вращение от мельничного колеса.

Частицы выбуренной породы при вращении барабана оседают на внутренней поверхности сетки, а очищенный глинистый раствор через отверстия в сетке стекает в корыто и затем по сливному жолобу - в приемный чан грязевого насоса.  Частицы выбуренной породы, оседающие на внутренней поверхности сетки барабана, удаляются шнеком.

Вспомогательный пробоотборный барабан устроен так же, как и рабочий барабан, но имеет значительно меньшие размеры.

Глинистый раствор поступает в пробоотборник по специальному отводу, врезанному в приемный патрубок силового колеса. В патрубке имеется кольцевое запорное приспособление, позволяющее отбирать пробу по мере надобности. Пробоотборник работает по тому же принципу, что и рабочий барабан. Основная масса очищенного раствора из пробоотборника попадает в общее корыто, а часть его по специальной трубке направляется в другое корыто для исследования. Частицы выбуренной породы попадают из пробоотборника в специальную емкость.

У входного отверстия кожуха приводного колеса устроена заслонка, с помощью которой можно регулировать количество поступающего раствора и тем самым число оборотов сепаратора.

Для промывки сетки или добавления в глинистый раствор воды сепаратор присоединен к водопроводной линии. Все узлы сепаратора смонтированы на общей раме с салазками, что позволяет легко передвигать сепаратор волоком или перевозить на автомашине.

Понравилась эта статья? Поделитесь ею!