Винтовые, роторные, шнековые насосы
Принцип работы, конструкция и области применения винтовых, роторных, шнековых насосов. Определение подачи и напора насоса. Обзор многофазного винтового насоса (патент РФ № 2397369) и скважинного винтового насоса с устьевым приводом (патент РФ № 2338927).
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.01.2014 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Принцип действия винтовых и роторных насосов. Принцип работы и область применения шнекового насоса
Насосные винтовые агрегаты по классификации являются объемными роторно-вращательными гидромашинами. По аналогии с вращением земли, винтовые насосы иногда называют «героторными насосами». Ротор винтового насоса иногда называют винтом, а статор - обоймой.
Шнековый насос относится к винтовым и является разновидностью роторно-зубчатых насосов. В основу работы шнекового насоса положен принцип перемещения вещества между поверхностью корпуса и винтовыми канавками вдоль оси винта. Упрощенно шнековый насос можно представить как шестеренчатый с уменьшенным числом и увеличенным углом наклона зубьев шестерён.
Отличительной особенностью винтовых насосов является отсутствие замыкателей. Они совмещены со статором. В результате ротор вместо простого вращения совершает планетарное движение, при котором его ось перемещается по орбитальной траектории. Таким образом, рабочие части винтовых насосов представлены двумя основными деталями - статором и ротором, представляя собой винтовой механизм имеющий внутреннее циклоидальное зацепление.
Основные рабочие узлы представляют собой винтовую пару циклоидального зацепления. Ротор - подвижный элемент рабочей пары, совершает планетарное движение в статоре. Рабочая поверхность статора имеет винтообразную форму с кратностью шага в два раза больше чем шаг ротора. Находясь в постоянном контакте, по своей длине статор и ротор образуют некоторое количество замкнутых пространств. При вращении винта пространство на стороне входа в насос увеличивается в объеме создавая разряжение. Такое воздействие приводит к заполнению полости транспортируемой средой. При этом винты своими выступами входят в канавки сопряженного винта и таким образом не дают жидкости перемещаться назад. Вращение шнека перемещает дальше в направлении нагнетания отсеченные объемы транспортируемого вещества. Количество замкнутых пространств на единицу длины винтовой пары влияет на создаваемое давление насосного агрегата, а объем каждого пространства - его производительность.
Определение напора и подачи насоса
винтовой роторный шнековый насос
Напор нагнетаемой жидкости в нём создаётся за счёт её вытеснения вращающимися внутри статора одним или несколькими винтовыми металлическими роторами.
При установленной частоте вращения винта скорость движения транспортируемой среды и производительность, которую имеют насосы винтовые в процессе работы, постоянна, т.к. неизменно проходное сечение винтом и обоймой.
Винтовые (шнековые) насосы являются насосами объемного типа действия, конструкция которых позволяет создавать стабильное давление и допускают регулировку производительности без потери номинального давления. Винтовые насосы имеют длительный срок эксплуатации, высокий КПД, надежны и универсальны при работе с широким спектром задач.
Согласно общей теории роторных насосов рабочие органы винтовых насосов должны иметь:
· неподвижный статор, имеющий на концах приемную (всасывающую) и выдающую (нагнетательную) камеры;
· вращающийся и связный с приводным валом ротор;
· замыкатель, герметично соприкасающийся со статором и ротором и разделяющий всасывающую и нагнетательную камеры.
Преимущества циклоидального профиля зубьев по сравнению с широко распространенными в общем машиностроении эвольвентным профилем обуславливаются:
· возможностью получения (без подрезания) профиля с любым числом зубьев, начиная от единицы (круглого сечения);
· отсутствием переходных участков и плавностью профилей;
· большим коэффициентом перекрытия;
· меньшей скоростью скольжения профилей;
· широким диапазоном регулирования рабочего объема за счет выбора оптимальных геометрических параметров зацепления.
Для создания между ротором и статором рабочих объемов в виде шлюзов (капсул), теоретически герметично отделенных от всасывающей и нагнетательной камер, согласно общей теории винтовых (шнековых) насосов необходимо и достаточно, чтобы:
· винтовые поверхности ротора и статора соприкасались по контактной линии, непрерывно отделяющей области всасывания и нагнетания;
· нормаль в точках касания ротора и статора винтового (шнекового) проходила через полюс зацепления начальных окружностей.
В винтовом героторном механизме соблюдение этих требований достигается при выполнении следующих пяти условий, которые превращают простейший шнековый насос объемную гидромашину:
· числа заходов статора и ротора должны отличаться на единицу;
· винтовые поверхности статора и ротора должны иметь одинаковое направление (правое или левое);
· отношение шагов винтовых поверхностей ротора и статора должно быть пропорционально отношению числа их зубьев;
· длина рабочих органов винтового (шнекового) насоса должна быть не менее одного шага статора;
· профили ротора и статора должны быть взаимоогибаемы и находиться в непрерывном контакте во время зацепления.
Шнековый насос
Шнековый насос, или как его ещё называют - винтовой, является одной из разновидностей роторно-зубчатых насосов. Напор нагнетаемой жидкости в нём создаётся за счёт её вытеснения вращающимися внутри статора одним или несколькими винтовыми металлическими роторами.
Шнековый насос можно легко получить из шестерённых, если увеличить в них угол наклона зубьев и уменьшить число зубьев шестерён.
Принцип работы шнекового насоса.
За счёт перемещения жидкости между поверхностью корпуса и винтовыми канавками вдоль оси винта происходит её перекачивание. Винты входят своими выступами в канавки смежного винта и тем самым не дают жидкости перемещаться назад.
Область применения шнекового насоса.
Его используют для перекачивания пара, газа, их смесей и жидкостей различной степени вязкости.
Впервые шнековые насосы были внедрены в производство в 1936 году. Их простая конструкция позволяет работать, в том числе и при наличии механических примесей с вязкими флюидами при давлении до 30 МПа. Подобные характеристики важны при решении различных практических задач.
Установки винтовых насосов в больших количествах используются в скважинах по добыче метана из угольных пластов для откачивания оттуда воды. Они также пригодны для добычи воды, нефти и использования в других газовых скважинах.
Конструктивные особенности шнековых насосов.
С целью повышения качества уплотнений и снижения числа утечек в шнековых насосах применяются конический или цилиндрический эластичные корпуса. Конический винт надёжно прижимается пружиной и давлением от перекачиваемой жидкости, что значительно сокращает утечки. Однако, насосы с эластичным корпусом выдерживают куда меньшее давление, чем их аналоги с металлическими корпусами. Для насоса с коническим винтом подойдёт и жёсткий корпус.
Наиболее распространённый вид шнековых насосов - трёхвинтовые насосы.
На практике они нашли наиболее широкое применение.
К их характерным преимуществам относятся:
· равномерная подача жидкости (газа, пара);
· способность перекачивать жидкости с твёрдыми включениями, не повреждая их;
· способность к самовсасыванию жидкостей;
· без множества каскадов нагнетания есть возможность получить высокое давление на выходе;
· низкий уровень шумов при работе;
· хорошая сбалансированность механизма.
Недостатками данного вида являются:
· высокая стоимость и степень сложности изготовления насоса;
· невозможность отрегулировать рабочий объём;
· недопустимость использования вхолостую (без перекачиваемой жидкости).
Принцип действия, который имеют насосы винтовые
Современные насосы винтовые по принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам. Рабочие органы представляют собой винтовую пару с внутренним зацеплением. Подвижный элемент рабочей пары, винт (ротор), совершает планетарное движение в обойме (статоре).
Обойма имеет внутреннюю винтовую поверхность с шагом в два раза больше шага винта. Находясь в постоянном контакте, обойма и винт образуют несколько замкнутых полостей по длине винт - обойма. При вращении винта полость со стороны всасывания увеличивается в объеме и в ней создается разряжение, под действием которого осуществляется заполнение полости транспортируемой средой. Дальнейшее вращение винта перемещает отсеченные объемы транспортируемой среды в сторону нагнетания.
При установленной частоте вращения винта скорость движения транспортируемой среды и производительность, которую имеют насосы винтовые в процессе работы, постоянна, т.к. неизменно проходное сечение винтом и обоймой.
Винтовые (шнековые) насосы являются насосами объемного типа действия, конструкция которых позволяет создавать стабильное давление и допускают регулировку производительности без потери номинального давления. Винтовые насосы имеют длительный срок эксплуатации, высокий КПД, надежны и универсальны при работе с широким спектром задач.
Винтовой шнековый насос представляет собой устройство, в котором напор нагнетательного материала создается благодаря вытеснению перекачиваемой жидкости одним либо несколькими винтовыми металлическими роторами, которые вращаются внутри статора, выполненного из эластомера в соответствующей форме.
Производство винтовых (шнековых) насосов требует точного изготовления деталей, таких как рабочая пара - ротор и статор, при разработке и изготовлении которых используется специальное высокоточное оборудование. Компьютерный расчет с использованием специальных программ - гарантия высокого качества, которое увеличивает срок работы оборудования и снижает энергозатраты при работе насоса.
Винтовые насосы используются для работы как с густыми, вязкими и тягучими массами, так и при перекачке низковязких продуктов. В зависимости от конструкции насоса и его материального исполнения, возможно перекачивать смолы, пасты, масла, пищевые продукты, абразивные или даже агрессивные жидкости так, чтобы частицы, входящие в их состав, не дробились и не разрушались, смешиваясь с базовой жидкостью.
Винтовые насосы предназначены для работы в пищевых производствах, горнорудной либо химической промышленности, переработки сточных вод в муниципальной и производственной сфере, нефтехимических производствах, откачки шламовых отложений, для работы в газо- и нефте- добыче, кораблестроении, везде где требуется надежное и простое оборудование для постоянной работы, неприхотливое в эксплуатации и подлежащее простому обслуживанию и ремонту. Применения для данного типа насоса практически бесконечны, благодаря своей особой конструкции, применяемым материалам, техническим особенностям и особым рабочим механизмам.
Преимущества винтовых насосов
· Наиболее равномерная подача жидкости среди всех объемных насосов. Отсутствие пульсации;
· Перекачивание жидкостей с содержанием твердых веществ, примесей и абразивов, мультифазные среды с большим содержанием газа;
· Перекачивание продуктов с низкой и высокой вязкостью (1 мПа*с до 5 млн. мПа*с);
· Перекачивание агрессивных (рН от 1 до 14) и токсичных сред;
· Винтовые насосы являются самовсасывающими;
· Давление не зависит от скорости работы насоса (регулировка производительности);
· Бесшумная работа;
· Простота в обслуживании.
Многофазный винтовой насос (патент РФ № 2397369)
Изобретение относится к устройствам для перекачки газожидкостных сред, а точнее к двухвинтовым насосам, и может быть использовано в области нефтедобычи и нефтепереработки, преимущественно при перекачке продукции скважин с повышенным газосодержанием. Многофазный винтовой насос содержит корпус 1, внутри которого в цилиндрических расточках 2, 3 размещены с возможностью вращения сопряженные винтовые роторы с образованием между поверхностями расточек и внутренними полостями винтовой нарезки ряда замкнутых нагнетательных камер 6, 7 для перемещения рабочей среды вдоль осей роторов от входа к выходу. На входе перед роторами размещена полость всасывания 10, сообщенная с патрубком всасывания 8 корпуса 1, а на выходе за роторами - полость нагнетания 11, сообщенная с напорным патрубком 9. В полости нагнетания 11 установлена поперечная перегородка, отделяющая нагнетательные камеры 17 на выходе роторов. В перегородке образовано окно 18, размещенное в зоне схождения винтов при их встречном вращении и сообщающее полость нагнетания 11 с нагнетательными камерами 17 при сокращении их объема. Изобретение направлено на повышение эффективности работы при сжатии газожидкостных сред с повышенным содержанием газовой фракции путем реализации возможности работы насоса в режиме компрессора. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Описание изобретения к патенту. Изобретение относится к устройствам для перекачки газожидкостных сред, а точнее к двухвинтовым насосам, и может быть использовано в области нефтедобычи и нефтепереработки, преимущественно при перекачке продукции скважин с повышенным газосодержанием.
При перекачке сжимаемых сред, какими являются многофазные среды с высоким газосодержанием, большая часть повышения давления происходит путем дожатия рабочей среды при вытеснении ее из винтовой пары в трубопровод подачи, а величина достигаемого давления определяется противодавлением, т.е. сопротивлением в сети потребления. Таким образом, насосы - это машины внешнего сжатия, без постепенного повышения давления по ходу рабочей среды в полостях самих винтов. Но рабочий процесс без внутреннего сжатия неэкономичен и ведет к потерям потребляемой энергии.
Есть несколько технических решений для достижения внутренней степени сжатия в насосах предлагаемого класса, т.е. работы насоса в режиме компрессора.
Известен винтовой насос, содержащий корпус с патрубками входа и выхода, винтовые роторы, установленные с возможностью вращения внутри цилиндрических расточек корпуса для транспортировки среды от входа к выходу, при этом шаг винтовой нарезки роторов на стороне выхода меньше, чем на входе для сжатия газовой среды. Шаг уменьшается постепенно от всасывания к нагнетанию, т.е. объем полостей винтов плавно сокращается, чем достигается внутреннее повышение давления среды (Европейский патент 0183380, F04C 2/16, 86 г.).
Насос выполнен двухпоточным, т.е. имеет две пары роторов противоположной нарезки, один центральный выход и два входа с противоположных сторон, чем достигается осевая разгрузка винтов.
Кроме того, возможно и другое исполнение, с одним центральным входом и двумя выходами с каждого конца роторов.
Недостатком известного решения является то, что при превышении жидкой фракции в перекачиваемой среде, особенно при так называемых жидкостных пробках, происходят гидроудары жидкости при уменьшении объема полостей винтов, что может привести к разрушению насоса. Во избежание такой ситуации в указанном устройстве предлагается частичное решение задачи за счет расширения зазоров в рабочих органах, чтобы обеспечить перетекание жидкости через зазоры в обратную сторону от нагнетания к всасыванию при резком повышении давления среды в полостях винтов. Однако при последующем сжатии уже чисто газовой фракции значительные утечки газа через увеличенные зазоры снижают КПД насоса.
Указанный недостаток устранен в известном многофазном насосе, содержащем корпус, внутри которого размещен, по меньшей мере, один винт, заключенный в цилиндрическую втулку, по меньшей мере, один всасывающий патрубок и, по меньшей мере, один напорный патрубок, причем всасывающий патрубок сообщен с полостью всасывания, размещенной перед подающим винтом, а напорный патрубок сообщен с полостью нагнетания, расположенной за подающим винтом, при этом полость нагнетания имеет устройства для отделения жидкой фазы от газовой фазы выходящего из подающего винта потока среды, а также нижний участок для приема, по меньшей мере, одной дозы отделенной жидкой фазы. К нижнему участку полости нагнетания присоединена перепускная линия, которая сообщена с кольцевой полостью, образованной между установленной в корпусе кольцевой перегородкой и цилиндрической втулкой, имеющей сквозные отверстия для подвода жидкости в рабочую полость винта (патент РФ № 2164312, МПК7 F04C 2/16).
Жидкость, поступающая через отверстия в нагнетательную камеру, заполненную газом, повышает давление газа. По мере движения нагнетательной камеры к полости нагнетания и заполнения ее жидкостью из каждого последующего отверстия давление газа в полости приближается к давлению на торце нагнетания винтов. Таким образом, жидкость, поступающая в отсеченную полость, заполненную газом, выполняет функцию жидкостного поршня, приближая термодинамический процесс сжатия газа к более экономичному изотермическому сжатию.
Следует отметить, что насосы с постоянным шагом нарезки винтов не подвержены гидроударам, т.к. объемы винтовых полостей постоянны по мере перемещения от входа к выходу.
Такая конструкция и способ работы позволяют транспортировать отдельно и жидкость, и газ, а также смеси их с любым соотношением фаз.
Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков и принято за прототип.
Однако имеется существенный недостаток - это продолжительность работы насоса при сжатии газа. Она зависит от количества накопленной жидкости в нижнем объеме камеры нагнетания. Объем этот ограничен. Насос не может работать непрерывно и способен лишь непродолжительно прокачивать газовые пробки. Кроме того, сжатие происходит с дополнительными затратами энергии при возврате жидкости с высоким давлением нагнетания в камеры с меньшим давлением, что снижает экономичность процесса.
Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование конструкции многофазного насоса и повышение эффективности работы при сжатии газожидкостных сред с повышенным содержанием газовой фракции путем реализации возможности работы насоса в режиме компрессора.
Поставленная задача решается тем, что в известном винтовом насосе, содержащем корпус, внутри которого в цилиндрических расточках размещены с возможностью вращения сопряженные винтовые роторы с образованием между поверхностями расточек и внутренними полостями винтовой нарезки ряда замкнутых нагнетательных камер для перемещения рабочей среды вдоль осей роторов от входа к выходу, при этом на входе перед роторами размещена полость всасывания, сообщенная с патрубком всасывания корпуса, а на выходе за роторами - полость нагнетания, сообщенная с напорным патрубком, согласно изобретению, в полости нагнетания установлена поперечная перегородка, отделяющая полость от нагнетательных камер роторов на выходе, при этом в перегородке образовано окно, размещенное в зоне схождения винтов при их встречном вращении и сообщающее полость нагнетания с нагнетательными камерами при сокращении их объема.
Перегородка может быть выполнена в виде пластины, установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения с направляющими осями и пружинами, поджимающими ее к торцам винтов с минимальным зазором.
Целесообразно, чтобы пластина была выполнена из двух половин с разъемом по линии пересечения расточек корпуса под роторы.
Целесообразно также, чтобы насос был выполнен двухпоточным, с двумя парами винтов с центральным входом и выходом с противоположных боковых сторон.
Благодаря введению подвижной поперечной пластины с окном нагнетания, отделяющей полость нагнетания от нагнетательных камер на выходе по мере уменьшения их объема, достигается внутреннее повышение давления сжимаемой среды и тем самым повышение экономичности сжатия. Подвижная пластина при прокачивании жидкости смещается от торца винтов при резком повышении давления и не препятствует свободному выходу жидкости из полости винтов в момент возможного возникновения гидроудара при уменьшении объема нагнетательной камеры.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами.
- на фиг.1 - показан горизонтальный разрез;
- на фиг.2 - поперечный разрез по А-А (фиг.1);
- на фиг.3 - вариант исполнения;
- на фиг.4 - вертикальный разрез по одному из винтов.
Многофазный винтовой насос содержит корпус 1, внутри которого в цилиндрических расточках 2, 3 размещены сопряженные винтовые роторы с двумя парами подающих винтов, из которых каждая пара включает один правозаходный винт 4 и один левозаходный 5.
Между поверхностями расточек и внутренними полостями винтов образованы замкнутые нагнетательные камеры 6, 7.
Корпус 1 снабжен патрубком 8 всасывания и напорным патрубком 9, причем патрубок всасывания сообщен с полостью 10 всасывания, размещенной на входе между парами винтов в центральной части корпуса, а напорный - с полостями 11 нагнетания на выходе с двух противоположных сторон роторов. (Патрубки условно вынесены на горизонтальную плоскость).
Валы роторов опираются на подшипники качения 12 и связаны между собой посредством синхронизирующих шестерен 13, 14, передающих вращение от одного ротора к другому, предохраняя их от взаимного касания.
Подшипниковые опоры отделены от полостей нагнетания торцовыми уплотнениями, состоящими из установленных в корпусе неподвижных колец 15 и поджатых к ним колец 16, вращающихся вместе с валом.
В полостях 11 нагнетания установлены поперечные перегородки, выполненные в виде пластин 16, отделяющих нагнетательные камеры 17 на выходе роторов от полостей нагнетания. В пластинах выполнены окна 18, сообщающие полости 11 и камеры 17 после сокращения объема этих камер. Пластина установлена в корпусе с помощью направляющих осей 19 с пружинами 20, поджимающими ее к торцам роторов, сохраняя гарантированный зазор в пределах 0,05ч0,1 мм с точки зрения безопасности работы и минимальных перетечек.
Окна 18 (фиг.2) в пластинах 16 расположены в зоне схождения винтов при их встречном вращении от патрубка 8 всасывания к напорному патрубку 9, при этом площадь окон определяет величину внутренней степени сжатия, и чем меньше эта площадь, тем выше достигаемое давление. Оптимальные размеры зависят от гидравлических потерь при выходе рабочей среды через проходное сечение окон.
Для упрощения конструкции пластина может быть выполнена из 2-х половин 21, 22 (фиг.3) с разъемом по линии 23 пересечения расточек под роторы. Таким образом, нагнетательные камеры каждого ротора могут быть перекрыты отдельными перегородками, что позволит облегчить выход жидкой фазы поочередно из нагнетательных камер в полости нагнетания.
Пластины 21, 22 (фиг.4) имеют возможность перемещаться на направляющих осях, сжимая пружины 20 и отодвигаясь от торцов роторов.
Работает винтовой насос следующим образом:
При вращении подающих винтов 4 и 5 поток газа и жидкости через всасывающий патрубок 8 поступает в полость 10 всасывания, захватывается вращающимися винтами, отсекается от полости всасывания в расточках корпуса и перемещается в нагнетательных камерах 6, 7 к боковым полостям 11 нагнетания, а затем через напорный патрубок 9 поступает потребителю.
Перемещение газа вдоль осей роторов происходит при неизменном объеме нагнетательных камер. При подходе камер к выходу, перекрытому перегородкой, происходит процесс уменьшения объема до момента соединения камеры с окном. Начало соединения камеры с полостью нагнетания определяет конечный объем сжатого газа в камере, т.е. величину внутренней степени повышения давления.
Перекачивание газожидкостных сред в условиях, когда доля жидкой фракции может достигать 100%, приводит к резкому повышению давления несжимаемой рабочей среды при уменьшении объема нагнетательных камер 17 на выходе роторов. Возникают значительные нагрузки от давления среды на пластины, которые отодвигают ее и открывают свободный выход жидкости в полость нагнетания.
После прокачивания жидкостных пробок пружины возвращают пластины обратно, перекрывая торцы винтов.
Благодаря введению новых существенных признаков, данное устройство обеспечивает повышение экономичности за счет внутреннего сжатия газа, а также безопасность работы при прокачивании жидкостной фазы. Таким образом, осуществляется процесс работы устройства одновременно и в режиме насоса, и в режиме компрессора.
Формула изобретения
1. Многофазный винтовой насос, содержащий корпус, внутри которого в цилиндрических расточках размещены с возможностью вращения сопряженные винтовые роторы с образованием между поверхностями расточек и внутренними полостями винтовой нарезки ряда замкнутых нагнетательных камер для перемещения рабочей среды вдоль осей роторов от входа к выходу, при этом на входе перед роторами размещена полость всасывания, сообщенная с патрубком всасывания корпуса, а на выходе за роторами - полость нагнетания, сообщенная с напорным патрубком, отличающийся тем, что в полости нагнетания установлена поперечная перегородка, отделяющая нагнетательные камеры на выходе роторов, при этом в перегородке образовано окно, размещенное в зоне схождения винтов при их встречном вращении и сообщающее полость нагнетания с нагнетательными камерами при сокращении их объема.
2. Многофазный винтовой насос по п.1, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде пластины, установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения при помощи направляющих осей с пружинами, поджимающими ее в сторону роторов с минимальным осевым зазором относительно их торцов.
3. Многофазный винтовой насос по п.1, отличающийся тем, что пластина выполнена из двух половин с разъемом по линии пересечения расточек корпуса под роторы.
4. Многофазный винтовой насос по п.1, отличающийся тем, что насос выполнен двухпоточным, с двумя парами винтов противоположной нарезки, при этом вход выполнен в центральной части между парами винтов, а выход - с двух противоположных боковых сторон.
Скважинный винтовой насос с устьевым приводом
(патент РФ № 2338927)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к винтовым насосам с устьевым приводом, и может быть использовано для подъема жидкостей из скважин. Скважинный винтовой насос с устьевым приводом состоит из статора, соединенного с колонной труб, с установленным внутри ротором, соединенным с хвостовиком, переводника, взаимодействующего с ограничителем хода, и скважинного якоря. Хвостовик на конце оборудован наконечником, выполненным с возможностью продольного перемещения вверх относительно внутренней поверхности переводника. Статор соединен жестко с колонной труб, выполненной с возможностью вращения устьевым приводом. Переводник соосно жестко соединен со скважинным якорем, фиксирующимся относительно стенок скважины. Хвостовик расположен снизу ротора и снабжен выше наконечника ограничителем хода, который выполнен в виде упора. Ротор закреплен в осевом и радиальном направлениях относительно статора. Скважинный винтовой насос может использоваться в скважинах малого диаметра и для добычи высоковязкой нефти, при этом его конструкция проста и дешева в изготовлении и обслуживании из-за отсутствия вращающихся конструктивных элементов в колонне труб,
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к винтовым насосам с устьевым приводом, и может быть использовано для подъема жидкостей из скважин.
Известна «Погружная насосная установка» (патент RU №2247264, F04C 2/107, F04B 47/00, опубл. Бюл. №6 от 27.02.2005 г.), содержащая вращательную и лифтовую колонны и винтовой насос, обойма которого закреплена на конце лифтовой колонны и охватывает винт, закрепленный на конце вращательной колонны, при этом винтовой насос дополнительно снабжен конусом с упором и корпусом, с расположенными в нем плашками, выполненными совместно с подпружиненным фрикционным фонарем, охватывающими обойму, причем конус навернут на резьбу, выполненную в верхней части обоймы, стопорный элемент, установленный в крышке корпуса, входит в фигурный паз, выполненный на наружной поверхности обоймы, а крышка корпуса упирается в уступ, имеющийся на поверхности обоймы насоса.
Недостатками установки являются:
во-первых, высокая металлоемкость и сложность спускоподъемных операций из-за обязательного наличия вращательной и лифтовой колонны;
во-вторых, уменьшенное проходное сечение (высокое сопротивление потоку) для подъема скважинной жидкости и невозможность применения в скважинах малого диаметра, так как вращательная колонна расположена внутри лифтовой;
в-третьих, при наличии обводненной нефти (более 80% добываемой нефти в Российской Федерации и 100% - в Татарстане) или высоковязкой нефти происходит образование водонефтяной эмульсии из-за постоянного вращения вращательной колонны, что затрудняет и удорожает процесс последующего обезвоживания нефти и повышает вязкость извлекаемой жидкости, что приводит к дополнительным затратам на подъем жидкости из скважины.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Штанговый вставной винтовой насос для добычи нефти» (патент RU №2259501, F04C 2/107, опубл. Бюл. №24 от 27.08.2005 г.), состоящий из статора, соединенного со скважинным якорем, ротора, установленного внутри статора и ограничителя хода штанг, соединенного с колонной насосных штанг, при этом насос снабжен соединенным с корпусом ограничителя хода штанг переводником, на внутренней поверхности которого выполнены продольные шлицевые пазы, а на верхней части хвостовика ограничителя хода штанг - ответные шлицы, причем нижняя часть хвостовика выполнена с переменным сечением для захвата насоса.
Недостатками насоса являются:
во-первых, высокая металлоемкость и сложность спускоподъемных операций из-за обязательного наличия штанг и колонны насосно-компрессорных труб (НКТ);
во-вторых, уменьшенное проходное сечение (высокое сопротивление потоку) для подъема скважинной жидкости и невозможность его применения в скважинах малого диаметра, так как шток расположен внутри колонны НКТ;
в-третьих, при наличии обводненной нефти или высоковязкой нефти происходит образование водонефтяной эмульсии из-за постоянного вращения штока, что затрудняет и удорожает процесс последующего обезвоживания нефти и повышает вязкость извлекаемой жидкости, что приводит к дополнительным затратам на подъем жидкости из скважины.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание простого и дешевого в изготовлении и обслуживании скважинного винтового насоса с устьевым приводом, который выполнен с возможностью использования в скважинах малого диаметра и для добычи высоковязкой нефти, все это должно достигаться благодаря отсутствию вращающихся элементов конструкции в трубах, использующихся для подъема скважинной жидкости.
Техническая задача решается скважинным винтовым насосом с устьевым приводом, состоящим из статора, соединенного с колонной труб, с установленным внутри ротором, соединенным с хвостовиком, переводника, взаимодействующего с ограничителем хода, и скважинного якоря, причем хвостовик на конце оборудован наконечником, выполненным с возможностью продольного перемещения вверх относительно внутренней поверхности переводника.
Новым является то, что статор соединен жестко с колонной труб, выполненной с возможностью вращения устьевым приводом, а переводник соосно жестко соединен со скважинным якорем, фиксирующимся относительно стенок скважины, причем хвостовик расположен снизу ротора и снабжен выше наконечника ограничителем хода, который выполнен в виде упора, при этом ротор закреплен в осевом и радиальном направлениях относительно статора.
На чертеже схематично изображен скважинный винтовой насос, спущенный в скважину с устьевым приводом с частичными разрезами.
Скважинный винтовой насос с устьевым приводом 1 (показан условно) состоит из статора 2, жестко соединенного с колонной труб 3, с установленным внутри ротором 4, соединенным снизу с хвостовиком 5, скважинного якоря 6 и переводника 7. В переводник 7 вставлен установленный на конце хвостовика 5 наконечник 8, выполненный с возможностью продольного перемещения вверх относительно внутренней поверхности 9 переводника 7. Выше наконечника 8 на хвостовике 5 расположен ограничитель хода 10, выполненный в виде упора, взаимодействующего сверху с переводником 7. Колонна труб 3 выполнена с возможностью вращения устьевым приводом 1, а переводник 7 соосно жестко соединен со скважинным якорем 6, фиксирующимся относительно стенок скважины 11. Ротор 4 закреплен фиксаторами 12 и 13 в осевом и радиальном направлениях относительно статора 2.
Скважинный винтовой насос работает следующим образом.
В скважину 11 спускают скважинный якорь 6 с переводником 7 в требуемый интервал (например, ниже продуктивного пласта скважины 11), где скважинный якорь 6 гидравлическим или механическим воздействием фиксируется относительно стенок скважины 11. На практике применяется гидравлический скважинный якорь 6, спускаемый на трубах (не показаны), плашки 14 которого фиксируются в крайнем положении после закрепления скважинного якоря 6 относительно стенок скважины 11. Далее в скважину спускают колонну труб 3 со статором 2 на конце, внутри которого расположен ротор 4. Выпадение и смещение ротора 4 относительно статора 2 предотвращают фиксаторы 12 и 13. При этом центрирование колонны труб 3 со статором 2 относительно стенок скважины 11 может производиться любым известным способом, например пружинными центраторами (не показаны). Спуск продолжают до входа наконечника 8 хвостовика 5 ротора 4 во внутреннюю поверхность 9 переводника 7 и до взаимодействия упора 10 с переводником 7, что фиксируется на устье 3 динамометром (не показан) в виде снижения общего веса колонны труб 3. Наружная поверхность наконечника 8 и внутренняя поверхность 9 переводника 7 выполнены в виде ответных поверхностей (например, в виде шлицевого или шестигранного соединения), что позволяет после взаимодействия этим поверхностям производить только осевое перемещение без проворота относительно друг друга. После чего устье скважины 11 герметично перекрывают, а верхний конец колонны труб 3 соединяют с устьевым приводом 1. Далее под действием устьевого привода 1 начинают вращать колонну труб 3, при этом наконечник 8 хвостовика 5 не позволяет вращаться ротору 4, что приводит к вращению статора 2 относительно ротора 4. В результате скважинный винтовой насос качает скважинную жидкость по колонне труб 3 на устье, где она отводится по трубопроводу 15 (показан условно).
Благодаря тому, что внутри колонны труб 3 нет вращающегося штока сопротивление потоку скважинной жидкости уменьшается за счет увеличения проходного сечения на 15-35% (чем меньше диаметр, тем выше процент) и появляется возможность использования винтовых насосов с устьевым приводом 1 в скважинах малого диаметра (до 48 мм). При этом вращение колонны труб уменьшает сопротивление потоку скважинной жидкости 10-25% (большая эффективность соответствует большей обводненности и вязкости добываемой нефти) при равных проходных сечениях. При этом для ремонта и ревизии статора 2, ротора 4 винтового насоса и колонны труб 3 достаточно одной спускоподъемной операции, что снижает затраты до 55% на обслуживание, при этом скважинный якорь 6 с переводником 7 остаются в скважине 11 в требуемом интервале, исключая необходимость дополнительной привязки при повторных спусках насоса в скважину 11. В результате суммарная эффективность использования предлагаемого скважинного винтового насоса в отличие от аналогичных, использующих вращающийся шток, по сопротивлению потока скважинной жидкости выше до 60%, а затраты на обслуживание - ниже до 55%.
Предлагаемый скважинный винтовой насос может использоваться в скважинах малого диаметра и для добычи высоковязкой нефти, при этом его конструкция простая и дешевая в изготовлении и обслуживании из-за отсутствия вращающихся конструктивных элементов в колонне труб, использующейся для подъема скважинной жидкости.
Формула изобретения. Скважинный винтовой насос с устьевым приводом, состоящий из статора, соединенного с колонной труб, с установленным внутри ротором, соединенным с хвостовиком, переводника, взаимодействующего с ограничителем хода, и скважинного якоря, причем хвостовик на конце оборудован наконечником, выполненным с возможностью продольного перемещения вверх относительно внутренней поверхности переводника, отличающийся тем, что статор соединен жестко с колонной труб, выполненной с возможностью вращения устьевым приводом, а переводник соосно жестко соединен со скважинным якорем, фиксирующимся относительно стенок скважины, причем хвостовик расположен снизу ротора и снабжен выше наконечника ограничителем хода, который выполнен в виде упора, при этом ротор закреплен в осевом и радиальном направлениях относительно статора.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Преимущества насосов с однозаходным ротором круглого сечения. Назначение, техническая характеристика, конструкция и принцип действия винтового насоса. Монтаж, эксплуатация и ремонт. Влияние зазора и натяга в рабочих органах на характеристики насоса.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.01.2011Подбор оптимального варианта насоса для подачи орошения колонны К-1 из емкости Е-1. Теплофизические параметры перекачиваемой жидкости. Схема насосной установки. Расчет напора насоса, построение "рабочей точки". Конструкция и принцип действия насоса.
реферат [92,1 K], добавлен 18.03.2012Насосы-гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей. Технология монтажа центробежного насоса. Монтаж центробежного насоса. Принцип действия насоса. Монтаж горизонтальных насосов. Монтаж вертикальных насосов. Испытание насосов.
реферат [250,5 K], добавлен 18.09.2008Определение величины потребного напора для заданной подачи. Паспортная характеристика центробежного насоса. Построение совмещенной характеристики насосов и трубопровода. Определение рабочей точки. Регулирование режима работы для увеличения подачи.
курсовая работа [352,3 K], добавлен 14.11.2013Техническая характеристика роторных насосов. Назначение и принцип работы консольных насосов, их конструктивные особенности. Определение оптимальной зоны работы центробежного насоса, изменения производительности насосной станции, подачи по трубопроводу.
курсовая работа [584,4 K], добавлен 23.11.2011Устройство, преимущества и особенности применения поршневых насосов в промышленности. Теоретическая секундная подача объемного насоса. Определение высоты всасывания поршневого насоса. Мероприятия по технике безопасности при использовании насоса.
курсовая работа [374,6 K], добавлен 09.03.2018Центробежные насосы и принцип их работы. Расчёт основных параметров и рабочего колеса центробежного насоса. Выбор прототипа проектируемого центробежного насоса. Принципы подбора типа электродвигателя. Особенности эксплуатации центробежного насоса.
курсовая работа [859,3 K], добавлен 27.05.2013Подбор центробежного насоса и определение режима его работы. Определение величины потребного напора для заданной подачи. Расчет всасывающей способности, подбор подпорного насоса. Регулирование напорных характеристик дросселированием и байпасированием.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 03.04.2018Подбор центробежного насоса и определение режима его работы. Расчет и графическое построение кривой потребного напора. Регулирование изменением напорной характеристики насоса. Регулирование режима его работы для увеличения проектной подачи на 25%.
контрольная работа [356,3 K], добавлен 25.01.2014Применение центробежных насосов для напорного перемещения жидкостей с сообщением им энергии. Принцип работы лопастного насоса - силовое взаимодействие лопастей рабочего колеса с обтекающим потоком. Характеристика объемной подачи, напора и мощности поршня.
реферат [175,8 K], добавлен 10.06.2011Особенности работы насоса на сеть, способы регулирования и определения его рабочих параметров на базе экспериментально снятых характеристик. Измерение расхода жидкости, выбор мощности и напора насоса. Правила техники безопасности при обслуживании насоса.
лабораторная работа [7,5 M], добавлен 28.11.2009Физические свойства жидкости. Гидравлический удар в трубопроводах, его последствия. Формула Эйлера для теоретического напора центробежных насосов. Схема рабочей лопатки центробежного насоса. Разделение питательного насоса на бустерный и основной.
контрольная работа [876,6 K], добавлен 17.05.2012Применение лопастных насосов для перекачки жидкостей - от химикатов до сжиженных газов. Одноступенчатые и многоступенчатые насосы. Организации монтажа насоса, проведение контроля его качества. Обслуживание и ремонт насоса. Соблюдение техники безопасности.
курсовая работа [436,5 K], добавлен 07.12.2016Классификация насосов по принципу действия. Устройство и принцип действия возвратно-поступательных насосов (поршневые, плунжерные, диафрагмовые, винтовые, шестеренные). Электроприводной поршневой насос, вычисление рабочего объема пластинчатого насоса.
реферат [1,1 M], добавлен 07.06.2010Расчёт технологической схемы, включающий определение оптимального соотношения между диаметрами всасывающего и нагнетательного трубопроводов и скоростями потока в них с учётом местных сопротивлений и потерь напора. Конструкция и принцип действия насоса.
курсовая работа [187,3 K], добавлен 30.11.2015Принцип действия, устройство, схема вихревого насоса, его характеристики. Рабочее колесо вихревого насоса. Движение жидкости в проточных каналах. Способность к сухому всасыванию. Напор и характеристики вихревых насосов. Гидравлическая радиальная сила.
презентация [168,5 K], добавлен 14.10.2013Определение допустимого напора на одно рабочее колесо насоса; коэффициента быстроходности, входного и выходного диаметра рабочего колеса. Расчет гидравлического, объемного, внутреннего и внешнего механического КПД насоса и мощности, потребляемой им.
контрольная работа [136,5 K], добавлен 21.05.2015Назначение, технические данные, конструкция и принцип работы насоса НЦВ 40/40. Гидравлический расчет проточной части. Профилирование меридионального сечения рабочего колеса. Расчет спиральной камеры круглого сечения. Расчет на прочность вала насоса.
курсовая работа [917,5 K], добавлен 14.04.2015Общая характеристика поршневых насосов, подробное описание конструкции, устройство основных узлов и агрегатов на примере одного насоса. Изучение принципа действия поршневых насосов на примере УНБ-600, проведение инженерного расчета, уход и эксплуатация.
дипломная работа [7,6 M], добавлен 28.07.2010Определение скорости движения среды в нагнетательном трубопроводе. Расчет полного гидравлического сопротивления сети и напора насосной установки. Определение мощности центробежного насоса и стандартного диаметра трубопровода. Выбор марки насоса.
контрольная работа [38,8 K], добавлен 03.01.2016
