КУЛАЧКОВЫЕ ПОРШНЕВЫЕ (ПЛУНЖЕРНЫЕ) НАСОСЫ

В кулачковых насосах (рис. 15.15, а) поршень (плунжер) 3 пружиной или иными средствами прижимается к кулачку (эксцентрику) 4. Ось вращения ку­лачка (точка 0₂) смещена относительно его геометрической оси (точка О,) на величину эксцентриситета е. При вращении кулачка поршень совершает в ци­линдре возвратно-поступательное движение на величину пути 1=2 е, при этом через всасывающий клапан 1 происходит всасывание жидкости, а через напор­ный клапан 2—-нагнетание.

Подача этих насосов такая же, как и обычных поршневых насосов одно­стороннего действия с шатунно-кривошипным механизмом. Для выравнивания

подачи применяются насосы многопоршневые с числом цилиндров z=3—11 в одном ряду и со смещением фаз их рабочих циклов на угол cp=360/z.

Схема трехцилиндрового насоса приведена на рис. 15.15, б. Кулачки а расположены в ряд на приводном валу; поршни Ь прижимаются к кулачкам с помощью пружин (последние на схеме не показаны).

Для достижения большей компактности насоса цилиндры часто распола­гают радиально с пересечением их осей в общем центре О (рис. 15.15, в). Поршни / в этих насосах также приводятся в движение кулачком 4. Прижим поршней к кулачку осуществляется пружинами 2. Центр О вращения кулачка и в данном схеме смешен относительно его геометрической оси на величину эксцентриситета е. Уменьшение контактного давления между поршнями и ку­лачком осуществляется с помощью «башмаков» 3. Насосы изготовляют в одно-и многорядном исполнении. Распределение жидкости производится с помощью клапанов, которые на схеме не показаны.

Рис. 15.15. Кулачковый насос

Подача насоса определяется по формуле

где т]о — объемный КПД насоса, равный 0,75—0,95; S — рабочая площадь ци­линдра; е—величина эксцентриситета; z — число рабочих камер; я — частота вращения вала насоса, об/мин.

Кулачковые поршневые насосы способны создавать высокие давления. Они получили значительное распространение в строительных и дорожных ма­шинах. Некоторые типы насосов используются для нагнетания жидкости в ги­дравлические прессы, а также в качестве топливных насосов дизелей.

ПЛУНЖЕРНЫЕ НАСОСЫ завода Синергия

В последнее время наметилась тенденция замены морально устаревших поршневых насосов на более современные плунжерные насосы. Ниже сравниваются конструктивные и технологические возможности самого распространённого в нефтегазодобывающей промышленности поршневого насоса 9Т и самого распространённогоплунжерного насоса СИН32.

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых место немыслима без перекачки тех или иных жидкостей под давлением.

В России традиционно применяют для этих целей поршневые насосы (рис. 1), в основном разработанные еще в годах прошлого столетия.

1. Поршневой насос 9Т

На первый взгляд, им нет альтернативы. Это разработанные десятилетиями конструкции, знакомые всем нефтяникам и газовикам.

В то же время, несмотря на кажущуюся простоту и привлекательность поршневых насосов, при их эксплуатации и использовании все чаще возникают вопросы, решить которые поршневые насосы просто не в состоянии. Так, например, при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений требуется закачивать в скважины технологические жидкости под давлением 70-100 МПа и выше. А поршневые насосы, в силу своих конструктивных особенностей, не могут создавать давление выше З0-40 МПа.

Для наглядности сравним два насоса: самый распространенный поршневой 9Т и самый распространенный плунжерный СИН32.

У поршневого насоса (рис. 1А) уплотнение между поршнем и цилиндром осуществляется только одной кромкой самого поршня, которая не обеспечивает герметичность при работе на высоких давлениях.

Рис. 1А. Уплотнение поршня вцилиндровой втулке

Для работы на высокихдавленияхнеобходимо увеличить количество уплотнительных элементов, а значит, и количество уплотняющих кромок. Чембольше давление - тем больше уплотнительных элементов необходимоустановить.

Эта задача давнои успешно решена на плунжерном насосе (рис.2), где уплотнение плунжераосуществляется пакетом уплотнительных элементов (рис.2 А), а высокое давление создается без особых усилий.

Рис.2А Уплотнение плунжера

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

В поршневом насосе подвести смазку на рабочие поверхности поршня и цилиндра практически невозможно, то есть поршень двигается в цилиндре без смазки и, естественно, быстрее изнашивается.

Сами поршни, используемые в насосах, резиновые, а резина - далеко не лучший, особенно при работе в агрессивных средах, материал.

В отличие от поршневого, в плунжерном насосе подвести смазку к пакету уплотнений не представляет никакого труда, что значительно увеличивает ресурс их работы. При этом конструкция уплотнений плунжерного насоса позволяет применять самые современные полимерные и композиционные материалы, обладающие высокой стойкостью при работе в агрессивных средах и имеющие значительно больший ресурс работы по сравнению с резиной.

Всем известно, что чем больше частота вращения вала насоса (больше число двойных ходов в мин.), тем меньше габариты и вес самого насоса при той же самой гидравлической мощности. Все поршневые насосы тихоходны в силу того, что резиновый поршень движется в цилиндровой втулке без смазки и, естественно, скорость перемещения его невелика. При увеличении скорости перемещения резиновый поршень быстро нагревается и оплавляется.

В плунжерных же насосах пакет уплотнений смазывается и это позволяет ему безболезненно перемещаться с гораздо большей скоростью, поэтому плунжерные насосы, по сравнению с поршневыми той же мощности, имеют меньшие габариты и вес.

Слабое место любого насоса - это узлы уплотнений движущихся частей, требующих постоянного внимания и периодической замены изношенных деталей, а значит, и остановки насоса.

В плунжерном насосе такой узел один - это уплотнение плунжера (рис. 2А), в процессе эксплуатации которого требуется периодическая замена недорогого пакета уплотнительных элементов и гораздо реже - самого плунжера.

В поршневом насосе (рис. 3) таких узлов три:

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

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

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

Рис. 3. Узлы уплотнения в поршневом насосе

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

р, МПа

График № 1 t, сек

Пульсация давления в напорной магистрали поршневых насосов

двойного действия

В этом случае для гашения таких сильных пульсаций давления приходится применять мощные гасители пульсаций-демпферы.

В плунжерном насосе, как видно из графика № 2, хотя и имеются пульсации, но они незначительны и в ряде случаев можно вообще обойтись без гасителей пульсаций давления.

Р. МПа

t, сек

График № 2

Пульсация давления в напорной магистрали

трехплунжерных насосов

Поршневой насос 9Т имеет встроенный червячный редуктор (рис. 1).

Любой студент знает, что коэффициент полезного действия червячной передачи не превышает 60%, а остальные 40%, фигурально выражаясь, обогревают за ваш счет «мировое пространство», к тому же сама червячная передача быстро изнашивается и требует в процессе эксплуатации постоянного ухода и частого ремонта.

В отличие от поршневого насоса 9Т в насосе СИН32 редуцирование исключено, что значительно упростило конструкцию и сделало ее более надежной. Редуцирование же осуществляется с помощью специального навесного редуктора.

Специальный планетарно-цилиндрический редуктор (рис.4) с передаточным отношением 12,5 отличается от аналогов небольшими габаритами, весом и высоким коэффициентом полезного действия (95%).

Рис. 4. Трехплунжерный насос СИН32 с навесным редуктором

С точки зрения ремонтопригодности такие редуктора, конечно, предпочтительнее встроенных в корпус насоса. Можно легко отремонтировать и заменить редуктор, не разбирая насос.

Завод «Синергия» еще в 1992 году сделал выбор в пользу плунжерных насосов. И время подтвердило правильность этого решения.

По назначению насосы следует разделить на две группы.

К первой группе относятся легкие и мощные насосы периодического действия с подшипниками качения в кривошипно-шатунном механизме СИН32 (рис.2), СИН31.

Эти насосы очень хорошо себя зарекомендовали на передвижных установках (для цементирования, кислотной обработки скважин, установках для гидроразрыва пластов и т. д.), особенно при эксплуатации в районах Крайнего Севера.

Эти насосы крайне просты в обслуживании и эксплуатации, не требовательны к качеству смазочных материалов, хорошо работают при отрицательных температурах в таких условиях, где импортная техника просто не работает.

Ко второй группе (рис. 5) относятся насосы постоянного действия с подшипниками скольжения в кривошипно-шатунном механизме, предназначенные для круглосуточной работы в течение длительного времени, и применяются для поддержания пластового давления и буровых работах.

Надежность их такова, что при правильной эксплуатации они не требуют ремонта в течение всего срока эксплуатации, а ремонт их значительно проще и дешевле, чем у традиционных насосов с подшипниками качения. Но эта группа насосов, аналогично двигателям внутреннего сгорания, требует более квалифицированного и своевременного обслуживания.

Рис. 5. Трехплунжерный насос СИН61

Во вторую группу насосов входят такие насосы, как СИН46, СИН62,СИН61,СИН53.

Все насосы отличает простота и быстрота обслуживания и ремонта. Так монтажные крышки и корпуса уплотнений плунжеров клапанной коробки имеют оцинкованную трапецеидальную резьбу, что позволяет быстро, без лишних усилий и проблем производить их демонтаж в связи с заменой уплотнений, клапанов, пружин и т.д.

К примеру, процесс замены клапанов занимает всего 20-30 минут, а замена плунжеров с уплотнительными элементами занимает 30-40 минут.

Таким образом из всего вышесказанного следует, что только плунжерные насосы при одинаковой или более низкой по сравнению с поршневыми насосами цене:

-расширяют технологические возможности нефте­газодобывающего оборудования;

-увеличивают ресурс работы техники;

-упрощают и удешевляют эксплуатацию и обслуживание оборудования.