Нефтегазопромыслове оборудование (стр. 5 )

Насосы автомобильных и тракторных агрегатов, предназначенных для промывки песчаных пробок и других промывочно-продавочных работ при ре­монте нефтяных скважин, обычно имеют сравнительно небольшую мощность и умеренное давление (15 - 20 МПа). Представители этой группы - насосы 1НП-160 и 2НП-160, устанавливаемые на промывочных агрегатах типа Азинмаш-32М и Азинмаш-35, - трехплунжерные, горизонтальные; они отличаются частотой ходов и некоторыми деталями устройства.

Насосы для закачки жидкостей в нефтяные пласты

В последние годы для закачки жидкостей в пласт стали использовать плун­жерные насосы, имеющие более высокий к. п. д. (около 0,9), нежели применяе­мые для той же цели многоступенчатые центробежные насосы. Высокая частота ходов (250 - 500 в минуту) позволяет выполнять их одновальными, что упрощает приводную часть и сокращает габариты. Зарубежные фирмы выпускают насосы - интенсификаторы в широком диапазоне мощностей и давлений, в основном го­ризонтальные, трехплунжерные, по устройству аналогичные насосам преды­дущей группы.

ГЛАВА 7. ТЕОРИЯ ДЕЙСТВИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО

НАСОСА

§ 7.1. СРЕДНЯЯ ПОДАЧА И КОЭФФИЦИЕНТ ПОДАЧИ

Согласно ГОСТ 13824 - 68, за основной параметр объемных гидромашин принят рабочий объем q - изменение объ­емов всех камер насоса за один оборот вала или один цикл дей­ствия насоса. Так, для двухпоршневого насоса двустороннего дей­ствия. , а для трехпоршневого или трехплунжерного насоса одностороннего действия q = 3FS.

В общем случае рабочий объем возвратно-поступательного насоса (ВПН) q = azFS, где a - коэффициент (для насосов двухстороннего действия , для насосов одностороннего действия и дифферен­циального a = 1); z - число рабочих камер.

Суммарное расчетное изменение объема камер в единицу вре­мени называется идеальной подачей 1: ………………… = azFSn

________________ 1 Это - стандартный термин (ГОСТ 17398 - 72), применяемый вместо термина теоретическая подача, так как теоретически можно определить и идеальную и фактическую подачу.

Здесь n - частота ходов поршней (плунжеров).

Средний объемный расход жидкости в подводящем и отводящем трубопроводах обычно меньше QИ по следующим причинам.

Во-первых, часть рабочего объема рабочих камер занимает газ, поступающий вместе с жидкостью и выделяющийся из нее во время всасывания, а также пузырьки, заполненные парами жидкости, если насос действует в кавитационном режиме (см. § ). Некоторая часть рабочего объема полезно не используется в связи с запаздыванием закрытия клапанов: в начале всасывания в цилиндр поступает жидкость из полости нагнетания, а в начале хода нагнетания - вытесняется обратно в полость всасывания. Наконец, отрицательное влияние на подачу насоса оказывает расширение жидкости, остающейся в рабочей камере после за­крытия нагнетательного клапана, а также податливость стенок рабочей камеры.

Обозначим через ∆QH уменьшение подачи насоса вследствие неполного использования его рабочего объема по указанным при­чинам. Отношение αИ = (QИ - ∆QН)/QИ называется коэффициентом наполнения.

Во-вторых, под действием давления происходят внутренние перетекания жидкости и утечки ∆QУ через неплотности в клапанах, сальниках и уплотнениях цилиндро-поршневой пары.

Объёмная подача насоса, измеренная по объёму жидкости при атмосферном давлении , Q = QИ - ∆QH - ∆QУ.

Массовая подача жидкости равна ρQ (ρ – плотность жидкости при атмосферном давлении). Отношение объёмной подачи к идеальной подаче называется коэффициентом подачи:

,

где – объёмный КПД насоса, которым, так же как в динамическом насосе, учитываются потери подачи насоса вследствие перетекания и утечек жидкости.

Разделение коэффициента подачи на частные коэффициенты и различие в их обозначениях имеют тот смысл, что отражает только недоиспользование возможности подачи, а - также и затрату мощности на прокачивание под давлением части жидкости через щели в уплотнениях.

Коэффициент подачи зависит не только от совершенства уплотнений насоса, но и от режима его работы (давления, частоты ходов, температуры жидкости, высоты всасывания и проч.). Информацию о значении получают по опытным данным. Для ориентировочного расчёта подачи принимают (меньшие значения относятся к насосам с небольшой подачей).

В некоторых случаях подачу насоса Q’ измеряют по объёму жидкости, находящейся под действием конечного давления. Разница в объёмах одного и того же количества жидкости , где EЖ - модуль упругости жидкости.

Объёмный коэффициент (не путать с термином объёмный КПД)

.

Различие в величинах и , не столь существенное при небольших давлениях (при нагнетании воды с давлением = 20 МПа оно составляет около 1%), необходимо учитывать с ростом давления. В гидросистемах с синтетическими жидкостями при = 100 МПа указанное различие составляет ≈ 10%.

§ 7.2. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ВСАСЫВАНИЯ И ПОДАЧИ …Рассмотрим общий случай многокамерного насоса. В любой момент времени в некоторых его камерах поршни (или плунжеры) совершают ход всасывания. Мгновенный расход жидкости во вса­сывающем коллекторе равен сумме мгновенных расходов в раз­ветвлениях ql Q2, Q3, ...;

. Считаем, что жидкость несжимаемая, поток не имеет разрывов и строго следует за поршнями, утечки отсутствуют. Тогда

,

где - мгновенная скорость; Fi - площадь поршня в i-й камере.

Скорость жидкости в подводящей трубе (индекс «н»)

,

где - площадь сечения трубы. Соответствующее ускорение жидкости

,

где - ускорение поршня в i – й камере.

Всё сказанное относится также к нагнетательному трубопроводу, если индекс «н» заменить на «к».

Применительно к кривошипному насосу для построения графиков мгновенных расходов и ускорений используем следующие формулы кинематики кривошипно-шатунного механизма:

; ,

, ,

, ,

, .

Здесь - текущие значения перемещения, скорости и ускорения поршня (жёстко связанного с крейцкопфом); - угловая скорость. Остальные обозначения см. на рис. 6.5, а.

В левом столбце – точные формулы, в правом – формулы для идеального механизма с бесконечной длиной шатуна, применяемые в качестве приближённых при .

Примеры графиков подачи и суммарного ускорения потока жидкости, построенных по приведенным формулам для одно­сторонних насосов с различным числом камер z при , даны на рис. 7.1, а, б. По оси ординат единицей измерения служат: для расходов , для скорости жидкости в трубопроводе , где - площадь поперечного сечения подводящего или нагнетательного трубопровода; для ускорений