7.2. Установки с диафрагменными насосами. Диафрагменные насосы для добычи нефти


Диафрагменные насосы

Диафрагменные насосы представлены объёмным насосным оборудованием. В данных приспособлениях функциональные задачи поршневого механизма возложены на диафрагменную пластину с гибкой структурой. Диафрагменный компонент крепится с краёв и сгибается от влияния на него переменных напоров со стороны среды, а также механических рычагов.

В процессе изгибания диафрагмовых пластинчатых элементов односторонним методом производится процесс втягивания жидкой массы, а двухсторонний способ предусматривает операцию нагнетания. Работа таких устройств, как диафрагменные насосы, осуществляться при помощи привода гидравлического, пневматического и механического типа.

Сфера применения диафрагменного насоса является весьма обширной. Диафрагменные насосы используют в изготовлении бумажных изделий, в рабочих операциях строительных процессов, в деятельности горных предприятий, в сфере перемещения порошковых сухих масс, в обработке отходов, в изготовлении продукции из керамических материалов, на транспортно-ремонтном производстве, в газодобывающих компаниях, на нефтяных комплексах, в сфере изготовления жидких пигментных компонентов, химической и нефтехимической отраслях, фармацевтике, на пищевом производстве.

 

Устройство диафрагменных насосов

 

Диафрагменные насосы имеют прочные камерные отсеки, которые расположены с каждой из сторон оборудования. Во время перемещения, жидкая масса направляется в проточный камерный отсек. Она располагается в межпространственной зоне, что находится между поверхностью диафрагменного элемента и корпусным основанием насосного приспособления.

 

 

Внутри диафрагменного элемента, располагается воздушный камерный отсек. В данный камерный сектор сжатая воздушная масса перемещается из распределителя воздушных узлов. В процессе этого исключается контакт проточного сектора насосного оборудования и завоздушенных камерных отсеков. Они являются разделёнными диафрагмой.

 

Принцип работы диафрагменных насосов

 

Из воздушного механизма диафрагменного насоса сжатый воздух поступает в воздушную камеру. При этом контактирует с внутренней поверхностью диафрагмы, тем самым способствует её передвижению по отношению к корпусу. Вследствие этого процесса происходит вытеснение перекачиваемой жидкости в направлении напорной магистрали. Благодаря соединению диафрагм штоком, осуществляется одновременно, выталкивание одной диафрагмой жидкости и создание другой диафрагмой, которая втягивается штоком, в противоположной камере разряжения, всасывая перекачиваемую жидкость.

 

 

При окончании каждого такта выполняется автоматическое переключение воздушного распределительного механизма и осуществляется поступление сжатого воздуха в другую воздушную камеру. Данный процесс периодически повторяется.

 

 

 

При всасывании и напоре клапаны диафрагменного насоса осуществляют роль обратных клапанов, тем самым препятствуют перетеканию из напорной магистрали перекачиваемого продукта во всасывающую магистраль. Благодаря двойным патрубкам осуществляется разделение проточной части. При этом каждая жидкость перегоняется отдельно при равной производительности.

 

Преимущества диафрагменных насосов

 

Конструкция диафрагменных насосов является довольно простой и надёжной. В оснащении данного механизма отсутствуют редуктор, двигатель и вращающиеся детали. Приводом диафрагменного насоса является энергия сжатого воздуха. Диафрагменные насосы отличаются своей безопасностью, благодаря отсутствию образования искр. Вследствие этого данные насосы широко применяются во время работы с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями.

Данный вид насосов исключают утечку, а также износ основных деталей, благодаря отсутствию подшипников и уплотнений. При помощи изменения количества подаваемого воздуха, осуществляется лёгкая регулировка производительности.Диафрагменные насосы не нуждаются обслуживания механизмов и их смазке.

 

 

promplace.ru

7.2. Установки с диафрагменными насосами

Диафрагменные насосы являются насосами объемного типа. Основным рабочим элементом насоса является диафрагма, которая отделяет откачиваемую жидкость от контакта с другими элементами насоса.

Скважинный диафраменный насос приводится в действие погружным электродвигателем, аналогичным используемому в установках с винтовыми насосами. Установка состоит из наземного и погружного оборудования. Наземное оборудование аналогично таковому для эксплуатации скважин винтовыми насосами. Погружной агрегат спускается в скважину на колонне НКТ, а питание электродвигателя осуществляется по кабелю, закрепляемому на колонне НКТ.

Схема погружного агрегата представлена на рис. 7.4. Глубинный насос состоит из двух частей: верхней, в которой размещена круглая диафрагма 5, делящая эту часть на наддиафрагменную полость являющаяся, по существу, насосом с нагнетательным клапаном 3 и всасывающим клапаном 4, и нижней поддиафрагменной полости А, которая заполнена маслом. Полость А образована диафрагмой 5, а также парой «цилиндр 8 — поршень 9», которые размещены в корпусе 10, в верхней части которого имеется осевой канал 6, сообщающийся с камерой А. Сверху поршень подпружинен винтовой пружиной 7. Между погружным электродвигателем 15 и поршнем 9 имеется камера Б, также заполненная маслом. В нижней части поршень 9 контактирует с эксцентриком 11, закрепленным на оси в опоре 12. На этой же оси закреплено зубчатое колесо 13. Второе зубчатое колесо 14 закреплено на выходном валу погружного электродвигателя 15. Зубчатые колеса 13 и 14 образуют угловую зубчатую передачу. В нижней части погружного двигателя имеется компенсационная диафрагма 16. Электродвигатель, камеры А и Б заполнены одни и тем же маслом. Камеры А и Б могут сообщаться через специальный клапанный узел 18, расположенный в корпусе 10. Камера А имеет строго определенный объем, а следовательно, и объем масла в ней. Утечки масла из камеры А через зазор «цилиндр—поршень» в камеру Б приводят к открытию клапанного узла 18 и восполнению масла в камере А. Излишки масла в камере А также сбрасываются в камеру Б клапанным узлом 18. Электрическое питание погружному электродвигателю подается по кабелю 17.

Насос работает следующим образом. Вращение вала двигателя приводит в действие угловую зубчатую передачу. Вместе с вращением зубчатого колеса 13 вращается эксцентрик 11, приводя в возвратно-поступательное движение поршень 9, прижатый к эксцентрику пружиной 7. На схеме рис. 7.4 показано нижнее положение поршня. Так как объем камеры А постоянен, пространство, освобожденное поршнем в цилиндре, заполняется маслом и диафрагма занимает нижнее положение, показанное на рис. 7.4. За время движения поршня вниз давление в наддиафрагменной полости снижается, нагнетательный клапан закрывается, открывается всасывающий клапан, и продукция скважины поступает в наддиафрагменную полость. При ходе поршня вверх давление в камере А повышается, приводя к перемещению вверх и диафрагмы. Давление в наддиафрагменной полости повышается, всасывающий клапан 4 закрывается, а нагнетательный клапан 3 открывается; жидкость из наддиафрагменной полости вытесняется в колонну НКТ. Изменение объема камеры Б при движении поршня изменяет и объем масла в ней. Эти изменения компенсируются компенсационной диафрагмой 16.

Погружной двигатель имеет частоту вращения вала 1350-1400 оборотов в минуту. Угловая зубчатая передача снижает частоту вращения эксцентрика примерно в два раза; таким образом число двойных ходов поршня составляет примерно 700 в минуту при длине хода от 2,5 до 15 мм. Длина хода поршня определяется удвоенным эксцентриситетом е эксцентрика 11.

Суточная подача диафрагменного насоса такова:

(7.4) 

где dп — диаметр поршня, м; е — эксцентриситет, м; пл — число оборотов электродвигателя, 1/мин; i — понижающее передаточное отношение угловой зубчатой передачи; η — коэффициент подачи установки, д.ед.

Диафрагменные насосные установки предназначены для эксплуатации скважин с агрессивной продукцией, а также содержащей механические примеси. Это связано с тем, что откачиваемая продукция не контактирует с подвижными деталями погружного агрегата, будучи отделенной от них диафрагмой.

Выше были рассмотрены основные способы глубиннонасосной добычи нефти, которые достаточно известны специалистам. Однако развитие науки порождает и новые технические средства, которые представляют несомненный практический интерес.

studfiles.net

Диафрагменных насосов для добычи нефти

Механика Диафрагменных насосов для добычи нефти

просмотров - 107

Установки электроприводных

Диафрагменные насосы относятся к классу объемных. Οʜᴎ предназначены, в первую очередь, для эксплуатации мало- и среднедебитных нефтяных скважин которые, в настоящее время и в ближайшем обозримом будущем, являются основным фондом нефтяной промышленности России.

Насос состоит из гидравлической и приводной части. В гидравлическую часть входит всасывающий и нагнетательный клапаны, гидравлическая полость в которую поступает, а затем вытесняется добываемая жидкость и диафрагма, разделяющая насос на две части. Диафрагма выполняет две функции. Первая — вытеснение добываемой жидкости и вторая — изолирование приводной части от агрессивной добываемой среды. Приводная часть в зависимости от конструктивного исполнения может содержать различные узлы. Ее задачей является создание усилия и его передача на диафрагму. По способу передачи энергии бесштанговые диафрагменные насосы можно разделить на две группы, в первую из которых входят насосы с погружным электроприводом, а во вторую — с поверхностным гидроприводом.

В качестве привода в диафрагменных насосах для добычи нефти наиболее часто используется электропривод.

Роторный асинхронный электродвигатель является в настоящее время самым распространенным типом привода для погружных насосных установок, благодаря достаточно высокому КПД (свыше 80 %) и высокой технической и технологической отработанности изготовления, эксплуатации и ремонта.

Система привода от двигателя к диафрагме принято называть трансмиссией и подразделяется на механическую и гидравлическую.

В диафрагменных насосах с механическим приводом диафрагмы имеется толкатель, который жестко связан с диафрагмой. В период хода нагнетания диафрагма испытывает нагрузку, равную давлению, создаваемому насосом, в связи с этим с ростом давления, создаваемого насосом, срок службы диафрагмы резко уменьшается. По этой причинœе при механическом приводе диафрагмы параметры насоса, как правило, жестко связаны с прочностными параметрами диафрагмы и ограничены сроком ее службы. Так как давление, развиваемое погружными насосами для добычи нефти, достаточно велико (порядка 10 МПа), то данный вид трансмиссии не может быть использован в насосах, предназначенных для долговременной работы в скважинах.

В насосах с гидравлическим приводом диафрагмы между ней и исполнительным органом насоса находится жидкая рабочая среда, которая, вытесняясь из рабочей камеры рабочим органом (к примеру, — плунжером), воздействует на диафрагму, а через нее — на перекачиваемую среду. При этом диафрагма является лишь разделительным органом, отделяющим рабочую среду и исполнительные органы насоса от перекачиваемой среды. Давление сред по обе стороны диафрагмы практически одинаково. В случае если отклонение диафрагмы от нейтрального положения выбрано с таким расчетом, что напряжения в материале диафрагмы незначительны, то работоспособность диафрагмы и срок ее службы определяется пределом выносливости материала при многократном изгибе в месте крепления диафрагмы к корпусу насоса. Вместе с тем, к достоинству этого типа трансмиссии относится возможность передачи больших мощностей при малых размерах элементов, большой срок службы, обуславливаемый в значительной степени самосмазыванием всœех элементов трансмиссии рабочей жидкостью и простыми средствами предохранения трансмиссии от перегрузок. К особенностям данного вида трансмиссии следует отнести высокие требования, предъявляемые к качеству изготовления ее элементов, а также к самой рабочей жидкости, свойства которой должны оставаться стабильными при длительной работе в условиях повышенной температуры и давления. В связи с решением данных задач современными структурами машиностроения и нефтехимии именно данный тип трансмиссии используется для диафрагменных насосов для добычи нефти.

При этом, в случае применения гидравлического привода диафрагмы, крайне важно в конструкции насоса предусмотреть устройство для поддержания заданного нейтрального положения диафрагмы. Наиболее простыми являются устройства открытого типа, когда конструкция насоса обеспечивает гарантированную утечку из полости насоса в диафрагменную камеру, а оттуда, при образовании некоторого определœенного избытка рабочей жидкости, он сбрасывается в нагнетательный канал диафрагменного насоса. В этом случае в насосœе должен быть достаточный объем рабочей жидкости для обеспечения крайне важного срока службы насоса.

Устройства по поддержанию нейтрального положения диафрагмы (иначе называемая системой компенсации утечек — СКУ) позволяют регулировать объем рабочей жидкости в диафрагменной камере, добавляя ее туда или сбрасывая избыток в сливную линию силового насоса. При использовании такой системы потери рабочей жидкости минимальны, однако наличие такой системы усложняет конструкцию насоса. В других случаях может быть применена комбинированная система, при которой недостаток рабочей жидкости в диафрагменной камере компенсируется из гидравлической системы насоса, а избыток — сбрасывается в нагнетательный канал диафрагменного насоса. Конкретный выбор одного из способов поддержания нейтрального положения диафрагм зависит от конструкции насоса и, в частности, от конструкции диафрагм.

Как уже указывалось выше, одной из наиболее важных частей насоса является диафрагма. Часто именно ее долговечность определяет долговечность насоса, так как клапаны имеют достаточный ресурс и их конструкция хорошо отработана, а приводная часть насоса отделœена от агрессивной среды диафрагмой и в связи с этим имеет также высокие показатели долговечности. Так как особенности исполнения диафрагм зависят от конструкции насоса, то в начале рассмотрим их.

Скважинные диафрагменные насосы бывают как одностороннего, так и двустороннего действия. Насосы одностороннего действия позволяют значительно упростить конструкцию и уменьшить габариты. При этом, при этом появляется значительная неравномерность загрузки привода, что снижает его КПД и надежность. Этот недостаток можно существенно ослабить при применении рекуператоров энергии холостого хода. При этом снижается необходимая установочная мощность привода, и улучшаются условия его работы, повышается общий КПД. В то же время наличие рекуператора усложняет конструкцию насоса. Вместе с тем, выход из строя рекуператора приводит к прекращению работы насоса. По этой причине насосы одностороннего действия изготавливаются небольшой мощности (3—5 кВт) (рис. 7.21).

Насосы двухстороннего действия имеют при одной и той же установочной мощности электродвигателя подачу в 1,5—1,7 раз большую, чем насос одностороннего действия, из-за отсутствия холостого хода и более равномерную нагрузку на электродвигатель. По этой причине данный принцип может быть рекомендован при изготовлении насосов большой мощности (свыше 5 кВт).

В насосах используются различные конструкции диафрагм.

Плоская — наиболее простая и технологичная форма диафрагмы. При использовании гидравлического привода легко устанавливается точка наибольшего прогиба, что упрощает проектирование устройств компенсации. К недостаткам данной конструкции относится небольшая предельно допустимая величина прогиба подобных диафрагм, что делает затруднительным применение их в насосах, рассчитанных на большие подачи (свыше 20 м3/сут).

Сильфон — данный тип диафрагм позволяет изменять объем диафрагменной камеры в несколько раз. Вместе с тем, величина и направление изменения ее объема могут легко контролироваться, что облегчает создание устройств компенсации смещения нейтрального положения диафрагмы при гидравлическом приводе. К недостаткам данной конструкции следует отнести сравнительно большой мертвый объем, а также значительные деформации материала диафрагмы в местах перегибов гофр. Вместе с тем, при определœенных условиях диафрагмы сильфонного типа могут терять свою устойчивость и складываться не по длинœе, а поперек. Эти диафрагмы бывают рекомендованы для насосов большой производительности (свыше 20 м3/сут).

Цилиндрическая — эти диафрагмы также позволяют изменить объем диафрагменной камеры в несколько раз, причем при этом не образуется мест с высокой степенью деформации. Вместе с тем, эти диафрагмы более просты по конструкции, чем сильфонные. При этом, при применении цилиндрических диафрагм трудно определить направление их максимального прогиба, что затрудняет проектирование устройств компенсации. В целом применение подобных диафрагм оправдано при проектировании насосов на большие подачи и давления (рис. 7.22).

Различаются насосы и количеством диафрагм. Количество диафрагм зависит как от типа насоса — одностороннего или двухстороннего действия, так и от его конструкции. К примеру, рабочие диафрагмы, деформация которых изменяет объем рабочих камер, и вспомогательные, связанные с устройством компенсации. В целях увеличения надежности насоса бывают установлены двойные диафрагмы, так, чтобы прорыв одной из них не вывел бы насос из строя. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, количество диафрагм диктуется очень большим числом факторов. В нефтяной промышленности нашли применение одно- и двухдиафрагменные насосы.

Диафрагмы, используемые при добыче нефти, изготовлены из эластичных материалов. Условия эксплуатации предъявляют целый ряд требований к выбору материала. В первую очередь, материал должен быть стоек к действию нефти и пластовой воды, имеющей, как правило, кислую реакцию. Во вторых, материал должен быть износостоек к абразивному действию механических примесей (зачастую с высокой твердостью), содержащихся в до­бываемой жидкости. В третьих, материал должен выдерживать большое количество циклов нагружения. Как правило, для изготовления диафрагм используется маслобензостойкая резина.

Читайте также

  • - Диафрагменных насосов для добычи нефти

    Установки электроприводных Диафрагменные насосы относятся к классу объемных. Они предназначены, в первую очередь, для эксплуатации мало- и среднедебитных нефтяных скважин которые, в настоящее время и в ближайшем обозримом будущем, являются основным фондом нефтяной... [читать подробенее]

  • - Диафрагменных насосов для добычи нефти

    Установки электроприводных Диафрагменные насосы относятся к классу объемных. Они предназначены, в первую очередь, для эксплуатации мало- и среднедебитных нефтяных скважин которые, в настоящее время и в ближайшем обозримом будущем, являются основным фондом нефтяной... [читать подробенее]

  • oplib.ru