7.4. Установки электроприводных диафрагменных насосов для добычи нефти. Диафрагменный насос нефть


Диафрагменные насосы для добычи нефти

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

Скважинный диафрагменный насос приводится в действие погружным электродвигателем. Установка состоит из наземного и погружного оборудования. Наземное оборудование аналогич­но таковому для эксплуатации скважин винтовыми насосами.

Схема погружного агрегата представлена на рис. 6.22. Глубинный насос состоит из двух частей: верхней, в которой размещена круглая диафрагма 5, делящая эту часть на наддиафрагменную полость и 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 одним 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. 6.22 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. 6.22. 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.

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. Установка проста в монтаже и обслуживании.

К недостаткам можно отнести невысокую подачу до 20 м3/сут и очень узкую область применения по подачам и напорам. При подаче 4 м3/сут напор насоса составляет 2000 м, а при подаче 20 м3/сут - всего 600 м.

Похожие статьи:

poznayka.org

7.4. Установки электроприводных диафрагменных насосов для добычи нефти

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 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 называется 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, поэтому с ростом давления, создаваемого насосом, срок службы диафрагмы резко уменьшается. По этой причине 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 (например, — 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. 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. Кроме того, к достоинству этого типа трансмиссии относится возможность передачи больших мощностей при малых размерах элементов, большой срок службы, обуславливаемый в значительной степени самосмазыванием всех 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.

Однако, в случае применения гидравлического привода диафрагмы, необходимо 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 определенного избытка рабочей жидкости, он сбрасывается в нагнетательный канал диафрагменного насоса. В этом случае в насосе должен быть достаточный объем рабочей жидкости для обеспечения необходимого 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 отделена от агрессивной среды диафрагмой и поэтому имеет также высокие показатели долговечности. Так как особенности исполнения диафрагм зависят от конструкции насоса, то в начале рассмотрим их.

Скважинные диафрагменные насосы могут быть какодностороннего, так и двустороннего действия. Насосы одностороннего действия позволяют значительно упростить конструкцию и уменьшить габариты. Однако, 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. Кроме того, выход из строя рекуператора приводит к прекращению работы насоса. Поэтому 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. Поэтому этот 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 — этот тип диафрагм позволяет изменять объем диафрагменной камеры в несколько раз. Кроме того, 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. Кроме того, при определенных условиях диафрагмы сильфонного типа могут терять свою устойчивость и складываться не по длине, а поперек. Эти диафрагмы могут быть 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. Кроме того, эти диафрагмы более просты по конструкции, чем сильфонные. Однако, 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. Например, рабочие диафрагмы, деформация которых изменяет объем рабочих камер, и вспомогательные, связанные с устройством компенсации. В целях увеличения надежности насоса могут быть установлены двойные диафрагмы, так, чтобы прорыв одной из них не вывел бы насос из строя. Таким образом, 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. Во-первых, 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.

studfiles.net

Установки электроприводных диафрагменных насосов для добычи нефти

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 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 называется 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, поэтому с ростом давления, создаваемого насосом, срок службы диафрагмы резко уменьшается. По этой причине 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 (например, — 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. 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. Кроме того, к достоинству этого типа трансмиссии относится возможность передачи больших мощностей при малых размерах элементов, большой срок службы, обуславливаемый в значительной степени самосмазыванием всех 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.

Однако, в случае применения гидравлического привода диафрагмы, необходимо 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 определенного избытка рабочей жидкости, он сбрасывается в нагнетательный канал диафрагменного насоса. В этом случае в насосе должен быть достаточный объем рабочей жидкости для обеспечения необходимого 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 отделена от агрессивной среды диафрагмой и поэтому имеет также высокие показатели долговечности. Так как особенности исполнения диафрагм зависят от конструкции насоса, то в начале рассмотрим их.

Скважинные диафрагменные насосы могут быть как одностороннего, так и двустороннего действия. Насосы одностороннего действия позволяют значительно упростить конструкцию и уменьшить габариты. Однако, 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. Кроме того, выход из строя рекуператора приводит к прекращению работы насоса. Поэтому 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. Поэтому этот 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 — этот тип диафрагм позволяет изменять объем диафрагменной камеры в несколько раз. Кроме того, 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. Кроме того, при определенных условиях диафрагмы сильфонного типа могут терять свою устойчивость и складываться не по длине, а поперек. Эти диафрагмы могут быть 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. Кроме того, эти диафрагмы более просты по конструкции, чем сильфонные. Однако, 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. Например, рабочие диафрагмы, деформация которых изменяет объем рабочих камер, и вспомогательные, связанные с устройством компенсации. В целях увеличения надежности насоса могут быть установлены двойные диафрагмы, так, чтобы прорыв одной из них не вывел бы насос из строя. Таким образом, 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. Во-первых, 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.

students-library.com

Диафрагменные насосы.

Диафрагменные и мембранные насосы



Одним из распространенных типов объемных насосов является диафрагменный (диафрагмовый, мембранный), принцип действия которого основан на изменении рабочего объема камеры насоса воздействием на гибкую перегородку - мембрану (диафрагму). Мембрана таких насосов может быть выполнена из тонкой металлической пластинки, обладающей достаточной упругостью, или из неметаллических упругих материалов (резина, прорезиненная ткань, кожа, полимеры и т. п.). При этом термин диафрагменные насосы обычно применяют для насосов, имеющих неметаллическую гибкую мембрану (диафрагму), а мембранные насосы - для насосов с металлической мембраной в виде тонкой и упругой пластины. Принцип действия у мембранных и диафрагменных насосов одинаковый.

Края мембраны жестко и герметично закреплены в стенках рабочей камеры насоса, поэтому сама мембрана образует одну из таких стенок, обладающую гибкостью и упругостью. Посредством рычажного механизма на мембрану оказывается давление, она прогибается, уменьшая объем камеры насоса, при этом жидкость, заключенная в камере под давлением вытесняется в нагнетательную магистраль через систему выпускных клапанов. При обратном ходе диафрагмы (мембраны) жидкость засасывается в рабочую камеру из питающей магистрали через впускные клапана. Рабочий и холостой (всасывающий) циклы насоса могут осуществляться только воздействием рычажного механизма, либо один из циклов совершается при помощи пружины, получающей энергию во время воздействия рычажного механизма.

Подача диафрагменных насосов зависит от объема рабочей камеры (т. е. от габаритов насоса), количества циклов воздействия на диафрагму в единицу времени, и у выпускаемых в настоящее время промышленностью насосов составляет от 1 до 150 м3/ч при напорах до 2000 м.

При расчете производительности (или теоретической подачи) диафрагменных насосов определяется изменение объема ΔV рабочей плости (камеры) из-за перемещения диафрагмы (мембраны) во время рабочего цикла, после чего изменение объема умножается на количество рабочих циклов k в единицу времени:

Qm = ΔV×k      (м3/с).

Преимущества диафрагменных насосов:
  • Простота и надежность конструкции, отсутствие вращающихся деталей и подшипников;
  • Минимальный риск искрообразования при работе, что делает его удобным для перекачки легковоспламеняющихся жидкостей и газов;
  • Компактность и малый вес при высоких рабочих характеристиках;
  • Высокая универсальность – возможность работы в различных жидких и газообразных средах, в т. ч. с вязкими и загрязненными жидкостями;
  • Хорошее уплотнение рабочей камеры, снижающее вероятность утечки жидкости;
  • Для работы насоса не требуется смазка деталей;
  • Достаточно высокое давление на выходе;
  • Относительно большая высота самовсасывания (до 5 метров);
  • Работа без жидкости (всухую) не наносит вреда деталям насоса.
Недостатки диафрагменных насосов:
  • Мембрана (диафрагма) при работе значительно изгибается, изнашивается, что может привести к выходу ее из строя;
  • Слабым местом в конструкции диафрагменного насоса является необходимость использования клапанов, которые могут выйти из строя при загрязнении (залипание клапанов) или износе;
  • Насосы данного типа не применимы для работы в гидросистемах с высоким давлением;
  • Диафрагменные и мембранные насосы отличаются особенно высокой неравномерностью подачи среди других типов объемных насосов (шестеренных, лопастных, роторных).

***

Область применения диафрагменных насосов

Сфера применения диафрагменных (мембранных) насосов является весьма обширной. В автомобильной, дорожной и сельскохозяйственной технике они получили наибольшее применение в качестве насосов системы питания карбюраторных двигателей. Кроме того, диафрагменные насосы используют в строительстве, 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 химической и нефтехимической отраслях, фармацевтике, в пищевой промышленности и т. д.

Устройство и принцип работы диафрагменного насоса рассмотрим на примере насоса системы питания карбюраторного автомобильного двигателя ВАЗ.

***



Устройство и принцип работы диафрагменного насоса

Топливный насос, применяющийся в карбюраторной системе питания автомобилей ВАЗ, имеет конструкцию диафрагменного типа с механическим приводом через эксцентрик от вала привода масляного насоса. Для принудительной подкачки топлива на неработающем двигателе насос оборудован рычагом 20 ручной подкачки топлива. Подача насоса составляет не менее 60 л/ч при частоте качаний 2000 циклов в минуту. Давление, развиваемое насосом, 20-30 кПа.

Насос состоит из нижнего корпуса 2 с рычагами привода, верхнего корпуса 7 с клапанами и патрубками, диафрагменного узла и крышки 10 насоса. Диафрагменный узел имеет три диафрагмы: две верхние 16 - рабочие для подачи топлива, нижнюю 18 - предохранительную. Диафрагма 18 предотвращает попадание топлива в картер при повреждении рабочих диафрагм.

Между рабочими и предохранительной диафрагмами установлены дистанционные наружная 17 и внутренняя 15 прокладки. Наружная прокладка 17 имеет отверстие для выхода топлива наружу при повреждениях рабочих диафрагм. Диафрагмы с тарелками и внутренней дистанционной прокладкой 15 установлены на шток 19 и закреплены сверху гайкой.

Диафрагменный узел установлен между верхним и нижним корпусами насоса. Под диафрагменный узел насоса на шток установлена сжатая пружина. Шток 19 Т-образным хвостовиком вставлен в прорезь балансира 3, которая позволяет заменить диафрагменный узел, не снимая насос с двигателя.

В нижнем корпусе 2 на оси 4 установлены рычаг 21 механической подачи топлива и балансир 3. Также в нижнем корпусе на оси с кулачком 28 установлен рычаг 20 ручной подкачки топлива с возвратной пружиной 1.

В верхнем корпусе 7 насоса установлены впускной 13 и нагнетательный 6 клапаны, поджатые пружинами к седлам 5 и 12. Сверху к корпусу центральным болтом прикреплена крышка 10. Между крышкой и корпусом установлен пластмассовый сетчатый фильтр 8.

В верхний корпус насоса запрессованы впускной 11 и нагнетательный 9 патрубки.

Привод топливного насоса осуществляется от эксцентрика 24 вала привода масляного насоса и распределителя зажигания через толкатель 22.

При работе двигателя эксцентрик 24 через толкатель 22 действует на рычаг 21 и поворачивает балансир 3, который оттягивает шток 19 вместе с диафрагмами насоса вниз. При этом над диафрагмами создается разрежение, в результате которого топливо через впускной клапан 13 заполняет рабочую полость над диафрагмами. При сбеге эксцентрика с толкателя освобождается рычаг 21, балансир 3 и шток с диафрагмами. Диафрагмы под действием сжатой пружины создают давление топлива в рабочей полости, закрывается впускной клапан и топливо через нагнетательный клапан 6 подается в поплавковую камеру карбюратора, и далее – из карбюратора во впускной газопровод и цилиндры двигателя.

При небольшом расходе топлива диафрагмы осуществляют неполный ход, при этом ход рычага 21 частично будет холостым.

При ручной подкачке топлива нажимают на рычаг 20, кулачок 28 действует на балансир 3 и оттягивает шток с диафрагмами. Происходит впуск топлива в рабочую полость. При отпускании рычаг 20 и кулачок 28 под действием пружины 1 возвращаются в исходное положение, и диафрагмы выталкивают топливо в поплавковую камеру карбюратора.

***

Струйные насосы



k-a-t.ru

НАСОСЫ ПЛУНЖЕРНО-ДИАФРАГМЕННЫЕ типа ПДН

НАЗНАЧЕНИЕ

В конструкции насоса использованы авиационные «ноу-хау», доказавшие свою надежность и эффективность в экстремальных условиях эксплуатации в течение длительного срока. Насос имеет патент на изобретение. Сущность его в том, что подвижные части плунжерной пары не контактируют с продуктом.

Насосы могут эксплуатироваться при любой обводненности скважин и с температурой до 80°С. Насосы плунжерно-диафрагменные типа ПДН предназначены для откачки пластовой жидкости повышенной вязкости и содержания механических примесей из нефтяных скважин с минимальным внутренним диаметром 114 или 121,7 мм. При заводских стендовых испытаниях на надежность модель насоса отработала 1 млн циклов на жидкости с содержанием механических примесей 200 г/л.

Насос поставляется в собранном виде и заправленный маслом. Разборка в условиях эксплуатации не рекомендуется из-за сложности заправки маслом.

Насос типа ПДН не требует каких-либо специальных устройств. Для его эксплуатации используется существующее оборудование: качалка с регулируемым числом ходов плунжера, штанговая колонна, связанная со штоком-плунжером насоса. При ходе качалки вверх происходит процесс всасывания, а при ходе вниз под действием веса штанговой колонны выталкивание пластовой жидкости в насосно-компрессорные трубы (НКТ) и далее в коллектор.

Насос и гидропривод являются смежными модулями. Предусмотрена поставка насоса в трехбочковом и однобочковом исполнении. Соответственно меняется производительность насоса и его длина.

Преимущество насоса типа ПДН заключается в том, что при работе в тех же условиях засоренной механическими примесями пластовой жидкости длительность его непрерывной работы значительно превышает срок эксплуатации обычных плунжерных насосов, а стоимость подъема и опускания насоса в сочетании с потерями от простоя в течение двух-трех дней, необходимых для замены, составляет до 5000 долларов США.

За 400 суток эксплуатации насоса на Усинском месторождении можно сделать вывод, что насосы ПДН вполне работоспособны и надежны по суточной постоянной подаче при переменных параметрах динамического уровня, обводненности и вязкости на тяжёлых, высоковязких и сильно загрязнённых пластовых жидкостях, там, где работа других насосов неэффективна с точки зрения надёжности или просто невозможна.

СТРУКТУРА УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ

Пример: ПДН - 40 - 1500 - 2,5 Т

ПДН - плунжерно-диафрагменный насос 40 - диаметр штока в мм 1500 - величина спуска в скважину, м 2,5 - предельный ход плунжера, м Т - для тяжёлой нефти (с двойными клапанами)

ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ СРЕДЫ

Пластовая жидкость – смесь нефти, воды и попутного нефтяного газа со следующими характеристиками:

содержание механических примесей, г/л, не более 50
содержание свободного газа на приеме насоса по объему, %, не более 10
вязкость пластовой жидкости в пластовых условиях, м2/с, не более 9 х10-3
максимальная температура пластовой жидкости на приеме насоса, о С 80
плотность, кг/м3 830…1100
водородный показатель pH 4,2…6,8
обводненность, % до 100

КОНСТРУКЦИЯ

Отсутствие контакта подвижных частей плунжерной пары с пластовой жидкостью.При работе насосов диафрагмы разгружены от действия давления нагнетания, а работают лишь на перепаде давлений между коллекторной полостью бачков и полостью всасывания (при высокой вязкости пластовой жидкости перепад давлений не превышает 0,5 кг/см). КПД насосов ПДН составляет 90 - 97% во всем диапазоне давлений благодаря наличию двухкаскадных штоковых уплотнений с грязесъемниками. Допустима работа насосов «всухую» без повреждения рабочих органов благодаря работе плунжера в коллекторной полости насоса, заполненной маслом. Низкая энергоемкость насосов ПДН обеспечивается за счет того, что такт нагнетания происходит при ходе штока и колонны штанг вниз под собственным весом; энергия затрачивается только на подъем массы колонны штанг при такте всасывания.

Насосы ПДН эксплуатируются в составе установки: – станок-качалка с регулируемым числом ходов плунжера; – штанговая колонна, соединенная со штоком-плунжером насоса.

Ресурс эксплуатации насосов типа ПДН на скважинах с высоким содержанием механических примесей в пластовой жидкости значительно превосходит ресурс плунжерных насосов. Это позволяет значительно снизить затраты за счет исключения работ связанных с выполнением дополнительных спускоподъемных операций.

ЯВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

1. Защита плунжерной пары (плунжер-цилиндр) от контакта с перекачиваемой жидкостью, что увеличивает продолжительность эксплуатации насоса, и особенно значительно при работе на сильно засоренной жидкости (до 50 г/л). 2. Контактируют с перекачиваемым продуктом диафрагмы насоса, которые и создают давление столба перекачиваемой жидкости. При этом сами диафрагмы не несут на себе давления нагнетания столба жидкости, а работают лишь на перепаде давлений между коллекторной полостью бачков (поз. 8) и полостью всасывания (поз. 7). Перепад давлений при большой вязкости продукта может достигнуть максимум 0,5 кгс/см. Это обеспечивает высокую надежность работы диафрагм (в отличие от диафрагменных насосов) с большим запасом прочности. 3. Наличие двухкаскадных штоковых уплотнений с грязесъемниками (импортного производства) обеспечивает полную герметичность коллекторной полости и, как следствие, высокий к.п.д. насоса, 90...97%, во всем диапазоне давлений. 4. Примененные в насосе нагнетательный и всасывающий клапаны (седло-шарик) имеют большие размеры в сравнении с обычными плунжерными насосами, что значительно повышает их износостойкость. 5. Насос допускает работу «на сухую» без повреждений рабочих органов в связи с наличием в коллекторной полости «рабочего тела» масла. 6. Высокая живучесть насоса. При разрушении диафрагм (поз. 10) и штоковых уплотнений насос продолжает свою работу без явных изменений, но уже как «чисто» плунжерный насос, без защищенности плунжерной пары от контакта с перекачиваемым продуктом. 7. Энергосбережение. В отличие от плунжерных насосов в нашем насосе такт нагнетания происходит при ходе штока и колонны штанг «Вниз», собственно под весом самих штанг. При ходе штока «Вверх» происходит такт всасывания, поэтому затраты энергии — только на подъем массы колонны штанг.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

При указании в заказе насос может быть укомплектован следующим дополнительным оборудованием (за дополнительную плату): 1. Фильтр или фильтр-газоотделитель (газосепаратор). 2. Сливной мебранный клапан. 3. Автосцеп с функциями автоотцепа.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Марка Подача (при отсутствии своб. газа), м³/сут Давление, МПа Предельный ход плунжера, мм Глубина погружения, м Напор, м Частота вращения, об/мин Мощность привода, кВт Диаметр, мм Длина насоса L, мм Масса насоса, кг
ПДН-40-1500-2,5   4...27  15 2500 1500 15 2,5 6 102 7200 210
ПДН-40-1500-2,5T   4...27  15 2500 1500 15 2,5 6 102 7200 210
ПДН-40-1500-1,1   4...22  15 1100 1500 15 1,1 14 102 4050 180
ПДН-40-1500-1,1T   4...22  15 1100 1500 15 1,1 14 102 4050 180
  • Схема насоса ПДН

bno.su

Диафрагменный насос

 

Устройство предназначено для использования в области гидромашиностроения, в частности в скважинных диафрагменных насосах для эксплуатации нефтяных скважин. Насос включает корпус, втулку, внутри которой в гнездах установлены диафрагмы, выполненные в виде секторальных баллонов и состоящие из несущих и герметизирующих элементов. При работе насоса его эксцентричный вал воздействует на эксцентричную втулку, а она - на нажимные подшипники, последние - на выталкиватель, который сжимает диафрагмы. При этом их несущие элементы не подвергаются деформации по торцевым плоскостям, т.е. работают как поршень. Деформации подвергаются только герметизирующие элементы, а это резко повышает эксплуатационную надежность устройства. А поскольку несущие и герметизирующие элементы диафрагм в изготовленном виде представляют собой тела вращения, это снижает трудоемкость их изготовления и в целом виде всего устройства. 7ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к скважинным диафрагменным насосам, и может быть использовано для эксплуатации нефтяных скважин.

Известен насос для перекачивания агрессивных жидкостей, содержащий корпус, приемную и отводящую головки, приемный и отводящий диски, диафрагмы, выталкиватель, всасывающий и нагнетательный клапаны, приводной вал с эксцентричными участками и опорные подшипники (1).Недостатками насоса являются:- большая трудоемкость изготовления диафрагм ввиду их конструктивной сложности, обусловленной секторно-коническим выходом их полостей в атмосферу и отсутствием сквозного прохода полости;- недостаточная надежность клапанных узлов;- ограниченность использования из-за отсутствия возможности менять его производительность.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является диафрагменный насос, включающий корпус, охватываемую с торцевых сторон полыми дисками втулку, приемную и отводящую головки, приемный и отводящий диски, диафрагмы, выполненные в виде секторальных баллонов, помещенных в оболочки из упругого материала, выталкиватель, приводной вал с эксцентричными участками, эксцентричную втулку со шлицами на концах, входящими в зацепление с идентичными шлицами на эксцентричных участках приводного вала с одной стороны и взаимодействующей с другой стороны через нажимные подшипники с выталкивателем, всасывающие и нагнетательные клапаны и опорные подшипники (2).Существенными недостатками насоса являются:- неудовлетворительная эксплуатационная надежность ввиду разрушения диафрагм по плоскостям движения торцов выталкивателя вследствие воздействия на них упругой оболочки;- значительная трудоемкость изготовления диафрагм, обусловленная необходимостью применения сложной конструкции пресс-формы.Задачей изобретения является создание конструкции насоса, обладающего высокой эксплуатационной надежностью и низкой трудоемкостью изготовления.Указанная задача решается предлагаемым насосом, включающим корпус, охватываемую с торцевых сторон полыми дисками втулку, приемную и отводящую головки, приемный и отводящий диски, диафрагмы, выполненные в виде секторальных баллонов, помещенных в оболочки из упругого материала, выталкиватель, приводной вал с эксцентричными участками, эксцентричную втулку со шлицами на концах, входящими в зацепление с идентичными шлицами на эксцентричных участках приводного вала с одной стороны и взаимодействующей с другой стороны через нажимные подшипники с выталкивателем, всасывающие и нагнетательные клапаны и опорные подшипники.Новым является то, что каждая диафрагма выполнена из несущей и герметизирующей элементов, причем несущий элемент является наружным, толстостенным и охвачен по длине полыми дисками, а герметизирующий элемент является внутренним, тонкостенным с фланцевыми участками на концах, зажатыми между полыми приемным и отводящим дисками; охватываемая втулка снабжена на внутренней поверхности гнездами, образованными равномерно расположенными продольными ребрами под диафрагмы; несущие и герметизирующие элементы диафрагм в изготовленном виде представляют из себя тела вращения.На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого насоса.На фиг.2 - сечение по А-А фиг.1.На фиг.3 - сечение по Б-Б фиг.1.На фиг.4 и 5 - соответственно вид на торец приводного вала и эксцентричной втулки.На фиг.6 и 7 - положение эксцентричной втулки относительно приводного вала.Насос состоит (см. фиг.1, 2, 3) из цилиндрического корпуса 1, в котором размещена втулка 2, охватываемая с торцевых сторон полыми дисками 3 и 4, в каждом из которых имеются пазы по количеству диафрагм 5. Последние выполнены в виде секторальных баллонов и состоят из двух элементов: несущего 6 и герметизирующего 7, второй из которых по концам переходит во фланцевые утолщенные замковые участки “а”, прижатые дисками 3 и 4 к приемному 8 и отводящему 9 дискам. Диафрагмы выполнены из эластичного материала, например резины, и помещены в тонкостенные оболочки 10 из упругого материала (например, тонкая пружинная сталь, толстая полимерная пленка или пленка на основе ткани и т.д.). Несущий элемент 6 диафрагмы находится с наружной стороны, является толстостенным и охвачен по длине полыми дисками 3 и 4, а герметизирующий 7 - с внутренней стороны и является тонкостенным.В приемном 8 и отводящем 9 дисках установлены опорные подшипники 11 и 12, несущие на себе приводной вал 13 с эксцентричными участками “б” и “в”, снабженными шлицами “г”, входящими в зацепление с идентичными шлицами эксцентричной втулки 14, на которую посажены нажимные подшипники 15, установленные в цилиндрическом выталкивателе 16.На торце эксцентричной втулки 14 на дуге 180 градусов выполнена шкала в градусах (фиг.3), а на торце приводного вала 13 - риска (фиг.4), лежащая в плоскости оси опорных плоскостей подшипников и оси внутренней поверхности эксцентричной втулки, причем вторая ось от первой расположена на расстоянии величины эксцентриситета.Корпус соединен с приемной 17 и отводящей 18 головками. В первой из них при помощи клиньев 19 закреплены всасывающие клапаны 20, а во второй - с помощью клиньев 21 закреплены нагнетательные клапаны 22. Клапаны выполнены в виде прямоугольных пластин, не защемленные торцы которых скошены со стороны, противоположной к прилегаемой поверхности, а центральная часть армирована жестким материалом (например, тонкостенная металлическая пластинка, полимерная пластинка и т.д.), и установлены вдоль оси насоса.Детали 8 и 9, размещенные в корпусе 1, зафиксированы в нем с одной стороны головкой 17, а с другой - головкой 18 и снабжены проходными каналами, соединенными с каналами диафрагм, перекрываемыми всасывающими и нагнетательными клапанами. Седло 23 нагнетательного клапана 22 фиксируется с помощью шпильки 24.Насос соединен с погружным электродвигателем 25, вал которого в свою очередь соединен с его валом с помощью муфты 26. Насос снабжен фильтром 27.Эксцентричные участки "б" и "в" приводного вала 13, а также наружная поверхность эксцентричной втулки 14 относительно оси ее внутренней поверхности выполнены с эксцентриситетом “е” (см. фиг.4 и 5). Общий эксцентриситет относительно оси опорных подшипников 11 и 12 меняется в пределах 0...2е (см. фиг.6 и 7) в зависимости от углового расположения эксцентричной втулки 14 относительно приводного вала 13. При перестановке эксцентричной втулки с одного углового положения на другое (против часовой стрелки) общий эксцентриситет уменьшается. Когда указатель, определяющий 180 градусов, совпадает с риской на валу 13, общий эксцентриситет становится равным нулю (см. фиг.7).Насос работает следующим образом.Вращение вала электродвигателя 25 через муфту 26 передается эксцентричному приводному валу 13 и через него эксцентричной втулке 14 и внутренним обоймам подшипников 15. При этом наружные обоймы подшипников 15 и выталкиватель 16 совершают в радиальном направлении колебательные движения, проходя по радиусу путь за один цикл (оборот) от 0 до 4-х эксцентриситетов приводного вала. Когда выталкиватель 16 начинает давить на несущий элемент 6 диафрагмы через упругую оболочку 10, нагнетательный клапан 22 открывается, а всасывающий - 20 закрывается. Происходит нагнетание жидкости из полости диафрагмы через отводящую головку 9 в полость подающего трубопровода. Когда выталкиватель 16 доходит до предела в радиальном перемещении (эксцентриситета), нагнетательный клапан 22 закрывается, а всасывающий - 20 открывается. Жидкость из скважины поступает в полость диафрагмы. При этом элементы диафрагмы и упругая оболочка возвращаются в исходное положение по мере заполнения жидкостью диафрагмы.В дальнейшем цикл повторяется.При использовании в насосе 3-х диафрагм работа их осуществляется последовательно: одна диафрагма входит в нагнетательный цикл, вторая при этом начинает выходить из него, а третья находится во всасывающем цикле.При необходимости изменения производительности насоса изменяют величину общего эксцентриситета путем поворота эксцентричной втулки 14 из одного положения в другое относительно приводного вала 13.Особенностью предлагаемого диафрагменного насоса является то, что при воздействии выталкивателя на диафрагмы их несущие элементы по торцевым плоскостям не подвергаются деформации, т.е. работают как поршень. Деформации подвергаются по этой плоскости только герметизирующие элементы диафрагм, а это резко повышает эксплуатационную надежность устройства. А поскольку несущие и герметизирующие элементы диафрагм в изготовленном виде представляют собой тела вращения, это снижает трудоемкость их изготовления и в целом всего устройства.Использованная информация1. Аналог. А.С. №192632, МКИ F 04 B 43/08, 1967.2. Прототип. Патент РФ №2.117.822, МКИ6 F 04 B 43/00, 47/06, 1998.

Формула изобретения

Диафрагменный насос, включающий корпус, охватываемую с торцевых сторон полыми дисками втулку, приемную и отводящую головки, приемный и отводящий диски, диафрагмы, выполненные в виде секторальных баллонов, помещенных в оболочки из упругого материала, выталкиватель, приводной вал с эксцентричными участками, эксцентричную втулку со шлицами на концах, входящими в зацепление с идентичными шлицами на эксцентричных участках приводного вала с одной стороны и взаимодействующими с другой стороны через нажимные подшипники с выталкивателем, всасывающие и нагнетательные клапаны и опорные подшипники, отличающийся тем, что каждая диафрагма выполнена из несущего и герметизирующего элементов, причем несущий элемент является наружным, толстостенным и охвачен по длине полыми дисками, а герметизирующий элемент является внутренним, тонкостенным, с фланцевыми участками на концах, зажатыми между полыми приемным и отводящим дисками, охватываемая втулка снабжена на внутренней поверхности гнездами, образованными равномерно расположенными продольными ребрами под диафрагмы, причем несущие и герметизирующие элементы диафрагм в изготовленном виде представляют из себя тела вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

www.findpatent.ru

Погружной скважинный диафрагменный насосный агрегат для добычи нефти

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в объемных насосных установках преимущественно для добычи нефти из скважин. Насосный агрегат состоит из погружного электродвигателя и насоса, включающего в себя корпус с головкой, в которой выполнено впускное и выпускное отверстия для перекачиваемой жидкости с расположенными в них, соответственно, всасывающим и нагнетательным клапанами насоса. В рабочей камере расположена рабочая диафрагма тарельчатого типа, разделяющая рабочую камеру на заполненную рабочей жидкостью поддиафрагменную полость и наддиафрагменную полость, гидравлически соединенную с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями насоса. Насос включает в себя плунжерную приводную камеру, которая заполнена рабочей жидкостью и разделена на подплунжерную и надплунжерную полость герметичной перегородкой, в отверстии которой установлен плунжер с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Надплунжерная полость плунжерной приводной камеры гидравлически связана с поддиафрагменной полостью рабочей камеры. Плунжер подпружинен в направлении подплунжерной полости. Насос включает в себя систему гидропривода плунжера, содержащую размещенные в полости корпуса гидравлический роторный объемный насос, кинематически связанный с валом электродвигателя, и золотниковый реверсивный гидрораспределитель. Насос включает в себя компенсирующую камеру, в которой расположена компенсирующая цилиндрическая диафрагма, ориентированная вдоль оси корпуса. Компенсирующая диафрагма образует задиафрагменную полость, связанную каналом в стенке корпуса с затрубным пространством, и поддиафрагменную полость, которая гидравлически связана с входом роторного объемного насоса. Вход гидрораспределителя гидравлически соединен с выходом роторного объемного насоса. Напорная линия гидрораспределителя гидравлически соединена с подплунжерной полостью плунжерной приводной камеры посредством трубопровода, проходящего через поддиафрагменную полость компенсирующей камеры. Выход гидрораспределителя гидравлически соединен с поддиафрагменной полостью компенсирующей камеры. Повышается надежность и долговечность насоса при большой глубине спуска насосного агрегата, в том числе в скважинах с высоким газовым фактором, при одновременном уменьшении диаметрального габарита насоса. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в объемных насосных установках преимущественно для добычи нефти из скважин.

Известен погружной скважинный диафрагменный насосный агрегат для добычи нефти, описанный, в частности, в авторском свидетельстве SU 1397623 А1, 23.05.1988, патенте RU 2328588 С2, 10.07.2008 и др., состоящий из погружного электродвигателя и насоса, включающего в себя корпус, две рабочие камеры, в каждой из которых расположена рабочая цилиндрическая диафрагма, ориентированная вдоль оси корпуса и расположенных соосно (SU 1397623) или параллельно (RU 2328588) друг другу. Рабочая диафрагма разделяет соответствующую рабочую камеру на задиафрагменную полость и внутридиафрагменную полость, гидравлически соединенную с впускным и выпускным отверстиями для перекачиваемой жидкости, в которых расположены всасывающий и нагнетательный клапаны, соответственно. Насос включает в себя роторный объемный насос и золотниковый реверсивный гидрораспределитель, при этом вал насоса кинематически связан с золотником гидрораспределителя с возможностью перемещения золотника между первым и вторым рабочим положением. Золотник выполнен с возможностью гидравлического соединения в первом рабочем положении задиафрагменной полости первой рабочей камеры с выходом роторного объемного насоса и задиафрагменной полости второй рабочей камеры с входом роторного объемного насоса, а также обратного соединения задиафрагменных полостей рабочих камер с входом и выходом насоса во втором рабочем положении.

Основным недостатком описанного аналога является невозможность эксплуатации насоса с цилиндрическими (трубчатыми) диафрагмами при глубине спуска насосного агрегата, превышающей 1,5-2 км. Вследствие большой площади контакта диафрагмы с перекачиваемой нефтеводогазовой смесью и относительно небольшой толщины стенки диафрагмы происходит постепенная диффузия свободного газа во внутридиафрагменную полость. Накопление газа во внутридиафрагменных полостях насоса приводит к фактической потере его функциональности. Кроме того, диафрагмы описанного типа отличаются относительно небольшой механической прочностью, что существенно снижает надежность и долговечность насоса при большой глубине спуска насоса (1,5-2 км и более) и, соответственно, высоком давлении в рабочей камере.

Известен погружной скважинный диафрагменный насосный агрегат для добычи нефти, описанный, в частности, в авторских свидетельствах SU 1562523 А1, 07.05.1990 и патенте SU 1562524 А1, 07.05.1990 и др., состоящий из погружного электродвигателя и насоса, включающего в себя корпус, головку, в которой выполнено впускные и выпускные отверстия для перекачиваемой жидкости с расположенными в них всасывающим и нагнетательным клапанами, соответственно, две рабочие камеры, в каждой из которых расположена рабочая диафрагма тарельчатого типа. Рабочая диафрагма разделяет соответствующую рабочую камеру на задиафрагменную полость и внутридиафрагменную полость, соединенную посредством трубопровода с головкой и соответствующими впускным и выпускным отверстиями. Насос включает в себя роторный объемный насос и реверсивный гидрораспределитель золотникового (SU 1562523) или клапанного (SU 1562524) типа. Вал насоса кинематически связан с валом гидрораспределителя с возможностью переключения распределителя между первым и вторым рабочим положением. Распределитель выполнен с возможностью гидравлического соединения в первом рабочем положении задиафрагменной полости первой рабочей камеры с выходом роторного объемного насоса и задиафрагменной полости второй рабочей камеры с входом роторного объемного насоса, а также обратного соединения задиафрагменных полостей рабочих камер с входом и выходом насоса во втором рабочем положении.

Рабочая диафрагма тарельчатого типа имеет существенную большую толщину, вследствие чего интенсивного проникновения газа в поддиафрагменную полость не происходит, при этом основным недостатком описанного аналога является сложность размещения двух рабочих камер с тарельчатыми диафрагмами и трубопроводной арматуры для соединения рабочих камер с объемным насосом и головкой, в корпусе насоса, предназначенного для эксплуатации в скважинах габарита 5А и меньше (внешний диаметр корпуса насос 103 мм и меньше).

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков (прототипом) является погружной скважинный диафрагменный насосный агрегат для добычи нефти, описанный в авторских свидетельствах SU 468034 А, 15.04.1975, SU 544768 А, 28.02.1977 SU 659786 A, 30.04.1979, SU 765518 A, 27.09.1980, SU 1700280 A1, 23.12.1991 и SU 1831017 A1, 20.12.1995, состоящий из погружного электродвигателя и насоса, включающего в себя корпус, головку, в которой выполнено впускное и выпускное отверстия для перекачиваемой жидкости с расположенными в них, соответственно, всасывающим и нагнетательным клапанами насоса. Насос включает в себя также рабочую камеру, в которой расположена рабочая диафрагма тарельчатого типа, разделяющая рабочую камеру на поддиафрагменную полость и наддиафрагменную полость, гидравлически соединенную с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями, плунжерную приводную камеру, которая разделена на подплунжерную и надплунжерную полость герметичной перегородкой, в отверстии которой установлен плунжер с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Надплунжерная полость плунжерной приводной камеры гидравлически связана с поддиафрагменной полостью рабочей камеры, а плунжер подпружинен в направлении подплунжерной полости. Вал насоса посредством конической зубчатой передачи кинематически связан с кулачковым валом, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения плунжера при вращении. Таким образом в принятой за прототип конструкции используется одна рабочая диафрагма тарельчатого типа с гидромеханическим приводом.

Основным недостатком прототипа является недостаточная надежность и долговечность механической части привода диафрагмы при больших нагрузках, связанных с высоким давлением в рабочей камере, т.е. при большой глубине спуска насоса (1,5-2 км и более). Максимальное давление масла, создаваемое плунжером, ограничено прочностью привода (зубчатая передача, подшипники, кулачок), а увеличение прочности привода за счет увеличения его размеров ограничено габаритом насоса.

Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании погружного скважинного диафрагменного насосного агрегата для добычи нефти габаритной группы 5А и менее, пригодного для эксплуатации при глубине спуска насосного агрегата более 1,5 км.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении надежности и долговечности насоса при большой глубине спуска насосного агрегата, в том числе в скважинах с высоким газовым фактором, при одновременном уменьшении диаметрального габарита насоса.

Погружной скважинный диафрагменный насосный агрегат для добычи нефти, обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, состоит из погружного электродвигателя и насоса, включающего в себя корпус с головкой, в которой выполнено впускное и выпускное отверстия для перекачиваемой жидкости с расположенными в них, соответственно, всасывающим и нагнетательным клапанами насоса, рабочую камеру, в которой расположена рабочая диафрагма тарельчатого типа, разделяющая рабочую камеру на заполненную рабочей жидкостью поддиафрагменную полость и наддиафрагменную полость, гидравлически соединенную с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями насоса. Насос включает в себя также плунжерную приводную камеру, которая заполнена рабочей жидкостью и разделена на подплунжерную и надплунжерную полость герметичной перегородкой, в отверстии которой установлен плунжер с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом надплунжерная полость плунжерной приводной камеры гидравлически связана с поддиафрагменной полостью рабочей камеры, а плунжер подпружинен в направлении подплунжерной полости. При этом в отличии от прототипа насос включает в себя систему гидропривода плунжера, содержащую размещенные в полости корпуса гидравлический роторный объемный насос, кинематически связанный с валом электродвигателя, и золотниковый реверсивный гидрораспределитель. Насос включает в себя также компенсирующую камеру, в которой расположена компенсирующая цилиндрическая диафрагма, ориентированная вдоль оси корпуса. Компенсирующая диафрагма образует задиафрагменную полость, связанную каналом в стенке корпуса с затрубным пространством, и поддиафрагменную полость, которая гидравлически связана со входом роторного объемного насоса. Вход гидрораспределителя гидравлически соединен в выходом упомянутого роторного объемного насоса, напорная линия гидрораспределителя гидравлически соединена с подплунжерной полостью плунжерной приводной камеры посредством трубопровода, проходящего через поддиафрагменную полость компенсирующей камеры, а выход гидрораспределителя гидравлически соединен с поддиафрагменной полостью компенсирующей камеры. Вал роторного объемного насоса кинематически связан с золотником гидрораспределителя с возможностью перемещения золотника между первым и вторым рабочим положением, при этом золотник выполнен с возможностью гидравлического соединения входа и напорной линии гидрораспределителя в первом рабочем положении, а также с возможностью гидравлического соединения напорной линии с выходом гидрораспределителя во втором рабочем положении.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, вал насоса кинематически связан с золотником гидрораспределителя посредством редуктора и наклонной шайбы, ось вращения которой расположена параллельно оси золотника со смещением относительно нее, таким образом, что при вращении шайбы обеспечивается смещение золотника во второе рабочее положение, при этом механизм привода золотника также включает в себя ролик, установленный на конце золотника, контактирующем с наклонной шайбой, и пружину для возврата золотника в первое рабочее положение.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в корпусе образована накопительная камера для рабочей жидкости, которая гидравлически связана с поддиафрагменной полостью компенсирующей камеры и входом роторного объемного насоса.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в надплунжерной полости плунжерной приводной камеры установлена цилиндрическая пружина, опирающаяся одним концом в соответствующий торец плунжера, а вторым концом в корпус.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, рабочая жидкость представляет собой масло.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, вход гидрораспределителя соединен с выходом роторного объемного насоса посредством трубопровода.

Гидропривод плунжера обеспечивает большую надежность и долговечность по сравнению с гидромеханическим приводом, описанным в прототипе.

Наличие компенсирующей камеры обеспечивает возможность возврата плунжера (рабочей диафрагмы) на обратном ходе цикла работы насоса, при этом в указанной камере не создается рабочее давление, равное столбу жидкости над насосом, т.к. жидкость свободно вытесняется из подплунжерной полости в поддиафрагменную полость компенсирующей камеры, растягивая диафрагму и вытесняя пластовую жидкость из задиафрагменной полости в затрубное пространство. Давление в поддиафрагменной полости при этом будет равно давлению в затрубном пространстве, т.е. фактически давлению столба пластовой жидкости над приемом насоса, которое имеет сравнительно небольшую величину. Таким образом, стенка компенсирующей диафрагмы не оказывается под воздействием пластовой жидкости, находящейся под высоким давлением независимо от глубины спуска насоса. В результате не происходит интенсивного проникновения газа через стенку диафрагмы, кроме того, снижается износ диафрагмы на сгибах и зонах крепления к корпусу насоса.

Компенсирующая диафрагма цилиндрического (трубчатого) типа ориентирована вдоль оси насоса, а трубопровод, связывающий гидрораспределитель с подплунжерной полостью плунжерной (приводной) камеры, проложен через поддиафрагменную полость компенсирующей камеры, что обеспечивает возможность снижения диаметрального габарита насоса.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием конструкции и действия погружного скважинного диафрагменного насосного агрегата для добычи нефти, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, сопровождаемым чертежом на котором изображена принципиальная схема насосного агрегата.

Погружной скважинный диафрагменный насосный агрегат 1 для добычи нефти состоит из погружного электродвигателя 2 и насоса 3. Насос включает в себя корпус 4 с головкой 5, в которой выполнено впускное 6 и выпускное 7 отверстия для перекачиваемой жидкости с расположенными в них, соответственно, всасывающим 8 и нагнетательным 9 клапанами насоса. Нагнетательный клапан расположен продольно оси насоса, а всасывающий клапан расположен под углом к продольной оси насоса. Клапаны 8 и 9 представляют собой шариковые обратные клапаны, выполненные в виде седла и шарового запорного элемента, подпружиненного в направлении указанного седла.

В корпусе образована рабочая камера 10, в которой расположена рабочая диафрагма 11 тарельчатого типа, разделяющая рабочую камеру на наддиафрагменную 10а и поддиафрагменную 10b полости. Наддиафрагменная полость 10а гидравлически соединена с полостью головки 5 насоса и, соответственно, с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями 6 и 7. Поддиафрагменная полость 10b заполнена рабочей жидкостью, которая представляет собой масло. Насос 3 включает в себя также плунжерную приводную камеру 12, которая заполнена рабочей жидкостью и разделена на надплунжерную 12а и подплунжерную 12b полости герметичной перегородкой 13, в отверстии которой установлен плунжер 14 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Надплунжерная полость 12а гидравлически связана с поддиафрагменной полостью 10b рабочей камеры, при этом плунжер подпружинен в направлении подплунжерной полости с помощью цилиндрической пружины 15, установленной в надплунжерной полости камеры 12 и опирающейся одним концом в соответствующий торец плунжера 14, а вторым концом в жестко соединенный с корпусом упор 16.

Насос снабжен системой гидропривода плунжера 14, которая включает в себя размещенные в полости корпуса гидравлический роторный объемный насос 17 и золотниковый реверсивный гидрораспределитель 18, а также компенсирующую камеру 19, в которой расположена компенсирующая цилиндрическая диафрагма 20. Диафрагма 20 ориентирована вдоль оси корпуса и образует задиафрагменную полость 19а компенсирующей камеры, связанную каналом 21 в стенке корпуса 4 с затрубным пространством, и поддиафрагменную полость 19b, которая гидравлически связана со входом роторного объемного насоса посредством канала 32.

Вход 22 золотникового реверсивного гидрораспределителя 18 посредством трубопровода 23 гидравлически соединен в выходом роторного объемного насоса 17, напорная линия 24 гидрораспределителя гидравлически соединена с подплунжерной полостью 12b плунжерной приводной камеры посредством трубопровода 25, проходящего через поддиафрагменную полость 19b компенсирующей камеры, а выход 26 гидрораспределителя гидравлически соединен с поддиафрагменной полостью 19а компенсирующей камеры. Золотник 27 гидрораспределителя 18 выполнен с возможностью гидравлического соединения входа 22 и напорной линии 24 гидрораспределителя в своем первом рабочем положении, а также с возможностью гидравлического соединения напорной линии с выходом 26 гидрораспределителя во втором рабочем положении.

Вал роторного объемного насоса 17 с одной стороны связан с валом электродвигателя 2, а с другой стороны кинематически связан с золотником гидрораспределителя посредством редуктора 28 и наклонной шайбы 29, установленной в корпусе 4 с возможностью вращения. При этом ось вращения шайбы 29 смещена относительно оси перемещения золотника 27, таким образом, что при вращении шайбы 29 обеспечивается смещение золотника 27 в осевом направлении во второе рабочее положение. Механизм привода золотника гидрораспределителя также включает в себя ролик 30, установленный на конце золотника, контактирующем с наклонной шайбой, и пружину 31 для возврата золотника в первое рабочее положение.

В корпусе образована накопительная камера 33 для рабочей жидкости, которая гидравлически связана с поддиафрагменной полостью компенсирующей камеры каналам 32, при этом забор рабочей жидкости на вход роторного объемного насоса осуществляется из полости камеры 33.

Устройство работает следующим образом.

Крутящий момент от электродвигателя 2 передается на вал роторного объемного насоса 17 и через редуктор 28 на вал наклонной шайбы 29. Под действием наклонной шайбы происходит перемещение золотника 27 гидрораспределителя вдоль оси в верхнее положение, соответствующее второму рабочему положению золотника. Рабочая жидкость (масло) от насоса 17 по трубопроводу 23 поступает на вход 22 гидрораспределителя 18, а через него в напорную линию 24, связанную трубопроводом 25 с подплунжерной полостью 12b камеры 12, и перемещает плунжер 14 в верхнее положение. Плунжер выдавливает масло из надплунжерной полости 12а в поддиафрагменную полость 10b камеры 10, в результате диафрагма 11 прогибается вверх и через напорный клапан 9 выталкивает пластовую жидкость в насосную трубу.

При дальнейшем вращении наклонной шайбы 29 золотник 27 под действием пружины 31 опускается в нижнее положение, соответствующее первому рабочему положению, и плунжер 14 под действием пружины 15 выталкивает масло из полости 12b по трубопроводу 25 через напорную линию и выход 26 гидрораспределителя в поддиафрагменную полость 19b камеры 19, преодолевая давление пластовой жидкости в задиафрагменной полости 19а, откуда она вытесняется в затрубное пространство через канал 21.

При этом рабочая диафрагма 11 прогибается вниз и пластовая жидкость через всасывающий клапан 8 поступает в наддиафрагменную полость 10а камеры 10, после чего цикл работы насоса повторяется.

1. Погружной скважинный диафрагменный насосный агрегат для добычи нефти, состоящий из погружного электродвигателя и насоса, включающего в себя корпус с головкой, в которой выполнено впускное и выпускное отверстия для перекачиваемой жидкости с расположенными в них, соответственно, всасывающим и нагнетательным клапанами насоса, рабочую камеру, в которой расположена рабочая диафрагма тарельчатого типа, разделяющая рабочую камеру на заполненную рабочей жидкостью поддиафрагменную полость и наддиафрагменную полость, гидравлически соединенную с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями насоса, насос включает в себя также плунжерную приводную камеру, которая заполнена рабочей жидкостью и разделена на подплунжерную и надплунжерную полость герметичной перегородкой, в отверстии которой установлен плунжер с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом надплунжерная полость плунжерной приводной камеры гидравлически связана с поддиафрагменной полостью рабочей камеры, а плунжер подпружинен в направлении подплунжерной полости, отличающийся тем, что насос включает в себя систему гидропривода плунжера, содержащую размещенные в полости корпуса гидравлический роторный объемный насос, кинематически связанный с валом электродвигателя, и золотниковый реверсивный гидрораспределитель, при этом насос включает в себя компенсирующую камеру, в которой расположена компенсирующая цилиндрическая диафрагма, ориентированная вдоль оси корпуса, компенсирующая диафрагма образует задиафрагменную полость, связанную каналом в стенке корпуса с затрубным пространством, и поддиафрагменную полость, которая гидравлически связана со входом роторного объемного насоса, причем вход гидрораспределителя гидравлически соединен в выходом упомянутого роторного объемного насоса, напорная линия гидрораспределителя гидравлически соединена с подплунжерной полостью плунжерной приводной камеры посредством трубопровода, проходящего через поддиафрагменную полость компенсирующей камеры, а выход гидрораспределителя гидравлически соединен с поддиафрагменной полостью компенсирующей камеры, вал роторного объемного насоса кинематически связан с золотником гидрораспределителя с возможностью перемещения золотника между первым и вторым рабочим положением, при этом золотник выполнен с возможностью гидравлического соединения входа и напорной линии гидрораспределителя в первом рабочем положении, а также с возможностью гидравлического соединения напорной линии с выходом гидрораспределителя во втором рабочем положении.

2. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что вал насоса кинематически связан с золотником гидрораспределителя посредством редуктора и наклонной шайбы, ось вращения которой расположена параллельно оси перемещения золотника со смещением относительно нее, таким образом, что при вращении шайбы обеспечивается смещение золотника во второе рабочее положение, при этом механизм привода золотника также включает в себя ролик, установленный на конце золотника, контактирующем с наклонной шайбой, и пружину для возврата золотника в первое рабочее положение.

3. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что в корпусе образована накопительная камера для рабочей жидкости, которая гидравлически связана с поддиафрагменной полостью компенсирующей камеры и входом роторного объемного насоса.

4. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что в надплунжерной полости плунжерной приводной камеры установлена цилиндрическая пружина, опирающаяся одним концом в соответствующий торец плунжера, а вторым концом в корпус.

5. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что рабочая жидкость представляет собой масло.

6. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что вход гидрораспределителя соединен с выходом роторного объемного насоса посредством трубопровода.

www.findpatent.ru