Файл: Совершенствование тарельчатых клапанов буровых поршневых насосов.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.10.2023

Просмотров: 93

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

8 выбуренной породы и утяжелителя различной формы и размеров (от микрон до миллиметров), а в ряде случаев также нефть, кислоты, щелочи, различные химические реагенты, растворенный газ. Ранее выполненными исследованиями установлено, что с увеличением плотности и вязкости перекачиваемой жидкости ухудшается всасывающая способность и снижается объемная подача насосов, а при повышенном газосодержании увеличивается неравномерность подачи. Наличие абразивных частиц в рабочей жидкости отрицательно сказывается на долговечности узлов и деталей насосов, для которых также характерны циклические нагрузки от давления перекачиваемой среды. Работа буровых насосов характеризуется изменением условий в широком диапазоне.Для буровых насосов определяющим является тот факт, что условия их работы зависят от принятой технологии бурения и, как правило, не могут быть изменены с целью увеличения долговечности узлов и деталей.Опыт эксплуатации буровых установок показывает, что на буровые насосы приходится существенная доля отказов и затрат времени на ремонтные работы, составляющие до 50% срока их службы. При этом наибольшее количество отказов приходится на детали гидравлической части.Исследованию работы, конструированию и расчету буровых насосов посвящены труды Аббасова Г.Г., Айрапетова Л.С, Бабаева С.Г., Валитова М.З., Верзилина О.И., Газарова Р.Е., Гороновича Л.Н., Даутова Т.М., Ильского А.Л., Иткиса М.Я., Караева М.А., Литвинова В.М., Ловчева СВ., Мкртычана Я.С., Николича А.С, Пындака В.И., Шаяхметова В.З. и др. По результатам исследований выполнены усовершенствования узлов и деталей гидравлической части насосов. Несмотря на улучшение конструктивно-технических параметров, их надежность продолжает оставаться низкой.В таблице 1 приведены результаты статистической обработки информации о наработке деталей гидравлической части буровых насосов, полученной в ранее выполненных работах по исследованию буровых поршневых насосов.9Таблица 1 - Результаты статистической обработки информации о наработке деталей буровых насосов

12 Величина максимальных усилий, передаваемых на корпус насоса, колеблется в пределах от 3 до 30 кН. Естественно, действие таких усилий с частотой от 30 до 90 кГц вызывает преждевременное усталостное разрушение элементов насоса.Для уменьшения величины усилий, передаваемых на корпус насоса при посадке тарели на седло, предлагается установить между седлом и корпусом насоса специальный упругий элемент из эластичного материала. Данный элемент с одной стороны должен работать как пружина, уменьшая величину передаваемых на корпус насоса усилий, и выполнять роль виброизолятора, а в нем будет происходить демпфирование колебаний. Схема моделирования работы клапана при наличии упругого элемента между седлом и корпусом насоса представлена на рисунке 3. 1 - тарель; 2 - седло; 3 - эластичный элемент Рисунок 3 - Расчетная схема для моделирования работы клапанас эластичным элементом12 Величина максимальных усилий, передаваемых на корпус насоса, колеблется в пределах от 3 до 30 кН. Естественно, действие таких усилий с частотой от 30 до 90 кГц вызывает преждевременное усталостное разрушение элементов насоса.Для уменьшения величины усилий, передаваемых на корпус насоса при посадке тарели на седло, предлагается установить между седлом и корпусом насоса специальный упругий элемент из эластичного материала. Данный элемент с одной стороны должен работать как пружина, уменьшая величину передаваемых на корпус насоса усилий, и выполнять роль виброизолятора, а в нем будет происходить демпфирование колебаний. Схема моделирования работы клапана при наличии упругого элемента между седлом и корпусом насоса представлена на рисунке 3. 1 - тарель; 2 - седло; 3 - эластичный элемент Рисунок 3 - Расчетная схема для моделирования работы клапанас эластичным элементом13 Дифференциальные уравнения движения для данного случая следующие:/», • х[« -с,«(*, - х2) -// • (*; - л-;)(л-/», fw,) ^2 -"(с./п)-(х2 -xJ+Ci-fa-xJ-juix^-xd+M'ixl-x'j) (2)(/?2 • w, /(р, / р.,) + п • т]) • я? = -(с, /(и2 • (£, / £3))) • х3 + (с[ і п) • (х2 - х3) - м, ■ *5 + // • (х2 - *;), где рл ръплотности материалов тарели и эластичного элемента соответственно;/7 = с2/с,; и2 =/3 /А .На рисунке 4 приведены зависимости усилий, передаваемых на корпус насоса при ударной посадке тарели клапана, от времени при различныхзначениях отношения Е, / £3 (рх I р3 -10; ^о =1 Л'с; /Ь " W ■ к# ■с' л ),полученные численным решением системы дифференциальных уравнений (2). Cs-X, l»:-E,'£:>.H2000 t rtІ/, 11500 \!I f I GOO500-500 ад^оЛ! 0.0005 mi 0.0015 0.00201, сA/ft-io; (w,£,£j).H10O0» ,, . * 600 400 200|| soo£;/£, = so> .200C#>5ШЇ0 0,0015" 0,0020 (, С ЛЛ; (МгЕ: Я;) H6О0І -•СГЛ; (»,£, 'f;! H 500 \ '4001 •' 300 j 200 100$/E,= 10Q0.005' (,0015 0,0020 !'cT400300 200J00A^/£3=150Ot0005 O.OfclO "0.0015 0,01)101, С Рисунок 4 - Зависимости усилий, передаваемых на корпус насоса,от временипри различных значениях отношения Ех I Е} max s 14 На рисунке 5 приведены значения максимальных усилий Ft передаваемых на корпус насоса, и их частот /' в зависимости от свойств материалов клапана и виброизолятора (Е] I Ег).') г_н «) А Гц 4000 -, 3S0D •300Э2000 \ гш і 2000 V; \ 1SO0: V ш; V 100С \ 1000 ' ч » ч. ••——* 100 3500 ЗООО 4» 2S00 о 1O0 20C 300 400 500 R» J^/£3 ° » » l50 20° 2W зсо зьс £J/£3p,/>, = 10; /л = 10000 ff-c/jif, K, = I л-г/с; /?2=4 Рисунок 5 - Зависимость максимальных усилий fj1Klx, передаваемых на корпус насоса, и их частот колебаний /' от свойств материалов клапана ивиброизолятора (ех/ £3 )Решение системы дифференциальных уравнений (2) показшто, что наличие упругого элемента между седлом клапана и корпусом насоса позволяет на порядок уменьшить величину передаваемых усилий и частоту колебаний. Как видно из рисунка 5, что при отношении £,/£3>100 максимальные усилия i'max, передаваемые на корпус насоса, достаточно резкоуменьшаются.В третьей главе приводятся технические решения посовершенствованию конструкции клапанов буровых поршневых насосов. В процессе разработки новых конструкций при расчете геометрических и рабочих параметров клапанов использовались методики, приведенные в ранее выполненных работах Л.С. Айрапетова, М.А. Караева, Я.С. Мкртычан и других авторов. В качестве исходного показателя для расчета размеров клапанов принималось максимальное значение средней скорости рабочей жидкости в щели. Данный параметр позволяет объективно оценить15 количество жидкости, протекающей через клапан за рабочий цикл. Исходя из этой величины, рассчитывалась площадь проходного сечения клапана, высота подъема тарели, диаметр гидравлической коробки бурового насоса. Далее рассчитывали давление в клапане, определяли нагрузку на терель и выбирали пружину.Согласно полученным теоретическим данным для обеспечения герметичности при посадке тарели клапана на седло разработана конструкция клапана (пат. РФ № 41825 на полезную модель), схема и отдельные элементы которой показаны на рисунках 6 и 7.Клапан содержит седло 1, тарель 2, уплотнительиое кольцо 3. прижимную втулку 4. упорную гайку 5 и крестовину 6. При этом тарель клапана снабжена хвостовиком 7 и ограничителем подъема 8. Рисунок 6 - Схема конструкции клапана бурового насоса (Патент РФ №41825) 1   2   3   4   5

21Продолжение таблицы 2


ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Анализом условий работы буровых поршневых насосов установлено,
что эффективность их эксплуатации в основном определяется наработкой до
отказа деталей гидравлической части, в частности клапанов. При этом одной
из причин низкого ресурса последних является их низкочастотная вибрация.

  1. Аналитически показано, что в процессе работы клапана при посадке тарели на седло возникают усилия до 30 кН, приводящие к преждевременному износу рабочих элементов.

  2. Максимальная величина усилий и их частоты, передающиеся от клапана на корпус насоса, зависят от модуля упругости материала элементов клапана. При соотношении величин модуля упругости Юнга тарели и эластичного элемента большем 100 максимальные усилия, передаваемые на корпус насоса, существенно снижаются.

4. Предложено техническое решение, позволяющее уменьшить
величину усилий, передающихся на корпус насоса при посадке тарели
клапана на седло (Пат. РФ № 110158).

5. Экспериментальные исследования, проведенные на разработанном
стенде, показали, что установка эластичного элемента между седлом клапана
и корпусом насоса позволяет уменьшить максимальную амплитуду
колебаний в среднем на 16% по сравнению с амплитудой серийных
клапанов.

22 6. Экспериментальные исследования разработанного клапана с измененными конструктивными решениями позволили установить, что обеспечивается безударная посадка тарели на седло и повышается эффективность эксплуатации бурового насоса,

Основные результаты опубликованы в следующих научных
трудах:

В ведущих рецензируемых научных журналах из перечня ВАК

  1. Абдюкова, Р.Я, Виброизоляция седла клапана бурового насоса / Р.Я. Абдюкова // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». — 2011 .-№ 5.- С.243-245. URL:http: // www.ogbus.ru. / authors / Abdyukova /Abdyuko­va _l.pdf.

  2. Абдюкова, Р.Я. Моделирование удара тарели клапана бурового насоса при ее посадке на седло / Р.Я. Абдюкова, Н.Я. Багаутдинов, А.Н. Зотов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2012. - №2. - С 52 -65. URL: http: // www.ogbus.ru / authors /Abdyukova /Abdyukova_2. pdf.

3. Абдюкова, Р.Я. Анализ причин отказов клапанов буровых насосов / Р.Я.
Абдюкова, Н.Я. Багаутдинов // Научно-технический журнал «Проблемы
сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов». - 2012 г. Выпуск
4(90). - С. 65-70.

4. Абдюкова, Р.Я, Динамические исследования клапанов поршневого
насоса НБ-125 ИЖ / Р.Я. Абдюкова, P.R Бахтизин, Н.Э. Ахмедов, Е.Л.
Маликов, К.А. Перескоков // Научно-технический журнал «Проблемы
сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов». -2012 г. Выпуск
4(90). - С. 56 - 64.

Патенты

5. Пат,41825 RU Ul F16K15/02. Клапан бурового насоса / Б.З. Султанов,
Р.Я. Абдюкова, М.С. Габдрахимов. - № 2003106596 / 22; Заявлено 11.03.
2003 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2004. - №ЗЬ- С. 201.

6. ПатЛ 10158 RU Ul F16K15/02. Клапан бурового насоса / Р,Н. Бахтизин,
Н.Я. Багаутдинов, Р.Я, Абдюкова и др. - № 2011124509 / 06; Заявлено

16.06.2011 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2011. - №31. - С.225.

В других изданиях

7. Абдюкова, РЛ. Анализ износа тарельчатых клапанов буровых насосов,
поступающих на капитальный ремонт / Р.Я. Абдюкова // Нефть и газ - 2001:
проблемы добычи, транспорта и переработки: Межвуз. сб. науч. тр. - Уфа:
Изд-во УГНТУ, 2001. - С. 204 - 206.

8. Габдрахимов, М.С. Лабораторный стенд для испытания клапанов
поршневых насосов // М.С. Габдрахимов, Р.Я. Абдюкова // Нефть и газ -
2001: проблемы добычи, транспорта и переработки: Межвуз. сб. науч. тр. -
Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001. - С. 218 - 221.

9. Абдюкова, Р.Я. Измерительная система регистрации давления и
вибрации / Р.Я. Абдюкова // Проблемы разработки и эксплуатации
нефтяных и газовых месторождений / Межвуз. сб. науч.тр. - Уфа: Изд-во
УГНТУ, 2004.-С.169-174.

10. Абдюкова, Р.Я. Конструктивные особенности и условия работы деталей
гидравлической части поршневых насосов / Р.Я. Абдюкова // Проблемы
разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений: Межвуз.
сб. науч.тр. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. - С. 163 - 166.

  1. Абдюкова» Р.Я. Характеристика условий работы и анализ износа клапанов буровых насосов / Р.Я, Абдюкова // Проблемы разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений: Межвуз. сб. науч.тр. -Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004.-С. 161-163.

  2. Абдюкова, Р.Я. Новая конструкция клапана / Р.Я. Абдюкова // Проблемы разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений : Межвуз. сб. науч.тр. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. - С166 - 169.

  3. Абдюкова, Р.Я. Особенность работ всасывающих клапанов буровых поршневых насосов/ Р.Я. Абдюкова // Актуальные проблемы нефтегазового дела: Сб.научлр.:В 4 - х т. ТЗ.- Уфа; Изд-во УГНТУ, 2006. - С.4 - 7.

14. Абдюкова, Р.Я. Особенности условий работы и расчета клапанов
поршневых буровых насосов. / Р.Я. Абдюкова // Актуальные проблемы
нефтегазового дела: Сб. науч. тр.: В 4 - х т. ТЗ.- Уфа; Изд-во УГНТУ, 2006.
-С.8-11.

15. Абдюкова, Р.Я. Определение нагрузки и высоты подъема клапана / Р.Я.
Абдюкова // Проблемы разработки и эксплуатации нефтяных и газовых
месторождений: Межвуз. сб. науч. тр. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - С.206 -
209.

16. Абдюкова, Р.Я. Определение размеров клапанов / Р.Я. Абдюкова //
Технологии нефтегазового дела : Межвуз. сб, науч. тр. - Уфа: Изд - во
УГНТУ, 2007. -С.210- 212.

17. Abdyukova, R. Raising of operating efficiency of slush pump valve assem -
blies / R. Abdyukova, O. Mityaev // Oil and Gas Horizons. Book of abstracts: The
Third International Student Scientific and Practical Conference / Gubkin Russian
State University of Oil and Gas. - 2011. - P.23.

Подписано в печать 14.01.2013. Бумага офсетная. Формат 60x84 Vie Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1

Тираж 100. Заказ 4

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Смотрите также файлы