книги / Поршневые буровые насосы

пробном давлении, равном 1,5—2 наибольшего давления нагне­ тания.

Компенсаторы неравномерности, стабилизирующие движение жидкости в приемном и нагнетательном трубопроводах, распола­ гаются возможно близко к гидравлическим цилиндрам, чтобы уменьшить массу жидкости, движущейся с переменной скоростью в пределах гидравлической части насоса между компенсаторами: подводящих, отводящих каналах и насосных камерах. Близость всасывающего компенсатора к насосным камерам улучшает вса­ сывающую способность насоса.

Скорости движения промывочного раствора в каналах при­ емного коллектора, насосных цилиндрах и нагнетательном кол­ лекторе выбирают так, чтобы механическое воздействие абразив­ ных зерен, содержащихся в промывочной жидкости, не приводило детали в негодность за время эксплуатации насоса, т. е. прежде чем будет исчерпан ресурс насоса. Средняя скорость промывоч­ ной жидкости в нагнетательном коллекторе обычно не превы­ шает 6 м/с.

В конструкции корпусных деталей предусматривают возмож­ ность неоднократного их ремонта и полного восстановления ра­ ботоспособности после каких-либо повреждений.

Вставные сменные детали служат для защиты корпусных де­ талей от изнашивания. Сменные детали должны быть установле­ ны и закреплены в строго определенном положении относительно соответствующей корпусной детали. Монтаж новых сменных де­ талей и демонтаж изношенных не должен быть длительным и трудоемким.

Свойством сменных деталей является их парность. Одна из де­ талей каждой пары закреплена в корупсе, а другая при работе пе­

ремещается относительно нее.

К сменным деталям поршневого бурового насоса относятся: а) цилиндровая втулка, в которой работает поршень; б) корпус сальника, в резиновых или резино-металлических уплотнительных кольцах или втулках которого работает поршневой шток; в) сед­ ло, в паре с которым работает клапан.

Цилиндровая втулка, корпус сальника с уплотнительными кольцами и седло клапана неподвижно закреплены в корпусе гидравлической части.

Герметичность их посадки в корпусе обеспечивается неподвиж­ ным уплотнительным устройством, в котором положение уплот­ няемой и уплотняющей деталей зафиксировано, между ними нет проскальзывания. Абсолютно герметичным называют соединение^ которое не допускает утечки через него жидкости. Герметичность соединения является свойством неподвижных уплотнительных уст­ ройств. В подвижном уплотнительном устройстве герметичность

не достигается.

К подвижным уплотнительным устройствам поршневого буро­ вого насоса относятся цилиндро-поршневая пара, состоящая из

цилиндровой втулки и поршня, узел поршневого штока, вклю­ чающий шток и его уплотнение, а также узел клапана, включаю­ щий тарелку и седло.

Деталь, представляющая собой эластичное уплотнение или снабженная эластичным уплотнением, закрепленным на ней не­ разъемным соединением, называется уплотняющей, сопряженная твердая деталь — уплотняемой.

Подвижные уплотнительные устройства подразделяются на на­ ходящиеся в постоянном контакте (цилиндро-поршневая пара и узел поршневого штока) или периодическом (седло и тарелка клапана).

Уплотнительные устройства изучает герметология. Герметология поршневого насоса для абразивосодержащей жидкости явля­ ется частью общей герметологии.

М Е Х А Н И З М К Р Е П Л Е Н И Я И У П Л О Т Н Е Н И Я Ц И Л И Н Д Р О В О Й В Т У Л К И В К О Р П У С Е

Функции

и разновидности механизма

Механизмы, служащие для закрепления и уплотнения цилинд­ ровой втулки в корпусе гидравлического блока, различны. К ним предъявляются следующие основные требования.

1.Цилиндровая втулка должна быть закреплена неподвижно.

2.Уплотнительное устройство должно в каждом цилиндре гер­ метически разделять две насосные камеры — штоковую и бесштоковую.

3.Закрепление цилиндровой втулки не должно нарушаться при извлечении из нее поршня.

4.Напряжения сжатия в материале уплотнительных колец должны быть по величине минимально необходимыми и достаточ­ ными для создания на поверхности резина — металл удельного давления, не допускающего проникновения жидкости из бесштоковой насосной камеры в штоковую или обратно.

5.Напряжения в деталях насоса, находящихся в контакте с уплотнительными кольцами, должны быть минимальными с целью

уменьшения их деформации и предотвращения усталости металла под действием циклических нагрузок.

6. Работоспособность частично изношенных уплотнительных колец должна восстанавливаться путем регулирования механизма

икомпенсации изнашивания.

Вэксплуатации можно встретить насосы с механизмами креп­ ления и уплотнения цилиндровой втулки, отвечающими перечис­ ленным требованиям полностью или частично. Современному техническому уровню отвечают только механизмы, полностью удовлетворяющие приведенным требованиям.

Механизм совмещенного крепления и уплотнения цилиндро­ вой втулки 6 (рис. 23, а) состоит из коронки 5, уплотнительного кольца 4, цилиндровой крышки 3, уплотнительных колец 7, и промежуточного металлического кольца 9, устанавливаемого на­ против контрольного отверстия 10 в корпусе.

Цилиндровую втулку закрепляют и одновременно уплотняют завинчиванием гаек 2, причем при помощи шпилек 1 фланец ци-

5

Рис. 23. Механизмы крепления и уплотнения цилиндровой втулки.

а — регулируемый совмещенный; б — регулируемый раздельный; в — регули­ руемый раздельный с независимым подтягиванием уплотнения цилиндровой крышки; г — регулируемый раздельный с совмещенной подтяжкой уплотнения цилиндровой крышки; д, е — регулируемый раздельный с дополнительной крышкой для извлечения поршня без демонтажа цилиндровой втулки.

линдровой крышки притягивают в направлении к корпусу и ци­ линдровая втулка упирается своим буртом в резиновые уплотни­ тельные кольца 7.

Цилиндровая втулка во время работы насоса незначительно смещается вдоль оси в пределах упругой деформации закрепляю­ щих ее деталей под действием возникающих в цилиндре попере­ менно справа и слева осевых сил, упираясь с одной стороны в коронку, а с другой — в предварительно сжатые механизмом уплотнительные кольца, находящиеся в замкнутой полости. Воз­ никшие при предварительном сжатии уплотнительных колец на­ пряжения создают на поверхности резина — металл удельное дав­ ление, превышающее давление запираемой жидкости, чем достигается герметичное разделение двух насосных камер цилинд­ ра двустороннего действия.

Известен механизм жесткого крепления и регулируемого уплот­ нения цилиндровой втулки с разборной телескопической коронкой {рис. 23, в), состоящей из внутренней 8 и наружной 9 частей. Для регулирования напряжений сжатия в материале уплотнительных колец 10 служат три или четыре винта 5. Центральный винт предназначен для подтягивания уплотнительных колец 7 цилинд­

В близкой к предыдущей, но упрощенной конструкции меха­ низма (рис. 23, г) крепление цилиндровой втулки осуществляется винтовым цилиндровым затвором 4 и винтами 3, взаимодейст­ вующими с внутренней коронкой 6. Регулирование напряжений сжатия в материале уплотнительных колец 5 и 7 осуществляется при помощи винтов 2 и нажимного диска 1. Все резьбы, находя­ щиеся вне насосных камер, не подвержены коррозионному воз­ действию промывочного раствора.

Во всех предыдущих механизмах крепления и уплотнения ци­

ние цилиндровой втулки.

Между тем в одной цилиндровой втулке иногда срабатываются 3—4 поршня, например при работе на иефтесодержащем промы­ вочном растворе, если поршневая резина применяется на основе натурального каучука. В среднем в одной цилиндровой втулке срабатывается 1,67 поршня.

Возможность замены поршня и осмотра насосной камеры без нарушения крепления и уплотнения цилиндровой втулки пред­ ставляет значительные удобства. Иначе, не имея возможности быстро отключить один насос и заменить на нем поршень, буро­ вая бригада часто бывает вынуждена использовать для оконча­ ния долбления насос с поврежденным поршнем, что вызывает значительное повреждение цилиндровой втулки и увеличивает по-

с наружным диаметром D\ и внутренним D при давлении р в по­

Рис. 24. Расчетная схема регулируемого совмещенного механизма крепления и уплотнения цилиндровой втулки.

Величина среднего коэффициента трения щ резины по стали может быть выражена формулой

Для резино-металлического поршня, изготовляемого по ГОСТ 11267—65, средняя сила трения о цилиндровую втулку с учетом начального натяга между ними может быть по экспериментальным

где р — давление нагнетания в кгс/см2; ро=Ю3 кгс/см2 — условное начальное давление; D — диаметр поршня в см; I — длина уплот­ нительной манжеты на одной стороне поршня в см; 6,9 и 78 — эмпирические коэффициенты.

Коэффициенты хь Х2, Хз> характеризующие деформируемость деталей под нагрузкой, определяются выражениями:

к7

2 ^ /=1

В выражениях (25) в числителе стоят коэффициенты деформи­ руемости тех деталей, которые разгружаются под давлением жид­ кости при расчетной схеме распределения нагрузок.

Величины Кг в см/кгс в выражениях (25) определяются по формуле

уплотнительных колец для механизма, соответствующего рис. 24, с размерами по чертежам насоса У8-3, в котором применяется этот механизм. Расчет коэффи­ циентов Xi и %i, зависящих от размеров деталей и модуля упругости их мате­ риала, приведен в табл. 5 и 5а.

Семейство кривых а (рис. 25) характеризует изменение напряжений q сжа­ тия в уплотнительных кольцах цилиндровой втулки в зависимости от давления нагнетания р, действующего в бесштоковой камере, при усилии начальной затяж.

ки Р=1420 кгс.

Напряжения изменяются от небольшой величины при давлении нагнетания,

<7=520 кгс/см2, несколько меньшие, чем при минимальном диаметре поршня, так как при большем диаметре площадь торца цилиндровой втулки уменьшается.

При усилии начальной затяжки Р=45 250 кгс напряжения сжатия в мате­ риале уплотнительных колец перед началом работы насоса (давление нагнетания

Когда кривая семейства b встречается с относящейся к тому же диаметру поршня кривой семейства а, например в точке F, это означает, что напряжения сжатия в уплотнительных кольцах одинаковы, независимо от того, имеется на­ чальная затяжка Р = 45 250 кге пли нет. При дальнейшем увеличении давления нагнетания напряжения сжатия изменяются по кривой семейства а, так как

начальная затяжка Р=45 250 кгс не влияет на максимальную величину напря­ жений сжатия. При этом через деталь 7 цилиндровой втулке не передается ни­ какого усилия, и стыки между деталями 2—7 и 7—4 раскрываются (см. рис. 24).

При работе насоса в этом случае может появиться стук в креплении цилинд­ ровой втулки, так как стык между деталями 2—7 и 7—4 будет попеременно раскрываться при повышении давления в бесштоковой насосной камере А, а за­ тем резко сходиться при снижении давления до нуля в камере А и повышении его в штоковой насосной камере Б до давления нагнетания.

Рис. 25. Диаграмма напряжений в уплотнитель­ ных кольцах цилиндровой втулки механизма по рис. 24 в зависимости от давления нагнетания.

При начальной затяжке с усилием Р —169000 кгс, максимально возможном на насосе У8-3 по прочности шпилек 1 (см. рис. 24), в материале уплотнитель­ ных колец возникают начальные напряжения <7=840 кгс/см2 (точка е на рис. 25).

С увеличением давления нагнетания напряжения сжатия увеличиваются (се­ мейство кривых а) тем быстрее, чем меньше диаметр цилиндровых втулок. Кри­ вые с не пересекаются с кривыми а в пределах графика. Стык между деталями 2—7 и 7—4 не раскрывается. Однако величина напряжений сжатия (см. напри­ мер в точке k или к) в материале уплотнительных колец превышает соответст­ вующее давление нагнетания (р= 160 кгс/см2) больше, чем необходимо для гер­ метичного разобщения насосных камер А и Б, т. е. больше, чем требуется для уплотнения. Это вызывается тем, что уплотнение должно одновременно служить для крепления цилиндровой втулки.

Более высокое, чем необходимо, напряжение сжатия в материале уплотни­