Подписано к печати Бум. писч. №1

Подписано к печати Бум. писч. №1

Заказ № Уч. изд. л.

Формат 6О/90 1/16 Усл. печ. л.

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"Тюменский государственный нефтегазовый университет"

625000, г.Тюмень, ул. Володарского 38

Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»

625000, г.Тюмень, ул. Володарского 38

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"Тюменский государственный нефтегазовый университет"

ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

Кафедра "Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности"

ПОГРУЖНЫЕ ВИНТОВЫЕ ЭЛЕКТРОНАСОСЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по дисциплинам:

"Машины и оборудование для добычи нефти

и газа", "Нефтепромысловые машины и

механизмы" для студентов специальностей

130602 (МОП) и 130503 (НР)

Тюмень 2006

Утверждено редакционно-издательским советом

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"Тюменский государственный нефтегазовый университет"

Составители: профессор, к.т.н. Бочарников В.Ф.

ассистент Нероденко Д.Г.

©Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2006

1 ПОГРУЖНЫЕ ВИНТОВЫЕ ЭЛЕКТРОНАСОСЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

1.1 Назначение

Погружные винтовые электронасосы предназначены для добычи нефти повышенной вязкости и газосодержания.

Показатели применяемости насосов по перекачиваемым средам:

- вязкость нефти не более 6·10^-4 м²/с;

- содержание свободного газа на приеме насоса - до 50%;

- содержание механических примесей не более 0,6 г/л;

- содержание сероводорода не более 0,01 г/л;

- температура пластовой жидкости: А - до 30 °С;

Б - 30° до 50 °С;

В - 50° да 70 °С.

- обводненность нефти не более 99 %.

1.2 Условное обозначение

Для винтовых насосов приняты следующие обозначения:

ЭВНТ5А-16-1200АУ5, где Э - электродвигатель;

В – винтовой;

Т – тихоходный с частотой вращения вала 1500 мин^-1;

5А - группа насоса для колонны обсадных труб диаметром 146 мм с минимальным внутренним диаметром 130 мм;

16 - подача в м³/сут;

1200 - напор в м;

А - температура пластовой жидкости до 30 °С;

У - климатическое исполнение;

5 - категория размещения при эксплуатации.

1.3 Общие сведения

Погружной винтовой электронасос состоит из сдвоенного винтового насоса, погружного тихоходного электродвигателя серии ПЭД с гидрозащитой, включающей протектор и компенсатор.

Погружной винтовой электронасос в собранном виде спус­кается на колонне насосно-компрессорных труб в скважину под уровень добываемой пластовой жидкости.

Электроэнергия от трансформатора и станции управления, расположенных на поверхности земли, подается к электродвигате­лю по специальному кабелю, который крепится снаружи труб спе­циальными поясами.

1.4 Устройство насоса

Насос винтовой состоит из двух пар рабочих органов "винт-

-обойма" с правым и левым направлением спирали, и приводным валом, соединенные меж­ду собой шарнирными эксцентриковыми муфтами.

Привод нижней эксцентриковой муфты осуществляется от пусковой кулачковой центробежной муфты. В верхней части корпу­са насоса размещен предохранительный клапан поршеньково-золотникового типа.

На корпусе насоса в месте входных каналов, установлены два сетчатых фильтра.

1.5 Винтовая пара "винт-обойма"

Рабочие органы насоса - две винтовые пары неподвижных резинометаллических обойм, в которых вращаются металлические хромированные винты. Винты выполнены однозаходными, а внутренняя поверхность резиновых обойм - двухзаходная, с шагом в два раза большим шага винтов.

В насосах с подачами 100 и 200 м³/сутки рабочие винты изготовлены из титанового сплава 0Т-4, а в насосах с подачами 16 и 25 м³/сутки - из стали 40Х. Толщина слоя хрома 100-200 мк.

Внутренняя поверхность обойм выполнена из специальной твердой маслобензостойкой резины марки 2Д-405.

Верхняя пара "винт-обойма" имеет левое направление спирали, а нижняя - правое направление. Винты вращаются вокруг своей оси, и кроме того оси винтов совершают планетарное движение

в обратном направлении.

Подвижные детали насоса - два рабочих винта и приводной вал соединены в гибкую систему при помощи двух эксцентриковых муфт. Неподвижные части рабочих органов - обоймы и ряд корпусных деталей - образуют жесткую систему в виде трубчатого корпуса насоса.

Для уравновешивания, возникающих при вращении винтов центробежных сил, они с помощью эксцентриковых муфт смещены от оси насоса в диаметрально противоположные стороны.

Осевое усилие, возникающее при работе насоса, воспринима­ется сферическими поверхностями поводков и корпусов.

5

Рис. 1 – Схема погружного винтового насоса:

1-насосно-компрессорные трубы; 2 – предохранительный клапан; 3 – левый винт; 4 – шарнирная муфта (винт-винт); 5 – правый винт; 6- шарнирная муфта (винт-вал); 7- пусковая центробежная муфта.

1.6 Подшипниковые узлы

Приводной вал рис.3 расположен в корпусе сальникового узла и вращается в верхнем подшипнике скольжения и нижнем подшипнике качения.

В качестве нижнего подшипника используется радиально-

-упорный сдвоенный шарикоподшипник, воспринимающий осевое усилие остающееся после гидравлической разгрузки винтов.

Для более равномерной передачи нагрузки на подшипники, применяются резинометаллические амортизаторы.

1.7 Сальниковый узел

Сальниковый узел приводного вала рис.3 состоит из набора свинцово-графитовых колец и резиновых армированных манжет, предназначенных для защиты протектора и электродвигате­ля от попадания перекачиваемой жидкости и предотвращения выте­кания смазки из протектора.

В верхней части сальник защищен от попадания механических примесей набором уплотняющих шайб.

1.8 Эксцентриковые муфты

Эксцентриковые муфты являются универсальными сдвоенными шарнирами и соединяют винты насоса между собой и с приводным валом.

Эксцентриковая муфта рис.4 состоит из двух шарниров соединенных валиком 3 с конической резьбой. Крутящий момент передается через ролики 5, расположенные в пазах между поводком 4 и корпусами 11,12.

1.9 Пусковая муфта

Пусковая муфта pиc.5 состоит из полумуфты ведомой, расположенной на нижнем шлицевом конце приводного вала, и полумуфты ведущей с кулачками, расположенной на нижнем шлицевом конце вала протектора.

Муфта включается после того, как вал электродвигателя раскручивается до заданной частоты вращения 800-1100 об/мин.

Включение муфты происходит с помочью двух выдвижных кулачков, стянутых возвратной пружиной, после того как кулачки ведущей муфты войдут в зацепление с двумя зубьями ведомой полумуфты. Муфта обеспечивает вращение вала насоса только в одном, заданном направлении. При обратном вращении муфта не включается.

Рис. 2 – Винтовой насос:

1-корпус; 2 – предохранительный клапан; 3 – обойма верхняя; 4 – эксцентриковая муфта; 5 –обойма нижняя; 6-корпус сальника; 7- пусковая муфта; 8- приемная сетка.

Рис. 3 – Сальник приводного вала:

1 – кольцо стопорное; 2 – подшипник скольжения; 3 – втулка сальника; 4 – набивка; 5 – шайба сальника; 6 – фильтр сетчатый; 7 – фонарь; 8 – манжета; 9 – основание; 10 – кольцо резиновое; 11- прокладка; 12 – пробка; 13 – кольцо.

Рис. 4 – Муфта эксцентриковая "винт-винт":

1 – переводник; 2 – обойма; 3 – корпус; 4 – винт; 5 – корпус муфты; 6 – гайка; 7 – поводок; 8 – валик; 9 – ролик игольчатый; 10 – стопорное кольцо.

1.10 Предохранительный клапан

В верхней части насоса расположен предохранительный поршеньково-золотниковый клапан рис.6, состоящий из корпу­сов 1 и 2, золотника и седла 6, поршня 7.

Клапан выполняет следующие функции:

-защищает насос, в случае повышения давления в напорной
линии до 15-18 МПа;

-обеспечивает слив и залив колонны труб при проведении
спускоподъемных операций;

-перепускает жидкость из напорной линии обратно в скважину при недостаточном притоке жидкости из пласта в скважину или при содержании в жидкости большого количества газа;

-при остановках насоса препятствуют обратному потоку откачиваемой жидкости из труб через рабочие органы насоса.

1.11 Шламовая труба

Над клапаном расположена шламовая труба рис.2, кото­рая предохраняет рабочие органы насоса и клапана от механических примесей, выпадавших из труб при монтаже и остановках насоса.

1.12 Сетчатые фильтры

Сетчатые фильтры рис.3, расположены на основании насоса и корпусе клапана, предохраняют насос от попадания крупных частиц механических примесей.

1.13 Резьбовые соединения

На корпусных деталях и обоймах резьбы насосно-компрессорных труб выполнены правого направления.

Конические резьбы на винтах, соединительных валиках эксцентриковых муфт и приводном валу выполнены левого направления.

Этим достигается работа резьб, во время работы, насоса, на заворот, т.к. вращение вала насоса левое, если смотреть со сто­оны электродвигателя.

Рис. 5 – Муфта пусковая:

1 – корпус; 2 – вал насоса (ведомый); 3 – полумуфта; 4 – кулачок; 5 – полумуфта ведущая (кулачковая); 6 – переводник.

Рис. 6 – Клапан предохранительный:

1 – головка; 2 – упор; 3 – кольцо уплотнительное; 4 – корпус золотника; 5 – золотник; 6 – кольцо уплотнительное; 7 – седло; 8 – поршень; 9 – корпус клапана.

1.14 Конструктивные особенности моделей винтовых насосов

В насосах с производительностью 100 и 200 м³/сут, рабочие винты, с целью облегчения и уменьшения вибрации насосов и нагрузки на резинометаллические обоймы, выполнены из титанового сплава с хромированными поверхностями.

В насосе с подачей 200 м3/сут усилена опорная часть. Под­шипник скольжения установлен в отдельном корпусе. Приводной вал и эксцентриковые муфты соединены на штифтах.

В конструкциях насосов 1ЭВНТ5А-16-1200, 1ЭВНТ5А-25-1000 и 1ЭВНТ5А-100-1000 предусмотрено использование гидрозащиты типа Г51. В этих насосах узел сальника заменен основанием с опорными пятами из силицированного графита.

Радиальная нагрузка воспринимается двумя подшипниками сколь­жения 9, между которыми расположены диски из силицилового графита запрессованные в специальные корпуса. Под дисками расположены резиновые прокладки 6, которые компенсируют возможные перекосы при передачи осевой нагрузки.

Смазка графитовых колец осуществляется пластовой жидкостью.

Технические характеристики винтовых насосных агрегатов типа ЭВН5 представлены в таблице 1.14.

Таблица 1.14 - Технические характеристики винтовых насосных агрегатов типа ЭВН5

Показатель	ЭВН5-16-1200	ЭВН5-25-100в	ЭВН5-63-1200	ЭВН5-100-1000	ЭВН5-100-1200	ЭВН5-200-900
Подача, м^3/сут
Напор, м
Мощность насоса, кВт	4,5	5,5	16,0	19,5	23,0	31,0
к.п.д., %	48,3	51,4	53,5	59,6	59,1	65,7
Габаритные размеры, мм диаметр длина, L
Масса, кг

2 ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Погружной электродвигатель серии ПЭД - специальный, маслонаполненный, трехфазный, асинхронный, четырехполюсной, короткозамкнутый предназначен для привода погружного винто­вого насоса.

2.1 Условное обозначение

Погружной электродвигатель имеет: обозначение, например:

ПЭД 5,5-123/4В5, где П - погружной;

ЭД - электродвигатель;

5,5 - условная мощность, кВт;

123- диаметр корпуса, мм;

4 - четырехполюсной;

В - климатическое исполнение;

5 - категория размещения.

2.2 Устройство электродвигателя

Электродвигатель состоит из статора, ротора, головки и основания (см. рис 7).

Статор представляет собой трубу, в которую нашихтованы магнитные и немагнитные сердечники, чередующиеся между собой. Магнитные сердечники набраны из листовой электротех­нической стали и служат магнитопроводом. Немагнитные сердечники набраны из немагнитного материала и служат опорами промежуточных подшипников ротора. Обмотка статора протяж­ная.

Ротор многоопорный, состоит из пустотелого вала и группы сердечников, между которыми размещены промежуточные радиальные опоры (подшипники скольжения). Сердечники выполнены из листовой электротехнической стали, имеют пазы с вложенными в них медными стержнями, которые приварены по торцам к короткозамкнутым кольцам.

Головка при помощи резьбы соединяется с корпусом электродвигателя. К головке присоединяется протектор гидрозащиты. В головке расположен радиальный подшипник, пята, подпят­ник воспринимающий массу подвешенного на нем ротора.

В нижней части головки размещена колодка кабельного ввода. Пята – стальной полированный диск, изготовленный из термически обработанной легированной стали, закреплен на валу.

Рис. 7 – Погружной электродвигатель:

1 – головка; 2 – корпус подшипника; 3 – ротор; 4 – статор; 5 – переводник; 6 – корпус; 7 – фильтр.

Подпятник бронзовый с баббитовой наплавкой закреплен в корпусе головки неподвижно.

Основание с помощью резьбы крепится к корпусу нижнего подшипника. В основании размещен фильтр, служащий для очистки масла от механических примесей, и перепускной клапан.

Герметизация и защита электродвигателя осуществляется с помощью гидрозащиты состоящей из протектора и компенсатора.

Имеются два типа гидрозащиты:

- с избыточным давлением типа ГД;

- без избыточного давления типа Г.

Гнцрозащита каждого из указанных типов состоит из двух узлов: протектора, защищающего полость электродвигателя от попадания пластовой жидкости и компенсатора, предназначенного для пополнения запаса жидкого масла вследствии утечек через торцевые уплотнения и температурных изменений объема масла в системе "электродвигатель-гидрозащита".

17

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Общее устройство насосного агрегата ЭВНТ. Условное обозначе­ние насоса, погружного электродвигателя.

2. Устройство насоса винтового, принцип его работы.

3. Устройство погружного электродвигателя. Условное обозна­чений в технической документации.

4. Устройство и назначение эксцентриковых муфт. Где они установлены.

5. Устройство и назначение предохранительного клапана.

6. Устройство и назначение пусковой муфты насоса.

7. Из каких материалов выполнены: винт, обойма винта, вал насоса.

8.Для чего винты в сдвоенных насосах имеют разные направления
спирали.

9.Устройство и назначение сальникового узла насоса.

10. Какие подшипники используются в конструкции насоса, где они размещены, какие воспринимают усилия.

11.Какие устройства применяются в конструкции насоса для защиты его от механических примесей.

12.Какие протектора могут использоваться при комплектации вин­тового насосного агрегата.

13.По каким признакам (в чертеже и натурной модели) можно оп­ределить вид протектора предусмотренного для комплектации винтового насосного агрегата.

14.Перечислите основные показатели ограничивающие применение
винтовых насосов для добычи нефти.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Установки погружных винтовых сдвоенных тихоходных электронасосов. Каталог, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ,- М.: 1980, 9 с.

2. Бухаленко Е.И. и др. Нефтепромысловое оборудование. Справочник.- М.: Недра, 1990, 559 с.

3. Чичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы,- М.: Недра, 1933, 312 с.

Дата добавления: 2015-09-30