1458
.pdfные в верхнюю 6 и нижнюю 7 опоры. Осевая сила от вала пере дается через пружинное кольцо 8 опоры вала и дистанционную втулку 9 упорному подшипнику.
Гидродинамическая пята выполнена с радиальными канавка ми, скосом и плоской частью на поверхности трения о подпят ник. Она обычно изготавливается из бельтинга (технической ткани с крупными ячейками), пропитанного графитом с рези ной и завулканизированного («запеченного») в пресс-форме. При вращении пяты жидкость идет от центра к периферии по канав кам, попадает под скос и нагнетается в зазор между плоскими частями подпятника и пяты. Таким образом, подпятник сколь зит по слою жидкости. Такое жидкостное трение (не в пуско вом, а в рабочем режиме пяты) обеспечивает низкий коэффици ент трения, незначительные потери энергии на трение в пяте, малый износ деталей пяты при достаточном осевом усилии, ко торое она воспринимает.
Радиальный подшипник ЭЦН воспринимает радиальные на грузки, возникающие при работе насоса. Радиальный подшип ник (рис. 1.7) состоит из опорной втулки с вкладышем 1, кото рые является неподвижными деталями и втулки 2, вращающейся вместе с валом. В каждой модуль-секции насоса обычного ис полнения вал имеет два радиальных подшипника — верхний и нижний, а в модуль-секциях насосов износостойкого исполне-
/2
Поперечные (радиальные) усилия в секции насоса, предназ наченного для откачки неабразивной жидкости, воспринимают ся двумя концевыми радиальными подшипниками, корпуса ко торых размещены в головке и корпусе входного модуля или в нижней части секции.
В радиальных подшипниках использована пара трения сколь жения, материал которой зависит от условий эксплуатации.
Кроме того, поперечные усилия в секции воспринимаются радиальными подшипниками, функции которых выполняют пары трения, образованные ступицами рабочих колес и расточками направляющих аппаратов.
На рис. 1.5 показан скважинный центробежный насос в сбо ре. Осевое усилие, действующее на вал, воспринимается гидро динамической пятой 1. Вал 3 расположен в радиальных под шипниках скольжения 2 и 8. Радиальными подшипниками вала являются и опоры скольжения у втулок вала и внутреннего диа метра направляющих аппаратов 5 у каждой ступени. Крутящий момент передается от вала к рабочим колесам 7 через шпонку 6. Вся сборка ротора насоса размещена в корпусе 4 и сжата сверху корпусом подшипника 2, а внизу — основанием 10, на котором размещена приемная сетка 9. В верхней части насоса на корпус подшипника 2 навернута ловильная головка насоса, в которой имеется резьба для соединения с НКТ. Вал насоса соединяется с валом гидрозащиты шлицевой муфтой 11.
Для создания высоконапорных скважинных центробежных насосов в насосе приходится устанавливать множество ступеней (до 550 штук). При этом они не могут разместиться в одном корпусе, поскольку длина такого насоса (15—20 м) затрудняет транспортировку, монтаж на скважине и изготовление корпуса. Высоконапорные насосы составляются из нескольких модульсекций. Длина корпуса в каждой секции не более 6 м. Корпус ные детали отдельных модуль-секций соединяются фланцами с болтами или шпильками, а валы — шлицевыми муфтами. Каж дая секция насоса имеет верхнюю осевую опору вала, вал, ради альные опоры вала, ступени. Приемную сетку имеет только вход ной модуль насоса (рис. 1.9), расположенный в нижней секции или в модуле насосном-газосепараторе. Ловильную модуль-го ловку имеет только верхняя секция насоса (рис. 1.10). Модульсекции высоконапорных насосов могут иметь длину меньшую, чем
1 — основание, 2 — вал, 3 — втулка подшипника, |
4 — сетка, |
5 — защитная втулка, 6 — шлицевая муфта, 7 — |
шпилька |
Рис. 1.10. Модуль-головка насоса
1 — кольцо уплотнительное; 2 — ребро; 3 — корпус
6 м (обычно длина корпуса насоса составляет 3, 4 и 5 м), в зависи мости от числа ступеней, которые надо в них разместить.
При отборе насосом жидкости с небольшим содержанием механических примесей и достаточной смазкой (наличие в жид кости нефти) насосы обычного исполнения обеспечивают дли тельную эксплуатацию скважины без их ремонта.
В насосе имеются пары трения: текстолит по чугуну в осевых опорах рабочего колеса в ступени; латунная втулка, надетая на вал между рабочими колесами, или удлиненная чугунная ступи ца рабочего колеса по чугуну направляющего аппарата; проре зиненный и графитизированный бельтинг по закаленному и шлифованному стальному подпятнику в пяте насоса. Все эти
пары трения достаточно долговечны при соответствующих усло виях эксплуатации. При большой обводненности они работос пособны в течение 100—200 сут, а при достаточно большом ко личестве нефти в отбираемой жидкости насос может работать без ремонта от года до нескольких лет (есть примеры работы агрегатов ЭЦН без подъема из скважин в течение 3—5 лет).
Скважинные центробежные насосы могут быть выполнены и для осложненных условий эксплуатации, например — для отбора жидкости с большим содержанием песка, отбора сильно обвод ненной жидкости с повышенной коррозионной агрессивностью.
Для отбора жидкости с большим содержанием механических примесей (в основном песка) предназначаются износостойкие на сосы. Они рассчитаны на отбор жидкости с содержанием 0,05% (0,5 г/л) механических примесей.
При отборе жидкости с песком свободно движущийся абра зив разрушает диски и лопатки рабочего колеса и части направ ляющего аппарата, особенно в местах изменения направления движения струи жидкости. В местах трения деталей, у текстоли товой опоры, у ступицы колеса попадающий в зазор песок также изнашивает эти детали, причем ступицы изнашиваются до вала. Длинный гибкий вал при вращении получает несколько полу волн изгиба, и на его поверхности места износа четко показыва ют форму, которую он принимает при работе насоса (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Схема искривления вала насоса
1 — место установки радиальных опор вала износостойкого насоса
Для увеличения срока службы насоса при отборе жидкости с большим содержанием песка в конструкцию насоса могут быть внесены следующие основные изменения:
1.Чугунные рабочие колеса заменены пластмассовыми из по лиамидной смолы или углепластика, стойких против из носа свободным абразивом и не набухающих в воде. В сква жинах с большим содержанием нефти, как показал опыт, они менее работоспособны.
2.Вместо одноопорной применяется двухопорная конструк ция рабочего колеса.
3.Текстолитовая опора колеса заменена резиновой, а в На правляющем аппарате опорой для этой резиновой шай§ы служит стальная термообработанная втулка.
4.Для уменьшения износа ступиц рабочих колес и вала ста вятся дополнительные (промежуточное) радиальные опо ры, которые препятствуют изгибу вала при его вращении
(см. рис. 1.11).
Таким образом, снижаются усилия у радиальной опоры коде. са в направляющем аппарате.
С помощью этих и некоторых других изменений обычной конструкции насоса срок службы износостойкого насоса увели чивается в 2,5—7 раз.
Для удержания вала в прямолинейном состоянии необходи мо промежуточные (например, — резинометаллические) ради альные опоры ставить друг от друга на расстоянии, равном По ловине полуволны изгиба вала. На рис. 1.11. показаны длина полуволны / и расстояние между подшипниками 1/2 /.
Длину полуволны изгиба вала можно найти, учитывая, что при вращении и изгибе вала потенциальная энергия изгиба вала ( V) должна быть равна сумме работы центробежных сил ротора насоса (А,), осевых сил, действующих на вал (А^, и гидродина мических сил (А3), возникающих в радиальной опоре рабочего колеса в каждой ступени. Последние силы обусловлены давле нием жидкости в зазоре между ступицей рабочего колеса и опо рой в направляющем аппарате.
V = А| + А2 +А3
Анализ всех этих сил применительно к современной конст рукции износоустойчивого насоса показывает, что:
1)несмотря на применение пластмассовых колес и умень шение, таким образом, массы ротора центробежного насоса, центробежные силы остаются основными факторами, изгиба ющими вал;
2)осевые силы, действующие на вал в предложенной конструкции и при опоре рабочих колес на направляющие аппараты, невелики, так как они воспринимаются в основном
верхней осевой опорой, на которой подвешен вал; вес самого вала незначительно увеличивает (на 2—6%) полуволну изгиба вала;
3) так как износостойкие насосы применяются в основном при большой обводненности, когда вязкость откачиваемой жид кости незначительно отличается от вязкости воды, то гидроди намические силы незначительны.
Таким образом, для инженерных расчетов в случае, когда условия эксплуатации известны недостаточно точно, можно учи тывать только действие центробежных сил и потенциальной энергии изгибаемого вала (последнее обусловлено размерами вала и характеристикой его материала). В этом случае длина полуволны изгиба будет
I — %"4е I /q со,
где Е — модуль упругости материала вала; / — момент инер ции сечения вала; q — вес единицы длины ротора насоса (вала, втулок, надетых на вал, рабочих колес); со — частота вращения вала.
В более точных расчетах, в основном при исследованиях, не обходимо учитывать все указанные силы.
Тогда выражение, из которого надо найти /, принимает сле дующий вид:
/ 3 [(В + О) / - Е / 3 + С] - А = О,
где В, D, Е, С и А — величины, зависящие от параметров ротора насоса, его частоты вращения и вязкости перекачивае мой жидкости.
Технические характеристики насосов
Основные требования технических условий на электроприводные центробежные насосы для добычи нефти приведены в табл. 1.1. Технические характеристики некоторых типоразмеров электроприводных центробежных насосов для добычи нефти, изготавливаемых российскими фирмами по техническим усло виям, приведенным в табл. 1.1, представлены в табл. 1.2—1.9,
KJ oo
1
1.Тип насосов
2.Группы по диаметру корпуса
3.Наружный диаметр насосов
4.1.Максимальная весовая концен трация твердых частиц
4.2.Максимальная
концентрация
сероводорода
4.3.Температура
откачиваемой жидкости, не более
Таблица 1.1
Основные требования технических условий на насосы
ТУ 26-06-1485-96 |
ТУ 3665-020- |
ТУ 3631-025- |
ТУ 3665-026- |
ТУ 3631- |
ТУ 3665-004- |
|||||||
|
|
|
00220440-94 |
21945400-97 |
00220440-96 |
00217930-004-96 |
00217780-98 |
|||||
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
|
6 |
|
7 |
эцнм , эцнмк, |
ЭЦНМ4 |
ЭЦНА, ЭЦНАК |
2ЭЦНМ |
ЛЭЦНМ, |
эцн д |
|||||||
эцнм т, эцнмкт |
|
|
|
|
|
|
лэцнмк |
|
||||
5, 5А, 6 |
4 |
5, 5А, 6 |
4, 5, 5А |
5, 5А, 6 |
5 |
|||||||
92, |
103, |
114 |
86 |
92, |
103, |
114 |
86, 92, |
103 |
92, |
103, |
114 |
92 |
|
|
4. По характеристике пластовой жидкости: |
|
|
|
|
||||||
|
0,01% |
|
0,01% |
|
0,01% |
0,05% |
|
0,01% |
0,02% |
|||
(0,1 г/л) |
(0,1 г/л) |
(0,1 г/л) |
(0,5 г/л) |
(0,1 г/л) |
(0,2 г/л) |
|||||||
Для насосов ЭЦНМ, |
0,001% |
Для насосов |
0,002% (0,02 г/л) |
Для насосов |
0,001% |
|||||||
ЭЦНМТ — 0,001% |
(0,01 г/л) |
ЭЦНА — 0,001% |
С валом из |
|
ЛЭЦНМ — |
|
(0,01 г/л) |
|||||
(0,01 г/л); для насосов |
|
(0,01 г/л); для |
сплава |
|
0,001% (0,01 |
|
||||||
ЭЦНМК, ЭЦНМКТ - |
|
насосов ЭЦНАК- |
Н65Д29ЮТ-ИЩ |
г/л); для насосов |
|
|||||||
0,125% (1,25 г/л) |
|
0,125% (1,25 г/л) |
(К-монель) — |
ЛЭЦНМК — |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
до 1,25 г/л |
|
0,125% (1,25 г/л) |
|
||
Для насосов ЭЦНМ, |
90 °С |
|
90 °С |
|
100 °С |
|
90 °С |
|
100 °С |
|||
ЭЦНМК - 90 °С; для |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
насосов ЭЦНМТ, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ЭЦНМКТ - 140 °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
5. Допустимые производственные
отклонения напора в рабочей части характеристики в % от значения напора
на номинальном режиме
6. Допустимые производственные отклонения КПД в % (абсолютных) для насосов
2
Плюс 10 Минус 5
э п н м . э и н м т -
минус 2; ЭЦНМК, ЭЦНМКТ - минус 4; типоразмеры
ЭПНМ5 -125. ЭПНМК5-125 - минус 6
3 |
4 |
Плюс 10 |
Плюс 10 |
Минус 6 |
Минус 5 |
Минус 3 |
Минус 2 |
5 |
6 |
7 |
2ЭЦНМ5, |
Плюс 10 |
Плюс 10 |
2ЭЦНМ5А - |
||
плюс 10, |
Минус 5 |
Минус 5 |
минус 5; |
|
|
2ЭЦНМ4 - |
|
|
плюс 10, |
|
|
минус 5 |
|
|
2ЭЦНМ5. |
л э и н м - |
|
2ЭЦНМ5А - |
минус 2; |
|
минус 3 |
ЛЭЦНМК - |
Минус 3 |
2ЭЦНМ4 - |
минус 4 |
|
минус 3 |
|
|
|
7. Показатели надежности: |
|
|
|
||
7.1. Средняя |
ЭЦНМ и ЭЦНМТ - |
|
ЭЦНА - 26400 |
При концен |
ЛЭЦНМ - |
|
наработка насо |
26400; |
26400 |
ЭЦНАК - 20000 |
трации в жид |
26400 |
26400 |
сов |
ЭЦНМК и |
|
|
кости твердых |
ЛЭЦНМК - |
|
до отказа, ч, |
ЭЦНМКТ - 20000 |
|
|
частиц до |
20000 |
|
не менее |
|
|
|
0,1 г/л - 28000; |
|
|
|
|
|
|
до 0,5 г/л - 8700 |
|
|
7.2. Средний |
ЭЦНМ, |
27500 |
ЭЦНА - 30000 |
При концен |
ЛЭЦНМ - |
28000 |
ресурс насосов |
ЭЦНМТ -30000; |
|
ЭЦНАК - 24500 |
трации в жид |
30000 |
|
до капитального |
ЭЦНМК - 24500 |
|
|
кости твердых |
ЛЭЦНМК - |
|
ремонта, ч, |
ЭЦНМКТ - 25500 |
|
|
частиц до |
24500 |
|
не менее |
|
|
|
0,1 г/л-32000; |
|
|
|
|
|
|
|
до 0,5 г/л-13200
L*J
О
1
7.3 Средний срок службы до списа ния насосов, не менее
8.1 Момент затяжки пакета ступеней Н.м (кгс-м)
8.2 Крутящий
момент ротора модуля секции, не более, Н-м (кгс-м)
8.3 Крутящий
момент вала вход ного модуля, не более, Н-м (кгс• м)
|
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
ЭЦНМ и |
5,5 лет |
ЭЦНА - 5,5 лет При концен |
л э ц н м - |
4 года |
|||
ЭЦНМТ - 5,5 лет; |
|
ЭЦНАК- |
трации в жид |
5,5 лет; |
|
||
ЭЦНМК и |
|
5,0 лет |
кости твердых |
л э ц н м к |
- |
||
ЭЦНМКТ - |
|
|
|
частиц до 0,1 |
5,0 лет |
|
|
5,0 лет |
|
|
|
|
г/л ~ не менее |
|
|
|
|
|
|
|
5,5 лет; до 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
г/л - 3,5 лет |
|
|
|
|
|
8. По сборке: |
|
|
|
|
|
|
|
|
800-1000 |
|
|
|
|
|
|
|
(80-100) |
|
|
|
6 (0,6) |
не |
|
6 (0,6) |
10(1) |
6 (0,6) |
|
|
|
|
приводятся |
|
|
|
|
|
1 |
(0,1) |
|
1 |
(0,1) |
|
|
|