Ремонт насоса НЦ-320

     ВВЕДЕНИЕ.

Целью курсовой работы является рассмотрение ремонта оборудования на примере насоса НЦ-320.

В данном проекте рассмотрены  техническая характеристика насоса, его основные узлы и агрегаты, возможные неисправности и методы его ремонта.

При цементировании скважин  в процессе бурения и капитального ремонта, проведения промывочно-продавочных  работ на нефтяных и газовых скважинах  используется цементировочный агрегат  УНБ. Его основная функция: нагнетание нефтепромысловых жидких технологических  растворов при цементировании скважин.

В состав установки УНБ входят:

-монтажная база;

-насос высокого давления  НЦ-320;

-манифольд;

-водоподающий блок.

В зависимости от условий  работ цементировочный агрегат  может быть оснащен устройством  подогрева гидравлической части  насосов высокого давления, коллектором  для обеспечения одновременной  работы нескольких агрегатов при  цементировании скважин. А так же, он оснащен системой контроля температуры  масла в картере насоса, с выводом  данных на приборную панель автомобиля.

Основной частью данного  агрегата является цементировочный  насос НЦ-320, который рассмотрен в данном проекте.

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБЩИЙ РАЗДЕЛ

1.1 НАЗНАЧЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОБОРУДОВАНИЯ

  Насос НЦ – 320 устанавливается на цементировочный агрегат УНБ, служит для подачи, путем нагнетания различных рабочих жидкостей, при работах на скважинах, преимущественно используется на нефтяных и газовых скважинах в процессе бурения и цементирования скважин, при капитальном ремонте и при других промывочно-продавочных работах.  Также агрегат используют при межпластовом гидравлическом разрыве, гидро-пескоструйной перфорации,  при опрессовке скважин и промывке песчаных пробок.

     Насос  обладает следующими техническими  характеристиками:

Таблица 1: Технические  характеристики насоса

Полезная мощность, кВт	108
Предельное давление, МПа        -наибольшее      -наименьшее	40           4,5
Идеальная подача, л/с	26
Число двойных  ходов поршня в минуту	20-133
Диаметр сменных  втулок, мм	90, 100, 115,127
Ход поршня, мм	250
Передаточное  число червячной передачи	22
Диаметр трубы, мм        -всасывающий        -нагнетательной	100          50
Габаритные размеры, мм        -длина        -ширина        -высота	2385         750        2262
Масса, кг	2760

Таблица 2: Зависимость  подачи и давления от диаметра втулки.

Число двойных  ходов поршня в минуту	Диаметр цилиндровых  втулок, мм	Идеальная подача, дм/с	Предельное давление, кгс/см
133	100	15,6	75
	115	21,2	55
	127	26,0	45
30	100	3,5	320
	115	4,8	230
	127	6,0	185

1.2 КОНСТРУКЦИЯ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

 

      

Рисунок 1: Общий  вид насоса

      Насос состоит из приводной и гидравлической частей, соединенных воедино, коллектора нагнетательного, предохранительного клапана и разде-лителя. Передача крутящего момента от силовой установки осуществляется с помощью коробки распределения мощности передвижной установки. Пуск и остановка насоса производится приводным двигателем.

     Приводная  часть насоса выполнена в виде  кривошипно-шатунного механизма  с закрытым червячным редуктором, расположенными в литом корпусе поз.1, который одновременно служит масляной ванной. Червячный вал поз.4 установлен на подшипниках качения, коренной вал поз.5 установлен на подшипниках качения, смазка которых осуществляется маслом, под давлением, создаваемым масляным насосом поз.6.

      Наличие верхней съемной крышки поз.2 и люков с крышками обеспечивает доступ к деталям приводной части для их осмотра и разборки.

  Гидравлическая часть насоса состоит из двух литых клапанных коробок, сваренных в единый блок поз.3, сменных цилиндровых втулок поз.9, поршней поз.8, штоков поз.7, клапанов поз.10, приемного коллектора поз.12.

  Четыре всасывающих и четыре нагнетательных клапана выполнены по единой конструктивной схеме и имеют одинаковые размеры, что обеспечивает их полную взаимозаменяемость.

Изменение давления и подачи на выходе обеспечивается сменой цилиндровых втулок и поршней  насоса.

Шток поршня с  поршнем и гайками. Поршень представляет собой стальной сердечник, гуммированный резиной, который закреплен на штоке гайкой и контргайкой. Уплотнение осуществляется резиновой манжетой.

Коллектор нагнетательный имеет воздушный колпак поз.11, который сглаживает пульсации давления перекачиваемой жидкости.

предохранительный клапан обеспечивает  безопасность работы насоса при превышении давления сверх допустимого на данном режиме. При превышении давления на 10% сверх  рабочего происходит срез предохранительного гвоздя, оттарированного заводом-изготовителем  на соответствующее давление, и открывается  сливное отверстие для выхода жидкости.

Разделитель с  манометром установлен на нагнетательном коллекторе. Он предотвращает попадание  перекачивающей жидкости в манометр, полость которого заполнена маслом.            

Насос может эксплуатироваться  в диапазоне температур от -30 до +40 градусов по цельсию.

      Насос  работает в тяжелых условиях с высоко абразивными жидкостями под действием которых происходит повышенный износ рабочих поверхностей и уплотнений. По этой причине нужно контролировать все уплотнения, при необходимости их заменять, следить за смазкой всех узлов насоса.

      1.3 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Насос двухпоршневой, горизонтальный,  двухстороннего действия.

На рисунке 2 показано устройство насоса с отображением принципа его действия:

Рисунок 2: Принципиальная схема поршневого насоса.

1-Червячное колесо; 2-шатуны; 3-крейцкопфные узлы; 4-штоки; 5-впускная линия; 6-поршни; 7-выкидная линия; 8-пневмокомпенсатор.

В нашем случае принцип  действия заключается в селедующем:

Привод насоса осуществляется через карданную передачу от раздаточного редуктора автомобиля.

Приводной вал насоса выполнен воедино с червяком, который передает вращение червячному колесу.

На червячном колесе через кривошипно-шатунный механизм происходит преобразование вращательного  движения в возвратно-поступательное движение штоков

На штоках установлены  поршни, перемещающиеся по цилиндрам. Когда поршень перемещается в  каком-либо направлении, например, вправо то в левой части происходит разряжение под действием которого открывается  впускной клапан и жидкость заполняет  цилиндр, с права происходит нагнетание жидкости из цилиндра под действием которого впускной клапан закрывается, выпускной открывается и жидкость, проходя через него, удаляется из цилиндра. Таким образом, получается два действия (впуск и нагнетание) за один ход поршня по этой причине указывают, что насос двухстороннего действия.

После цилиндров жидкость поступает в пневмокомпенсатор  который подавляет колебания  жидкости, предохраняя выкидные линии  от порыва.

На рисунке 3 показана разница колебаний подачи жидкости с пневмокомпенсатором и без него на примере однопоршневого насоса.

           

  Рисунок 3: График зависимости колебаний насоса от применения пневмокомпенсатора; схема пневмокомпенсатора.

 

1. Характер разрушения основных деталей

 

      Приводная часть насоса работает под действием больших нагрузок, по этой причине происходит износ подшипников и зубьев шестерен. Сальники так же изнашиваются. Несвоевременная замена смазки усугубляет износ этих деталей.

Возможно усталостное  разрушение штока под действием  повторно-переменных нагрузок.

Гидравлическая часть  насоса так же работает под действием  больших нагрузок, гидроударов, с  абразивной и коррозионноактивной  жидкостью.

Цилиндровые втулки с поршнями изнашиваются под действием абразивной жидкости

В гидрокоробке обычно промываются посадочные поверхности седел клапанов и цилиндровой втулки, также возможно коррозионное разрушение внутренних поверхностей коробки.

Возможен выход из строя  пневмокомпенсатора из-за разрушения диафрагмы.

Клапаны так же приходят в негодность под действием ударных  нагрузок и абразивной жидкости.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Исходные данные для выполнения расчетов на механическую прочность деталей

   -Приводная  мощность           120кВт

   - Полезная  мощность             108кВт

   - Число  двойных ходов в минуту    133

   - Передаточное число                22:1   

    -Материал  червяка                  сталь

    -Материал  венца колеса            бронза     

            2.2 Расчеты на механическую прочность червяка, венца колеса, определение их размеров.

            2.2.1 Определяем основные параметры  передачи

1) Находим КПД привода h

                                                                    ₍₁₎

                                      

2) Определяем обороты червяка:

                                                                      ₍₂₎

                                 

     3) Определяем угловую скорость на приводном валу:

                                                                    ₍₃₎

                              

4) Определяем угловую скорость на тихоходном валу:

                                   

                                                                      (4)

                            

5) Определяем вращающий момент привода Т

                                                                  ₍₅₎

                                   

6) Определяем  вращающий момент Т1 на ведомом валу:

                       (6)                                                                   

7) Определяем  вращающий момент Т2 на тихоходном валу:

                            (7)                                                          

2.2.2 Выбор материала для червяка и червячного колеса

Для изготовления червяка  принимаем сталь 40X с термообработкой - закалка с нагревом ТВЧ. Марка материала червячного колеса зависит от скорости скольжения:

                                                  (8)           

Для венца червячного колеса примем бронзу БрО1Ф1, отлитый в землю.

По таблице 3.2, 3.5 [5] стр. 53, 57 уч-к Шейнблит находим механические свойства выбранного материала:

червяка – при предполагаемом диаметре и ширине заготовки мм и мм; определяем средние значения твёрдости:

                                             ₍₉₎

червячного колеса –

Определение допускаемых  напряжений червячного колеса

Определяем допускаемое  контактное напряжение червячного колеса:

                                                       (10)

                               

     Определяем допускаемое напряжение изгиба червячного колеса:

      ,                         (11)

Таблица 1 - Механические характеристики червячной передачи

Элемент передачи	Марка материала	DПРЕД	Термообработка	HRCЭ	sВ	sТ	s-1
			Способ отливки		Н/мм2
Червяк	40Х	125	У+ТВЧ	47,5	900	750	410	-	-
Колесо	Бр01Ф1	-	В землю	-	230	140	-	75	27,6

 

2.2.3 Расчет передачи.

1) Определяем межосевое расстояние  :

                                                                ₍₁₂₎ 

   

По ГОСТ 2185-66 выбираем ближайшее значение мм.

1. Выбираем число витков червяка z₁ :

z₁ зависит от передаточного числа редуктора и_ЗП и равно 2.

3) Определяем число зубьев червячного  колеса:

                                                                ₍₁₃₎

                              

_{принимаем z2= 45}