Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
3. ШТАНГАСЫЗ СОРАП ҚОНДЫРҒЫЛАРЫ
3.1. Ұңғыны штангасыз сораптармен пайдалануға
арналған жабдықтар
Кенорнын игеру барысында өндірілетін сұйықты үнемі алу нәтижесінде қабат қысымы азайып, өндірілген сұйықтың сулану дәрежесі көбейеді және алынатын қоспада газдың салыстырмалы мөлшері кемиді де, ұңғыдан алынатын сұйықтың деңгейі төмендейді. Соның нәтижесінде фонтандық әдісті қолдану жүзеге аспайды, ал компрессорлы әдіспен өндіруді жалғастыру экономикалық тұрғыдан тиімді болып табылмайды, соған байланысты мұнайды сорапты әдіспен өндіруге көшеді.
Мұнайды сораптардың көмегімен өндіру кезінде олардың негізгі екі түрін атауға болады: бірінші – штангасыз сораптар және екіншісі – соңғы кездері көп таралған – штангалы сораптар. Штангасыз сораптарда ұңғылық сорап және оның жетектеушісі бір-бірімен тікелей байланысады. Сораптың жетектеушісіне энергия кабельмен (электрлі жетектеуші болған кезде) немесе сығылған сұйық түрінде құбырмен (гидро- немесе пневмо-жетектеуші болған кезде) жеткізіледі.
Жетектеуші мен штангасыз сораптың арасында ұзын механикалық қатынас болмағандықтан, штангасыз сораптардың қуаты штангалы сораптарға қарағанда едәуір үлкен болады. Бұл кейбір штангасыз сораптардың түрлерімен сұйықты үлкен мөлшерде алуға мүмкіншілік береді. Мұндай сораптарға ең біріншіден, электрлі жетектеушісі бар батырмалы ортадан тепкіш сораптар жатады.
3.1- суретте кең таралған белгілі штангасыз сорап қондырғыларының қысқаша классификациясы берілген. Мұндай қондырғылардың негізгі энергия көзі болып электр энергиясы немесе жетектерге белгілі қысыммен берілетін сұйықтың немесе газдың энергиясын атауға болады. Көпшілікке белгісіз магнитті-фугальді қозғалтқыш жөнінде қысқаша мағлұмат бере кетейік. Бұл ілгерілмелі-кейінді магниттік өріс жасайтын электрқозғағышы және оның көмегімен поршеньді немесе сұйық металл массасын (мысалы, сынапты) қозғалысқа келтіруге арналған.
Қалақты, көлемді және инжектерлі сорап үлгілерінің, конструкцияларының әртүрлі болып келуі ұңғылық агрегаттардың штангасыз сораптарының түрлерінің көп болатынын көрсетеді. Тек қана золотниктің көмегімен реттеуішті көлемді поршеньді жетектеушісі бар поршеньді сораптардың 1000-нан аса үлгілері бар.
Қазіргі кезде қолданыста немесе өндірістік сынауда 10-ға таман әртүрлі сорап түрлері қолданады. Олардың негізгілері – электрлі жетектеуші ортадан тепкіш, бұрандалы, поршеньді (диафрагмалық) және гидропоршеньді, ағынды гидрожетектеулі сорап түрлерін атауға болады.
Штангасыз сорап қондырғыларында сорап және жетектеушіден басқа басқаруға, энергия тасымалдауға арналған т.б. жабдықтар бар.
3.1-сурет. Мұнай өндіру үшін арналған штангасыз сораптардың классификациясы
Штангасыз сораптық қондырғылар сорап пен жетектеуші құрылғыдан басқа басқару жабдықтары мен энергияны тасымалдау қондырғылармен жабдықталады. Олардың электр қозғалтқышы бар сораптар үшін белгіленген түрі болса, ал сұйық немесе газ энергиясын қолданып жұмыс істейтін сораптар үшін басқа түрлері болады.
Штангасыз ортадан тепкіш сораптар мен гидропоршеньді сораптардың өндірістік үлгілері арнайы конструкторлы бюроларда жобаланды. Бұл ұйымдар барлық штангасыз сораптардың (бұрандалы, диафрагмалы, т.б.) түрлерін жасауға қатысты.
ЭОС (ЭЦН) қондырғы торабтарының (узел) құрамы және орналасуы 3.2-суретте көрсетілген.
3.2-сурет. Электрлі жетектеуші ортадан тепкіш сорап қондырғысы:
1-электр қозғалтқыш; 2-гидрооқшаулау; 3-сорап; 4-кабельді желі; 5-трансформатор; 6- түсіру клапаны; 7- белбеу; 8-сорапты-компрессорлы құбыр; 9-ұңғы сағасының жабдығы; 10-кабельді қосу пункті; 11-кері клапан; 12-газосепаратор; L және D1–сорапты агрегаттың ұзындығы және диаметральды габариті; D2-СКҚ резьбасының диаметрі.
Ұңғылық сорап көпсатылы болып келеді және де 80-нен 500-ге дейін сатыға ие болуы мүмкін.
Сұйық сорапқа оның төменгі жағында орналасқан тор арқылы түседі. Тор қабат сұйығының фильтрациясын қамтамасыз етеді. Сорап сұйықты ұңғыдан СКҚ-ға жеткізеді. Батырмалы электроқозғалтқыш – май толтырылған және герметизацияланған. Оның ішіне қабат сұйығының өтпеуі үшін гидрооқшаулау торабы бар. Қозғалтқыш білігі гидрооқшаулау білігімен қосылып, сол арқылы сорап білігімен байланыста болады. Асинхронды электроқозғалқыштарды қолданған кезде олардың біліктерінің айналу жиілігі 2800-2950 мин-1-ге тең болады.
Құрамында көп мөлшерде газы бар сұйықты соруға арналған қондырғылар сорапты-газосепараторлы модульдармен жабдықталады.
Жоғарғы беттен электр энергиясы қозғалтқышқа кабель арқылы беріледі.
СКҚ -ның жанында домалақ, ал сорап қондырғының жанында жалпақ кабель қолданылады. Жалпақ кабельді қолдануы сораптың және қозғалтқыштың диаметрін үлкейтуге мүмкіндік береді, бұл энергетикалық көрсеткіштер тұрғысынан пайдалы болып есептеледі.
Тәжірибе көрсеткендей сорап қондырғысы мен шегендеуші құбырдың арасындағы минимальды саңылау 6 мм-ге тең етіп алынады. Шегендеу құбырларының ішкі өлшемдеріне және қабылданған саңылауға қарай батырмалы агрегаттың габариттерін таңдап алады.
Сораптың, қозғалтқыштың және ток өткізгіш жалпақ кабельдің орналасуының үш түрлі нұсқасы болуы мүмкін, соған байланысты батырмалы агрегаттың габариті анықталады (3.3-сурет).
3.3-сурет. Ұңғылы сорап қондырғысының құрастыру үлгісі
Бірінші жағдайда, (3.3-сурет, а) батырмалы агрегаттың габариті Аmax қозғалтқыштың диаметріне Dд тең, ал насостың диаметрі Dн және жалпақ кабельдің қалыңдығы hk қозғалтқыш габаритіне дәл келеді. Осы жағдайда электроқозғалтқыштың үлкен қуаты мен жоғары ПӘК-ін алуға болады. Бірақ сұйықтың максимальды өнімділігі азаяды, өйткені ортадан тепкіш сораптың өнімділігі жұмыстық дөңгелектің диаметрінің кубына тура пропорционал болады, яғни Q=f(Dh3).
Үшінші жағдайда, (3.3-сурет, в) Dн= Dд, ал батырмалы агрегаттың габариті қозғалтқыштың (немесе сораптың), жалпақ кабельдің және қорғаныс жабдықтарының (қорғау кожухтары және қырлары) өлшемдерінің қосындысына тең. Тораптардың орналасуының көрсетілген нұсқасында ортадан тепкіш сораптың өнімділігі жоғары болады, бірақ электроқозғалтқыштың қуаты азаяды. Отандық және дүниежүзілік тәжірибеде көбінесе аралық нұсқа қолданады (3.3-сурет, б). Мұнда АmaxDдDн.
Сораптың және қозғалтқыштың диаметрлері сораптың және қозғалтқыштың ПӘК-тері ең тиімді қатынасына қарай анықталады, сонымен бірге құбырдағы және кабельдегі ең минималды энергия шығындары қамтамасыз етілуі керек.
Кейбір жағдайларда жалпақ кабельді түсірілімнің барлық тереңдігінде және НКТ-ның жанында да қолданады. Бұл жағдайда кабельдің дұрыс орналасуын бақылап отыру керек, өйткені, егер ол құбырларға қабырғасының бір қырымен тұрып қалса, онда ол түсірілім кезінде зақымдануы мүмкін.
Жалпақ кабельдің қатар орналасқан ток өткізгіш үш желісі болады. Мұның ортасында орналасқан желісінің қызып кетпеуін қамтамасыз ету керек, өйткені көп жағдайларда сорып алынатын сұйықтың температурасы жоғары болғандықтан, ортада орналасқан желінің электрлі изоляциясы жанып кетіп, қондырғының кабельдік байланысы істен шығуы орын алады.
Трансформаторды токтың кернеуін жоғарлату үшін қолданады, ол әдетте кәсіпшілік желіден алынады (кернеуі 380В), қозғалтқыштың кернеуі көбінесе жоғары болады (400-2000 В және одан жоғары). Сонымен бірге, трансформатор мөлшері ұзын кабельдегі азайған кернеудің орнын толтыру үшін қажет болады.
Басқару станциясы арқылы қондырғыны берілген бағдарламамен автоматты немесе тікелей қолмен іске қосуға немесе сөндіруге болады және оны төтенше жұмыс режимінде де сөндіруге болады. Одан басқа станцияда токтың күшін және кернеуін көрсететін өлшеу аспаптары бар, ал кейбір модификацияларда одан да көп сипаттамаларды көрсетуі мүмкін (мысалы –кабель изоляциясының кедерігісін). Қазіргі заманғы басқару станциялары жүйенің қажетті жұмыс режимін “қабат-ұңғы-сорап қондырғысы” тізбегінде қолдап тұруға, одан басқа ЭОСҚ-ның (УЭЦН) диагностикасын жүргізуге мүмкіндік береді.
СКҚ тізбегі (7) кері және (9) түсіру клапандармен жабдықталады (1.7-сурет). Кері клапан шеттерінде конустық резьбасы бар СКҚ-ның арнайы муфтасында орналасады. Кері клапанның муфтасында ершік, шар және шардың көтерілуінің шектейтін арнайы құрылғы бар. Кейбір кері клапандардың конструкцияларында жапқыш элементтердің басқа түрлері қолданады (конус, тарелька). Кері клапан сорап тоқтаған кезде СКҚ тізбегінде сұйықты сақтап қалу үшін және сораптың әрбір тоқтауы кезінде құбырды қайтадан толтыруға уақытты шығындамау үшін керек, сонымен бірге кері клапан қондырғының іске қосылуын жеңілдетеді. Іске қосу көтеру құбырларының тізбегіне сұйық толтырылған кезде болады, яғни үлкен қысым кезінде. Бұл қысымды одан әрі көбейтуге болады, ол үшін сағадағы суырмалық ысырманы жабу керек. Үлкен қысымдарда ортадан тепкіш сорап (аз қысыммен және үлкен беріліспен салыстырғанда) шағын жетектеуші қуатты қажет етеді. Сондықтан қондырғының іске қосылуы жеңілдетіледі, әсіресе сору тереңдігі едәуір үлкен болған кезде.
Түсіру клапаны ұңғыдан агрегатты шығару алдында құбырлар тізбегін сұйықтан босатуға мүмкіндік береді, бұл тек қана тізбекте кері клапан болса ғана мүмкін болады. Түсіру клапаны құбырлар тізбегіне бекітілген арнайы муфтада орналасады. Муфтаға ішкі тесігі бар ниппель орнатылған, ол құбырлар тізбегімен жабылған ұңғының қуысымен байланысқан. Құбыр ішіндегі ниппель оның ішіне ломдық темір салмақпен түскенде сындырылуы қажет етіп бекітіледі де, ниппельдің ашылатын тесігі құбырды ұңғының қуысымен қосады. Осы тесік арқылы сұйық құбырлардан ұңғыға ағады. Егер қондырғыда құбырды парафиннен босату үшін қолданатын арнайы қырнағыш болса, мұндай түсіру клапанын қолдануға болмайды. Қырнағыш бекітілетін сым үзілгенде ол құлап ниппельді сындырады, осы себептен ұңғыға сұйықтың қажетсіз ағуы орын алады, бұл жағдай агрегатты көтеруге мәжбүр етеді. Осы себептен калапандардың басқа түрлері қолданылуы мүмкін, олар ломдық темірдің қатысуынсыз құбырдағы қысымның жоғарлатылуы арқылы жұмыс істейді.
3.4-суретте ресейлік мұнай өндіруге арналған электржетектеуші ортадан тепкіш сораптардың шартты белгілері келтірілген [1]. Әр қондырғының өзінің шифры бар, мысалы, УЭЦН5А-500-800: мұнда 5 саны шегендеуші колоннаның диаметрін бейнелейді (5 ол диаметрі 122 мм-ге сәйкес келеді, 5А-130мм); екніші сан 500-сораптың тәуліктік өнімділігін көрсетеді (м3/тәу), ал үшінші сан 800 - метрмен алғандағы сорап тегеурінінің жуық шамасы.
3.4-сурет. Ресейлік мұнай өндіруге арналған электржетектеуші ортадан тепкіш сораптардың шартты белгілерінің құрылымы
Сораптың, газосепаратордың және қозғалтқыштардың құрастыру ұзындығы 25м және одан да көп болу мүмкін. Мұның бәрі ешбір өзгертушісіз жұмыс істеп тұратын жағдайдағы біліктің айналу жиілігінің ең үлкен мәнін қабылдауға мәжбүр етеді. Токтың жиілігі 50 Гц болғанда айналу жиілігі синхронды болғанда - 3000 мин-1, ал сырғанауды есепке алғанда 2800-2950 мин-1 мәніне ие болады. Ротордың айналу жиілігін жоғарлату арқылы ортадан тепкіш сораптың жұмыстық сатысының берілісін және қысымын үлкейту үшін батырмалы қозғалтқыштардың арнайы жабдықтары немесе электроқозғалтқышты қоректендіретін токтың жиілігін түрлендіргіштер пайдаланылады.
Сораптардың және қозғалтқыштардың әртүрлі құрылымдық ерекшеліктері (агрессивті ортада, үлкен температураларда қолдану шарты, бірнеше ай бойы үзіліссіз және профилактикалық жөндеусіз жұмыс істеуі, т.б.) конструкторлар мен технологтардың алдына бірқатар күрделі міндеттер қояды. Осыған қарамастан дөңгелектерінің диаметрлері 50-80 мм-ге тең болатын эффективті, жоғары қысымды сорап сатылары жасалды. Сонымен бірге, ұзындықтары 6-7 м және диаметрі 17-26 мм болатын біліктері және ұзындықтары 6 м-ге, ал ішкі диаметрлері 17-26 мм-ге дейін жететін сораптардың түзу сызықты тұрқыларды жасаудың технологиялық жаңартылған жолдары табылды.
Отандық және дүниежүзілік сорап жасау өндірісінің орасан зор тәжірибесі, машинажасау өндірісінің технологиялық процестерінің үлкен дәрежеде дамуы бұл проблемалардың шешілуіне жәрдемдеседі.
Ұңғылық ортадан тепкіш сораптар көп сатылы машиналар болып табылады. Бұл біріншіден, бір сатылық болып жасалатын сораптың соңғы қысымының аз мәндерімен түсіндіріледі (жұмыстық дөңгелекпен немесе бағыттаушы аппаратпен). Өз кезегінде бір сатының қысымының ең үлкен мәндері жұмыстық дөңгелектің сыртқы диаметрінің мәнімен анықталады, ол шегендеуші тізбектің ішкі диаметрімен және қолданылатын ұңғылық жабдықтардың өлшемдерімен шектеледі – кабельдің, батырмалы қозғалтқыштың, т.б.
Ұңғылық ортадан тепкіш сораптың құрылымы қарапайым, тозуға шыдамды және коррозияға жоғарлатылған деңгейде төзімді болу қажет. Тораптардың диаметрлері мен құрылымдары барлық сораптар үшін негізінен бірдей болады.
Құрылымы қарапайым ұңғылық ортадан тепкіш сорап ұңғыдан құрамында 99 %-ға дейін суы бар сұйықты соруға арналған. Сорылатын сұйықтың құрамында механикалық қоспалардың мөлшері 0,01%-дан аспауы керек, механикалық қоспалардың қаттылығы Моос көрсеткіші бойынша 5 балдан, ал күкіртті сутегінің құрамы 0,001%-дан аспауы керек. Жасаушы-зауыттардың техникалық талаптары бойынша, сораптың қабылдауында бос газдың құрамы 25%-дан аспауы керек.
Коррозияға тұрақты ортадан тепкіш сорап құрамында 0,125%-ға дейін болатын (0,125 г/л дейін) күкіртті сутегі бар қабат сұйығын соруға арналған.
Тозуға шыдамды сораптар құрамында 0,5 г/л-ға дейін механикалық қоспалары бар сұйықты сора алады.
Ұңғылық ортадан тепкіш сораптың жұмыстық органы ретінде жұмыстық дөңгелектен және бағыттаушы аппараттан тұратын, цилиндрлік (ЦҚ) және көлбеу цилиндрлік (КЦҚ) қалақшалары бар сораптың сатысын қарастыруға болады (3.5-сурет).
3.5-сурет. ЭОТС-тың сатысының құрылымы
1-бағыттаушы аппарат; 2,4-сақиналы қалақшасыз камера; 3-жұмыстық дөңгелек; 5- төменгі тірек шайбасы; 6-қорғау төлкесі; 7- жоғарғы тіреу шайбасы; 8-білік.
Сыртқы диаметрлі 86 және 92 мм сораптарда номинальды өнімділіктері 125 м3/тәу дейін жететін ЦҚ-лы сатылары қолданылады, диаметрі 103 мм-ге дейінгі сораптарда өнімділігі 160 м3/тәу дейін және диаметрі 144 мм сораптарда - 250 м3/тәу дейінгі мәндерде жатады.
КЦҚ-лы сатылары үлкен берілісті сораптарда қолданылады. Өзінің қолдану аймағында КЦҚ-ның ЦҚ-ға қарағанда ПӘК-і жоғары болады және оның берілісі ЦҚ-ға қарағанда 1,5 есе үлкен болады. Сатылардың сыртқы диаметрлері 70, 80, 90 және 100 мм болады.
Сатылар әрбір секцияның цилиндрлік тұрқының ойығында орналасады. Сораптың бір секциясында оның монтажды биіктігіне қарай 39-дан 200-гк дейінгі сатылар орналасу мүмкін. Сораптардың сатыларының максимальды саны 550 данаға дейін жетеді.
Осындай көп сатылары бар ЭОТС-ты құрастыру үшін және білікті осьтік күштен босату үшін қалқымалы жұмыстық дөңгелек қолданады. Сораптағы жұмыстық дөңгелек осьтік бағытта білікке бекітілмейді және бұрылып кетуден призмалық шпонкамен ұсталынады. Бағыттауыш аппараттардың тіреуіш беттерімен шектелген аралықта дөңгелек осьтік бағытта еркін қозғала алады.
Дөңгелек әрбір СС-ның (сораптық саты) жекеленген осьтік тірегіне тіреледі, бұл тірек алдыңғы сатының бағыттаушы аппаратының тіреуші бортынан және жұмыстық дөңгелектің ойығына пресстелген антифрикциялы тозуға шыдамды шайбадан тұрады; осы жағдайда дөңгелектің алдыңғы нығыздауышы арқылы сұйықтың ағып кету мөлшерін нөлге жақын деп есептеуге болады. Бірақ қалқитын жұмыстық дөңгелегінің механикалық ПӘК-і дөңгелектің төменгі тіреуішінің үйкелісі шығынына байланысты төмендейді. Бұл шығындардың шамасы бірінші жуықтау кезіндегі жұмыстық дөңгелекке әсер ететін осьтік күшке тура пропорционал болады.
Сорап сатысының салыстармалы сипаттамалары 3.6-суретте көрсетілген.
3.6-сурет. Сатының салыстырмалы сипаттамалары:
1-салыстырмалы ПӘК (); 2-салыстырмалы қысым (H); 3- салыстырмалы осьтік қысым (Poc); 4- салыстырмалы қуат (N); q- салыстырмалы беріліс; Q-нақты беріліс; Qопт -максимальды ПӘК-қа сәйкес оптимальды беріліс.
Салыстырмалы өлшемді нақты өлшем мен ПӘК максималды мәнге ие болатын оптимальды режимдегі соған сәйкес өлшемге қатынасы деп түсінуге болады.
Осьтік күштің нөлдік берілісі шамамен 10% жоғарылап кеткен режимдерде СС-ның жұмыстық дөңгелегі “қалқып шығу” мүмкін, яғни тірекке дейін жылжып кету мүмкін. Ал бұл тірек бағыттаушы аппараттың тірегінің бортынан және жұмыстық дөңгелектің үшкірленген жерінде пресстелген шайбадан тұрады. Берілістің жоғарлатылуы кезінде жұмыстық дөңгелектің қалқып шығуы қысымның, ПӘК-тің секіргіш төмендеуімен ере жүреді және қолданатын қысымның едәуір өсуімен сүйемелденеді. Ашық ысырмалы режимнен берілістің төмендеуі кезінде, салыстырмалы мағыналық берілісі кезінде жұмыстық дөңгелек төменгі орналасу орнына түседі, яғни: q=0,9-1,0.
Қазіргі кезде ЕЦҚ-лы сатылардың дөңгелектерінен осьтік күштен босатудың ең таралған әдісі мынадай түрде болады: бұл босатуды екінші жоғарғы нығыздауыштың қасында, дөңгелекті жетектеуші дискінің сырт жағында камера жасау арқылы жүзеге асырылады. Осы камерада жетектеуші дискідегі тесіктер арқылы дөңгелектің кіру жағындағы қысымдар теңестіріледі. (3.7-сурет, а). Жұмыстық дөңгелегінің босатылуы осьтік күшті едәуір азайтуға мүмкіндік береді. Мұндай сатылардың жұмыстық дөңгелектерінің осьтік күштері босатылмаған басқа сатыларға қарағанда бірнеше артықшылықтары бар: жұмыстық дөңгелектің жекеленген төменгі тіреуішінің жұмыс ресурсы жоғары болады және сатының ПӘК-і де жоғары деңгейде болады.
Жұмыстық дөңгелектерінің осьтік күштері босатылған сатының кемшіліктері ретінде оларды жасау технологиясының қиындатылуын, шығарып дайындалуына көп еңбек қажет ететіндігін және босатқыш тесіктердің уақыт өте келе қоқыстануы арқасында және жұмыстық дөңгелегінің жоғарғы нығыздауышының тозуы кезіндегі функционалдық бұзылуын атауға болады.
СС-ның жекеленген осьтік тіреуішін және сатыаралық нығыздауышын күшейту үшін сатының екітіреуішті конструкциясын қолданады. СС-ның екітіреуішті конструкциясы біртіреуішті конструкцияға қарағанда бірнеше артықшылықтарға ие. Олардың мынадай түрлері бар: сатының жекеленген төменгі өкшесінің тозуға шыдамдылығы, біліктің коррозиялы-аггресивті және абразивті аққыш сұйығынан сенімді ажыратылуы, жоғарылатылған жұмыс істеу ресурсы және сатыаралық нығыздауыштардың осьтік ұзындықтары арттырылғандықтан сорап білігінің жоғары беріктігінің қамтамасыз етілуін атап айтуға болады. ЭОТС-да олар нығыздауыштан басқа қосымша радиальды подшипник ретінде жұмыс істейді.
3.8-сурет. Сорап сатыларының конструкциясы:
а-босатылған жұмыстық дөңгелекті, б-екітреуішті;
1-тұрқы; 2-бағыттаушы аппарат; 3- жұмыстық дөңгелек.
Біртіреушті сатыларға қарағанда екітіреуішті сатыларды жасап шығару технологиясы өте күрделі болады.
Әртүрлі сораптардың сатылары жұмыстық материалдарымен, үйкеліс екіліктерімен және де басқа конструктивті бөлшектерімен бір-бірінен ажыратылады.
«Новомет» фирмасы жасап шығаратын сораптық саты басқа түрлеріне қарағанда бірқатар жақтарымен ерекшеленеді (3.9-сурет).
3.9-сурет. “Новомет” фирмасының ортадан тепкіш-құйынды сораптың сатылары:
1-білік; 2-шпонка; 3-жұмыстық дөңгелек; 4-радиальды қалақша; 5-бағыттаушы аппарат; 6- төменгі тіреуішті шайба; 7- жоғарғы тіреуішті шайба; 8-сорап тұрқысы.
Жұмыстық дөңгелектің (3 )үстіңгі дискісінде радиальды қалақшалары (2) бар, осы қалақшалар бағыттаушы аппараттың (1) төменгі дискісімен қосылып құйынды сораптың қарапайым конструкциясын құрайды. Мұндай конструкцияның көптеген артықшылықтары бар: біріншіден, сатының қысымы 15-25%-ға артады, бұл сораптың ұзындығын сақтай отырып, сораптың қысымын арттыруға немесе тұрақты қысымды сақтай отырып, сораптың ұзындығын қысқартуға мүмкіншілік береді. Екіншіден, құйынды сатының болуы газ-сұйықты қоспаның гомогенизациясын қамтамасыз етеді, бұл батырмалы сораптың беру сұйығында көп мөлшерде бос газ болған кезде де жұмыс істеуіне мүмкіншілік береді. Үшіншіден, үстіңгі дискіде радиальды қалақшалардың болуы жұмыстық дөңгелекке әсер ететін осьтік күштің төмендеуін қамтамасыз етеді, бұл өз кезегінде жұмыстық дөңгелектің төменгі тіреуіш шайбасының (4) жұмыс істеу ресурсын көбейтеді. “Новомет” фирма сорабының жұмыстық дөңгелегі ұнтақты металлургия әдісімен жасалынатындықтан, оның сенімділігі мен ПӘК-і одан әрі артады.
3.2. Мұнай кәсіпшілігінің ортадан тепкіш сораптарын есептеу және құрастыру
Қалақшалы сораптардың ішінде мұнай кәсіпшілігінде ең көп қолданылатыны ортадан тепкіш сораптар болып табылады.
Сорапты жобалағанда оның беріліс мөлшерін, арынын, өзгеретін сұйықтың сипаттамасын, атқаратын функцияларын, сонымен қатар қосымша талаптар, мысалы габаритінің шектелуі, массасы, климаттық факторларға байланысты қолданылуы мен орналасуын көрсетеді.
Сораптың атқарылатын функциялары оның конструкциясының кейбір ерекшеліктерімен, жекеленген материалдарымен, құбырларға жалғау жүйесімен және беріліс мөлшерімен анықталады.
Ортадан тепкіш сораптардың конструктивтiк өңдеуiнiң жұмыстық ретi мынадай:
1. Жұмыстық дөңгелектің (немесе бағдарлаушы аппарат) кедергі мөлшері, ағын каналдарының есептелуi және олардың график түрiндегі суреттелуi.
2. Жұмыстық дөңгелек және бағыттаушы аппарат қалақшасының профилінің құрастырылуы. Жасап шығару, сынау және сорап сатысының эксперименталдi түрде аяқталуы.
3. Негiзiнен жетектеуші қуатты есептеу, геометриялық өлшемдер (бiлiк, корпус, радиалды мойынтiректер, бiлiктi тiректер және т.б.) және сораптың элементтерiнiң берiктiгiнiң график түрiнде суреттелуi.
4. Бөлімдегі жалпы қабылданған белгілеулер: — дөңгелектің бұрыштық жылдамдығы; с — абсолютті, — айналмалы және — сұйықтың дөңгелектегі салыстырмалы сызықтық жылдамдықтары; жылдамдықтағы индекстер олардың орналасуын анықтайды: 0 — қалақшаға кіре беріске дейін; 1 — дөңгелекке кірердегі қалақшалар арасындағы; 2— 1-шідегідей, бірақ дөңгелектен шығар кездегі жылдамдық; 2 — қалақшалардан шыққан соңғы жылдамдықтар.
3.2.1. Ортадан тепкіш сорапты есептеу мысалдары
Теориялық есептеу. Негiзгi бастапқы деректер:
Айдалатын сұйық мөлшері: Q = 0,0416 м3/с = 150 м3/сағ;
Қажетті тегеурін мәні: Н=36 м;
Сорап білігінің айналу жиілігі: n=24,16 с-1;
Бұрыштық жылдамдық: =152 рад/с;
Айдалатын сұйықтың тығыздығы (әдетте, су тығыздығын қабылдайды): =1000 кг/м3.
Жұмыстық дөңгелектің ағын каналын есептеу.
1. Тезжүріс коэффициенті
ns = n/(gHст)3/4=24,16/(9,81*36)3/4=0,0605.
Ортадан тепкіш сораптар үшін бұл коэффициенттің мәні рұқсат етілген аймақта жатыр, алайда ол сораптың ПӘК-ң аздығын көрсетеді.
2. Жұмыстық дөңгелек каналындағы сұйық мөлшері:
Qk = Q/ηоб = 0,0416/0.96 = 0,0433 м3/с,
мұндағы, ηоб= 1/(1+6*10-3(ns)-2/3) = 0,96 сораптың көлемдік ПӘК-і.
Жұмыстық дөңгелектің кіре берісіндегі келтірілген диаметрді есептейміз:
D1np = 0.95 =0.95= 0.115м.
Сораптың жалпы ПӘК-і гидравликалық, көлемдік және механикалық ПӘК-терінің көбейтіндісінен тұрады:
Гидравликалық ПӘК ηг = 1– = 1– 0,117 = 0,88.
Сонда сораптың жалпы ПӘК-і η = ηг ηоб ηм= 0,88*0,96*0,95 0,8
Мұнда механикалық ПӘК-ті арнайы әдебиеттен ηм =0,95-ке тең етіп қабылдаймыз.
Сораптың өндіретін қуаты мына формуламен анықталады:
N = QkgH/ η = 0,0433 *1000 * 9,81 * 36/0,8 = 19115Вт = 19,1кВт.
Білік диаметрінің мөлшері:
.
Сорап материалының рұқсат етілген кернеуі =16*106 Па-ға тең етіп алынған.
Төлкенің сыртқы диаметрі:
dвт = 1,2 dв= 1,2*0,037= 0,044м.
;
.
Қалақшаның шетіндегі дөңгелек радиусы:
D1= 0,85*D0 = 0,85*0,1470.125м.
Ені
,
мұндағы, c0m=c0.
Қалақша жиегінің кіру бұрышы :
β1л = β1= δ=18°17´=25°17´;
tg β1= ;
;
;
β1=18°17´.
Дөңгелектің сыртқы диаметрі:
м;
с2Н = 2(1– ρк) = 2(1 – 0,75) = 0,5.
Қатынас =0,370/0,125=2,96.
қатынасының алынған мәні сорап типінің дұрыс таңдалмағанын көрсетеді. Әйтсе де бұл қатынас көп сатылы сорапты таңдауға ұсынылады. Сондықтан жоғарыда есептелген мөлшерлер осы типтегі сорапты есептеуге жаратылған.
Қайта есептеудiң нәтижелерi бойынша бiрiншi жуықтау мәндері төменде келтiрiлген.
Параметр N
Мәні . . . 0,102 0,97 0,0429 0,115 0,88 0,81 18,9
Параметр d,м
Мәні . . . . 0,037 0,044 2,78 0,147 0,125 0,039 1,12
Параметр . .
Мәні . . . . . . 3,11 9,5 0,263 20 1,04 2,1
қатынасы қолайлы шектерде болады және есептеуді жалғастыруға болады.
Дөңгелектің енін келесі формула бойынша анықтаймыз:
,
мұндағы, = 0,9с0m = 0.9*2.78 = 2,5 м/с.
Қалақша жиегінің шыға берісіндегі бұрышты есептейміз
,
бұдан β2 = 20°18´ тең екенін табамыз.
Қалақшалар саны
.
16. Теориялық тегеурін мәні:
,
;
;
.
;
;
;
;
;
;
;
.
Қалақшаның қалыңдығын кіре берісте 54 мм, шыға берісте S2 —3 мм-ге тең етіп қабылдаймыз.
k1 және k2 коэффициенттері алдында қабылданғаннан (1,12 и 1,04) айтарлықтай ерекшеленеді (3 % жоғары). D2, k1, k2, w1 және w2 параметрлерін қолданып, екінші жуықтап жақындауды есептеу үшін 11 пунктке ораламыз.
Екіншi жуықтаудың есептiк нәтижелерi төменде келтiрiлген:
Параметр . . . c1m, м/с β1л b2, мм β2 zл Нрт, м c2m, м/с
Мәні . . . . . 3,36 26°30´ 21 20°30´ 7 25.8 2.7
Параметр . . . . u2, м/с D2, м k1 k2 ω1, м/с ω2, м/с
Мәні . . . . . . . 20 0,263 1,19 1,08 8,37 8,32
k1 және k2 коэффициенттері алдында қабылданғандарға (1,12 и 1,04) жуықтайды (1,2 и 1,08). Сондықтан есептеуді аяқтауға болады.
Дөңгелектің геометриялық есептiк нәтижелерi төменде келтiрiлген.
Параметр . . D1, м b1 β1л D2, м b2, β2 S1,мм Ѕ2,мм zл
Мәні . . . .. 0,125 39 26°30´ 0,263 21 20°30´ 4 3 7
Жұмыстық дөңгелектің ағысты бөлігін есептеу ЭЕМ-нің көмегімен атқарылуы мүмкін. ЭЕМ-ге енгiзудiң бастапқы деректерi; Q — сораптың берілген беріліс мөлшері ; Н — сораппен туындайтын тегеурін; п — біліктің айналу жиілігі; ω — біліктің бұрыштық жылдамдығы; — сұйықтың тығыздығы; g — ауырлық күшiнiң үдеуi; — сораптың механикалық ПӘК-і; — бұру кезіндегі білік материалының рұқсат етілген кернеуі; l — бөлгіш, сорғы сатыларының санына тең; k1 және k2 — ығыстыру коэффициенті; S1 және S2 — кірердегі және шығардағы қалақша қалыңдығы; — реактивтік коэффициент; com — қалақшаға кiрердегі сұйықтың абсолюттi жылдамдығының меридиандық проекциясы; δ — шабуыл бұрышы.
Берілген мысалда сораптың бірінші сатысынан келесілеріне өту үшін болуы тиіс. Төлке диаметрінің мәні білік диаметрі арқылы және көмекші коэффициентінің т мәнін бүтін санға дейін дөңгелектеумен ( мм- де) анықталады.
Жұмыстық дөңгелек осінің координат нүктелерін есептеу. Негізгі берілген бастапқы деректер: r1 =138/2=69 мм; r2 =250/2=125 мм; =30°30'=0,532 рад. - =24°=0,4187 рад.
Тордың бөліну санын таңдайды z0 =20.
Есептеу алгоритммен жүргізіледі.
A= 0,532 — 0,4187 = 0,1133 рад; =0,125 — 0,059 = 0,066 м, = 0,66/20 = 0,0038 м;
;
;
;
.
H, R, және i-дің (0, 1, 2, 3,...., 20) мәндерін программаға қойып, қажетті hi мәндерін есептеп береді.
i . . . . . . . . 1 2 3 4 5 6 7
103hi . . . . . . . 4.6 4.6 4.7 4.7 4.8 4.8 4.9
i . . . . . . . . 8 9 10 11 12 13 14
103hi . . . . . . . 4.9 4.9 5.0 5.1 5.1 5.2 5.2
i . . . . . . . . . . 15 16 17 18 19 20
103hi . . . . . . . 5.3 5.3 5.4 5.44 5.51 5.58
Сызу hi мәнімен программа бойынша жүргізіледі.
3.3. Мұнай өндірісіндегі сораптарының ортадан тепкіш газ сепараторлары
ЭОТСҚ қолданылатын ұңғыларда газбен күресудің келесі әдістері белгіленген:
сорапты белгілі зонаға түсіру, бұл зонада қабылдаудағы қысым сораптың оптимальды берілісін және оның тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді;
сепаратордың әртүрлі конструкцияларын қолдану;
сораптың қабылдау жағында бытыратушы (диспергиялайтын) құрылғының орнатылуы;
құбыр сыртындағы кеңістіктен газдың түсірулуін мәжбүрлеу;
“конусты” және “сатылы” комбинциялынған сораптарды қолдану.
Сораптың қабылдауында мұнайдың қанығу қысымын немесе оған жақын қысымды орнату. Бұл әдіс технологиялық және ұйымдастырулық жағынан оңай болғандықтан, кеңінен таралған, бірақ жоғарыда айтылған әдісті қолдану үшін сорапты үлкен тереңдікке түсіру керек, ал бұл тиімсіз болады. Мұның себебі - СКҚ-ға, кабельге, электр энергиясына және СПО-ға қосымша қаражат керек және де бұл технологиялық жағынан көп жағдайда мүмкін емес.
Сепараторларды қолдану. Бұл әдіс сораптың қабылдауында газ бен сұйықты бөліп, газды құбыр сыртындағы кеңістікке шығара алатын арнайы құрылғыларды қондыру қажет етеді.
Диспергаторларды қолдану. Диспергаторлардың қолдануын беру сұйығында газдың шектік көлемінің мәнін 0,1-ден 0,25-ке дейін көбейтуге мүмкіндік береді, бұл ортаның жұқадисперсты құрылымының пайда болуы арқылы жүзеге асады. Диспергаторлар тұтқырлы эмульсияның құрылымын жақсы бұзатындықтан оларды суланған ұңғыларда пайдалануға өте тиімді.
Диспергатор ағында күшті турбулизатор болып табылады және газ-сұйықты қоспаның құрылымын тегістейді. Диспергатор сораптың бірнеше сатысының орнына оның сыртында немесе ішінде қондырылуы мүмкін.
Құбыр сыртындағы кеңістіктен газдың мәжбүрлеп түсірілуі. Ұңғыны қолдану кезінде сораптың қабылдау зонасындағы газдың бір бөлігі сұйықтан құбыр сыртындағы кеңістікке бөлініп шығады. Онда ол оның ішінде жиналып, газ сұйықты сораптың қабылдауына дейін ығыстырып, сорапқа түседі де оның берілісін азайтып немесе құрғақ үйкеліс режиміндегі төтенше жағдайға әкелуі мүмкін. Одан басқа газ қабатқа қарама-қарсы бағытта болып сұйықтың ағынын азайту мүмкін.
Аралас (комбинированный) сораптарды қолдану. Егер сериялы сораптың қабылдауында кейбір сатыларды үлкен өнімділікті сатымен алмастырса газдың “нашар” әсері азаяды. Каналдың үлкен аумағына ие болған бұл сатылар қабылдауға газ-сұйық қоспасының үлкен мөлшерде енуін қамтамасыз етеді. Сериялы сораптарға түскенде сығылу және газдың сұйықта еруінің арқасында қоспаның көлемі азаяды, бұл арқылы оптималды өнімділік іске асада.
3.4. Батырмалы электрқозғалтқыш
Батырмалы электроқозғалтқыш үш фазалы асинхронды қысқа тұйықталған қозғалтқыш болып табылады (3.10-сурет) және оның ішкі аумағы маймен толтырылған. Ол ішінде статор мен ротор орналасқан тұрқыдан (12), подшипниктерге қондырылған біліктен (11), ал головкасында өкшеден (пята) (3) және өкшеастылықтан (4) тұратын тіреуіш подшипник орналасқан. Статор бөлек магнитті (8) және магнитті емес (9) секциялардан кезектесіп жиналады. Ротор роторлы қаңылтырлар пакетінен (10) құралады. Магнитті емес секцияларда радиалды сырғанау подшипниктері (7) орналасқан. Статордың орамы және “тиін торының” мыс стерженьдері арнайы ойықтарға жатқызылған. Статор орауының шығарымдары (вывод) головкада (2) орналасқан кабельдік енгізудің (5) (ввод) колодкасымен байланыстырылады.
3.10-сурет. Батырмалы электроқозғалтқыштың сұлбасы
Электроқозғалтқыш ішіндегі майдың циркуляциясын (айналымы) қамтамасыз ету үшін қозғалтқыштың бос білігіне турбина (6) орнатылған. Оның айналуы кезінде май ротор және статор арасында қозғалады да статордың жинағындағы (набор) арнайы тесіктерден ағып, біліктің төменгі жағында орналасқан сүзгіден (13) өтеді. Осы кезде май подшипниктерді майлайды және жылуды қызу көзінен тұрқыға жеткізеді, ал ол өз кезегінде қабат сұйығымен суытылады. Қозғалтқышты толтыру үшін тұтқырлығы аз, жақсы майлау қасиеттері бар және тесу кернеуі жоғары май қолданылады (40 кВ-тан төмен емес).
Сораптың табанында (14) гидрооқшаулағыш компенсатор орнатылады, ол электроқоғалтқышпен фланецті қосылыс арқылы байланысады.
Электроқозғалтқыштың тұрқысының жоғары бөлігі протектормен фланецті қосылыспен байланысады, электроқозғалтқыштың білігі протектор білігімен шлицті муфта (1) арқылы байланысады.
Протектор электроқозғалтқышты қабат сұйығынан гидравликалық қорғау және температура өзгергенде майдың көлемінің өзгеруін компенсациялау қызметін атқарады. Ол электроқозғалтқыш пен сораптың арасында орналасады.
Протектордың құрылымын Г типті гидроқорғау үлгісінде қарастырамыз (3.11-сурет).
3.11-сурет. Гидроқорғау протекторы
Протектор І электроқозғалтқыштан ІІ төмен орналасқан май көлемінің компенсаторынан ІІІ, майысқақ диафрагамасы бар бөлгіш камерадан (4), қапталдық нығыздауыштары (1) және (3) бар біліктен және тіреуіш өкшеден (2) тұрады.
Протектор келесі әдіспен жұмыс істейді: А ішкі қуысына тұтқырлығы аз маймен толтырылады, мысалы электроқозғалтқыш толтырылған трансформатор майы. Бұл қуыс электроқозғалтқыш аумағы арқылы май аумағының компенсаторылық қуысы В-мен байланысады. Иілгіш элемент қоршаған ортаның қысымын Б қуысына жібереді.
Майдың жұмсалуы кезінде компенсатор көлемі азаяды. Қызу нәтижесінде майдың көлемі ұлғайған кезде компенсатордың көлемі де үлкейеді.
В қуысында екіжақты өкшені – сорап білігінен осьтік қысымды қабылдайтын тіреуіш пошипникті майлауға арналған май орналасады. Өкшеден жоғары және төмен жақтарда қаптауыш нығыздауыштар орналасады: төменгісі – электроқозғалтқышпен жалғанған ішкі қуысты В герметизациялайды, ал жоғарғысы – тіреуіш подшипникті майлауға арналған майдың ағып кетпеуі үшін арналған.
Майдың жұмсалуы кезінде Б - қуысынан А - қуысына клапан (7) арқылы қабаттың сұйығы келіп түседі, ол жерде сұйық тұндырылып мұнай және суға бөлінеді. Майдың толық жұмсалуынан кейін мұнай түтік (5) және тесік арқылы В қуысына түседі де ротордың білігінің подшипниктерін майлайды.
ЭОТСҚ қолдануға арналған ұңғы сағасының құрылғылары СКҚ-ның агрегаты мен кабельдің ілінуін, ұңғы өнімінің манифольдқа түсірілуін, СКҚ тізбегімен шегендеуші тізбегі арасындағы кеңістікті герметизациялауын, кабель кіруін, манифольдқа газдың қысымының артуы кезінде құбыраралық кеңістіктен газдың қайта кіруін, ұңғыны зерттеуге арналған приборлардың орнатылуын – СКҚ тізбегінде және құбыраралық кеңістіктегі қысымды өлшеу үшін манометрлер, ұңғыда сұйықтың деңгейін өлшеу және т.б. қамтамасыз етеді.
Шегендеуші тізбекте орнатылатын сағалық жабдықтың ішінде кабельмен СКҚ -ны герметизациялайтын нығыздауыштар және алынып салынатын тұрқылары орналасқан құбыр басы (трубная головка) бар. Нығыздауыштар алынатын фланецпен қысылады. Құбыр сыртындағы кеңістіктен газды шығарып жіберу үшін коленоны орнату қарастырылған, ол құбыраралық кеңістікті кері клапан арқылы манифольдпен байланыстырады. Құбыр басы ұңғыны зерттеу кезінде қолданылатын және аспаптарды қосу үшін арналған тесіктермен жабдықталған.
Кабельдік желі батырмалы қозғалтқышқа электр энергиясын тасымалдауға қызмет етеді. Ол негізгі дөңгелек пішінді кабельден және оған жалғанған жалпақ кабель мен кабель енгізгішінен (ввод) тұрады. Дөңгелек пішінді кабель СКҚ-ның бойымен орналасып, басқару станциясынан батырмалы агрегатқа дейін тартылады. Одан сәл жоғары бөлікте ол жалпақ кабельмен жалғанады, өз кезегінде соңғысы агрегат бойымен орналасып, электрлі қозғалтқышқа муфта арқылы беріледі.
Қондырғының басқару станциясы агрегатты іске қосу және ажырату жұмыстарымен қатар оның жұмыс режимін бақылайды. Сонымен бірге станцияның көмегімен қондырғыны қолмен немесе автоматты басқару режимдерін іске асыру, қондырғыны диспетчерлік пункттен қашықтан басқару немесе уақыттық реле арқылы программалы басқару мүмкіндіктері қарастырылған.
Қондырғыларды электр энергиясымен жабдықтау жүйесінде қолданылатын трансформатор желілік кернеуді қажетті деңгейге дейін көтеруге арналған. Себебі, кабельдердегі ток күшінің аздығынан оның шығыны азаяды да, электрлі қозғалтқышты іске қосу мен оның техникалық көрсеткіштерін жоғарылатуға мүмкіндік береді. Трансформаторлар маймен суытылатын етіп жасалынады және магниттік өткізгіштен, жоғары және төменгі кернеулі орамдардан, радиатор мен май сақтайтын ыдыстан тұрады.
3.5. Ұңғылық бұрандалы сорап қондырғылары
Бұрандалы сораптар көлемдік сораптардың келесі артықшылықтарына ие болады: салыстырмалы аз берілім кезінде едәуір жоғары тиімділік (16-200 м3/тәу беріліс кезінде 60-70%), тұтқырлы сұйықпен жұмыс жасау кезіндегі жұмысының жоғары тиімділігі (6*10-4 м2/с дейін). Одан басқа сорап берілісі бір қалыпты соққысыз болады және жұмыс істеу кезінде тұрақты эмульсиялар болмайды. Сорап жұмыстық мүшелерінің жасалуының қарапайымдылығымен ерекшеленеді. Оның кемшілігіне олардың тегеуріндерінің шамасы ұзын бұрандалар мен құрсаулар (шеңбер) жасауының технологиялық мүмкіндіктерімен шектелгенін және сораптың бұрандасы тек қана өз осімен ғана айналмай, сонымен бірге эксцентриситет бойымен айналуын жатқызуға болады. Бұл бұрандамен жетектің білігін байланыстыратын эксцентрикалық муфталарды қолдануға мәжбүр етеді, ал ол өз кезегінде оның конструкциясын күрделендіреді. Сорап білігінің эксценриситет бойынша айналуы агрегатта радиальды инерциялы күштерді тудырады.
Негізінен бұрандалы ұңғылық сораптар мұнай кенорындарында қабат сұйықтарын алу кезінде өзінің жоғары тиімділігін көрсетті, әсіресе сұйықтардың тұтқырлықтары жоғары болған кездерде.
Ұңғылық бұрандалы сораптың қондырғысында компенсаторы және гидроқорғауы бар батырмалы электроқозғалтқыш, бұрандалы ұңғылық сорап, кабель, кері және ағызып жіберетін клапандар, орнатылған СКҚ, саға қондырғылары, трансформатор және басқару станциясы бар. Қозғалтқыш ЭОТС қозғалтқышын ұқсас 50 с-1 айналу жиілігінде және одан кем айналу жиілігіде (25с-1) қолданылады, бірақ олардың конструкциялары приницпиальдық жағынан бірдей болады.
Сериялы шығарылатын екі жұмыстық органы бар ұңғылық бұрандалы сорап екі жұмыстық бұрандалардан (3) және (6), (4) және (7) құрсаулардан, (2) және (5) эксцентрикалық муфталардан (бір муфта бұрандаларды бір-бірімен қосады, ал екіншісі төменгі бұранданы сораптың қосқыш білігімен байланыстырады), жоғары жұмыстық мүшенің қабынан, сақтандырушы поршеньді-золотникті клапаннан (8) және іске қосу муфтасынан (1) тұрады.
Ұңғыдан шығатын сұйық қабылдауыш торлар арқылы сораптың жұмыстық мүшелеріне түседі. Айналатын бұрандалар сұйықты бұрандалардың арасындағы кеңістікке айдайды, ол жерден жоғарғы жұмыстық мүшенің қабығы (кожух) арқылы сақтандырушы клапанға 8, ал одан кейін СКҚ -ға (9) түседі.
Бұрандалардың арасындағы кеңістіктегі айдау қысымы жоғарғы және төменгі бұрандаларға әсер етіп, олардың жинағын осьтік күш салудан босатады. Бұл кезде сораптың беру үлгісі екі бұранданың берілімдерінің қосындысына тең. Сораптың тегеуріні бір бұрандалы сораптың тегеурініне тең болады.
Сораптың бұрандалары арнайы құрылғысы бар токарьлы станокта легирленген болаттан жасалып, тозуға төзімді және шыдамды хромдық қабатпен қапталады. Бұрандалар тек қана өз осінен ғана емес, сонымен бірге эксцентриситет бойынша айналатындықтан, конструкторлар радиалды инерциялы күштердің азаюының жолдарын іздейді. Бұл күштерді құрсаудың осіне қатысты бұранданың осьтің эксцентриситетін, бұранданың айналу жиілігін және бұранда массасын кеміту арқылы азайтуға болады.
Екі универсалды шарнирі және олардың арасындағы білікшесі бар эксцентрикалы муфталар бұрандаларға күрделі планетарлы қозғалыс жасауға мүмкіндік береді. Айналу моментін беруші муфталардың конструкциялары, осьтік күш салуларды қабылдауға есептелген. Бұл күш салулар әсіресе, қуыста екі бұранданы байланыстыратын муфтада жоғары болады, бұл жерде бұрандаларға айдау қысымы әсер етеді.
Сақтандырушы клапан (8) сораптың жұмыстық мүшелерін айдалатын сұйықтың жеткіліксіз майлауынсыз жұмыс істеуінен және сораптың едәуір тегеуріні кезінде жұмыс істеуінен сақтандырады. Бұл жағдайларда клапан СКҚ -дан шыққан сұйықты ұңғыдағы сорап қабылдауына жібереді. Клапан тұрқы, золотник және поршені бар ершіктен тұрады.
Іске қосу муфтасы сораптың төменгі жағында орналасқан сораптың қосушы білігімен және гидроқорғаудың арасында болады. Ол суырмалы жұдырық (кулачок) арқылы сораптың электроқозғалтқышын өзінің айналу моментінің максимумына сәйкес келетін біліктің айналу жиілігіне жеткенде іске қосуын қамтамасыз етеді. Бұл сораптың сенімді іске қосуын қамтамасыз етеді. Бұдан басқа муфта сораптық бұранданың жұмыстық бағытына кері айналуынан сақтайды.
Бұрандалар кері бағытта айналған кезде, біріншіден сұйық СКҚ -дан ұңғыға ағады, екіншіден сорап жинауындағы резьбаның шешіліп кетуі мүмкін.
3.6. Диафрагмалы ұңғылық сорап қондырғылары
Диафрагмалы ұңғылық сорап қондырғылары электрожетектеушісі бар көлемді плунжерлі сораптарға жатады. Бұл сораптарда алынатын сұйық қабылдаушы және айдаушы клапандар арқылы өткенде, сораптың және жетектеушінің қозғалмалы бөлшектермен тікелей әсерлеспейді. Ол олардан резиналы диафрагмамен бөлінген. Бұл берілген сораптардың қолданудың спецификасын түсіндіреді. Олар агрессивті қабат сұйығы және құрамында едәуір механикалық қоспалары (қабаттан шығатын құм, т.б.) бар сұйықты шығарып алуға арналған.
Диафрагмалы ұңғылық сорап қондырғысы ұңғыға СКҚ -ға түсірілген батырмалы сорап агрегатынан (сораптың және электрожетектеушінің), құбырлардың жанында жүретін кабельден, СКҚ тізбегіне орнатылған жіберуші клапаннан, сағалық жабдықтардан және жоғары бетте орналасқан басқару станциясынан тұрады.
3.13-сурет. Диафрагмалы сораптың сұлбасы
Батырмалы агрегатта айдаушы (1) және сорушы (2) клапандары, диафрагма (3), серіппе (3) және поршень (5) болады. Поршеннің астында бұрыштық тісті беріліс (7) арқылы айналатын эксцентрик (6) орналасқан. Одан төмен электроқозғалтқыш (8) және компенсациялаушы диафрагма (9) орналасқан.
Поршеннің үстіндегі А қуысы және жетектеушінің жанындағы Б қуысы маймен толтырылған. А қуысында қатаң бекітілген май көлемі болады. Бұл қуыстан ағып кеткен майдың қалпына келуін, цилиндр тұрқысында орналасқан арнайы клапанмен қамтамасыз етіледі. Бұл клапаннан А қуысындағы артық май да шығарылады. Клапандарды диафрагмамен итеруші (толкатель) арқылы байланыстырылған көмекші поршень басқарады.
Батырмалы агрегат келесі түрде жұмыс істейді. Қозғалтқыш білігі және бұрыштық тісті беріліс айналған кезде эксцентрик 6 айналып, эксцентрикке серіппемен (4) қысылған поршень (5) жоғары және төмен қозғалады. Сұлбада поршеннің жоғарғы орындағы жағдайы көрсетілген. А қуысының көлемі өзгермегендіктен, поршень төмен жылжыған кезде май поршеньмен босатылған кеңістікті толтырады, ал диафрагма (3) төменге түседі (диафрагманың төменгі жағдайы пунктирмен белгіленген). Сораптың клапан астындағы жұмыстық қуысында қысым төмендеп, ұңғыдағы сұйық сорапқа сорылады. Эксцентриктің келесі айналым кезінде ол поршеньді жоғары жылжытып, май дифрагмаға басып, оны жоғарғы жағдайға әкеледі. СКҚ-ға (1) клапан арқылы сұйық айдалады. Сонымен айдалатын сұйық тек қана клапандарды, диафрагманы және жұмыстық қуыстың қабырғаларына ғана тиеді. Поршеннің (5) қозғалуы үшін Б қуысының көлемінің өзгеруі диафрагмамен (5) компенсацияланады.
Бұрыштық тісті беріліс және поршеннің эксцентрикалық жетектеушісі габариті шектелген батпалы агрегатта орналасқан соң, олардың қуаты 3-6 кВт-пен шектелген. Электроқозғалтқыш үш фазалы, асинхронды және маймен толтырылған. Электроқозғалтқыш білігінің айналу жиілігі 1350-1500 мин-1. Тісті беріліс айналу жиілігін шамамен 2 есе азайтады. Осыған орай поршеннің бір минуттағы қадам саны 750-ге, ал қадамының ұзындығы 15 мм-ге тең болады. Құрамында 1,8%-ға дейін механикалық қоспалары бар қатты суланған сұйықтың (90%) алынуы кезінде отандық сораптар мынадай аралық жөндеу периодына ие болады – 200 тәулікке дейін. Дәл осы жағдайдағы ЭОТС (ЭЦН) сораптарының аралық жөндеу жұмысының периоды 2-3 есе кіші болады.
3.6.1. ПДН типті плунжерлі-диафрагмалы сораптар
ПДН типті плунжерлі-диафрагмалы сораптар тұтқырлығы жоғары және құрамында механикалық қоспалары бар қабаттық сұйықты шегендеуші құбырларының минималды диаметрі 114 немесе 121,7 мм-лік мұнай ұңғыларынан сорып шығаруға арналған.
Қабат сұйығындағы механикалық қоспалардың концентрациясы 50 г/л-ден артық болмау керек және ерітілген еркін газ құрамы – 10%-дан аспауы қажет. Қабаттағы сұйықтың максималды температурасы 800С, ал оның ең үлкен тұтқырлығы 9*10-3 м2/с шамасында болуы қажет.
Климаттық орындалуы В, ал орналасу категориясы 5 (МЕСТ 15150-69).
ПДН типті плунжерлі-диафрагмалы сораптарға тапсырыс беру немесе басқадай құжаттарда көрсету мақсатында олардың шартты белгілері мынадай индекстерден тұрады:
ПДН – плунжерлі диафрагмалы сорап;
40 немесе 50 – штоктың диаметрі, мм;
1500, 2000 немесе 2500 – сораптың ұңғыға түсірілетін шекті шамасы, м;
2,5; 1,6 немесе 1,1 – плунжердің шектік жүрісі, м;
Т – сораптың ауыр мұнайға арналып жасалғаны (клапандары екіқабатты);
Ц – сораптың диафрагмасы цилиндрлі болып жасалынған (басқа сораптарда диафрагманың пішіні жалпақ болып келеді).
Белгілеудің соңында климаттық орындалу В және МЕМСт 15150-69 бойынша орналасу категориясы (5), сонымен бірге техникалық шарттардың нөмірі ТУ 3665-104-05747979-2004 көрсетіледі, [1].
Мысал ретінде шток диаметрі 40 мм, ұңғыға түсірілетін шектік шамасы 1500 м, плунжердің шектік жүріс ұзындығы 2,5 м, климаттық орындалуы В, орналасу категориясы (5) және техникалық шарттары ТУ 3665-104-05747979-2004-ке сәйкес келетін ПДН типті плунжерлі-диафрагмалы сораптың шартты белгілерін келтірейік:
ПДН-40-1500-2,5 В5 ТУ-3665-104-05747979-2004.
Сол сияқты цилиндрлі диафрагмасы бар:
ПДН-40-1500-2,5Ц В5 ТУ-3665-104-05747979-2004.
Сол сияқты екіқабатты клапандары бар ауыр мұнайға арналған:
ПДН-40-1500-2,5Т В5 ТУ-3665-104-05747979-2004 немесе
ПДН-40-1500-2,5ЦТ В5 ТУ-3665-104-05747979-2004.
3.1-кесте
Сораптың айдайтын ортасына байланысты тағайындалу көрсеткіштері
|
Ортаның аты мен тағайындалуы |
Ортаның көрсеткіші |
Көрсеткіштердің мәндері |
|
Құрамында механикалық қоспасы 50 г/л-ден аспайтын ұңғылық сұйық |
Температура, 0С Тұтқырлық, м2/с Тығыздық, кг/м3 Сутегілік көрсеткіш рН Су құрамы Газ факторы, % |
80 9*10-3 830-110 4,2-6,8 кез келген 10 |
3.6.2. Сораптың құрылымы мен жұмыс қағидасы
Сорап негізгі екі бөліктен тұрады (3.14-сурет): үстіңгі бөлік – гидроцилиндр деп аталады. Мұнда цилиндрден (10) және штоктан (11) тұратын жұмыстық жұп орналасқан. Астыңғы бөлікте сораптың орындауына байланысты саны 1 ден 3-ке дейін диафрагмалық ыдысшалар (17) бар. Диафрагманың (18) көмегімен ыдысша осьтік бағытта екі қуысқа бөлінген – коллекторлы, мұнда барлық ыдысшалар бір кеңістікке коллекторлы құбырмен (6) біріктіріледі және ыдысшаның қабырғасындағы тесік арқылы сору камерасымен жалғасқан қуыс. Коллекторлы қуысқа жұмыстық дене – И-8А (МЕМСт 20799-88) майы құйылып, оның көмегімен жұмыстық дененің қысымы арқылы диафрагма қарсы беттегі қабырғаға итеріледі.
Штоктың жоғары қарай жүрісінде гидрожетектің (3.16-сурет) қуысында вакуум пайда болады да, ыдысшалардағы диафрагмалар коллекторлы қуыстың қабырғасына жылжуға мүмкіндік алады. Қабат сұйығының қысымымен сору клапаны (2) ашылып, сору патрубогі (3) арқылы сұйық сору камерасына келіп түседі. Сонымен бірге, айдау клапаны (15) сорап компрессорлы құбырдағы (СКҚ) сұйық бағанасының қысымымен ұсталып тұрады да қабат сұйығы диафрагманы шеткі жағдайға – коллекторға қарай ығыстырып сору камерасын толтырады.
Штоктың төмен қарай жүрісі кезінде цилиндр қуысының көлемі кемиді және жұмыстық дене коллекторлы қуыстан диафрагманы сығу арқылы ыдысшаларға айдалады. Өз кезегінде диафрагма қабат сұйығын тесік арқылы сору камерасына айдайды да, онда артық қысым пайда болады. Айдай клапаны ашылады да, коллекторлы қуыстың көлемінен ығыстырылған жұмыстық дененің көлеміне тең өндірілетін сұйық көлемі СКҚ-ға беріледі.
Диафрагмалар сұйық бағанасының қысымын жасау арқылы 1 кгс/см2 -ден жоғары емес қысым құламасымен жұмыс істейді, себебі ыдысшалардың коллекторлы қуыстарындағы майдың қысымы қабат сұйығы бағанасының қысымына қарсы тұрады.
Штоктың жоғары қарай жүрісінде цикл қайталанады.
Диафрагмалы сораптар өнімділіктің кең диапазонында жұмыс істей алады және ол шама бір минуттағы екіжақты жүрістің шекті санына байланысты болады. Сораптың өнімділігінің шамасын өзгерту үшін немесе тербелгіштің бір минуттағы екіжақты жүрісінің саны басқа түрін қолданып, штоктың жұмыстық жүрісінің ұзындығын таңдау кезінде шток жүрісінің келтірілген қатынасы мен тербеліс циклінің санының көбейтіндісі мына теңсіздікпен анықталуы керек:
, (3.1)
мұндағы, n – бір минуттағы цикл саны;
L – шток жүрісінің ұзындығы.
Сорапты ұңғыдан көтеру кезінде сұйықты СКҚ тізбегінен ағызып жіберу үшін, тұтынушының талабына сәйкес сорап мембранды типті ағызу клапанымен жабдықталуы мүмкін (3.14-сурет). СКҚ-ға суды 2-4 МПа (немесе 20-40 кгс/см2) қысыммен бергенде ағызу клапанының мембранасы (3) қиратылып, қабаттық сұйық СКҚ-ны босатады.
Сонымен бірге, қирату мембрананы қысымы (Рқир) мына формуламен анықталады:
Рқир=Ндин+Р1+2-4, МПа, (3.2)
3.14-сурет. ПДН-44-1200 маркалы плунжерлі-диафрагмалы сорап:
1-сүзгі; 2-сору клапаны; 3-сору патрубогы; 4-нығыздағыш; 5-ағызу клапаны; 6-коллекторлы құбыр; 7-гидравликалық жүйе (сораптың өзі); 8-муфта; 9-гидрожетек; 10-цилиндр; 11-шток; 12-аударғыш; 13-фиксатор; 14-құйрықша; 15-айдау клапаны; 16-букса; 17-ыдысша; 18-диафрагма.
мұндағы, Ндин – қабат сұйығының төменгі деңгейінен ұңғының сағасына дейінгі динамикалық максималды көтеру биіктігі, МПа. Р1 – қабат сұйығының сағалық деңгейдегі қысымы, МПа.
Көрсетілген формулаларға сәйкес сораптарды тұтынушы оларды жасаушы кәсіпорынға сорапты пайдалану кезіндегі жұмыстық қысымы Ндин+Р1 (МПа) туралы ақпар беруі қажет.
Егер тұтынушыдан мәлім етілген ақпарат келіп түспесе, онда жасаушы-кәсіпорны клапандарды қирату қысымы Рқир=Р+2-4 (МПа)-ға тең ағызу мембраналарымен қамтамасыз етуге құқы бар;
мұндағы, Р – сораптың максималды қысымы, МПа.
Диафрагмалы сораптар плунжердің төменгі орнын белгілейтін фиксаторлармен (13) жабдықталады (оны ұңғыға түсіру үшін). Сорапты ұңғыға тек қана штокты батырып және фиксатормен бекіткеннен кейін түсіруге болады. Фиксатордың қимасының кесу күші 30 000 Н. Сораптар өндіріс орнына ыдысшалары толтырылып, жиналған күйінде жеткізіледі. Ыдысшаларға құйылған май регламенттеуден өтеді, диафрагманың қысыммен қабырғаға жабыспауын қамтамасыз етеді және ол өз кезегінде диафрагма ыдысшаның тесігіне қысылып, жыртылып кетуден сақтайды. Диафрагмалы сораптардың жекеленген жетектері болмайды. Жетек көзі ретінде кез келген типті тербелмелі станок қолданылады және ол штоктың жұмыстық жүрісінің ұзындығы мен екіжақты жүрістерді толық қамтамасыз етеді.
3.15-суретте диафрагмалы сораптың гидравликалық жүйесінің үлкейтілген сұлбасы көрсетілген. Гидравликалық жүйеде бірінің үстіне бірі орналасқан үш ыдысша бар (1, 2 және 6). Олар бір біріне планкалардың (16) көмегімен параллель қосылған және өнімділіктері де үш еселенеді. Ал 3- суретте сораптың гидрожетегінің сұлбасы берілген. Мұнда штоктың (4) цилиндрдегі (3) жоғары-төмен қозғалысы арқылы диафрагмалы сораптың қалыпты жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.
3.2-кестеде «Ливгидромаш» зауыты жасап шығаратын плунжерлі-диафрагмалы сораптардың түрлері көрсетілген.
3.2-кесте
|
Көрсеткіш аттары |
ПДН40-1500-2,5 |
ПДН40-1500-2,5Т |
ПДН40-1500-2,5Ц |
ПДН40-1500-2,5ЦТ |
ПДН40-2000-2,5 |
ПДН40-2000-2,5Т |
|
Сораптың теориялық өнімділігі, м3/тәул.: -шток жүрісі 2,5 м, 6 қос жүріс/мин -шток жүрісі 2,5 м, 6 қос жүріс/мин -шток жүрісі 2,5 м, 6 қос жүріс/мин |
27,1 6,5 |
|||||
|
1 минуттағы қос жүрістің шектік мәні |
6 |
|||||
|
Қысымы, МПа |
15 |
20 |
3.7. Гидропоршеньді сораптық қондырғыларды қолдануғаарналған ұңғылық жабдықтар
Гидропоршеньді сораптар гидрожетекшеушінің барлық ерекшеліктеріне және мұнайды механикалық өндіруге арналған басқа қондырғыларға қарағанда көптеген артықшылықтарына ие болады. Оларды қолдану механикалық энергияны беруші қатынастарды қажет етпейді (штанга, канат, кабельдер, т.б.); кез-келген қисық сызықты ұңғыны қолдануға мүмкіндік береді; сұйықтың алым мөлшерін реттеуге және бірнеше ұңғыға ортақ гидрожетектеушіні қолдануға болады. Одан басқа еркін-лақтырылғыш (свободно-сбрасываемого) типті сорапты қолдануға; тереңдік аспаптарын гидропоршеньді сорап сұйық ағынымен бірге тасымалдауға; өндірілген сұйықты алғашқы өңдеу үшін химиялық реагенттерді қолдануға болады. Сорапты ауыстыру кезінде ұңғының жұмысын бастырмай (тоқтатпай) жасалынуы мүмкін.
ГПСА-ның (ГПНА) құрылыс сұлбасы 3.17-суретте көрсетілген.
Гидропоршенді сорапты қондырғылар келесі түрде классификацияланады:
жұмыстық сұйықтың циркуляциясының принципиальды сұлбасы бойынша – ашық немесе жабық жүйелі;
3.17-сурет. ГПСА-ның структуралық сұлбасы:
1-энергияны механизм арқылы берілісі; 2-энергияның сұйық арқылы берілісі.
ұңғылық сораптың жұмыс істеу принципі бойынша – бірлік, қосжүрісті немесе дифференциалды жүрісті;
гидроқозғалтқыштың жұмыс істеу принципі бойынша – қос немесе дифференциалды жүрісті;
батырмалы агрегаттың түсіру әдісі бойынша – СКҚ тізбегімен түсрілетіндер, фиксацияланған немесе еркін – ұңғыға тасталынатындар;
бір жерлік қондырғысымен жұмыс істейтін ГПСА-лардың (ГПНА) саны бойынша – индивидуальды немесе топтық.
Мұнай өндіргіш ұңғыларда жұмыс істеу үшін золотникті реттеушісі және поршеньді гидравликалық қозғалтқышы бар тереңдік поршеньді сораптар қолданылады.
Ұңғылық жабдықтардың құрамына мыналар кіреді: ұңғылық сорапты агрегат; СКҚ тізбектері; әртүрлі ұңғылық аспаптар – пакерлер, якорьлер, центраторлар; ажыратқыш клапандар, т.б. Ұңғылық сораптық агрегаттың құрамында плунжерлі және поршеньді гидравликалық қозғалтқыштар болады. Сонымен бірге, сораптың плунжері штоктың көмегімен гидравликалық қозғалтқыштың плунжерімен байланыстырылған. Жоғары беттен гидравликалық қозғалтқышқа күштік (силовые) сораптар арқылы қысыммен жұмыстық сұйық беріледі (бұл механикалық қоспалардан тазартылған және газ бен судан ажыратылып, арнайы дайындықтан өткізілген өндірілген мұнай болу мүмкін). Золотник-реттеуші немесе гидравликалық қозғалтқыштың ауыстырып қосушысы (переключатель) жұмыстық сұйықты кезекпен оның поршенінің астына және үстіне орналасқан қозғалтқыш цилиндрінің штокті және жұмыстық қуыстарына жібереді. Қозғалтқыш поршені қайтымды-ілгерілмелі қозғалысқа жіберіліп, шток арқылы бұл қозғалысты сораптың плунжеріне береді. Золотниктің жұмысы тереңдік агрегатының поршеньдерін қосатын штокпен немесе арнайы басқару жүйесімен басқарылады.
Сорап өндірілген сұйықты жоғарыға көтереді. Қозғалтқышта жұмыс жасап шыққан жұмыстық сұйық көтергіш құбырларға бағытталады, бұл құбырлар арқылы ұңғыдан өндірілетін сұйық бірге жүреді де, жоғары бетке олардың қоспасы шығады.
Бетте жұмыстық сұйықты ұңғылық агрегатқа беретін сорап және жұмыстық сұйықты дайындайтын жүйе орналасқан. Ұңғыдан көтерілген сұйықтың бір бөлігі өнім жинаушы кәсіпшілік жүйеге (НГДУ) бағытталады, ал бір бөлігі жұмыстық сұйықты дайындайтын ашық жүйеге бағытталады. Ол жерде сұйықтан бөлінген су және газ кәсіпшілік жүйеге бағытталады, ал тазаланған жұмыстық сұйық беттік сорапқа барады (3.18-сурет).
Жұмыстық сұйықтың ашық циркуляциялау және оны дайындау жүйесінде тұндырғыштар, сепараторлар, реагентті беруші құрылғылар (мысалы, тұрақты эмульсияларды айыру үшін) және кей кезде жылытқыштар болады. Әдетте, жоғарғы бетте орналасқан күштік сораптар плунжерлі болады, бірақ жоғары тегеурінді ортадан тепкіш сораптар да қолданылу мүмкін.
Жұмыстық сұйықтың жабық циркуляциялы сұлбасы да қолданады. Бұл жағдайда, ұңғыда қосымша үшінші құбыр болу керек, бұл құбыр бойынша қозғалтқышта жұмыс істелінген жұмыстық сұйық өндірілген сұйықпен араласпай жоғары көтеріледі. Сондықтан жұмыстық сұйықты дайындау операциясы жеңілдейді. Бұл кезде сұйықтан негізінен тек қана механикалық қоспаларды айыру керек (қажалған бөлшектердің тозу өнімдері, құбырдың қабыршақтары, т.б.). Беттік қондырғылар едәуір оңайлатылады, бірақ ұңғыға үш құбыр түсірілетіндіктен бұл барлық жағдайларда мүмкін емес, ал кей жағдайларда мүлдем іске аспайды.
3.18-сурет. Гидропоршеньді қондырғының сұлбасы:
1-ұңғылық сорап; 2-батырмалы қозғалтқыш; 3-жұмыс істелінген сұйық және ұңғының өнімін көтеру үшін арналған канал; 4-жұмыстық сұйықты батырмалы агрегатқа жеткізуші канал; 5-беттік күштік сорап; 6-жұмыстық сұйықты дайындау жүйесі.
Қатар қолданылатын бірнеше ұңғыларға бір ғана қуаты жоғары қондырғы сұйығын дайындайтын беттік жүйені қолдану тиімді болады ( 7-40 ұңғыларға). Сонымен бірге, ұңғылық гидропоршеньді сораптардың бірнеше типтік өлшемдері болуы мүмкін. Бұл жағдайда қызмет көрсету жұмыстары жеңілдейді және қондырғылардың саны азаяды. Мұндай қондырғылар топтық деп аталады, ал индивидуальды қондырғыларда әрбір қолданылатын ұңғының жанында беттік сорап және жұмыстық сұйықты дайындау жүйесі болады.
3.8. Гидропоршеньді сораптың батырмалы агрегаты
Батырмалы агрегат сораптан және ағынды сұйықтың золотникті реттеушісі бар қозғалтқыштан тұрады. Қозғалтқыш дифференциалды, бір немесе қосжақты жүрісті болады. Жұмыстық қуыстардың қозғалтқыш және сорап бөліктерінде әртүрлі орналасуына байланысты, батырмалы гидропоршеньді сорап агрегаттарының 900-дан астам сұлбасы бар. Бірақ жүзеге асқан сериялы және тәжірибелі үлігілердің саны шамалы. Негізінен бұл қозғалтқыштары және қосжақты немесе дифференциалды жүрісті сораптары бар агрегаттар. Ең қарапайым түрдегі агрегаттарда дифференциалды жүрісті қозғалтқыш немесе сорап болады, ал қосжақты жүрісті агрегаттар күрделірек болады, бірақ олардың ПӘК-тері жоғары болады және жұмыс істеу режимі бірқалыпты болады (поршеньдердің жоғары және төмен түсу жылдамдықтары бір-біріне жақын болады).
ОКБ БН конструкторлары – Чичеров Л.Г., Калинин В.М және т.б. конструкторлармен ұсынылған сұлба бойынша жасалған дифференциалды жүрісті ең қарапайым агрегатты қарастырайық. Батырмалы агрегат (3.19-сурет) қозғалтқыш цилиндрінен және поршеннен (1), қозғалтқыш поршенін сорап поршенімен байланыстыратын штоктан (2), золотниктан (3), сораптың поршені және цилиндрінен (4) тұрады. А каналы бойынша жұмыстық сұйық қозғалтқыштың поршенінің астындағы Б қуысына түседі, бұл қуыста жұмыстық қуыстың тұрақты қысымы жасалынады.
3.19-сурет. Дифференциалды батырмалы агрегаттың сұлбасы
Суретте көрсетілген поршеннің және золотниктің тұрған жағдайында, Б және В қуыстары (қозғалтқыш поршеннің үстінде және астында) бір-бірімен байланыстырылған. Шток өзінің астыңғы жағымен сораптың қуысынан
шығады, бұл жерде қысым ағызып шығарылатын сұйық бағанының қысымына тең. Жұмыстық сұйықтың қысымы ағызылып шығарылатын сұйық бағанының қысымынан үлкен. Қозғалтқыш поршенінің үстінен және астынан ағызылып шығарылатын сұйық бағанының қысымы әсер етеді. Штокқа үстінен жұмыстық сұйықтың қысымы, ал астынан ағызып шығарылатын сұйықтың қысымдары әсер етеді. Осылайша штокқа үстінен астына қарай жүретін күш пайда болады, бұл күш бүкіл поршень тобын астына қарай тартады. Д қуысынан айдаушы клапан арқылы сораптың поршень үстіндегі Г қуысынан алынатын сұйықтың ағып кетуі болады. Сораптың сорушы клапаны бұл кезде жабық болады. Сораптың цилиндріне кіретін шток көлеміне тең болатын, ағызып шығарылатын сұйықтың бір бөлігі көтергіш каналға итеріледі.
Поршеньдердің шеткі төменгі жағдайында штоктың жоғарғы жағындағы бойлық канавканың Б қуысын золотник астындағы камерамен байланыстырады, золотник күштер айырымының әсерінен жоғарғы жағдайға келіп, Б және С каналдарын байланыстырады. Осылайша Б қуысы Г қуысымен байланыстырылады, қозғалтқыш поршенінің үстінде ағызылып шығарылатын сұйық бағанының қысымы орнатылады. Қозғалтқыш поршенінің астындағы Б қуысында жұмыстық сұйықтың тұрақты қысымы қалады. Нәтижесінде қозғалтқыштың поршеніне Б және В қуыстарындағы қысымдарының айырымынан туатын күштер әсер етеді, поршеньді топ жоғары қарай қозғалысын бастайды.
Сораптың айдаушы клапандары жабылып сорушы клапандары ашылады. Ұңғы қуысынан сорап цилиндріне (Д қуысына) сұйықтың сорылуы болады. Штоктың төменгі жағында орналасқан шеткі жоғарғы жағдайдағы бойлық канавка Е қуысын золотниктің Г қуысымен байланыстырады. Золотник астындағы қысым ағызылып шығарылатын сұйық бағанасының қысымына дейін төмндейді. Золотник үстінде жұмыстық сұйықтың үлкен қысымы әсер етеді. Қысым құламасының (перепад) әсерінен золотник төменгі жағдайға қозғалады (3.8-сурет). Осыдан кейін батпалы агрегаттың жұмыс циклі қайталынады.
Жер үстіндегі сорап агрегаттары бір ГПСА және де бірнеше әртүрлі ұңғыларда орналасқан ГПСА-ға да жетектеуші болу мүмкін. Олардың арасындағы сұйықты реттеу үшін, жұмыстық сұйықтың шығын стабилизаторы бар реттеуші гребенкалар қолданылады. Гидропоршеньді сорапты қондырғылардың беттік жабдықтарын келесі түрде ажыратылады:
- жұмысшы сұйықтың циркуляциясының принциптік сұлбасының типі бойынша (ашық немесе жабық);
- бір беттік қондырғы арқылы жұмыс істейтін ГПСА саны бойынша (индивидуальды немесе топты).
Қондырғылардың негізгі ерекшеліктерін қарастырайық.
Жұмыстық сұйықтың циркуляциясының сұлбасының типі жұмыстық сұйықтың жоғары бетке қайтарылу тәсілін анықтайды. Жабық сұлбалы қондырғыларда сұйық пайдалы жұмыс істеген соң гидроқозғалтқыштан бөлек канал арқылы жер бетіне көтеріледі. Ұңғылық сораптан шығатын қабаттың өнімі өзінің бөлек каналы арқылы көтеріледі.
Көрсетілген екі типтік қондырғылардың принципиальды сұлбалары 3.20-суретте көрсетілген.
3.20-сурет. Гидропоршеньді сорапты қондырғылардың беттік жабдықтарының принципиальды орналастыру сұлбалары
(сол жақта-ашық сұлба, оң жақта –жабық сұлба)
Олардың әрқайсысында қозғалтқыш (1) күштік сорапты (2) іске қосады, ол құбырлар тізбегі (3) арқылы жұмыстық сұйықты гидропоршеньді агрегаттың (ГПСА) қозғалтқышына жеткізеді. Қозғалтқышпен (4) іске қосылатын ұңғылық сорап (5) ГПСА, ұңғыдағы қабаттық сұйықты алып, құбырлар тізбегімен (6) жоғары бағыттайды. Ашық сүлбелі қондырғыларда жұмыстық сұйық жоғары бетке құбырлар тізбегімен (6), ал жабық сұлбалы қондырғыларда бөлек тізбекпен (7) көтеріледі.
Ашық сұлбалы қондырғыларда қабаттың және жұмыстық сұйықтардың қоспасы тізбектен (6) жұмыстық сұйықты дайындаушы құрылғыға (8) бағытталады, одан тазартылған мұнай құбырмен (9) күштік сораптың (2) қабылдауына түседі, ал әртүрлі қоспалары бар ағынның қалған бөлігі жинақтаушы кәсіпшілік коллекторға бағытталады.
Жабық сұлбалы қондырғыларда сұйық дайындау құрылғысының буферлі ыдысына (8) қайтарылады, ол жерден құбырмен (9) күштік сораптың қабылдауына (2) бағытталады. Тізбектен (7) шыққан қабат сұйығы жинағыш кәсіпшілік коллекторға жіберіледі, ал сұйықтың шағын бөлігі (1-2%) жұмыстық сұйықтың шығынын толтыру үшін құбырмен (10) дайындау құрылғысына (8) бағытталады.
ГПСА сораптарының барлық конструкцияларын ұңғылық сораптардың жұмыс істеу принципі бойынша үш топқа бөлінеді: бірлік, қос және дифференциалды жүрісті.
Жұмыстық сұйықты дайындау блогының сипаттамалары негізінен қондырғының гидравликалық сұлбасымен ескеріледі: жабық немесе ашық. Бірінші жағдайда, күштік сораптың өнімділігінен оның өнімділігі 1-3%, екінші жағдайда – 50%-ға тең болады.
Әдетте, жұмыстық сұйық ретінде еркін және ерітілген газдан, судан және абразивтан тазартылған өңделмеген мұнай қолданылады. Жабық сұлбаны қолданғанда жұымыстық сұйықтың аз мөлшерін дайындауы кезінде қиындық тудырмаса, ашық сұлбалы қондырғыларға сұйықтың тазартылуы күрделі болып келеді.
ГПСА және күштік сорап ұзақ уақыт жұмыс істеуі үшін жұмыстық сұйыққа жоғары дәрежедегі талаптар қойылады. Бұл талаптардың орындалмауы, мысалы құрамында абразивтің болуы, үйкеліс парларының қарқынды тозуына әкеліп соғады: сорап ішіндегі нығыздауыш плунжері, поршень-цилиндр, ГПСА-ғы клапан мен золотниктің бөлшектері, коррозиялы-активті компоненттердің көбеюі ішкі қуыстардың жұмыстық бетерінің және гидрожүйенің коррозиясына әкеледі.
Гидропоршеньді сорап қондырғысын таңдаған кезде негізгі мақсат – оның сұлбасын және жинақтаушы жабдықтардың сипаттамаларын анықтау (ұңғылық және беттік). Есептеулердің алғашқы мәліметтері кәсіпшілік мәліметтерінен алынады, тек СКҚ-ның өлшемдері ғана гидропоршеньді сорап қондырғысының (ГПСА) сұлбасына қарай таңдалады. ГПСА сұлбасын өндіру көлеміне және ұңғының шегендеуші тізбегінің өлшеміне қарай таңдайды. Аз алымдар үшін жұмыстық сұйықтың тұйық циркуляциясын және лақтырылатын батырмалы агрегаты бар ГПСА сұлбасын қолдануға болады, орташа алымдар үшін жұмыстық және өндірілетін сұйықтың араласуын және лақтырылатын батырмалы агрегатын қажет етеді, үлкен мөлшерде алымдар кезінде ГПСА сұлбалары үшін СКҚ-да түсірілетін батырмалы агрегаттар қолданылуы қажет. Мысалы, лақтырылатын батырмалы агрегаты бар қондырғыны жұмыстық сұйықтың көтеру сұлбасына және құбырлардың түсіруіне қарай келесі параметрлерде қолдануға болады:
жұмыстық сұйықтың тұйық циркуляциясы: екі параллель СКҚ тізбегі болғанда және ұңғыда пакердің орнатылуы кезінде – егер шегендеуші құбырлар диаметрі 168 мм болса 100м3/тәу дейін өндіру, ал егер диаметр 146 мм болса, онда шамамен 20м3/тәу дейін өндіру үшін.
жұмыстық сұйықты өндірілген сұйықпен араласқанда, бір СКҚ тізбегі және пакер бар болғанда – егер диаметр 146 мм болса, 500м3/тәу өндіру үшін.
Үлкен берілістер кезінде ұңғыға СКҚ тізбегінде түсірілетін батырмалы агрегаттарды қолдану керек.
3.9. Гидропоршеньді сораптарды есептеу
ГПСА қондырғы тораптарының параметрлерін есептеу негізінде келесі кезеңдерден тұрады:
1. Сораптың динамикалық деңгей астындағы қажетті бату тереңдігін сораптың толтырылу коэффициенті мен газ факторы берілген кезде анықтау.
2. Сораптың түсірілу тереңдігін сұйықтың динамикалық деңгейінің орналасуына және сораптың осы деңгейге батуын ескере анықтау.
3. Батырмалы агрегаттың типтік өлшемдерін анықтау.
4. Беттік жабдықтардың құрамын және параметрлерін анықтау.
Сораптың динамикалық деңгей астында қажетті бату тереңдігін анықтау, штангалы сораптарға ұқсас анықталады. Сораптың ұңғыға түсірілу тереңдігін динамикалық деңгейдің орналасу тереңдігін белгілі статистикалық деңгейдің орналасуымен, өнімділік коэффициенті және алынатын сұйықтың көлемі бойынша табады. Сораптың түсірілу тереңдігі ұңғыдағы сұйықтың динамикалық деңгейінің орналасуының және осы деңгей астында сораптың бату тереңдігінің қосындысына тең болады.
Батырмалы агрегаттың типтік өлшемдері сораптың берілісі, тегеуріні және батырмалы агрегаттың габариті бойынша анықталады. Сораптың берілісі алдын ала беріледі. Егер өндірілген сұйық СКҚ -ның бос ішкі қуысымен көтерілсе және сұйықтың тұйық циркуляциясы қолданса, батырмалы сорапты дамытатын тегеурін анықталады. Егер сұйық сақиналы қуыспен көтерілсе, онда берілген формулада ағынға қарсы анықталған кедергінің тәуелділіктерін өзгерту керек. Бұл тәуелділіктер өндірілген және жұмыстық сұйықтардың араласуы кезінде де дәлелденеді.
Батырмалы агрегаттың габариттері ұңғының қабылданған жабдықталу сұлбасына (параллельді немесе концентрикалық тізбектер, пакер қолдануы), жұмыстық сұйықтың қабылданған сұлбасына және ұңғының шегендеу құбырларының диаметріне қарай таңдалады.
Беттік жабдықтардың параметрлері, яғни оның берілісі және жұмыстық сұйықтың қысымы батырмалы қозғалтқыш плунжерінің диаметріне, қадам ұзындығына және қадам жиілігіне тәуелді болады. Бұл көлемдердің есептелуі кезінде жүйедегі сұйықтың ағып кетуін және золотниктің ауыстырып қосуы кезінде болатын сұйық шығынын ескеру керек. Беттік сораптың жұмыстық сұйығының қысымын есептеу кезінде қозғалтқыш және сорап поршеньдерінің, поршеньдерді қосатын штоктың, құбыр ішіндегі және батпалы агрегаттың өзінде тегеурін шығынының, агрегаттағы қозғалатын бөлшектердің үйкеліс күшінің өлшемдері ескеріледі.
3.10. Жұмыстық сұйықтың шығынын анықтау
Гидропоршеньді сорапты таңдау кезінде жұмыстық сұйықтың меншікті шығыны максималды кеміту қажет (өндірілген мұнайдың тоннасына шаққандағы шығынды).
Жұмыстық сұйықтың шығымы (м3/тәу) мынаған тең болады:
Qжұм=1440(2F2-f)s*n*K р. (3.3)
Бұл жерде F2 – батырмалы қозғалтқыш плунжерінің көлденең қимасының ауданы, м2; f – штоктың көлденең қимасының ауданы, м2; s –батырмалы қозғалтқыш плунжерінің қадам ұзындығы, м; n – плунжердің минутына жасайтын қос қадамдарының саны; Kр – жұмыстық сұйықтың шығымдық коэффициенті (нақты шығымның теориялық шығымға қатынасы).
3.11. Жұмыстық сұйықтың күштік қысымын анықтау
Күштік (беттік) сораптың жұмыстық сұйығының күштік қысымын (тегеурінін) анықтау үшін, батырмалы агрегаттың төмен және жоғары қарай қозғалған кездегі оның плунжерларына әсер ететін статикалық күштердің тепе-теңдік теңдеуін қолданады (3.21-сурет):
F2pn+(F1-f)pn+pmp=(F2-f)р’p+F1pn ; (3.4)
F2p’’n+(F1+f) pn =(F2+f) pн + F1 pн +pmp . (3.5)
Бұл жерде F2,F1,f – қозғалтқыш плунжерінің және штоктың көлденең қимасы, м2; pн – көтергіш тізбектегі тегеурін шығынын ескере отырып айдалатын сұйық бағанасының қысымы; pn – тіреудің керуі (қысымы), МПа; pmp – батырмалы агрегаттағы тегеурін шығындары (плунжердегі және штоктағы механикалық үйкелістерге байланысты орын алады), МПа;
р’p және р”р – батырмалы агрегат қоғалтқышы плунжерінің жоғары және төмен қозғалған кездегі оның жұмыстық сұйығының қысымдары, МПа.
Бұл теңдеулерден р’p және р’’p анықталады.
Батырмалы агрегаттың кіру жағындағы жұмыстық сұйықтың орташа қысымы төмендегідей:
рор=(р”p+р’p)/2. (3.6)
Жоғарғы беттік сораптағы жұмыстық сұйықтың анықталған мөлшері мен қысымы, оны каталог бойынша таңдауға мүмкіндік береді. Сорапты таңдау кезінде оның ұзақ уақыт бойы және үзіліссіз жұмыс істеуі қажеттілігін және сораптың индивидуальды қондырғылары жеңіл паналарда (укрытие) орналасатынын ескеру керек.
Құбырлардың ұзын тізбектері жұмыстық сұйықтың қысымының тербелістерін бірқалыптандыратын өте жақсы компенсатор болғандықтан, плунжердің жоғары және төмен қозғалған кездегі жұмыстық сұйығының қысымының есептік теңсіздігі, олардың жоғары және төмен қозғалыстағы жылдамдықтарының әртүрлі болатындығын көрсетеді.
а б
3.21-сурет. Гидропоршеньді агрегаттың плунжерлі тобына әсер ететін күштерді есептеу сұлбасы: а –жоғары қозғалған кезде; б-төмен қозғалған кезде
Плунжерлі топ жұмыс жүрісін жасаған соң жұмыстық сұйық қысып шығарылады да, сорып алынған сұйықпен араласады. Батырмалы агрегаттан СКҚ тізбегімен және одан әрі қабылдаушы резервуарға араласқан сұйықтың қозғалысы кезде орын алатын тегеуріннің шығыны Дарси-Вейсбах формуласы бойынша анықталады:
hсм=KсHV22/2g(dn-du) , (3.7)
мұндағы, Kс – гидравликалық кедергінің коэффициенті; dn – көтергіш құбырлардың ішкі диаметрі, м; du – тегеурінді (орталық) құбырлардың сыртқы диаметрі, м.
Кс -ті анықтау үшін Рейнольдс санын Re білу керек, ол сұйықтың ағу жылдамдығына V байланысты.
Күштік сораптағы жұмыстық сұйықтың қысымы (МПа) былай анықталады:
Рсн=Pp+Pпр-Pr , (3.8)
мұндағы, Pпр – жұмыстық сұйықты батырмалы агрегатқа әкелетін тізбектегі қысымның шығыны, МПа.
3.12. Гидропоршеньді қондырғының қуатын және пайдалы әсер коэффициентін анықтау
Батырмалы агрегаттың пайдалы қуаты (кВт):
NA= (103QHмgн)/102 , (3.9)
мұндағы, Q – сораптың өнімділігі, м3/с; Hм=H-h+hre – сұйық бағанындағы манометрлік тегеуріні, м; H – сораптың түсіру тереңдігі, м; h – динамикалық деңгей астындағы сораптың бату тереңдігі, м; hre – батырмалы агрегаттан қабылдаушы резервуарға дейінгі құбырдағы гидравликалық кедергі. Қондырғының толық қуаты (кВт):
NA=(103Qраброр)/10,2hа.с , (3.10)
мұндағы, Qраб – жұмыстық сұйықтың шығыны, м3/с; рор – күштік сораптың шығу жағындағы жұмыстық сұйықтың орташа қысымы; hа.с – күштік агрегаттың ПӘК-і.
Қондырғының ортақ ПӘК-і:
hy=Na/Ny . (3.11)
PAGE \* MERGEFORMAT122
Электр энергиясы
Жоғары қысымдағы сұйықтың немесе газдың энергиясы
Батырмалы электрлі қозғалтқыш
Магнитті-фугальді қозғалтқыш
Қалақты
Көлемдік
Құйынды
Турбиналы
Поршеньді
Бұрандалы
Ротациялы
Қалақты
Көлемдік
Ағыншалы
Ортадан тепкіш
сьтік
Құйынды
Поршеньді
Бұрандалы
Ротациялы
А-әрпі «АЛНАС» зауыты шығарған
К, Т әріптері-коррозияға, жылуға
Сорап тобы
Сорап өнімділігі
Сорап тегеуріні
Г әрпі-газосепа-раторлы
Х-саны сораптың газосепараторлы екенін білдіреді; Л-әрпі «ЛЕМАЗ» зауыты шығарған
Электрлі сорап
3.12-сурет. Бұрандалы
сораптың құрылымы
3.15-сурет. Гидравликалық
жүйе:
1-ағызу клапаны; 2-төменгі ыдысша; 3-ортадағы ыдысша;
4, 10-муфталар; 5, 7, 8, 11-сақиналар; 6-жоғарғы ыдысша;
9-айдау клапаны; 12-букса;
13-жоғарғы тірек; 14-сораптың қабығы; 15-планка; 16-гайка;
17-төменгі тірек; 18-бұранда.
3.16-сурет. Гидрожетек қондырғысы:
1, 10, 13-сақиналар; 2-сору патрубогы;
3-цилиндр; 4-шток; 5, 11-нығыздағыш;
6-гидроқорғау цилиндрі; 7-тығын;
8-бұранда; 9-сым; 12-гайка; 14-корпус.
Қозғалтқыш
Күштік сорап
Жұмыстық сұйықты дайындау құрылымы
Құбырлар тізбегі
Құбырлар тізбегі
Гидро-қозғалтқыш
Ұңғылық сорап
1
2
Жүйеге
Өнім қабаты