1 Типовые конструкции насосов

На буровых работах применяют приводные двухцилиндровые поршневые насосы двойного действия и трехплунжерные насосы с горизонтальным расположением цилиндров. Насосы состоят из гидравлической и приводной частей, смонтированных на общей раме.

Гидравлическая часть поршневого насоса (рис. 2) представляет собой стальной гидроблок 1 с двумя параллельно расположенными цилиндровыми втулками 2, поршнями 3 и клапанными камерами четырех всасывающих и четырех нагнетательных 4 клапанов. Тарелки клапанов опираются на седла 10 с конической посадочной поверхностью.

Цилиндровые втулки застопорены в корпусе гидроблока нажимными болтами 5, ввернутыми в съемные лобовые крышки 6. Зазор между корпусом гидроблока и наружной поверхностью цилиндровой втулки герметизируется уплотнением из эластичных колец.

Поршни закреплены на штоках 8 гайками 7. При выходе из камер гидроблока штоки уплотнены резиновыми уплотнениями 9, которые вставлены в сальниковую камеру и подтягиваются нажимной втулкой.

Воздушный колпак 11, смонтированный на корпусе гидроблока, служит для уменьшения пульсации жидкости в нагнетательной линии.

Приводная часть насоса размещена в литой станине 12. Приводной вал 13 с шестерней и шкивом 14 передает вращение коренному валу 15. Кривошипы приводят в движение шатуны, соединенные через ползуны со штоками. Валы и головки шатунов смонтированы на опорах качения.

В буровых насосах применяют самоуплотняющиеся поршни (рис. 3), состоящие из стального сердечника 1 и привулканизированных к нему резиновых манжет 2. Наружный диаметр раструба манжеты несколько превышает диаметр отверстия цилиндровой втулки, вследствие чего создается предварительное прижатие манжеты. В ходе нагнетания манжета плотно прижата к внутренней поверхности втулки давлением жидкости. Поясок 3 воспринимает давление промывочной жидкости и силы трения манжеты о втулку цилиндра.

Рис. 3. Самоуплотняющийся поршень.

Устройство плунжерных буровых насосов рассмотрим на примере насоса НБЗ-120/40 (рис. 4). В корпусе гидроблока установлены седла 5 и 3 всасывающих 4 и нагнетательных 2 клапанов с уплотнением 12 и пружинами 7 и 6. Пружины нагнетательных клапанов сверху опираются на крышки 8 клапанных коробок, а всасывающих — в планки 9, закрепленные в кольцевой проточке корпуса гидроблока. Седла и крышки клапанов уплотнены резиновыми кольцами 10 и 11. Гидроблок соединен с приводной частью насоса шпильками.

К корпусу гидроблока со стороны приводной части крепятся три быстросъемных узла плунжер—сальник. В каждом узле плунжер уплотнен резиновыми манжетами 14, расположенными в специальных проставках. Хвостовики плунжеров и ползунов эксцентрикового механизма соединены быстросъемными хомутами 15, поэтому обеспечивается возможность оперативной замены узла сальник с плунжером 13 при износе его деталей.

В корпусе 17 приводной части насоса смонтированы входной вал — шестерня 18 и коренной вал 19 с тремя эксцентриками, на которых установлены головки шатунов кривошипно-шатунного механизма 16. Хвостовики ползунов имеют сальниковое уплотнение 20, препятствующее выходу масла из корпуса приводной части и предохраняющее ее от загрязнения. В верхней части корпуса имеется съемная крышка 21.

При замене узла плунжер — сальник снимают хомут 15 и переводят ползун в крайнее левое положение. Из гильзы 3 (рис. 5) узел извлекают вращением резьбовой втулки 5, которая упирается торцом в пружинное кольцо 6, установленное в канавке стакана сальника. Плунжерные насосы имеют прямоточные рабочие камеры, в которых всасывающие и нагнетательные клапаны расположены на одной вертикальной оси. В таких камерах объем вредного пространства сведен до минимума, что повышает объемный к. п. д. насоса.

Рис. 4. Плунжерный буровой насос.

В настоящее время буровые насосы для установок геологоразведочного бурения выполняют в основном трехплунжерными

К преимуществам этих насосов относят:

• возможность оперативной замены пары сальник-плунжер, что позволяет выполнять плунжерные насосы более быстроходными, с уменьшенными диаметром и ходом плунжера; в результате снижаются нагрузки в приводной части насоса, сокращаются его габаритные размеры и масса;

• сравнительно высокую равномерность подачи, вследствие чего трехплунжерные насосы могут в большинстве случаев эксплуатироваться без пневматических компенсаторов в линии нагнетания;

Рис. 5. Схема крепления быстросъемного узла плунжер-сальник:

1 – плунжер; 2 – корпус гидроблока; 3 – гильза сальника; 4 – корпус приводной части насоса; 5 – втулка; 6 – кольцо; 7 – стакан сальника

Рис. 6. Конический тарельчатый клапан насоса НБ4-320/63

• стабильность подачи жидкости в процессе эксплуатации насоса, так как износ уплотнения плунжера легко обнаруживается и устраняется.

В поршневых насосах двойного действия уплотнение поршня недоступно непосредственному наблюдению, поэтому в процессе работы возможен переток жидкости между рабочими камерами, приводящий к уменьшению подачи, а при больших давлениях— к промыву поршней или стенок цилиндровых втулок. Замена поршня или втулки требует значительно большего времени, чем замены пары сальник-плунжер.

Основным недостатком быстроходных плунжерных насосов является повышенный износ уплотнений и плунжеров, особенно при режиме максимальной быстроходности.

Поршневые и плунжерные буровые насосы имеют самодействующие клапаны, которые открываются под действием перепада давления, а закрываются под действием собственного веса или пружины. Наибольшее распространение получили тарельчатые клапаны (рис. 6).

Клапан состоит из седла 1, тарелки 2, резинового уплотнения 3 и верхней крышки 4, закрепленной на тарелке гайкой. Перьевые направляющие 5, центрируя тарелку, обеспечивают ее правильную посадку на седло. В процессе работы насоса первоначально с седлом контактирует коническая поверхность кольцевого уплотнения, а при повышении давления нагрузку воспринимает тарелка, опираясь на седло. Для более быстрой посадки клапана во время закрытия тарелку нагружают пружиной.

В нагнетательную линию насосов включают предохранительные клапаны, исключающие возможность повышения давления выше расчетного значения.