Технология цементирования складывалась на основе многолетнего практического опыта и совершенствовалась с использованием достижений науки и техники. На современном уровне она включает систему отработанных норм и правил выполнения цементировочных работ, а также типовые схемы организации процесса цементирования. В каждом конкретном случае технологию цементирования уточняют в зависимости от конструкции и состояния ствола скважины, протяженности цементируемого интервала, горно-геологических условий, уровня оснащенности техническими средствами и опыта проведения цементи ровочных работ в данном районе.
Применяемая технология должна обеспечить:
1. цементирование предусмотренного интервала по всей его протяженности;
2. полное замещение промывочной жидкости тампонажным раствором в пределах цементируемого интервала;
3. предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости;
4. получение цементного камня с необходимыми механическими свойствами, с высокой стойкостью и низкой проницаемостью;
— Цементирование обсадной колонны в скважине обычно сопряжено с выполнением ряда трудоемких работ по доставке исходных материалов: прежде всего цемента на буровую, приготовление за короткий срок большого объема тампонажного раствора и подачи его в ствол скважины и в затрубное пространство. Расход материалов и качество цементировочных работ во многом зависят от совершенства и надежности применяемых технических средств.
Расход материалов и качество цементировочных работ во многом зависят от совершенства и надежности применяемых технических средств. Для выполнения указанных работ применяется комплекс специального оборудования.
В техническое оснащение цементировочных работ входят:
- цементировочный агрегат (ЦА),
- цементно-смесительная машина (СМ),
- самоходный блок обвязки (1БМ-700),
- станция контроля процесса цементирования (СКЦ-2М),
- вспомогательные емкости и резервуары
- цементировочная головка, трубопроводы и шланги для обвязки
оборудования и устья скважины.
В практике обычно применяют мобильные цементировочные агрегаты, смонтированные на шасси автомобиля (рисунок 1).
Передвижные насосные установки разрабатывают в соответствии с ГОСТ 20725 — 75.
Рисунок 1 — Цементировочный агрегат
1. Краткий обзор и анализ существующего оборудования, На сегодняшний день существуют следующие виды оборудования данного типа:, Цементировочный агрегат ЦА-320М (
Рисунок 2 — Цементировочный агрегат ЦА-320
Модернизация режимов работы насосных агрегатов дожимной насосной станции
... насосных станций осуществляется от двух подстанций 35/6 кВ. Система контроля и управления ДНС обеспечивает автоматическое включение и отключение насосов. На ДНС устанавливают три насосных агрегата, ... частоты вращения позволяет добиться существенного сокращения энергозатрат и повышения надежности работы насосных агрегатов. При принятии решения о целесообразности внедрения устройства плавного пуска ...
Цементировочные агрегаты некоторых типов ЗЦА-400А (рисунок 3) не имеют водоподающего насоса и поэтому не могут использоваться для подачи жидкости в цементно-смесительную машину. Кроме того, привод насоса высокого давления может осуществляться от индивидуального двигателя, смонтированного вместе с насосом на шасси автомобиля.
Рисунок 3 — Цементировочный агрегат ЗЦА-400А
Для выполнения цементировочных работ в особых условиях (труднодоступные районы, горная местность и т.п.) выпускаются цементировочные агрегаты 5ЦА-320С на санях, 5ЦА-320ГБ на гусеничном прицепе, 5ЦА-320 на раме (рисунок 4).
Агрегат последнего типа можно транспортировать вертолетом на подвеске.
Рисунок 4 — Цементировочный агрегат 5ЦА-320С
В распоряжении тампонажных контор имеются также самоходные насосные агрегаты 4АН-700 (рисунок 5), оснащенные плунжерным насосом с давлением нагнетания до 70 МПа. Такой агрегат предназначен в основном для проведения гидравлического разрыва пластов, гидроперфорации, ликвидации прихватов и в некоторых случаях может использоваться для продавки тампонажного раствора. Иногда при отсутствии цементировочных агрегатов тампонажный раствор закачивают и продавливают буровыми насосами.
Рисунок 5 — Цементировочный агрегат 4АН-700
В дальнейшем при совершенствовании цементировочных агрегатов большое внимание уделяется повышению надежности работы всех узлов агрегата и снижению неравномерности подачи насосами тампонажного раствора, что, как показывают наблюдения, существенно сказывается на полноте замещения жидкостей в затрубном пространстве и приводит к непроизводительным потерям мощности при продавке раствора.
В настоящее время разработаны и находят применение цементировочные головки, допускающие проворачивание обсадной колонны в процессе продавливания тампонажного раствора. Это способствует более полному замещению бурового раствора и повышению качества цементировочных работ.
2. Назначение, техническая характеристика, конструкция и принцип действия насосного агрегата ЦА-320
2.1 Назначение
Цементировочный агрегат ЦА-320 предназначен для подачи тампонажного раствора в скважину, а также его нагнетания (продавки) в затрубное пространство за цементируемой обсадной колонной, для измерения объема жидкости, расходуемой на приготовление тампонажного раствора, и подачи жидкости затворения в цементно-смесительную машину при приготовлении тампонажного раствора. Используется для промывки скважин, установки ванн из химических реагентов, а также при проведении капитального ремонта скважин.
2.2 Техническая характеристика ЦА-320
Техническая характеристика оборудования, входящего в состав передвижной насосной установки представлен в таблице 1.
Таблица 1 — Техническая характеристика цементировочного агрегата ЦА — 320
|
Шасси автомобиль КрАЗ-250 |
|||
|
Грузоподъемность, т |
10—12 |
||
|
Мощность двигателя, кВт |
176,5 |
||
|
Частота вращения вала двигателя, мин-1 не более, об/мин |
2100 |
||
|
Насос высокого давления 9т |
|||
|
Полезная мощность, кВт |
105 |
||
|
Ход поршня, мм |
250 |
||
|
Передаточное число глобоидной передачи |
20 |
||
|
Вспомогательный двигатель ГАЗ-52А |
|||
|
Частота вращения вала двигателя, мин |
максимальная |
< 2800 |
|
|
рабочая |
1745 |
||
|
Мощность, кВт, не более |
51,5 |
||
|
Крутящий момент, Н·м, не более |
205 |
||
|
Продолжение таблицы 1 |
|||
|
Центробежный насос ЦНС 38-154 |
|||
|
Частота вращения вала насоса, мин |
2950 |
||
|
Подача, дм3/с |
10 |
||
|
Давление, МПа |
1.54 |
||
|
Коробка перемены передач вспомогательного двигателя |
|||
|
Передаточное число |
0,59 |
||
|
Смазка |
Автомобильная трансмиссионная ГОСТ 3781-53 |
||
|
Манифольд |
|||
|
Вместимость, м3 |
мерного бака |
6 |
|
|
бачка для цементного раствора |
0,25 |
||
|
Условный диаметр, мм: |
Приемной линии цементировочного и центробежного насосов |
100 |
|
|
напорной линии цементировочного и центробежного насосов |
50 |
||
|
Габаритные размеры агрегата, мм, не более |
10425 х 2700 х 3225 |
||
|
Масса агрегата, кг: |
полная |
17000 |
|
|
комплекта |
16200 |
||
2.3 Конструкция и принцип действия, Цементировочный агрегат ЦА 320, показан на рисунке 6
Основной частью цементировочного агрегата является насос высокого давления 9Т. Данный насос, является двухпоршневым, горизонтальным, двухстороннего действия и предназначен для подачи цементного и глинистого растворов в скважину.
Насос состоит из двух основных частей — гидравлической и приводной. (рисунок 7)
Рисунок 6 — Основные узлы ЦА-320: 1 — шасси автомобиля КрАЗ — 257Б1А; 2 — искрогаситель; 3 — выхлопная труба; 4 — двигатель ГАЗ 52-А; 5 — водяной насос; 6 — цементировочный насос; 7 — защитный кожух насоса 9Т; 8 — электрооборудование агрегата; 9 — мерный бак; 10 — шарнирные колена; 11 — донные клапаны; 12 — манифольд; 13 — труба L = 2000мм.; 14 — труба L = 4000мм.; 15 — карданный вал; 16 — коробка отбора мощности.
Рисунок 7 — насос высокого давления 9Т: 1 — упорные шарикоподшипники; 2 — вал червяк; 3 — роликоподшипник; 4 — шатун; 5 — пружинное кольцо; 6 — крейцкопф; 7 — чугунные накладки; 8 — разделитель; 9 -нагнетательный коллектор; 10 — предохранительный клапан; 11 — клапанная коробка; 12 — клапан; 13 — нажимные коронки; 14 — уплотнительное кольцо; 15 — поршень; 16 — втулка; 18 — шток; 19 — сальниковое уплотнение; 20 — манжетное уплотнение камеры крейцкопфа; 21 — корпус насоса.
2.3.1 Гидравлическая часть
Клапанная стальная коробка 11 (рисунок 7) отлита из двух блоков, для жесткости сваренных вместе. Поршни 15 насоса самоуплотняющегося типа состоят из стальных сердечников, гуммированных специальной резиной. Посадка поршня на штоке цилиндрическая, с закреплением гайкой и контргайкой. Цилиндровые втулки в клапанных коробках уплотняются резиновым кольцом 14.
Изменение давлений и подачи достигается при помощи сменных цилиндровых втулок 16 и поршней 15 насоса. Диаметры применяемых втулок и поршней 100, 115 и 127 мм.
Для повышения износоустойчивости втулок внутренняя поверхность их закаливается токами высокой частоты. Цилиндровые втулки в клапанных корейках зажимаются крышками через нажимные коронки 13.
Шток 18 поршня в месте соединения гидравлической и приводной частей уплотнен сальником 19. Надежное уплотнение сальника достигается манжетами, установленными в корпусе сальника. Поджатие сальника осуществляется при помощи нажимной втулки и фланца.
Приемные камеры клапанных коробок соединены всасывающим коллектором 17 (рисунок 7), фланец которого присоединяется к трубопроводу установки. Одновременно коллектор служит опорой для гидравлической части. Насос имеет четыре всасывающих и четыре нагнетательных клапана 12, одинаковых по размерам и конструкции.
Нагнетательные части клапанных коробок соединены коллектором 9, отлитым заодно с воздушным колпаком, к которому при помощи штуцеров подсоединены нагнетательная линия с двухдюймовым краном и линия сброса давления с дюймовым краном.
Между дюймовым краном и воздушным колпаком на промежуточном тройнике установлен предохранительный клапан 10 гвоздевого типа, предназначенный для ограничения давления, создаваемого насосом. На нагнетательном коллекторе установлен манометр.
Для предохранения манометра от попадания в него растворов предусмотрен разделитель 8 (рисунок 7) диафрагменного типа, у которого камера, соединяемая с манометром, заполняется маслом. Клапанные коробки крепятся шпильками к станине 21, в которой смонтирована приводная часть насоса.
2.3.2 Приводная часть, В нижней части картера
От осевых смещений червяк зафиксирован двумя упорными шарикоподшипниками 1, установленными на дистанционных втулках.
Эксцентриковый вал вращается на сферических роликоподшипниках, расположенных в гнездах станины и крышке станины в месте их разъема. Крышка станины в местах установки подшипников эксцентрикового вала крепится к станине четырьмя шпильками, по периметру фланец крышки крепится к фланцу станины болтами. Для восприятия осевых усилий на концах эксцентрикового вала установлены упорные шарикоподшипники . Средняя часть эксцентрикового вала развита в ступицу, на которую напрессован и закреплен болтами бронзовый венец глобоидной передачи. На эксцентрики эксцентрикового вала, расположенные под углом 90° друг к другу и отлитые совместно с валом, надеты шатуны 4 (рисунок 7) с роликоподшипниками.
Внутреннее кольцо мотылевого подшипника фиксируется пружинным кольцом 5 (рисунок 7), а наружное кольцо этого подшипника закреплено двумя планками. Корпус крейцкопфа 6 стальной, с чугунными накладками 7.
Для предотвращения попадания грязи в приводную часть насоса камера крейцкопфа в месте прохода штока имеет сальник 20. Наружное окно камеры закрыто крышкой. Палец крейцкопфа устанавливается в корпусе крейцкопфа на конусной посадке, закрепляется нажимной планкой и фиксируется от проворачивания шпонкой.
Смазка приводной части насоса осуществляется коловратным насосом, приводимым во вращение от червяка насоса 9Т и укрепленным на торцовой крышке картера станины. Масло, забираемое коловратным насосом из масляной ванны картера станины, через масляный фильтр по трубкам подается к подшипникам эксцентрикового вала и крейцкопфам. Подшипники мотылевых головок шатунов смазываются из масляной ванны путем разбрызгивания.
насос цементировочный агрегат ремонт
3. Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования
3.1
После прибытия установки проверьте:
1. трубопровод для заполнения мерного бака;
2. наличие масла в корпусе разделителя манометра насоса;
3. движущиеся части насоса;
4. наличие и достаточность масла в картере насоса, двигателя, коробках передач двигателей;
5. наличие предохранительного гвоздя в клапане и его соответствие ожидаемому давлению;
6. наличие и достаточность охлаждающей жидкости в радиаторах двигателей;
7. наличие горючего в топливных баках установки.
8. затем откройте приспособления на приемном трубопроводе.
Перед пуском в ход установки для работы по цементированию необходимо проделать следующие операции:
1. соединить разборным трубопроводом устье скважины с нагнетательной линией поршневого насоса;
2. присоединить четырехдюймовый шланг к линии приемного трубопровода насоса 9Т, а другой его конец опустить в цементный бачок, который должен быть установлен у цементосмесителя;
3. соединить резиновым шлангом диаметром 2″ нагнетательный патрубок центробежного насоса с цементосмесителем
4. От выходного отверстия цементосмесителя установить отвод в цементный бачок. При этом конец трубы отвода должен находиться над ситом цементного бачка, а конец приемного шланга насоса 9Т — в бачке;
5. подсоединить трубу мерного бака к промысловому водопроводу;
6. подготовить трубопровод для заполнения мерного бака глинистым раствором (с помощью имеющегося на буровой грязевого насоса);
7. наполнить водой мерный бак;
8. проверить наличие предохранительного гвоздя в предохранительном клапане и его соответствие установленной цилиндровой втулке;
9. открыть запорные приспособления на приемном трубопроводе;
10. при всасывании из цементного бачка открыть одну заслонку к приемной линии насоса 9Т;
11. при всасывании из мерного бака открыть заслонку и донный клапан (мерный бак к тому времени должен быть заполнен водой или глинистым раствором);
12. открыть кран на нагнетательном трубопроводе.
3.2 Эксплуатация цементировочного насоса во время работы
Во время работы цементировочного насоса 9Т необходимо следить за показаниями манометра, а также за состоянием предохранительного клапана. В случае среза предохранительного гвоздя в предохранительном клапане насос должен быть остановлен до замены новым гвоздем.
Появление стуков в гидравлической части насоса свидетельствует о неправильной работе клапанов или нарушении уплотнений, при этом следует принимать меры к их устранению.
Следует наблюдать за состоянием сальников, цилиндровых втулок и штоков и при необходимости затягивать их, не допуская при этом перекосов.
Сальники клапанной коробки имеют манжеты, работающие по принципу самоуплотнения при действии гидравлического давления. Поэтому пережатие их недопустимо (при чрезмерной затяжке манжеты будут работать как обычная набивка).
При просачивании жидкости допускается незначительная (без всяких усилий) затяжка сальника.
Следует обращать внимание на все фланцевые соединения гидравлической части насоса и манифольда, а при появлении течи необходимо устранить ее. Необходимо также наблюдать за действием механизмов приводной части насоса, коробки отбора мощности и при появлении чрезмерных стуков, скрипов, нагрева и т. д. выявить причины и устранить их, остановив насос, если это требуется.
Температура масла в масляных ваннах не должна превышать: в коробке отбора мощности +105°С, в насосе 9Т +115 °С. Допускается повышение температуры до + 120 С не более 20 мин при повышении температуры окружающего воздуха до +40 °С.
Нужно следить за исправностью действия смазочных устройств и правильностью смазки.
Изменение подачи насоса по ходу работы достигается переключением коробки перемены передач двигателя или соответствующим изменением частоты вращения вала самого двигателя путем регулировки подачи топлива.
Недопустима работа на давлениях больших, чем указано в характеристике насоса, а также при не защищенной кожухом гидравлической части насоса 9Т.
3.3 Ремонт цементировочного агрегата
Причины неисправностей, возникающие во время работы насоса и методы их устранения представлены в таблице 2.
Таблица 2 — неисправности и методы их устранения
|
№ п/п |
Неисправность |
Причина |
Способ устранения |
|
|
1 |
Насос при пуске в ход не подает жидкость |
Закрыта заслонка на приемной линии |
Открыть заслонку |
|
|
Значительные подсосы воздуха через неплотности на всасывающей части |
Тщательно проверить исправность всех соединений всасывающей части, обнаружить подсосы и устранить их |
|||
|
2 |
Количество подаваемой насосом жидкости слишком мало и не соответствует расчетной подаче насоса при данном числе ходов (оборотов) |
Подсосы воздуха |
Тщательно проверить исправность всех соединений всасывающей части, обнаружить подсосы и устранить их |
|
|
Клапаны насоса 9Т неисправны и пропускают жидкость |
Очистить клапаны, проверить плотность прилегания резиновых уплотнений и рабочие поверхности клапана и седла, пришедшие в негодность детали сменить |
|||
|
Пропускают жидкость изношенные манжеты поршней насоса 9Т |
Вынуть и осмотреть поршни, заменить изношенные манжеты |
|||
|
3 |
Стук при перемене хода поршней |
Ослабла посадка поршней на штоках |
Осмотреть крепление поршней, подтянуть гайки |
|
|
Ослабло крепление цилиндровых втулок |
Подтянуть цилиндровые крышки |
|||
|
Резкий стук при посадке клапанов |
Ослабли или сломались пружины клапанов |
Осмотреть и заменить клапаны, устранить подсосы воздуха |
||
|
Удары в цилиндрах |
Недостаточно заполнены цилиндры жидкостью из-за подсосов при чрезмерном сопротивлении воздуха на всасывании |
Уменьшить, если возможно, высоту всасывания Проверить кран на приемной линии |
||
|
4 |
Нагреваются штоки насоса 9Т |
Чрезмерно затянуты сальники крейцкопфных камер |
Ослабить затяжку сальников |
|
|
5 |
Нагреваются крейцкопфы или пальцы крейцкопфов насоса 9Т |
Слабое поступление масла Масло имеет малую вязкость |
Проверить количество масла и чистоту, проходов Сменить масло или добавить масло повышенной вязкости |
|
|
6 |
Стук в приводной части во время перемены хода поршней насоса 9Т |
Ослабло соединение поршня со штоком |
Затянуть гайку и контргайку |
|
|
Ослабло соединение штока с крейцкопфом |
Заменить подшипник и палец крейцкопфа или поджать палец |
|||
|
Неисправны подшипник крейцкопфной головки шатуна и палец крейцкопфа |
Заменить подшипники |
|||
|
Значительный люфт в опорных подшипниках коренного вала |
||||
|
7 |
Чрезмерный нагрев подшипников |
Недостаток смазки |
Добавить масло |
|
|
Засорение масла |
Сменить масло, подшипники промыть |
|||
|
8 |
Чрезмерный нагрев глобоида ой передачи насоса 9Т |
Ослабли гайки и контргайки на червячном валу |
Затянуть гайки и контргайки |
|
|
9 |
Пропуски жидкости в соединениях нагнетательной части |
Слабое крепление соединений |
Подтянуть гайки |
|
|
Дефекты в прокладках |
Сменить прокладки |
|||
|
10 |
Неисправности насоса ЦНС 38-154 и методы их устранения см. в паспорте насоса |
|||
4. Безопасность жизнедеятельности, Правила техники безопасной работы на цементировочном агрегате ЦА-320
Мероприятия по предупреждению несчастных случаев предусматривают; модернизацию оборудования, инструментов и приспособлений; устройство предохранительных и защитных приспособлений; установку пусковых приборов и устройство приспособлений с необходимыми блокировками и сигнализацией, автоматического или дистанционного управления различными агрегатами, компрессорами, станками и т.д.
Опрессовку рекомендуется проводить с помощью цементировочных агрегатов, имеющих небольшую производительность, благодаря чему достигается плавное изменение давления в широких пределах.
Для опрессовки, линию от насоса цементировочного агрегата при помощи специального переводника присоединяют к нижнему концу ведущей трубы, подвешенной на талевой системе над ротором.
Перед спуском колонны на газовой скважине необходимо спрессовывать каждую трубу жидкостью с помощью цементировочных агрегатов на максимально допустимое давление для данной толщины стенок и марки стали труб, в случае если давление не превышает 20 МПа.
К началу спуска колонны один цементировочный агрегат должен быть установлен и обвязан на случай необходимости восстановления циркуляции в процессе спуска колонны.
Работники, участвующие в процессе цементирования, должны быть ознакомлены:
а) с характером предстоящих работ;
- б) со схемой расстановки цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин;
- в) с расположением трубопроводов для цементного, бурового растворов и воды.
При цементировании глубоких скважин используют много агрегатов, поэтому подготовке площадки для их размещения должно придаваться большое значение.
Если площадка имеет уклон, под колеса агрегатов и цементосмесительных машин должны быть установлены упоры.
Цементировочные агрегаты и цементосмесительные машины в каждом конкретном случае следует располагать с учетом местных условий (рельеф местности, расположение механизмов и коммуникаций буровой и т.д.
Запрещается устанавливать цементировочные агрегаты и цементосмесительные машины под электролиниями, находящимися под напряжением, их необходимо устанавливать кабиной к на ветреной стороне для предотвращения попадания цементной пыли в кабину водителя при загрузке бункера.
Цементировочные агрегаты следует устанавливать так, чтобы мерные емкости их были обращены к буровой.
Для безопасного обслуживания агрегатов и возможности быстрого отключения одного из агрегатов (в случае необходимости) и отъезда его в сторону необходимо соблюдать следующие расстояния между располагаемым оборудованием:
а) от устья скважины до блока манифольдов — не менее 10 м;
- б) от блока манифольдов до агрегатов — не менее 10 м;
- в) между цементировочными агрегатами и цементосмесительными машинами — не менее 1,5 м.
Перед монтажом нагнетательных трубопроводов территория между устанавливаемыми агрегатами, а также между агрегатами и устьем скважины должна быть очищена от труб и других посторонних предметов.
Нагнетательные трубопроводы должны быть спрессованы давлением, в 1,5 раза превышающим ожидаемое в конце цементирования, но не ниже 10 МПа и не выше указанного в паспорте цементировочного агрегата.
Опрессовку обвязки следует выполнять на малых скоростях цементировочных агрегатов во избежание разрыва коммуникаций от быстрого роста давления.
Выхлопная труба цементировочного агрегата должна быть снабжена искрогасителем и защищена кожухом.
Манометр, установленный на цементировочном агрегате, должен быть опломбирован и исправен, его циферблат — обращен к месту нахождения машиниста, а стекло — чистым.
Предохранительный клапан поршневого насоса цементировочного агрегата и его отвод должны быть закреплены кожухом.
Цементирование скважин должно производиться в дневное время. При вынужденном цементировании скважины в вечернее и ночное время площадка, на которой установлены агрегаты, должна быть освещена прожекторами. Кроме того, каждый цементировочный агрегат должен иметь индивидуальное освещение.
При закачке и продавке цементного раствора присутствие на цементировочных агрегатах и около нагнетательных трубопроводов лиц, не связанных с работами по цементированию, не допускается.
Для предупреждения раскачивания нагнетательного трубопровода при закачке и продавке цементного раствора цементировочные агрегаты необходимо удерживать тормозами.
При подаче продавочной жидкости в емкости цементировочных агрегатов следует при заполнении одного отсека открыть кран другого, а затем закрыть кран первого отсека.
При установке цементировочной пробки в цементировочную головку необходимо открыть краны сброса давления на одном или двух агрегатах.
При цементировании размытого шахтового направления скважины, цементировочные агрегаты и цементосмесительные машины следует устанавливать на расстоянии, равном высоте вышки плюс 10 м от буровой.
Гидравлический удар следует создавать одним цементировочным агрегатом, после чего необходимо быстро выключить двигатели насоса агрегата.
После окончания цементирования машинист-водитель агрегата обязан доложить об этом руководителю работ, а экипаж не должен покидать агрегат без разрешения руководителя работ.
При необходимости цементирования в ночное время следует предусмотреть освещение пространства над мерным баком, манометров насосов цементировочных агрегатов и цементировочной головки и расходного бачка.
При подогреве воды в емкости агрегата шланг для подачи пара должен быть закреплен.
Укладывают трубы на цементировочные агрегаты так, чтобы наиболее длинные трубы были уложены в нижние ряды, а короткие— в верхние.
Трубы, вспомогательное оборудование и инструмент, устанавливаемые на платформах цементировочных агрегатов, должны быть закреплены.
Продавочную и промывочную жидкости, оставшиеся в емкостях цементировочных агрегатов, следует откачать в амбар. Цементировочные агрегаты и цементосмесительные машины должны отъезжать в порядке, установленном руководителем работ.
5. Расчетная часть
5.1 Расчет штока
Расчет произведен в соответствии с методикой, представленной в литературе [8].
Штоки (Рисунок 8) цементировочных насосов двухстороннего действия должны иметь высокую твердость поверхности для уменьшения износа и большую прочность сердцевины. Поэтому их изготавливают из цементуемых легированных сталей. Для нашего случая выбираем сталь марки 20ХН3А.
Рисунок 8 — Шток насоса с поршнем, Характеристика стали 20ХН3А представлена в таблице 3., Таблица 3 — Характеристика стали 20ХН3А
|
Марка : |
20ХН3А |
|
|
Заменитель: |
20ХГНР, 20ХНГ, 38ХА, 15Х2ГН2ТА, 20ХГР |
|
|
Классификация: |
Сталь конструкционная легированная, хромоникелевая. |
|
|
Применение: |
Шестерни, валы, втулки, штоки, силовые шпильки, болты, муфты, червяки и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах. |
|
Прочностные характеристики:
- предел прочности
- предел текучести
Длина штока зависит от длины хода поршня и в насосах двухстороннего действия составляет м., принимаем длину штока равной 1,5м.
Диаметр штока находится в пределах , принимаем диаметр штока равным 70 мм., т.к для насосов с давлением на выходе более 20 Мпа применяют штоки с конусами 5HP, для которого начальный диаметр равен 70 мм.
Шток насоса рассчитывается на устойчивость и усталость (при растяжении—сжатии).
В расчетной схеме рассматривается стержень, находящийся, с одной стороны, в заделке и подвергнутый, с другой стороны, действию осевого усилия. Средняя опора (сальник) при этом не учитывается.
Площадь поршня определяем по формуле:
, (5.1.1)
где d — Внутренний диаметр цилиндрической втулки, равный d=100 мм
Определим максимальное усилие, действующее на поршень при сжатии:
, (5.1.2)
где k — коэффициент запаса, учитывающий вероятность превышения давления в случае несработки предохранительного клапана k=1,2,
- коэффициент уплотнения штока и поршня, = 0,97,
- максимальное рабочее давление =32МПа
F — площадь втулки, F = 0,00785м 2
МПа.
Расчету на усталость подвергаются утонченные участки штока, такие как канавки для выхода резца для нарезки резьбы 1-1, 2-2 (рисунок 9).
Рисунок 9 — Опасные сечения штока
Проверяем сечение 1- 1
Где, мм.
Напряжение сжатия в сечении:
, где (5.1.3)
- максимальное усилие, действующее на поршень при сжатии.
МПа,
Запас прочности на сжатие по пределу текучести
, (5.1.4)
где — предел текучести,
- напряжение сжатия в сечении.
Согласно таблице 4 установим, что при диаметре проточки 55 мм должная прочность обеспечивается, поскольку для повторно переменных нагрузок n составляет от 3 до 15.
Таблица 4 — Ориентировочные значения коэффициента запаса прочности.
Проверяем сечение 2-2
где, d = 41мм.
Напряжение сжатия в сечении:
МПа
Запас прочности на сжатие по пределу текучести:
должная прочность обеспечивается, поскольку для повторно переменных нагрузок n составляет от 3 до 15.
Штоки бурового насоса рассчитывают на продольную устойчивость по критическим напряжениям. С этой целью определяется гибкость штока:
, (5.1.5)
где l=1,5 м — длина штока;
- i=- радиус инерции сечения штока.
Так как <105, критическое напряжение определим по следующей формуле:
МПа
(5.1.6)
где Коэффициент запаса прочности для штоков должен быть больше 2:
- f — Площадь сечения штока;
Р с — сила сжатия штока;
- критическое напряжение.
м 2
, что>2.
Значит, такое сечение штока удовлетворяет условию обеспечения прочности.
5.2 Расчет червячного колеса, Расчет произведен в соответствии с методикой, представленной в литературе [9].
Коренной вал, приводящий насос в действие закреплен на ободе червячного колеса (рисунок 10).
Вал крепится к ободу при помощи 12 болтовых соединений.
Рисунок 10 — Коренной вал в сборе с червячным колесом
По данным паспорта передаточное отношение червячного редуктора составляет , мощность двигателя кВт, число оборотов мин-1 .
По номограмме (рисунок 11) определяем межосевое расстояние исходя из данных паспорта, оно равно мм.
Рисунок 11 — Номограмма для определения межосевого расстояния червячных редукторов
Далее согласно ГОСТ 2144-76 (передачи червячные цилиндрические) выбираем число заходов червяка исходя из передаточного отношения и межосевого расстояния.
В данном случае для U=20 выбираем:, где U находится в диапазоне , далее по известному и определяем модуль зацепления , коэффициент диаметра червяка и по таблице 5.
Таблица 5 — Основные параметры цилиндрических червячных передач, выполненных без смещения (по ГОСТ 2144 — 76).
Сведем найденные значения в таблицу 6 для удобства дальнейшего расчета., Таблица 6 — Основные параметры червячного зацепления
|
U |
Z1 |
Z2 |
q |
m |
||
|
20 |
2 |
40 |
10 |
16 |
400 |
|
5.2.1 Расчет основных геометрических размеров червячного колеса, Делительный диаметр: мм (5.2.1), Диаметр вершин витков: мм (5.2.2), Диаметр впадин витков червяка:
мм (5.2.3)
Наибольший диаметр червячного колеса:
мм (5.2.4)
Ширина венца: мм. (5.2.5), Дополнительно для построения посчитаем некоторые величины, Внутренний диаметр обода:
мм. (5.2.6)
Толщину обода
мм; мм (5.2.7)
Рисунок 11 — Геометрические параметры червячного колеса
5.3 Расчет поршня, Расчет произведен в соответствии с методикой, представленной в литературе [4].
Поршень (рисунок 12) состоит из стального сердечника и одной или двух съемных или привулканизированных к нему резиновых манжет.
Рисунок 12 — Поршень
Наружный диаметр «губы» манжеты в свободном состоянии должен быть на 2- 3 мм больше внутреннего диаметра втулки; длина конической части «губы» манжеты составляет 25-27мм при общей длине поршня 135-150мм.
Конструктивно, исходя из размеров втулки, для насосов с давлением свыше 20 МПа, принимаем номер конуса 5НР, согласно таблице 7.
Таблица 7 — Присоединительные размеры поршня и штока.
5.4 Расчет цилиндровой втулки внутренним диаметром 100 мм, Расчет произведен в соответствии с методикой, представленной в литературе [8].
Цилиндровая насосная втулка (рисунок 13) является одним из основных сменных элементов поршневой группы цементировочного насоса.
Рисунок 13 — Цилиндровые втулки
Она предназначена для изменения подачи и давления при работе поршней в среде промывочной жидкости. Цилиндровая втулка представляет собой сменный рабочий цилиндр насоса.
Материал втулки выбираем ЧХ28Д2, т.к. он обладает высокой стойкостью против абразивного износа и истирания в условиях размольного и насосного оборудования, является износостойким, коррозионностойким, для которого предел прочности равен МПа
По известному внутреннему диаметру втулки мм, определим минимально допустимую толщину стенки цилиндрической втулки для рабочего давления МПа.
, (5.4.1)
где — внутренний диаметр втулки;
- предел прочности материала;
- давление для которого ведем расчет.
мм
Следовательно, толщина стенки цилиндровой втулки равна: мм. Принимаем толщину стенки равной 7 мм.
Длину втулки принимаем равной длине хода поршня S=250мм. В целях предотвращения задиров резиновых уплотнительных колец поршня о кромки торцов втулки и выхода уплотнения за втулку, конструктивно увеличиваем длину втулки до 350 мм.
После сборки насоса необходимо проводить опрессовку на максимально рабочее давление, в нашем случае максимально давление составляет Мпа.
По таблице 8 выбираем коэффициент опрессовки согласно максимальному давлению., Таблица 8 — значения коэффициента опрессовки
|
Рабочее давление, кгс/см2 |
Коэффициент, Щ |
|
|
До 200 |
1,50 |
|
|
от 200 до 560 |
1,40 |
|
|
от 560 до 650 |
1,30 |
|
|
свыше 650 |
1,25 |
|
При давлении атм., коэффициент опрессовки составляет 1,40. Рассчитаем давление опрессовки, оно равно атм. Выполним проверку достаточности толщины стенки при давлении опрессовки, округляя его до значения 450 атм. Для этого воспользуемся формулой Барлоу:
, (5.4.2)
где — предел прочности материала;
- t — толщина стенки втулки;
- внешний диаметр втулки;
- давление опрессовки.
мм
Поскольку толщина стенки равная 6 мм выдержит давление опрессовки, следовательно, толщина стенки равная 7 мм, полученная выше допустима.
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/agregat-tsementirovochnyiy-tsa/
1. Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Г. Буровое оборудование, буровой инструмент. — М.: Недра, 2003 — 494 с.
2. Буяновский Н.И., Лесецкий В.А. Буровые машины и механизмы. — М.: Недра, 1968 — 399 с.
3. Ильский А.Л., Касьянов В.М., Порошин В.Г. Буровые машины, механизмы и сооружения. — М.: Недра, 1967- 468 с.
4. Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. Учеб. Пособие для вузов. — М.: Недра, 1985 — 452 с.
5. Лесецкий В.А., Ильский А.Л. Буровые машины и механизмы. — М.: Недра, 1980 — 387 с.
6. Элияшевский И.В., Орсуляк Я.М., Сторонский М.Н. Типовые задачи и расчеты в бурений. М.: Недра, 1974 — 504 с.
7. Юдолович М.Я. Справочник механика по ремонту нефтепромыслового оборудования. — М.: Государственное научно- техническое издательство нефтяной и горно — топливной литературы, 1958 — 509 с.
8. Верзилин О.И. Cовременные буровые насосы — М.: Машиностроение, 1971 — 255 с.
9. Шейнблит А.Е. — Курсовое проектирование деталей машин — Учеб. пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. — Калининград: Янтар. сказ. 2002 — 454 с.
