Основные узлы и детали штанговых насосов

Цилиндры скважинных насосов выпускают в двух исполнениях:

- ЦБ - цельный (безвтулочный), толстостенный;

- ЦС - составной (втулочный).

Цельнотянутые цилиндры представляют собой длинную стальную трубу, внутренняя поверхность которой рабочая. Труба при этом играет роль и цилиндра и кожуха одновременно. Подобная конструкция лишена таких недостатков, как негерметичность между торцами рабочих втулок, искривление оси цилиндра. При этом увеличивается жесткость насоса и создается возможность использовать плунжер большого диаметра при одинаковом по сравнению с втулочным насосом

наружном диаметре.

В качестве материала цилиндра применяют легированную сталь марки 38Х2МЮА. Внутренняя поверхность цилиндра подвергается азотированию на глубину от 0, 3 до 0, 5 мм для увеличения твёрдости и износостойкости.

Цилиндр втулочного насоса состоит из кожуха, в котором размещены втулки. Фиксация втулок в кожухе обеспечивается гайками. Втулки всех насосов при различных внутренних диаметрах имеют одинаковую длину - по 300 мм.

Втулки всех насосов изготавливают трех типов: легированные из стали марки 38ХМЮА, стальные из стали марок 45 и 40Х, чугунные марки СЧ26-48.

Легированные втулки изготавливают только тонкостенными, стальные - тонкостенные, с увеличенной толщиной стенки и толстостенные, чугунные - толстостенные.

Для увеличения долговечности внутреннюю поверхность втулок упрочняют физико-термическими методами: чугунные – закаливают токами высокой частоты, стальные азотируют, цементируют, нитрируют.

Втулочные насосы выпускают всё меньше, так как они имеют существенные недостатки, такие как склонность к заклиниванию вследствие смещения втулок, возможность утечек по торцам втулок, наличие больших наружных диаметров.

Плунжер глубинного насоса представляет собой стальную трубу с внутренней резьбой на концах для присоединения узлов: клапанов и переводников. Для всех насосов длина плунжера постоянна и составляет 1200, 1500 или 1800 мм. Толщина стенок плунжера в зависимости от его диаметра составляет от 5 до 9, 5 мм. Их изготавливают из стали 45, 40Х или 38ХМЮА. Наружная поверхность плунжера шлифуется, покрывается слоем хрома толщиной слоя не менее 0, 07 мм, затем поверхность полируется.

Необходимо отметить, что хромирование - сравнительно дорогой процесс, вследствие чего более широкое применение имеют плунжеры не хромированные, а из углеродистой стали, закаленные токами высокой частоты.

По способу уплотнения зазора цилиндр – плунжер различают полностью металлические и гуммированные плунжеры.

В паре металлический плунжер - цилиндр уплотнение создается нормированным зазором большой длины, в гуммированных - за счет манжет или колец, изготовленных из эластомера или пластмассы.

В настоящее время применяют плунжеры:

1) с гладкой поверхностью;

2) с кольцевыми канавками;

3) с винтовой канавкой;

4) типа пескобрей;

5) гуммированные (манжетные) плунжеры.

Плунжеры

а - гладкий; б - с кольцевыми канавками;

в - с винтовой канавкой; г - типа пескобрей;

д - манжетный, гуммированный плунжер;

1 - корпус плунжера;

2 - самоуплотняющееся резиновое кольцо;

3 - набухающие резиновые кольца

Плунжеры с гладкой внешней поверхностью устанавливают только в насосах, предназначенных для откачки жидкости, не содержащей механических примесей.

Плунжеры с кольцевыми и винтовыми канавками устанавливают в насосах, предназначенных для откачки жидкости с небольшим содержанием песка.

Плунжеры типа «пескобрей » устанавливают в насосах, предназначенных для откачки жидкости с большим содержанием песка. В этих плунжерах на верхнем конце сделана цилиндрическая расточка глубиной 25-30 мм с конической фаской, скошенной внутрь, в результате чего толщина стенки уменьшается до 2 мм. Вместо верхнего нагнетательного клапана в плунжер ввинчивается специальная клетка. При работе насоса утончённая стенка плунжера несколько расширяется от действия давления столба жидкости и плотно прилегает к поверхности цилиндра. Осевший на стенках цилиндра песок при ходе плунжера вверх срезается его заостренной кромкой и попадая внутрь плунжера, выносится струёй жидкости.

Плунжеры с манжетами устанавливаются в насосах, предназначенных для откачки вязких жидкостей (изготавливают по требованию заказчика).

По ГОСТ 26-16-06-86 в зависимости от размеров зазора между плунжером и цилиндром предусмотрены четыре группы посадки:

0 – зазор от 0, 000 до 0, 045 мм

1 – зазор от 0, 020 до 0, 070 мм

2 – зазор от 0, 070 до 0, 120 мм

3 – зазор от 0, 120 до 0, 170 мм (изготавливают по требованию заказчика).

I группа (тугая посадка плунжера) с зазором между плунжером и цилиндром 20...70 мкм, предназначена для подъема маловязкой пластовой жидкости с невысоким содержанием песка, повышенным выделением газа при больших глубинах подвески насоса;

II группа (средняя посадка) с зазором 70...120 мкм, предназначена для подъема пластовой жидкости средней вязкости с высоким содержанием газа при средних глубинах подвески;

III группа (слабая посадка) с зазором более 120 мкм, предназначена для подъема очень вязкой нефти из сильно обводненных скважин при малой глубине подвески насоса.

Клапаны глубинных скважинных насосов выполняют шариковыми, так как в условиях работы глубинных насосов они обладают наибольшей работоспособностью по сравнению с другими конструкциями.

Основным элементом клапанного узла является его запор­ный элемент пара седло - шарик.

В зависимости от конструкции седла шариковые клапаны бывают с буртом (КБ), с гладкой наружной поверхностью (К) и в износостойком исполнении (КИ).

а - тип К; б - тип КБ; в - тип КИ

1 - шарик; 2 - седло; 3 - кольцо из твердого сплава

Шарик и седло изготавливают из высокоуглеродистой стали, а в ряде случаев (например, в коррозионной среде) - из бронзы.

Диаметр шарика от 14 до 73 мм.

Твердость шарика всегда назначается выше твердости седла, так как при работе шарик должен сохранить свою форму. Твердость шарика обычно бывает 56...70 HRc, седла 40...50 HRc.

Всасывающие клапаны невставных насосов состоят из наконечника-конуса и клапанной клетки, соединенных между собой на резьбе. Седло шарика плотно прижато торцами этих деталей. Клапанная клетка ограничивает перемещение шарика вверх и имеет боковые окна для выхода жидкости. В верхнюю часть клетки ввинчивается шток ловителя или захватный шток.

В клапанах вставных насосов вместо клапанной клетки устанавливают две детали: цилиндрический корпус клапана и внутри него стакан, который выполняет роль, клапанной клетки.

б - всасывающий клапан насоса НН

1 - корпус; 2 - стакан; 3- ша­рик;

4 - седло, 5 - наконечник-конус;

6 - захватный шток; 7 - клапанная клетка

Замковая опора предназначена для закрепления цилиндра скважинных насосов исполнений НВ1 и НВ2 в колонне насосно-компрессорных труб.

Взаимодействие замка наcoca 1

с замковой опорой 2

Замковая опора

1, 6 -переводники; 2 - опорное кольцо;

3 -пружинный якорь; 4 - опорная муфта;

5- рубашка

Переводник имеет на верхнем конце гладкую коническую резьбу, при помощи которой опора соединяется с колонной насосно-компрессорных труб.

Опорное кольцо обеспечивает герметичную посадку насоса.

Якорь предотвращает срыв насоса с опоры от усилий трения движущегося вверх плунжера в период запуска в работу подземного оборудования.

Рубашка и муфта служат для предотвращения изгиба и поперечных перемещений цилиндра при работе насоса.