Занурювальні гвинтові електронасосні агрегати ЕВН, Пристрій та принцип дії гвинтових насосів
Занурювальний насосний агрегат є складальною конструкцією, що складається з гвинтового здвоєного насоса з електродвигуном і гідрозахистом. В умовному позначенні відсутня буква «У», наприклад, ЕВН5-16-1200. Інші позначення відповідають позначенням, наведеним в умовному позначенні установок УЕВН. Технічні характеристики гвинтових насосних агрегатів представлені у таблиці 3.
Таблиця 3 - Технічні характеристики гвинтових насосних агрегатів типу ЕВН5
Потужність насоса, кВт
Габаритні розміри, мм
Маса насоса, кг
Занурювальні електродвигуни та гідрозахист до них використовуються аналогічними, що застосовуються в агрегатах занурювальних відцентрових електронасосів для видобутку нафти.
Пристрій та принцип дії гвинтових насосів
Занурювальні гвинтові електронасосні агрегати ЭВН5 всіх типорозмірів виготовляються за однією і тією ж конструктивною схемою з двома робочими органами, з'єднаними паралельно, що забезпечує:
- подвоєння подачі при тому самому поперечному габариті;
- робочі органи (гвинтові пари) гідравлічно взаємно врівноважені, що унеможливлює передачу значних осьових сил на опорні підшипники насоса та п'яту електродвигуна.
Занурювальний гвинтовий електронасосний агрегат ЕВН5 (рисунок 5) складається з наступних елементів: пускова кулачкова муфта відцентрової дії, основа з приводним валом, сітчасті фільтри, встановлені на прийомі насоса, робочі органи з правими та лівими кульками та гвинтами, дві ексцентрики та шламова труба.
При роботі агрегату, момент, що крутить, від електродвигуна через вал протектора гідрозахисту, пускову муфту і ексцентрикові муфти насоса передається робочим гвинтам. За принципом дії насосивідносять до об'ємних, а за способом передачі енергії рідини до ротаційних. Основними робочими органами є однозахідні геліксоїдальні ротори з правим і лівим напрямком спіралі і дві гумово-металеві обойми, внутрішня порожнина яких являє собою двозахідну гвинтову поверхню з кроком у 2 рази більшим, ніж крок гвинта, виконану з маслобензиностійкої гуми або іншого еластомеру.
1 – шламова труба; 2 - запобіжний клапан; 3 – фільтр; 4 та 6 - гвинти; 5 та 7 - шарнірні муфти; 8 – вал насоса; 9 - пускова муфта
Малюнок 5 Гвинтовий занурювальний насос
Принцип дії насоса полягає в тому, що між гвинтом і обоймою по всій довжині утворюється ряд замкнутих порожнин, які при обертанні гвинта заповнюються рідиною, що перекачується, переміщається від прийому насоса до його викиду. Гвинти обертаються навколо своєї осі та по колу з радіусом рівним ексцентриситету.
Рідина надходить одночасно в лівий та правий органи насоса через приймальні сітки-фільтри. У камері між гвинтами потоки з'єднуються, і слідуючи далі кільцевим каналом між корпусом насоса і верхньої обойми, рідина через запобіжний клапан надходить у напірну лінію.
Пластова рідина перекачується практично без пульсації, не створюючи стійкої емульсії з нафти та води. Подача насоса дорівнює сумі подач робочих пар, а напір насоса - напору кожної робочої пари.
Всі основні вузли та деталі діафрагментних насосів уніфіковані та застосовуються, за деяким винятком, у всіх насосних агрегатах.
У гвинтових насосах типу ЭВН5 є низка специфічних деталей: пускова кулачкова муфта, ексцентрикові шарнірні муфти, запобіжний клапан, шламова труба, сітчастий фільтр.
Пускова кулачкова муфтавідцентрового типу з'єднує вали протектора та насоса та забезпечує за допомогою висувних кулачків пуск насоса при русі максимального крутного моменту на валу двигуна, що відповідає частоті обертання 800-1200 об/хв.
Це викликано тим, що гвинтовий насос має велику інерцію спокою і, щоб запустити його (подолати сили тертя), потрібний підвищений пусковий момент. Крім того, пускова муфта не дозволяє валу насоса обертатися у зворотний бік.
При зворотному обертанні за рахунок скосу на кулачках, муфта не включається, і кулачки прослизають і тим самим оберігають насос від різьбових з'єднань. Муфта також захищає насос від аварійного режиму роботи, т.к. при виході з експлуатації одного з робочих органів відключається останній. Усередині основи насоса розташований вал із підшипниками та опорні п'яти із силікованого графіту. Основу (рисунок 6) можна використовувати тільки в насосах, що комплектуються гідрозахистом типу 1Г51.
1 – захисна втулка; 2 – бронзова втулка; 3 – опорна п'ята; 4 - приводний вал
Рисунок 6 - Основа гвинтового насоса
В основі немає сальника, а мастило поверхонь, що труться здійснюється пластовою рідиною. На приводний вал одягнені захисні втулки з нержавіючої сталі, що обертаються у бронзових втулках. Кінцеві нерухомі п'яти спираються на гумові прокладки для рівномірної здачі зусиль на всю поверхню п'яти.
Ексцентрикова муфта (малюнок 7) забезпечує можливість складного планетарного обертання в обоймах. Завдяки чому рідина проштовхується вздовж осі гвинта та створюється необхідний напір для підйому рідини на поверхню.
Ексцентрикові муфти, встановлені між гвинтами, приводним валом і нижнім гвинтом, що складаються з 2 універсальних шарнірів, дозволяють здійснюватискладні планетарні рухи в обоймах.
Муфта складається з 2 шарнірних вузлів, з'єднаних різьбовим валиком, обертання в муфті передається роликами, розташованими в спеціальних гніздах повідця корпусу. Осьова сила сприймається повідцем та сферичною шайбою. Гумові манжети та пружина зберігають мастило в шарнірному вузлі та захищають від механічних домішок. Шарнірність вузла забезпечується сферичними опорними поверхнями повідця та шайби та зазором між роликами та відповідними отворами в корпусі та повідці.
1 – корпус; 2 - повідець; 3 – ролики; 4 – сферична шайба; 5 – валик; 6 – пружина; 7 - ущільнювальна манжета
Малюнок 7 - Ексцентрикова муфта
У верхній частині насоса розташований золотниковий запобіжний клапан (рисунок 8), який складається з корпусу, золотника, поршня, амортизатора та корпусних деталей. Клапан виконує такі функції:
- Пропускає рідину в колону нкт при спуску насосного агрегату в свердловину;
- Забезпечує злив рідини з колони нкт при підйомі агрегату зі свердловини;
- перешкоджає при зупинках насоса зливу рідини з колони труб через робочі органи насоса (вся рідина зливається через клапан у затрубний простір);
- захищає насос від сухого тертя та підвищеного тиску в напірній лінії;
- забезпечує перепуск рідини з напірної лінії назад у свердловину або за недостатнього притоку рідини з пласта, або при вмісті в рідині великої кількості газу.
Робота клапана представлена на малюнку 8. Показано 3 проміжні положення клапана: заповнення рідиною колони труб і злив рідини при спуску та підйомі насосного агрегату (рисунок 8 а); подача рідини на поверхню при працюючій установці (рисунок 8 б) і скидання рідини наповерхню при недостатньому припливі рідини або при великому газовому факторі назад у свердловину (рисунок 8).
Шламова труба захищає насос від механічних домішок, окалини, що випадають із колони НКТ при зупинці насоса, монтажі та виконує роль відстійника.
Рисунок 8 - Схеми роботи запобіжного клапана