ЩАНТОВИ ПОМПИ - ОСНОВНИ ВИДОВЕ И ПРИЛОЖЕНИЯ
Сондажната пръчкова помпа е еднобутална помпа с дълъг цилиндър, сферични кранове и дълъг канал на плунжера (фиг. 7.82). Когато буталото се движи нагоре, то инжектира течността между стените на цилиндъра и прътите, а течността от кладенеца навлиза в кухината под буталото. При движение надолу помпата изпомпва (изстисква) обем течност, равен на обема на пръта, спускащ се в цилиндъра, т.е. това е помпа с диференциално действие.По конструкция помпите се предлагат с уплътнение на междината между металното бутало и цилиндъра и с еластично уплътнение на тази междина - с неметална работна повърхност на буталото или със специални бутални пръстени. Помпи за сондажни пръчки са разделени на тръбни и щепселни. При първия цилиндърът се спуска в кладенеца върху тръби, а буталото и клапаните се спускат върху пръти. Щепселните помпи се спускат в кладенеца, монтирани на пръти и фиксирани в долната част на тръбната колона с ключалка (котва).
Фиг. 7,82. Структурни диаграми на невградени (тръбни) помпи:
1— стебло на клапана;2—съединители;3- втулки;4- корпус;5— бутало;6 —клапан за налягане; 7 - захващане на клапана; 8 - кръст;9 —смукателен клапан
За разлика от други помпи, основните параметри на сондажните прътови помпи включват номиналния диаметър на буталото (или цилиндъра) и дължината на хода на буталото. Схемите на помпите и техните основни параметри са установени от 2002 г. от държавния стандарт на България (GOST-R 51896-2002), а до този момент - от индустриалния стандарт (OST) и технически условия (TU). Структурните схеми на сондажните прътови помпи, предоставени от GOST-R, и техните технически характеристики ще бъдат представени по-долу [31].
Номинални диаметри на сондажипомпите (бутала и цилиндри) се избират от следната стандартна гама: 27 (29 - според OST и TU), 32, 38, 44, 50, 57, 63, 70, 95, 120 mm.
Дължината на буталото на сондажна помпа се избира в зависимост от необходимата помпа (дълбочината на динамичното ниво, от което помпата трябва да осигури издигането на резервоарната течност). Буталата с дължина 1200 mm се препоръчват да се използват на динамично ниво с дълбочина до 1200 m, 1500 mm - до 1500 m, 1800 mm - 1800 m или повече.
Съвременните сондажни прътови помпи, широко използвани в полетата, имат композитен (втулка) или безвтулка (изцяло метален) цилиндър.
Ръкавната помпа (например HB1C) има цилиндър, сглобен от втулки3с дължина 304 mm, поставени в корпуса4и захванати от крайни съединители2.Смукателен вентилен възел9.е свързан към долния съединител. Буталото 5 се движи в цилиндъра, имайки изпускателен клапан6(виж Фиг. 7.82). Помпа с цилиндър без ръкав (NV1B, NV2B, NN2B и др.) има плътен цилиндър с крайни резби. Субовете са свързани към нишката. Смукателен клапан е свързан към долния превод, а ограничител на хода на буталото към горния превод. Цилиндърът съдържа бутало с клапан за налягане. Изцяло металният цилиндър е цилиндрично тяло, чиято вътрешна повърхност е работна. Тази повърхност има ниска грапавост, висока точност на обработка и висока твърдост, същата като втулките на гилзовия цилиндър.
Преходът от втулка към изцяло метален цилиндър позволява да се намали външният диаметър на цилиндъра, както и да се намали трудоемкостта на монтажа на помпата и производството на цилиндър. Елиминира възможността за изместване на втулките на цилиндъра по време на транспортиране, монтаж иработа на помпи. Помпите с цилиндър без втулки се произвеждат като тръбни (помпи NN2B, NNBA и др.) и щекерни (помпи NV1B, NV2B).
Помислете за схемите и конструктивните характеристики на някои видове сондажни пръчкови помпи с широко приложение. Тръбните (невградени) сондажни помпи (НН) биват няколко вида - НН1, НН2, ННА. Помпата HH1 (виж фиг. 7.82,а)се състои от прът с удебеляване в горния край, който служи за отстраняване на смукателния клапан от неговия конус за кацане и повдигане на клапана на повърхността заедно с буталото. Цилиндърът на помпата остава окачен на тръбите. Възелът на изпускателния клапан е разположен в горната част на буталото. Тази фигура показва долната позиция на буталото по време на работния ход. Повдигането до повърхността на смукателния клапан е удобно и лесно. Но наличието на прът в конструкцията и разположението на изпускателния клапан в горния край на буталото създава голямо мъртво пространство Vm в цилиндъра на помпата, което причинява лоша работа на помпата дори при малко съдържание на газ в течността. За да се премахне този недостатък, е необходимо да се намали мъртвото пространство в помпата. За да направите това, изпускателният клапан се прехвърля в долната част на буталото и се използва специална байонетна ръкохватка 7 и напречна част 5 за отстраняване на смукателния клапан (вижте фиг. 7.82,b)Помпа с този дизайн има код HH2. Неговото предимство е малко мъртво пространство Vm в цилиндъра на помпата, което подобрява работата на помпата при наличие на свободен газ в течността. Но захващането и повдигането до повърхността на смукателния клапан обикновено е трудоемка и не винаги успешна операция, особено в случай на възможност за отлагане на асфалтово-парафинови и смолисти вещества върху частите на помпата.
Щепселната помпа (HB) има следната конструкция (фиг. 7.83). Помпата 5 се спуска вътре в тръбната колона1, в който е монтиран седловиден конус3, за да пасне на щепселната помпа. Конусът понякога има захващаща пружина4.Силите на триене в конуса или силите на триене и пружината срещу ухото на помпата помагат да се задържи помпата на място в началото на хода нагоре. Предимствата на помпата включват факта, че когато се смени, тя се издига на повърхността на земята на пръти, без да повдига тръбната нишка. Буталото, което има изпускателен клапан в долната си част, създава малко мъртво пространство. Но тъй като помпата е спусната вътре в тръбната колона, тя има по-малък диаметър на буталото от тръбна помпа, спусната със същата тръба. Това ограничава потока на помпата за вмъкване и също така намалява скоростта на потока на течността в тръбата. Последното е важно при вземане на проби от течност с пясък, тъй като отстраняването му ще бъде по-лошо. Възвратният клапан2предотвратява навлизането на пясък в цилиндъра, когато помпата спре.
Съвременните щепселни помпи от типове HB1 (с монтажна ключалка в горната част на помпата) и HB2 (с ключалка в долната част) могат да бъдат произведени с двойни смукателни и двойни нагнетателни вентили. Това дублиране на клапани е прието поради факта, че патронните помпи обикновено са проектирани да се спускат на по-голяма дълбочина от тръбните помпи.
Фиг. 7,83. Диаграма на помпата за вкарване
1- тръби;2 -възвратен клапан;3 —седло;4— пружина;5 —помпа;6- посока
Тръбните помпи тип HNA с автоматично свързване на прътите с буталния прът на помпата се спускат като комплект върху тръбната колона. Пръчките се спускат, след като помпата се спусне до предварително определена дълбочина и автоматично се свързват с буталото. Конструкцията на помпата осигурява автоматично отделяне на прътовата колона и плунжерния прът преди повдигане на помпата и отваряне на дренажния клапан за изпразванетръбни низове от изпомпваната течност.
Тази схема на помпа ви позволява да спуснете цилиндъра с диаметър, по-голям от вътрешния диаметър на тръбата. Това спестява метал и ви позволява да имате висок дебит на течността, когато се издига на повърхността. Последното е важно при избора на течност с пясък, за да се намали възможността от утаяването му. Друго предимство на тази конструкция на помпата е липсата на износване или повреда на плунжера на помпата, когато се спусне в тръбния низ.
Всички помпи с метално бутало и цилиндър имат стандартизирани части. В зависимост от размера на пролуката между буталото и цилиндъра, помпите се произвеждат в пет групи кацания (междините между буталото и цилиндъра на помпата):
1 група за кацане - от 0 до 0,063 mm;
2 група за кацане - от 0,025 до 0,078 mm;
група за кацане 3 - от 0,050 до 0,113 mm;
4 група за кацане - от 0,075 до 0,138 mm;
5 група за кацане - от 0,100 до 0,163 мм.
При оборудването на кладенеца с помпа групата за кацане се избира в зависимост от вискозитета на изпомпвания флуид, съдържанието на пясък в него, размера на неговите частици и др.
Буталата на помпата са изработени от стомана и са покрити с устойчив на износване слой хром с дебелина до 70 микрона. Буталото може да има концентрични или спираловидни жлебове, прорез. Жлебовете и прорезите предпазват буталото от засядане с пясък. За кладенци с голямо производство на пясък се използва бутало с пясъкоструене. Има горен ръб, скосен вътре в буталото, и клетка, вдлъбната в буталото, свързваща го с прътите. По този начин буталото, като че ли, обръсва механичните примеси от стените на цилиндъра. Примесите влизат в клетката на клапана, където се поемат от потока на изпомпваната течност, която премахва механичните примеси от контактната зона на буталото и цилиндъра. Други видове буталаза сондажни прътови помпи са разгледани по-долу.
Цилиндричните втулки са изработени от чугун, стомана клас 45 или 38Kh2MYuA. За да се втвърди вътрешната повърхност на втулките, те се подлагат на топлинна обработка. Втулки от чугун и арт. 45 се подлага на закаляване, а от стомана клас 38Kh2MYuA - азотиране до дълбочина 0,2-0,5 mm. В резултат на топлинна обработка твърдостта на вътрешната повърхност на втулките се повишава до HRC 36,45 за чугун, до HRC 50 за стомана 45 и до HRA 80 и повече за стомана клас 38Kh2MYuA.
Втулките са изработени с голяма точност, тъй като в комплекта могат да бъдат 12 или повече. Контактът на техните краища по време на компресия на втулките трябва да е стегнат, а вътрешната кухина на втулковия възел трябва да бъде прав цилиндър с ниска грапавост и малко отклонение в размерите на цилиндъра.
Изцяло металният цилиндър е изработен от стомана клас 40Х. Към вътрешната му повърхност се налагат същите изисквания, както към втулковия цилиндър. Сферични кранове за помпи. Топката се притиска към седалката. Седалката има по-ниска твърдост от топката, което увеличава живота на тази двойка. Работният ръб на седалката е задълбочен и защитен от „фалшива“ фаска от удари с топка.
Помпите с неметална работна повърхност на буталото тип HB1m и HH2m могат да имат гумирано бутало (фиг. 7.84) или бутало с маншети.
Фиг. 7,84. Диаграма на гумирано бутало
Гумирано бутало се прави чрез вулканизиране или залепване на гумени части към буталото. Горното уплътнение има захранване с течност от буталото към вътрешната му кухина. Тъй като изпускателният клапан е разположен в долната част на буталото, горното уплътнение се разширява под действието на налягането на течността. Останалите гумирани части са направени по такъв начин, че да влизат в цилиндъра с намеса и също да възприемат определена част от спада на налягането.Буталото обикновено има четири до шест гумирани уплътнения или яки.
Цилиндрите на тези помпи се изработват без втулки и с втулки. Размерът на диаметъра на цилиндъра не изисква висока точност, но повърхността му трябва да има много малка грапавост. Такива помпи са много по-евтини от помпите с ръкави. Но те не могат да издържат на голям спад на налягането и са предназначени за малки и средни динамични нива. Съдържанието на пясък в течността също е ограничено. Цилиндърът на помпата има ниска твърдост, така че двойката гума-стомана не е достатъчно устойчива на износване. При тръбните помпи от типа HH2m, при спускане и повдигане на буталото, неговите маншети могат да се повредят от вътрешни дефекти в тръбната колона или отлагания по вътрешната стена на тръбата.
За извличане на течност с висок вискозитет от кладенци се произвеждат стандартни помпи с две плунжери (тип NND2 и NV2D2) съгласно схемата, показана на фиг. 7,85. По време на сглобяването на буталата надолу, налягането на колоната течност в тръбата ще бъде прехвърлено към горното бутало b и изпускателния клапан5.В този случай ще има смукателно налягане под буталото b и клапана 5, тъй като течността от кладенеца ще тече през отворения клапан3в кухината4., което предотвратява увисването на прътите във вискозна течност и техните надлъжно огъване. При извличане на течност с висок вискозитет и конвенционалните помпи със смукателни пръти, триенето на прътите срещу течността не позволява на прътите да се спускат достатъчно бързо, балансиращата глава се спуска по-бързо от прътите, което води до несъответствие между движението на главата на помпата на кобилицата и низа на пръта, появата на значителни ударни натоварвания и намаляване на работоспособността на инсталациите.
Дебитът на такава помпа се определядължина на хода и разлика в площта между цилиндър 7 на долната помпена част (с бутало2)и цилиндър 7 на горната помпена част.
Фиг. 7,85. Схема на помпа за избор на вискозни течности