Нефтяная качалка принцип работы: Нефтяная качалка

типы, принцип работы, технические характеристики станков СК, СКД, ПШГН, СКДР

В добыче нефти с большой глубины используется специальное насосное оборудование, которое называется станками-качалками. Привод этих аппаратов находится на поверхности земли, над эксплуатируемыми скважинами, а управление осуществляется оператором. Функцию добычи нефти в агрегатах выполняют специальные насосы плунжерного типа. Нефтяной станок-качалка является незаменимым аппаратом, без которого трудно и представить интенсивную разработку глубинных месторождений.

Назначение и работа станков-качалок

Чаще всего для освоения месторождения нефти применяются распространённые штанговые насосы с приводами. Эти агрегаты позволяют откачивать содержание скважин даже при большом, глубоком промерзании верхнего пласта земли. Станки – качалки с одноплечным балансиром относятся к оборудованию индивидуального вида и применяются для добычи нефти из-под земли в обычных и особых условиях.

Любая существующая инфраструктура добычи нефти нацелена на поднятие её с глубины на поверхность, а принцип работы станка-качалки со штанговым насосом напоминает действие медицинского шприца. Неотъемлемой частью любого станка-качалки является колонна, которую составляют компрессионные трубы. По этим трубам происходит подъём на поверхность и подача в резервуары нефти.

Если рассмотреть технологию организации добычи нефти, то весь процесс от начала до конца действий можно разделить на отдельные этапы:

• бурение скважин;
• установка трубных колонн;
• обсадка колонн;
• установка качалок и пуск их в работу.

Глубина бурения обычно достигает нескольких километров, но наиболее часто встречающиеся горизонты залегания нефти – это примерно 1500 метров под поверхностью и более. Иные скважины в глубину достигают и 4000 метров, но это уже колонны-рекордсмены нефтедобычи. Основой нефтедобывающей инфраструктуры являются колонны, собираемые из обсадных труб и активная часть каждого отдельного станка – его насос.

Чтобы понять принцип действия плунжерного насоса станка-качалки, нужно разобраться в роли и назначении отдельного станка в структуре всей трубопроводной сети добывающего комплекса. Качалка для нефти – это приводной механизм насоса, которая своим возвратно-поступательным движением, напоминающим качели, приводит в действие плунжерную пару насосного устройства. Оптимальная цикличность действия механизма качалки позволяет нефтяному ресурсу на глубине залегания концентрироваться у фильтра скважины, что способствует эффективности процесса добычи. Вся конструкция станка предусматривает минимизацию износа его отдельных элементов, установка рассчитана на безупречное действие в течение длительного срока эксплуатации.

Устройство качалки

При изучении устройства станка-качалки необходимо начать с установочной базы. База – это то, из чего состоит основа аппарата. Монтаж станка производится на заранее подготовленную бетонную основу, фундамент. Здесь же расположена платформа и её стойка вместе со станцией управления, в которой находится кабина оператора.

После того, как все организационные работы по установке платформы завершены, на неё навешивается массивный балансир, который уравновешивает специальную головку с канатным подвесом. Энергетическим приводом станка является мощный электродвигатель, который через редуктор станка-качалки передаёт усилие на балансир. Двигатель размещается иногда снизу под платформой, но такой вариант используется крайне редко, так как он связан с недостаточной безопасностью эксплуатации оборудования.

Через кривошип с шатуном электродвигатель воздействует на балансир, благодаря чему вращение вала двигателя преобразуется в цикличное поступательное движение элементов глубинного насоса.

Пункт управления станком-качалкой изготавливается в коробчатом виде, он содержит всё необходимое электротехническое оборудование комплекса. В станции, в непосредственной близости от управляющего реле, расположен и механический тормоз ручного типа.

Виды станков

Семейство нефтяных качалок представлено на отечественном рынке оборудования большим количеством модификаций. У всех видов станков практически один и тот же принцип работы, но есть и существенные отличия. Наиболее популярны среди нефтяников станки с балансирами, которые относятся к классическому типу добывающего оборудования. В этих станках предусмотрен механизм задней фиксации шатуна и редуктор расположен на одной раме с электродвигателем и балансиром.

Альтернативой классическим станкам являются такие типы станков-качалок, как гидравлические штанговые насосы, закрепляемые на фланце арматуры скважины в самом верху. Штанговые насосы имеют то преимущество перед станками классического типа, что они не требуют при своей установки сооружения мощного фундамента. Особенно важно это свойство штанговых насосов для случаев разработки месторождений в вечной мерзлоте, где заливка любого качественного фундамента сопряжена с большими трудностями. Свайная же установка классических станков не оправдана по экономическим соображениям.

Другой особенностью гидравлических насосов является возможность плавно, бесступенчато регулировать длину обсадной колонны. Благодаря этому появляется возможность точного подбора эксплуатационного режима скважины.

Основные характеристики качалок

Чтобы выбрать более подходящие станки для разработки месторождения нефти, нужно сделать анализ широкого спектра эксплуатационных и технических характеристик всех видов этого оборудования.

При оценке важнейших характеристик станка-качалки обязательно учитывают:

• рабочую штоковую нагрузку;
• максимальный ход плунжера;
• габариты редуктора;
• величину крутящего момента выходного вала;
• частоту качаний.

Определяющим параметром станка является мощность его электродвигателя. На установках классического типа для работы насосных станций достаточна мощность электродвигателя в 25 кВт. Но следует ещё учитывать тип используемых ремней для передачи вращения от двигателя на редуктор, диаметры шкивов ремённой передачи и конструкцию механизма торможения.

Даже если все эксплуатационные параметры рассматриваемого станка устраивают покупателя, ему следует ещё учесть и габариты оборудования. Ведь размеры иногда играют определяющую роль – это те случаи, когда приходится транспортировать станки на большие расстояния в условиях различных климатических и региональных зон страны. Габаритные размеры в большой степени решают вопрос, можно ли произвести установку данного оборудования в конкретной ситуации, в конкретных условиях разрабатываемого месторождения нефти.

Обычно масса станка не превышает 10 т, а его габариты по длине и ширине составляют 7Х2,5 м.

Интересные статьи:

Какой выбрать ручной листогибочный станок для металла?

Какой купить станок для резки арматуры?

Какую купить углевыжигательную печь?

Отдельные модели станков

Специалисту, занимающемуся заказами оборудования для нефтедобычи, необходимо хорошо ознакомиться с отдельными его моделями и их главными характеристиками. Несмотря на то, что каждый такой аппарат рассчитан на долгие годы работы, уже существующие промыслы время от времени производят модернизацию оборудования, закупая более современные его виды. Рассмотрим некоторые модели станков-качалок, сравнивая их характеристики и особенности.

Качалки СК

Распространённая в нефтедобывающей отрасли станок- качалка СК представляет собой скважинный насос с отдельным приводом. Насос при работе опускается в обсадную трубу скважины, и с ним соединён специальный шток привода. Шток составляется из колонны отдельных штанг, обеспечивая тем самым требуемую длину.

Как и в других классических вариантах добывающего насосного оборудования, вращение электродвигателя станка преобразуется с помощью кривошипа в поступательное движение штанговой колонны. Два исполнения станков-качалок СК изготавливаются со своим отдельным количеством типоразмеров. Аппараты СК имеют семь типоразмеров, а СКД – шесть.

Главные отличия станков-качалок СКД от СК заключаются в следующем:

• несимметричность кинематической преобразовательной схемы и более высокое преобразующее кинематическое соотношение;
• уменьшенные габаритные размеры;
• расположение редуктора прямо на станочной раме.

В установках СК используются трёхфазные электрические двигатели асинхронного типа с влагостойким исполнением в искробезопасном корпусе. В зависимости от модификации станка в нём могут применяться двигатели мощностью от 4 до 40 кВт.

Механизм тормоза станка включает в себя две колодки, правую и левую, он предназначен для фиксирования станка в нужном положении в момент его остановки.

Качалки СКДР

Более усовершенствованная модель семейства СК – станок-качалка СКДР. Аппарат развивает тяговое усилие в 60 кН при длине штока от 1,2 до 3 м. Редуктор, используемый в аппарате, имеет типоразмер Ц2НШ-450-28 или Ц3НШ-450-28.

Станки СКДР используются для откачки нефти из скважины со штоковой нагрузкой до 80 000 Н. Они разработаны с учётом последних достижений отечественного и зарубежного машиностроения. Главные элементы кинематики станков изготовлены с учётом всех требований ГОСТов на нефтедобывающее оборудование.

Частота качаний установки СКДР регулируется в диапазоне от 1,7 до 11,8 в мин и зависит от передаточного числа установленного редуктора на раме станка. Мощность двигателя качалки может составлять от 5,5 до 22 кВт в зависимости от передаточного числа редуктора.

Общая масса агрегата СКДР составляет 13 100 кг, а его габариты равны 7200х6350х 3100 мм.

Качалки ПШГН

Приводная часть глубинного нефтяного насоса шагового типа или станок-качалка ПШГН через систему штанг передаёт движение головки на насосный плунжер, расположенный глубоко в обсадной трубе скважины. Головка балансира аппарата соединяется со штоком насоса с помощью тросовой подвески.

По производительности качалка ПШГН может регулироваться путём увеличения или уменьшения числа качаний в минуту, амплитуды этих качаний и размеров насосного плунжера. Чтобы произвести регулировку длины хода штока, необходимо выполнить перестановку пальцев кривошипно-шатунного механизма в другие отверстия.

Как и все предыдущие нефтяные качалки, разновидность ПШГН не является отдельным их видом, а представляет собой разновидность главного механизма установки для добычи нефти.

Обслуживание нефтяных качалок

Специальный персонал нефтедобывающего предприятия выполняет обслуживание станка-качалки. Для удобства его работы конструкторами предусмотрены различные вспомогательные устройства и механизмы. При обслуживании балансира с траверсой и кривошипа на установке устроена специальная площадка, снабжённая системами привода. Операторы, располагаясь на этой площадке, производят управление балансировкой и уравновешиванием станка, проверяют крепление всех узлов кривошипно-шатунного механизма.

Вся кинематика системы привода нефтедобывающей качалки сконструирована для того, чтобы головка станка и кривошип совершала движение в оптимальном ритме и этот режим можно бы было легко перенастраивать.

Функции операторов станков и обслуживающего персонала необходимо разделять. Технический персонал занимается обслуживанием нефтяных насосов во время их интенсивной эксплуатации, в их обязанности входит слежение за рабочими показателями всех механизмов станции и техническое обслуживание насосного оборудования. В случае необходимости они производят и ремонт станков-качалок. Особенно важно в их работе создавать благоприятные режимы функционирования узлов и механизмов станка в моменты возникновения в нём максимальных, пиковых нагрузок.

В функции же операторов установок входят обязанности по регулированию самого процесса выкачки нефтяных ресурсов из глубины месторождения, по установке оптимальных режимов работы станка на каждом периоде освоения запасов углеводородов.

Заключение

Промышленные предприятия, изготавливающие станки-качалки, непрерывно совершенствуют своё нефтедобывающее оборудование. Но кардинальных вариантов переделок существующих станков в ближайшее время не предвидится. Это говорит о том, что классическая схема, заложенная в станки много лет назад, оказалась очень удачной и не имеет существенных недостатков.

К тому же оборудование нефтегазовых добывающих комплексов долговечно, его замены происходят очень редко и неохотно со стороны учредителей крупных компаний. Немалую роль в этом играет и высокая цена станка-качалки. Большей частью обновляются лишь отдельные узлы станков, устаревшие физически или морально.

Постепенно весь парк станков-качалок уступает свои позиции в пользу нового вида оборудования – гидравлических аппаратов. Это способствует оптимизации рабочего процесса добычи нефти, усовершенствованию всей инфраструктуры существующих и строящихся комплексов. Эксплуатационные затраты при этом снижаются без снижения качества добываемой нефти.

Как работает качалка нефти

В добыче нефти с большой глубины используется специальное насосное оборудование, которое называется станками-качалками. Привод этих аппаратов находится на поверхности земли, над эксплуатируемыми скважинами, а управление осуществляется оператором. Функцию добычи нефти в агрегатах выполняют специальные насосы плунжерного типа. Нефтяной станок-качалка является незаменимым аппаратом, без которого трудно и представить интенсивную разработку глубинных месторождений.

Назначение и работа станков-качалок

Чаще всего для освоения месторождения нефти применяются распространённые штанговые насосы с приводами. Эти агрегаты позволяют откачивать содержание скважин даже при большом, глубоком промерзании верхнего пласта земли. Станки – качалки с одноплечным балансиром относятся к оборудованию индивидуального вида и применяются для добычи нефти из-под земли в обычных и особых условиях.

Любая существующая инфраструктура добычи нефти нацелена на поднятие её с глубины на поверхность, а принцип работы станка-качалки со штанговым насосом напоминает действие медицинского шприца. Неотъемлемой частью любого станка-качалки является колонна, которую составляют компрессионные трубы. По этим трубам происходит подъём на поверхность и подача в резервуары нефти.

Если рассмотреть технологию организации добычи нефти, то весь процесс от начала до конца действий можно разделить на отдельные этапы:

• бурение скважин;
• установка трубных колонн;
• обсадка колонн;
• установка качалок и пуск их в работу.

Глубина бурения обычно достигает нескольких километров, но наиболее часто встречающиеся горизонты залегания нефти – это примерно 1500 метров под поверхностью и более. Иные скважины в глубину достигают и 4000 метров, но это уже колонны-рекордсмены нефтедобычи. Основой нефтедобывающей инфраструктуры являются колонны, собираемые из обсадных труб и активная часть каждого отдельного станка – его насос.

Чтобы понять принцип действия плунжерного насоса станка-качалки, нужно разобраться в роли и назначении отдельного станка в структуре всей трубопроводной сети добывающего комплекса. Качалка для нефти – это приводной механизм насоса, которая своим возвратно-поступательным движением, напоминающим качели, приводит в действие плунжерную пару насосного устройства. Оптимальная цикличность действия механизма качалки позволяет нефтяному ресурсу на глубине залегания концентрироваться у фильтра скважины, что способствует эффективности процесса добычи. Вся конструкция станка предусматривает минимизацию износа его отдельных элементов, установка рассчитана на безупречное действие в течение длительного срока эксплуатации.

Устройство качалки

При изучении устройства станка-качалки необходимо начать с установочной базы. База – это то, из чего состоит основа аппарата. Монтаж станка производится на заранее подготовленную бетонную основу, фундамент. Здесь же расположена платформа и её стойка вместе со станцией управления, в которой находится кабина оператора.

После того, как все организационные работы по установке платформы завершены, на неё навешивается массивный балансир, который уравновешивает специальную головку с канатным подвесом. Энергетическим приводом станка является мощный электродвигатель, который через редуктор станка-качалки передаёт усилие на балансир. Двигатель размещается иногда снизу под платформой, но такой вариант используется крайне редко, так как он связан с недостаточной безопасностью эксплуатации оборудования.

Через кривошип с шатуном электродвигатель воздействует на балансир, благодаря чему вращение вала двигателя преобразуется в цикличное поступательное движение элементов глубинного насоса.

Пункт управления станком-качалкой изготавливается в коробчатом виде, он содержит всё необходимое электротехническое оборудование комплекса. В станции, в непосредственной близости от управляющего реле, расположен и механический тормоз ручного типа.

Виды станков

Семейство нефтяных качалок представлено на отечественном рынке оборудования большим количеством модификаций. У всех видов станков практически один и тот же принцип работы, но есть и существенные отличия. Наиболее популярны среди нефтяников станки с балансирами, которые относятся к классическому типу добывающего оборудования. В этих станках предусмотрен механизм задней фиксации шатуна и редуктор расположен на одной раме с электродвигателем и балансиром.

Альтернативой классическим станкам являются такие типы станков-качалок, как гидравлические штанговые насосы, закрепляемые на фланце арматуры скважины в самом верху. Штанговые насосы имеют то преимущество перед станками классического типа, что они не требуют при своей установки сооружения мощного фундамента. Особенно важно это свойство штанговых насосов для случаев разработки месторождений в вечной мерзлоте, где заливка любого качественного фундамента сопряжена с большими трудностями. Свайная же установка классических станков не оправдана по экономическим соображениям.

Другой особенностью гидравлических насосов является возможность плавно, бесступенчато регулировать длину обсадной колонны. Благодаря этому появляется возможность точного подбора эксплуатационного режима скважины.

Основные характеристики качалок

Чтобы выбрать более подходящие станки для разработки месторождения нефти, нужно сделать анализ широкого спектра эксплуатационных и технических характеристик всех видов этого оборудования.

При оценке важнейших характеристик станка-качалки обязательно учитывают:

• рабочую штоковую нагрузку;
• максимальный ход плунжера;
• габариты редуктора;
• величину крутящего момента выходного вала;
• частоту качаний.

Определяющим параметром станка является мощность его электродвигателя. На установках классического типа для работы насосных станций достаточна мощность электродвигателя в 25 кВт. Но следует ещё учитывать тип используемых ремней для передачи вращения от двигателя на редуктор, диаметры шкивов ремённой передачи и конструкцию механизма торможения.

Даже если все эксплуатационные параметры рассматриваемого станка устраивают покупателя, ему следует ещё учесть и габариты оборудования. Ведь размеры иногда играют определяющую роль – это те случаи, когда приходится транспортировать станки на большие расстояния в условиях различных климатических и региональных зон страны. Габаритные размеры в большой степени решают вопрос, можно ли произвести установку данного оборудования в конкретной ситуации, в конкретных условиях разрабатываемого месторождения нефти.

Обычно масса станка не превышает 10 т, а его габариты по длине и ширине составляют 7Х2,5 м.

Отдельные модели станков

Специалисту, занимающемуся заказами оборудования для нефтедобычи, необходимо хорошо ознакомиться с отдельными его моделями и их главными характеристиками. Несмотря на то, что каждый такой аппарат рассчитан на долгие годы работы, уже существующие промыслы время от времени производят модернизацию оборудования, закупая более современные его виды. Рассмотрим некоторые модели станков-качалок, сравнивая их характеристики и особенности.

Качалки СК

Распространённая в нефтедобывающей отрасли станок- качалка СК представляет собой скважинный насос с отдельным приводом. Насос при работе опускается в обсадную трубу скважины, и с ним соединён специальный шток привода. Шток составляется из колонны отдельных штанг, обеспечивая тем самым требуемую длину.

Как и в других классических вариантах добывающего насосного оборудования, вращение электродвигателя станка преобразуется с помощью кривошипа в поступательное движение штанговой колонны. Два исполнения станков-качалок СК изготавливаются со своим отдельным количеством типоразмеров. Аппараты СК имеют семь типоразмеров, а СКД – шесть.

Главные отличия станков-качалок СКД от СК заключаются в следующем:

• несимметричность кинематической преобразовательной схемы и более высокое преобразующее кинематическое соотношение;
• уменьшенные габаритные размеры;
• расположение редуктора прямо на станочной раме.

В установках СК используются трёхфазные электрические двигатели асинхронного типа с влагостойким исполнением в искробезопасном корпусе. В зависимости от модификации станка в нём могут применяться двигатели мощностью от 4 до 40 кВт.

Механизм тормоза станка включает в себя две колодки, правую и левую, он предназначен для фиксирования станка в нужном положении в момент его остановки.

Качалки СКДР

Более усовершенствованная модель семейства СК – станок-качалка СКДР. Аппарат развивает тяговое усилие в 60 кН при длине штока от 1,2 до 3 м. Редуктор, используемый в аппарате, имеет типоразмер Ц2НШ-450-28 или Ц3НШ-450-28.

Станки СКДР используются для откачки нефти из скважины со штоковой нагрузкой до 80 000 Н. Они разработаны с учётом последних достижений отечественного и зарубежного машиностроения. Главные элементы кинематики станков изготовлены с учётом всех требований ГОСТов на нефтедобывающее оборудование.

Частота качаний установки СКДР регулируется в диапазоне от 1,7 до 11,8 в мин и зависит от передаточного числа установленного редуктора на раме станка. Мощность двигателя качалки может составлять от 5,5 до 22 кВт в зависимости от передаточного числа редуктора.

Общая масса агрегата СКДР составляет 13 100 кг, а его габариты равны 7200х6350х 3100 мм.

Качалки ПШГН

Приводная часть глубинного нефтяного насоса шагового типа или станок-качалка ПШГН через систему штанг передаёт движение головки на насосный плунжер, расположенный глубоко в обсадной трубе скважины. Головка балансира аппарата соединяется со штоком насоса с помощью тросовой подвески.

По производительности качалка ПШГН может регулироваться путём увеличения или уменьшения числа качаний в минуту, амплитуды этих качаний и размеров насосного плунжера. Чтобы произвести регулировку длины хода штока, необходимо выполнить перестановку пальцев кривошипно-шатунного механизма в другие отверстия.

Как и все предыдущие нефтяные качалки, разновидность ПШГН не является отдельным их видом, а представляет собой разновидность главного механизма установки для добычи нефти.

Обслуживание нефтяных качалок

Специальный персонал нефтедобывающего предприятия выполняет обслуживание станка-качалки. Для удобства его работы конструкторами предусмотрены различные вспомогательные устройства и механизмы. При обслуживании балансира с траверсой и кривошипа на установке устроена специальная площадка, снабжённая системами привода. Операторы, располагаясь на этой площадке, производят управление балансировкой и уравновешиванием станка, проверяют крепление всех узлов кривошипно-шатунного механизма.

Вся кинематика системы привода нефтедобывающей качалки сконструирована для того, чтобы головка станка и кривошип совершала движение в оптимальном ритме и этот режим можно бы было легко перенастраивать.

Функции операторов станков и обслуживающего персонала необходимо разделять. Технический персонал занимается обслуживанием нефтяных насосов во время их интенсивной эксплуатации, в их обязанности входит слежение за рабочими показателями всех механизмов станции и техническое обслуживание насосного оборудования. В случае необходимости они производят и ремонт станков-качалок. Особенно важно в их работе создавать благоприятные режимы функционирования узлов и механизмов станка в моменты возникновения в нём максимальных, пиковых нагрузок.

В функции же операторов установок входят обязанности по регулированию самого процесса выкачки нефтяных ресурсов из глубины месторождения, по установке оптимальных режимов работы станка на каждом периоде освоения запасов углеводородов.

Заключение

Промышленные предприятия, изготавливающие станки-качалки, непрерывно совершенствуют своё нефтедобывающее оборудование. Но кардинальных вариантов переделок существующих станков в ближайшее время не предвидится. Это говорит о том, что классическая схема, заложенная в станки много лет назад, оказалась очень удачной и не имеет существенных недостатков.

К тому же оборудование нефтегазовых добывающих комплексов долговечно, его замены происходят очень редко и неохотно со стороны учредителей крупных компаний. Немалую роль в этом играет и высокая цена станка-качалки. Большей частью обновляются лишь отдельные узлы станков, устаревшие физически или морально.

Постепенно весь парк станков-качалок уступает свои позиции в пользу нового вида оборудования – гидравлических аппаратов. Это способствует оптимизации рабочего процесса добычи нефти, усовершенствованию всей инфраструктуры существующих и строящихся комплексов. Эксплуатационные затраты при этом снижаются без снижения качества добываемой нефти.

Стано́к-кача́лка — тип наземных приводов скважинных штанговых насосов (ШСН) при эксплуатации нефтяных скважин. Операторы по добыче нефти и газа определяют этот привод как «индивидуальный механический привод штангового насоса», просторечное название: «качалка».

Станок-качалка является важным элементом нефтегазового оборудования и используется для механического привода к нефтяным скважинным штанговым (плунжерным) насосам. Конструкция станка-качалки представляет собой балансирный привод штанговых насосов, состоящий из редуктора и сдвоенного четырёхзвенного шарнирного механизма.

Около 2/3 всех добывающих скважин в мире используют штанговые насосы, и на многих из них в качестве привода установлены станки-качалки. [1] По этой причине станок-качалка является своеобразным символом нефтедобычи — его стилизованное изображение можно встретить в логотипах компаний, периодических изданий, выставок, форумов, конференций, связанных с нефтегазовой тематикой.

Содержание

Изготовители [ править | править код ]

До 1991 главным заводом по выпуску и проектированию станков-качалок в СССР являлся АзИНМАШ г. Баку. В последние годы станки-качалки начали производить и российские заводы.

В России изготавливаются станки-качалки 13 типоразмеров по ГОСТ 5866-76. Изготовителями станков-качалок в России является ЗАО «ЭЛКАМ-Нефтемаш» (г. Пермь), АО «Ижнефтемаш» (г. Ижевск), ОАО «Уралтрансмаш» (г. Екатеринбург), ЗАО «Нефтепром-Сервис» (г. Ижевск), ОАО «Редуктор» (г. Ижевск).

Изготовители за рубежом: «Вулкан» (г. Бухарест, Румыния), «Lufkin» (США), Ирон-МЭН (Китай).

Конструкция [ править | править код ]

Станок-качалка устанавливается на специально подготовленном фундаменте (обычно бетонном), на котором устанавливаются: платформа, стойка, станция управления.

После первичного монтажа на стойку помещается балансир, который уравновешивают так называемой головкой балансира. К ней же крепится канатная подвеска (последняя соединяет балансир с полированным сальниковым штоком).

На платформу устанавливаются редуктор и электродвигатель. Иногда электродвигатель расположен под платформой. Последний вариант имеет повышенную опасность, поэтому встречается редко. Электродвигатель соединяется с маслонаполненным понижающим редуктором через клиноремённую передачу. Редуктор же, в свою очередь, соединяется с балансиром через кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм преобразует вращательное движение вала редуктора в возвратно-поступательное движение балансира.

Станция управления представляет собой шкаф, в котором расположена электроаппаратура. Вблизи станции управления (или прямо на ней) выведен ручной тормоз станка-качалки. На самой станции управления расположен ключ (для замыкания электросети) и амперметр. Последний — очень важный элемент, особенно в работе оператора добычи нефти и газа. Нулевая отметка у амперметра поставлена в середину шкалы, а стрелка-указатель движется то в отрицательную, то в положительную область. Именно по отклонению влево-вправо оператор определяет нагрузку на станок — отклонения в обе стороны должны быть примерно равными. Если же условие равенства не выполняется, значит, станок работает вхолостую.

Типовая конструкция [ править | править код ]

По виду выполнения балансира станки-качалки подразделяются на станки-качалки с двуплечим балансиром и станки-качалки с одноплечим балансиром.

Ограничения [ править | править код ]

Штанговые насосы с наземным приводом могут использоваться для неглубоких вертикальных скважин и наклонных скважин с незначительным отклонением от вертикали, в диапазоне подач от 1 до 50 м 3 /сут (в некоторых случаях подача может достигать 200 м 3 /сут). Типичные глубины — от 30 метров до 1,5 км, максимальные глубины — 2,5 км. [2] . Есть сведения о применении штанговых насосов с наземным приводом в скважинах с глубинами до 5 км. [3]

Станки-качалки не используются на оффшорных скважинах. [1]

Нефтяной насос – один из наиболее сложных типов оборудования в нефтяной промышленности в отношении эксплуатации и ремонта. Как известно, нормальное функционирование оборудования зависит не только от правильного выбора устройства, но и от выполнения правил эксплуатации и условий работы.

Агрегаты для нефтегазовой промышленности могут перекачивать нефть, нефтепродукты, воду, щелочи, сниженные газы, кислоты и функционируют в больших диапазонах напора, температуры и производительности.

1 Какие бывают нефтяные насосы?

Насосы для нефтяной промышленности должны обладать высокой мощностью, ведь перекачиваемый материал устройство должно добывать из значительной глубины нефтяной скважины. На характеристики скважин влияет тип энергии, который используется насосом для нефти. Поэтому, устанавливают определенный тип привода в механизме, в зависимости от условий эксплуатации.

Насосы для нефтепродуктов оборудуют следующими типами приводов:

• гидравлический;
• электрический;
• механический;
• пневматический;
• термический.

Нефтяные скважинные насосы

Электронасос с электрическим приводом, при наличии электроэнергии, самый удобный и может дать больший диапазон характеристик в тот момент, когда происходит откачка нефти.

Когда же электросеть недоступна, насосы для перекачки нефти оснащают газотурбинными двигателями, или двигателями внутреннего сгорания. На центробежные насосы устанавливают пневматические приводы в случаях, когда можно использовать в качестве питания энергию высокого давления (природный газ), либо энергию газа попутного, что весьма поднимает уровень рентабельности насоса для перекачки нефтепродуктов.
к меню ↑

1.1 Виды насосов

Насосное оборудование делится на два основных типа: винтовые и центробежные.
к меню ↑

1.2 Винтовые

Винтовые насосы для добычи нефти могут работать в более сложных условиях, чем центробежные. Так как винтовые устройства перекачивают рабочую среду без контакта винтов, они могут работать с загрязненными жидкостями (пульпа, сырая нефть и т.д.), а еще с жидкостью с высокой плотностью.

Вертикальный нефтяной винтовой полупогружной насос

Винтовой самовсасывающий агрегат бывает в двух исполнениях: одновинтовым и двухвинтовым. Двухвинтовой прибор хорошо справляется с вязкими материалами температурой от -60 до +450˚С.
к меню ↑

1.3 Центробежные

Нефтяные центробежные насосы бывают следующих видов:

• консольные устройства, которые оснащены жесткой или упругой муфтой;
• двухопорные механизмы, что разделяются на: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые;
• вертикальные полупогружные.

Насосные приборы также разделяют по уровню температуры перекачиваемой среды:

• t 80˚С – полупогружные, магистральные многоступенчатые устройства, которые имеют рабочее колесо одностороннего входа;
• t 200˚С – консольные и горизонтальные многоступенчатые чугунные агрегаты;
• t 400˚С – консольные стальные механизмы, которые оборудованы рабочим колесом одностороннего или двустороннего действия.

Зависимо от температуры перекачиваемой жидкости, насосное оборудование оснащают уплотнителями: одинарные для t не более 200˚С, двойные торцевые для t не более 400˚С.

Нефтяные приборы также разделяют по области применения: для добычи и перемещения нефти и те, которые применяют в процессе подготовки и переработки нефтепродукта.

Центробежный нефтяной насос

К первой группе относят механизмы, которые подают жидкость на групповое замерное оборудование, на центральный пункт сбора, а еще устройства, которые перекачивают нефть внутри помещения (производство нефтепродуктов — нефтеперерабатывающий завод). Во вторую группу входят устройства для подачи нефти в центрифуги, теплообменники, сепараторы.
к меню ↑

1.4 Погружной агрегат для нефтепродуктов

Погружные нефтяные устройства разделяют на следующие виды, в зависимости от способа работы силовой установки:

1. Бесштанговые, когда силовая установка находится внутри прибора и заставляет работать механизм, отвечающий за извлечение жидкости на поверхность.
2. Штанговые насосы — механизм, что выталкивает рабочую среду на поверхность при помощи электромотора, который находится наверху, в движение такой механизм приводит штанга. Штанговые глубинные агрегаты применяют, в основном, как механизм, добывающий нефть или минералы.

Скважинный механизм для перекачки нефти отличается от водяного техническими характеристиками и мощностью добычи ископаемого на поверхность:

• у нефти немалая плотность, поэтому увеличивается давление на лопасти;
• вязкость жидкости имеет большое сопротивление, поэтому используют, в основном, штанговые механизмы;
• нефть добывают с помощью сложной системы с несколькими нагнетательными агрегатами;
• приводы штангового прибора обеспечивают внутренние механизмы передачей вращательной энергии, которые выталкивают жидкость наверх;
• такой привод называют «станок качалка», именно он является основным инструментом для добывания нефти;
• устанавливается качалка на подготовленный фундамент и состоит из таких частей: стойка, платформа и станция управления.

2 Нефтяная качалка

Добыча нефти происходит при помощи глубинных механизмов, основой которых является станок-качалка. Это один из видов наземного приводного устройства, управляют которым операторы при эксплуатации скважин.

Схема работы нефтяной качалки

Самый распространенный привод штангового агрегата используют для свайной разработки месторождений. При помощи такого устройства можно добывать нефтепродукты в условиях вечной мерзлоты. Пользуются популярностью нефтяной и газовый механизмы в виде станков-качалок с одноплечными балансирами. Такое оборудование применяют в качестве индивидуального привода в условиях добычи нефти.

Принцип работы агрегата сравним с функцией шприца, которая обеспечивается штанговым прибором. Качалку оснащают колоннами из компрессионных труб, по которым осуществляется добывание и передача нефтяной жидкости.

Одной из важных характеристик станка-качалки является мощность двигателя. Типовый нефтяной агрегат делает свою работу при условии подачи усилия в 25 кВт. Более расширенный анализ характеристик предусматривает учет вида ремня, особенности тормозной системы и диаметр шкивов.

При выборе устройства, стоит обратить внимание и на габаритные размеры, которые играют важную роль при установке определенного станка в конкретных условиях. Типовый насос может обладать длиной в 7 м, а шириной – до 2,5 м, при этом вес механизма обычно больше 10 кг.
к меню ↑

2.1 Струйные модели для добычи нефти

Струйные устройства используют для всасывания, нагнетания жидких материалов, для охлаждения или нагревания с помощью смешивания с другими жидкостями, газами или парами.

Струйный насос для добычи нефти

Такие механизмы относятся к динамическим насосам трения, у которых нет вращающихся частей, а поток жидкости перемещается за счет трения, которое появляется между ним и рабочим потоком жидкости. Рабочая жидкость подводится к устройству снаружи и обязана иметь достаточно энергии, чтобы обеспечить перекачку нефти с необходимыми параметрами.

Струйный агрегат соединяют с насосно-компрессорным трубопроводом и вместе с генератором, спецфильтром и паркером опускают в необходимое место (заданная глубина скважины). Нефть под давлением перекачивается по НКТ.

С помощью каналов в спецмуфте и кольцевого зазора между корпусом и внутренней частью инжектора нефть оказывается в окнах делителя. Часть потока рабочей среды направляется через сопло в камеру смешения, взаимодействуя с пассивной нефтью приемной камеры.
к меню ↑

Конструкция, принцип действия и назначение станка-качалки

Назначение и работа станков-качалок

Чаще всего для освоения месторождения нефти применяются распространённые штанговые насосы с приводами. Эти агрегаты позволяют откачивать содержание скважин даже при большом, глубоком промерзании верхнего пласта земли. Станки – качалки с одноплечным балансиром относятся к оборудованию индивидуального вида и применяются для добычи нефти из-под земли в обычных и особых условиях.
Любая существующая инфраструктура добычи нефти нацелена на поднятие её с глубины на поверхность, а принцип работы станка-качалки со штанговым насосом напоминает действие медицинского шприца. Неотъемлемой частью любого станка-качалки является колонна, которую составляют компрессионные трубы. По этим трубам происходит подъём на поверхность и подача в резервуары нефти.

Если рассмотреть технологию организации добычи нефти, то весь процесс от начала до конца действий можно разделить на отдельные этапы:

• бурение скважин;
• установка трубных колонн;
• обсадка колонн;
• установка качалок и пуск их в работу.

Глубина бурения обычно достигает нескольких километров, но наиболее часто встречающиеся горизонты залегания нефти – это примерно 1500 метров под поверхностью и более. Иные скважины в глубину достигают и 4000 метров, но это уже колонны-рекордсмены нефтедобычи. Основой нефтедобывающей инфраструктуры являются колонны, собираемые из обсадных труб и активная часть каждого отдельного станка – его насос.

Чтобы понять принцип действия плунжерного насоса станка-качалки, нужно разобраться в роли и назначении отдельного станка в структуре всей трубопроводной сети добывающего комплекса. Качалка для нефти – это приводной механизм насоса, которая своим возвратно-поступательным движением, напоминающим качели, приводит в действие плунжерную пару насосного устройства. Оптимальная цикличность действия механизма качалки позволяет нефтяному ресурсу на глубине залегания концентрироваться у фильтра скважины, что способствует эффективности процесса добычи. Вся конструкция станка предусматривает минимизацию износа его отдельных элементов, установка рассчитана на безупречное действие в течение длительного срока эксплуатации.

Литература

• Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Каштанов В.С., Мерициди И.А., Николаев Н.М., Пекин С.С., Сабиров А.А. Нефтегазопромысловое оборудование. Под общ. ред. В.Н. Ивановского. Учеб. для ВУЗов. – М.: «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2003.
• Кушеков А.У., Ермеков М.М., Ажикенов Н.С. Скважинные насосные установки. – Кн. l: Штанговые скважинные насосные установки с механическим приводом. – Алматы: Эверо, 2001.
• Справочник по станкам-качалкам. — Альметьевск АО «Татнефть».:К. И. Архипов, В. И. Попов, И. В. Попов. 2000.
• Станок-качалка, Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984—1991.
• Аливердизаде K. C., Балансирные индивидуальные приводы глубиннонасосной установки, Баку-Л., 1951;
• Chapter 3 Sucker Rod Pump // Niladri Kumar Mitra, Principles of Artificial Lift — Allied Publishers, 2012, ISBN 9788184247640, 464 страницы (англ.)

Устройство качалки

При изучении устройства станка-качалки необходимо начать с установочной базы. База – это то, из чего состоит основа аппарата. Монтаж станка производится на заранее подготовленную бетонную основу, фундамент. Здесь же расположена платформа и её стойка вместе со станцией управления, в которой находится кабина оператора.

После того, как все организационные работы по установке платформы завершены, на неё навешивается массивный балансир, который уравновешивает специальную головку с канатным подвесом. Энергетическим приводом станка является мощный электродвигатель, который через редуктор станка-качалки передаёт усилие на балансир. Двигатель размещается иногда снизу под платформой, но такой вариант используется крайне редко, так как он связан с недостаточной безопасностью эксплуатации оборудования.

Через кривошип с шатуном электродвигатель воздействует на балансир, благодаря чему вращение вала двигателя преобразуется в цикличное поступательное движение элементов глубинного насоса.

Пункт управления станком-качалкой изготавливается в коробчатом виде, он содержит всё необходимое электротехническое оборудование комплекса. В станции, в непосредственной близости от управляющего реле, расположен и механический тормоз ручного типа.

Конструктивные особенности

Станки-качалки предназначены для передачи поступательного движения глубинному штанговому насосу, расположенному на дне скважины. Для уменьшения затрат на энергию оборудование должно обладать уникальной кинематической схемой. Дополнительным условием является применение современных комплектующих и компонентов.

Для анализа функциональности и особенности работы необходимо ознакомиться с конструкцией, которой обладает станок-качалка. Он состоит из силовой установки, вращательное движение от которой поступает на ведущий вал редуктора. На нем расположен кривошип с системой противовесов. Для связи кривошипа с балансиром предусмотрены шатуны и траверсы. В свою очередь, балансир установлен на опорной стойке. Для уменьшения затраты энергии на торцевой части балансира расположена откидная головка.

Правильно установленный станок имеет следующие эксплуатационные качества:

• высокий показатель КПД. Обусловлен системой противовесов, которые позволят оптимизировать затраты энергии;
• надежность. Станок качалка способен работать продолжительное время. Главное — обеспечивать должный уровень смазки подвижных механизмов;
• сложность установки. Для нормальной эксплуатации станки-качалки необходимо устанавливать на обустроенные опорные платформы. Чаще всего их изготавливают методом заливки бетонной смесью.

Наряду с этой конструкцией в нефтедобывающей отрасли применяется безбалансировочное оборудование. Эти модели отличаются относительно небольшими размерами и массой, но при этом обладают более низким показателем КПД. Чаще всего устанавливаются в труднодоступных районах или местах, где обустройство полноценного фундамента затруднено.

В качестве привода чаще всего используются электродвигатели, скорость вращения вала которых не превышает 1500 об/мин. Изменение этого параметра выполняется с помощью коробки передач или ее клиноременного аналога.

Виды станков

Семейство нефтяных качалок представлено на отечественном рынке оборудования большим количеством модификаций. У всех видов станков практически один и тот же принцип работы, но есть и существенные отличия. Наиболее популярны среди нефтяников станки с балансирами, которые относятся к классическому типу добывающего оборудования. В этих станках предусмотрен механизм задней фиксации шатуна и редуктор расположен на одной раме с электродвигателем и балансиром.

Альтернативой классическим станкам являются такие типы станков-качалок, как гидравлические штанговые насосы, закрепляемые на фланце арматуры скважины в самом верху. Штанговые насосы имеют то преимущество перед станками классического типа, что они не требуют при своей установки сооружения мощного фундамента. Особенно важно это свойство штанговых насосов для случаев разработки месторождений в вечной мерзлоте, где заливка любого качественного фундамента сопряжена с большими трудностями. Свайная же установка классических станков не оправдана по экономическим соображениям.

Другой особенностью гидравлических насосов является возможность плавно, бесступенчато регулировать длину обсадной колонны. Благодаря этому появляется возможность точного подбора эксплуатационного режима скважины.

Основные характеристики качалок

Чтобы выбрать более подходящие станки для разработки месторождения нефти, нужно сделать анализ широкого спектра эксплуатационных и технических характеристик всех видов этого оборудования.

При оценке важнейших характеристик станка-качалки обязательно учитывают:

• рабочую штоковую нагрузку;
• максимальный ход плунжера;
• габариты редуктора;
• величину крутящего момента выходного вала;
• частоту качаний.

Определяющим параметром станка является мощность его электродвигателя. На установках классического типа для работы насосных станций достаточна мощность электродвигателя в 25 кВт. Но следует ещё учитывать тип используемых ремней для передачи вращения от двигателя на редуктор, диаметры шкивов ремённой передачи и конструкцию механизма торможения.

Даже если все эксплуатационные параметры рассматриваемого станка устраивают покупателя, ему следует ещё учесть и габариты оборудования. Ведь размеры иногда играют определяющую роль – это те случаи, когда приходится транспортировать станки на большие расстояния в условиях различных климатических и региональных зон страны. Габаритные размеры в большой степени решают вопрос, можно ли произвести установку данного оборудования в конкретной ситуации, в конкретных условиях разрабатываемого месторождения нефти.

Обычно масса станка не превышает 10 т, а его габариты по длине и ширине составляют 7Х2,5 м.

Интересные статьи:

Какой выбрать ручной листогибочный станок для металла?

Какой купить станок для резки арматуры?

Какую купить углевыжигательную печь?

Отдельные модели станков

Специалисту, занимающемуся заказами оборудования для нефтедобычи, необходимо хорошо ознакомиться с отдельными его моделями и их главными характеристиками. Несмотря на то, что каждый такой аппарат рассчитан на долгие годы работы, уже существующие промыслы время от времени производят модернизацию оборудования, закупая более современные его виды. Рассмотрим некоторые модели станков-качалок, сравнивая их характеристики и особенности.

Качалки СК

Распространённая в нефтедобывающей отрасли станок- качалка СК представляет собой скважинный насос с отдельным приводом. Насос при работе опускается в обсадную трубу скважины, и с ним соединён специальный шток привода. Шток составляется из колонны отдельных штанг, обеспечивая тем самым требуемую длину.

Как и в других классических вариантах добывающего насосного оборудования, вращение электродвигателя станка преобразуется с помощью кривошипа в поступательное движение штанговой колонны. Два исполнения станков-качалок СК изготавливаются со своим отдельным количеством типоразмеров. Аппараты СК имеют семь типоразмеров, а СКД – шесть.

Главные отличия станков-качалок СКД от СК заключаются в следующем:

• несимметричность кинематической преобразовательной схемы и более высокое преобразующее кинематическое соотношение;
• уменьшенные габаритные размеры;
• расположение редуктора прямо на станочной раме.

В установках СК используются трёхфазные электрические двигатели асинхронного типа с влагостойким исполнением в искробезопасном корпусе. В зависимости от модификации станка в нём могут применяться двигатели мощностью от 4 до 40 кВт.

Механизм тормоза станка включает в себя две колодки, правую и левую, он предназначен для фиксирования станка в нужном положении в момент его остановки.

Качалки СКДР

Более усовершенствованная модель семейства СК – станок-качалка СКДР. Аппарат развивает тяговое усилие в 60 кН при длине штока от 1,2 до 3 м. Редуктор, используемый в аппарате, имеет типоразмер Ц2НШ-450-28 или Ц3НШ-450-28.

Станки СКДР используются для откачки нефти из скважины со штоковой нагрузкой до 80 000 Н. Они разработаны с учётом последних достижений отечественного и зарубежного машиностроения. Главные элементы кинематики станков изготовлены с учётом всех требований ГОСТов на нефтедобывающее оборудование.

Частота качаний установки СКДР регулируется в диапазоне от 1,7 до 11,8 в мин и зависит от передаточного числа установленного редуктора на раме станка. Мощность двигателя качалки может составлять от 5,5 до 22 кВт в зависимости от передаточного числа редуктора.

Общая масса агрегата СКДР составляет 13 100 кг, а его габариты равны 7200х6350х 3100 мм.

Качалки ПШГН

Приводная часть глубинного нефтяного насоса шагового типа или станок-качалка ПШГН через систему штанг передаёт движение головки на насосный плунжер, расположенный глубоко в обсадной трубе скважины. Головка балансира аппарата соединяется со штоком насоса с помощью тросовой подвески.

По производительности качалка ПШГН может регулироваться путём увеличения или уменьшения числа качаний в минуту, амплитуды этих качаний и размеров насосного плунжера. Чтобы произвести регулировку длины хода штока, необходимо выполнить перестановку пальцев кривошипно-шатунного механизма в другие отверстия.

Как и все предыдущие нефтяные качалки, разновидность ПШГН не является отдельным их видом, а представляет собой разновидность главного механизма установки для добычи нефти.

Шкивы электродвигателя

Шкивы электродвигателя выполняют быстросменными за счёт конусной расточки тела и применения конусной втулки, закрепляемой гайкой. При помощи сменных шкивов регулируется число ходов точки подвеса штанг.

Поворотные салазки предназначены для крепления электродвигателя, обеспечивают быструю смену и натяжение клиновидных ремней. Выполнены в виде рамы, которая шарнирно укреплена на заднем конце рамы станка-качалки в трёх точках, а на большегрузных СК (длина хода свыше 3,5, и) — в четырёх и прикреплённых к ней поперечно болтами двух салазок, на которые устанавливается электро- двигатель. Поворотные салазки поворачиваются вращением ходового винта.

Обслуживание нефтяных качалок

Специальный персонал нефтедобывающего предприятия выполняет обслуживание станка-качалки. Для удобства его работы конструкторами предусмотрены различные вспомогательные устройства и механизмы. При обслуживании балансира с траверсой и кривошипа на установке устроена специальная площадка, снабжённая системами привода. Операторы, располагаясь на этой площадке, производят управление балансировкой и уравновешиванием станка, проверяют крепление всех узлов кривошипно-шатунного механизма.

Вся кинематика системы привода нефтедобывающей качалки сконструирована для того, чтобы головка станка и кривошип совершала движение в оптимальном ритме и этот режим можно бы было легко перенастраивать.

Функции операторов станков и обслуживающего персонала необходимо разделять. Технический персонал занимается обслуживанием нефтяных насосов во время их интенсивной эксплуатации, в их обязанности входит слежение за рабочими показателями всех механизмов станции и техническое обслуживание насосного оборудования. В случае необходимости они производят и ремонт станков-качалок. Особенно важно в их работе создавать благоприятные режимы функционирования узлов и механизмов станка в моменты возникновения в нём максимальных, пиковых нагрузок.

В функции же операторов установок входят обязанности по регулированию самого процесса выкачки нефтяных ресурсов из глубины месторождения, по установке оптимальных режимов работы станка на каждом периоде освоения запасов углеводородов.

Как обслуживается качалка нефтяная?

Для работы со станками-качалками конструкторы предусматривают специальные механизмы. Например, для обслуживания траверсы с балансиром монтируется специальная площадка с приводными системами. Операторы могут управлять параметрами разъемной опорой балансирной головки, интегрированной в тело установки. Кинематическая схема приводной системы обеспечивает оптимальное движение головки и при необходимости может настраиваться на быстрое движение вниз. При этом важно разделять непосредственно функции операторов и персонала, который технически обслуживает нефтяные насосы в процессе эксплуатации. Если первые занимаются регуляцией подъема нефти, то вторые отслеживают рабочие показатели механизмов с точки зрения сохранения их функции в рамках допуска пиковых нагрузок.

Долгожитель нефтяной отрасли | Добывающая промышленность

Станок-качалка — металлическая конструкция, с помощью которой чёрное золото извлекают из нефтесодержащих пластов, стала непреходящим символом отрасли. С точки зрения технического прогресса этот станок является настоящим мастодонтом. Изобретённый более 80 лет назад, он до сих пор не претерпел сколько-нибудь значительных изменений. Инженеры пытаются усовершенствовать станок и периодически предлагают различные новые решения, но пока ничего кардинально нового в практике добычи нефти не появилось. Нефтедобывающие компании предпочитают использовать уже зарекомендовавшее себя оборудование, поскольку технические новинки пока не доказали своего превосходства.

Фото: geolmuseum.ru

Редко в какой отрасли найдётся столь же долговечное средство, как станки-качалки, применяемые в нефтедобыче. Изобретённые много лет назад, они и сегодня являются неотъемлемой частью производства. Строго говоря, правильнее называть их приводами штанговых глубинных насосов, но аббревиатура ПШГН не особенно прижилась, чаще всего оборудование продолжают называть станками-качалками.

«Конструктивно станок-качалка является приводом штангового насоса, расположенного в скважине», — разъясняет принцип работы первый заместитель директора, главный инженер Управляющей Компании «ТМС групп» Владислав Выдренков.

По его словам, основными элементами станка-качалки являются рама, стойка с балансиром, два кривошипа с двумя шатунами, редуктор, клиноременная передача, электродвигатель и блок управления, который подключается к промысловой линии силовой электропередачи.

«Станки-качалки устанавливают непосредственно на площадке скважины на фундаменте. Железная конструкция в высоту может достигать пяти-шести метров. Наиболее изнашиваемыми узлами являются канатная подвеска (обрыв вследствие увеличения нагрузки на полированный шток), балансиры (трещины, выявленные при экспертизе промышленной безопасности и обслуживании), нижняя головка шатуна (ослабление крепления), редукторы (износ зубьев)», — подчёркивает главный инженер.

Справедливости ради отметим, что сам принцип добычи с помощью скважины человечество изобрело очень давно, но потребовались века, чтобы инженеры научились откачивать нефть с помощью насосов.

Первые скважины пробурили китайцы более двух тысяч лет назад, на Руси свидетельства о первых скважинах относятся к VIII-IX векам. Из скважин тогда добывали соль, которая на тот момент представлялась более ценным веществом, нежели нефть.

Сейчас сложно представить, но когда-то нефть можно было собирать вручную.

Зарубежные путешественники описывали, как племена, жившие у берегов реки Ухты на севере Тимано-Печорского района, собирали нефть с поверхности реки. Чёрную жидкость применяли как смазку и для медицинских целей.

Фото: wikimedia.org

Спустя годы один из первых русских нефтедобытчиков Федор Прядунов построил на Ухте первую нефтяную вышку. Внешне это был четырёхугольный сруб, внутри которого помещали нефтяной ковш, который собирал нефть в специальный ушат. Нефть пытались добывать не только на Ухте, но и на юге России — первоначально из «копаней», с помощью ковшей и вёдер.

В начале 19 века российские чиновники оценили потенциал этой субстанции, поэтому пытались увеличить объёмы добычи.

Обустроить нефтяные промыслы на Кубани с помощью простейшей механизации попытался атаман Черноморского казачьего войска, генерал-майор Николай Завадовский, ту же задачу пытался решить царский чиновник обер-гиттенфервалтер Павел Фолледорф и другие.

В итоге к 1870-м годам широкое распространение получил способ добычи с помощью так называемого тартания, когда из пробуренной скважины нефть черпали с помощью длинного (до 17 м) сосуда цилиндрической формы — желонки.

Насос как шаг вперёд

Насосы для добычи нефти стали шагом вперёд, их начали применять в последней трети XIX века. Идея не черпать нефть, а качать принадлежит начальнику одной из российских горных частей, которые работали на Кавказе, инженеру Александру Иваницкому.

В 1865 году он изобрёл насос собственной конструкции и построил опытный образец. Но поскольку в то время у него не было эффективного фильтровального устройства, то насос быстро забивался песком и выходил из строя. Нефтепромышленники, заинтересованные в снижении себестоимости добычи и росте объёмов производства, были разочарованы первыми испытаниями.

Неудача Иваницкого не остановила развитие инженерной мысли. В 1886 году Владимир Шухов создал «шнуровой» насос, а в 1891 году представил инерционное поршневое устройство. В 1899 году свой скважинный насос явил миру Николай Соколовский. Последующие годы российские исследователи неоднократно возвращались к проблеме использования насосов.

Наиболее технически совершенным стало изобретение электроцентробежного погружного насоса для добычи нефти конструкции выпускника Петербургского лесного института Армаиса Арутюнова. В начале 20 века он создал в Екатеринославле фирму «Российское электрическое динамо компании Арутюнова», где наряду с электрификацией местных предприятий начал работу над проектом погружного насоса. Особенностью устройства было использование электричества.

Нефтепромышленники, которым различные технические новинки демонстрировали довольно часто, отнеслись к изобретениям довольно прохладно. Насосы показались им слишком ненадёжными.

Фото: wikimedia.org

В 1924 году первые советские наркомы обратили внимание на повышение эффективности нефтедобычи в США после доклада вернувшегося из командировки инженера Александра Серебровского. Американцы применяли плунжерный насос, который функционировал через колонну штанг, соединённую с установленным на поверхности силовым приводом.

Уже через год отечественные аналоги, правда с конструктивными изменениями, начали выпускать на заводе в Баку. Более совершенные редукторные станки-качалки с клиноременной и закрытой зубчатой передачей, глубинными насосами конструкции того же Арутюнова появились в СССР в начале 1950-х годов.

«Нужно признать, что ещё не создано другого более надёжного и простого в обслуживании оборудования», — констатирует Владислав Выдренков.

По его словам, конструкция станков-качалок не предъявляет особых требований к инструментальному хозяйству, все узлы оборудования взаимозаменяемы. Тем не менее, в условиях постоянного повышения добычи нефти на скважинах параметры работы глубинно-насосного оборудования изменяются, что сказывается на верхнем оборудовании и приводит к отказам станков-качалок.

Эксперт уверен, что простой даже одного станка-качалки влечёт ощутимые экономические потери, и для снижения отказов совершенствуются узлы станков-качалок (например, усиливаются крепления головок и траверс балансиров), ведётся работа с более надёжными поставщиками ТМЦ.

Ремонт или замена?

В процессе эксплуатации на элементы конструкции станка-качалки воздействует целый ряд негативных факторов.

В частности, это «низкие температуры, снег, дождь, ветер, некачественный монтаж, дефекты крепления составных частей металлоконструкций, удары зубчатой передачи в неисправных редукторах и удары штока об отложения в скважинном оборудовании, многократные циклические знакопеременные нагрузки», — перечисляют в своей работе «Оценка остаточного ресурса станка-качалки» молодые учёные Дмитрий Лосев, Александр Миронов, Александр Садилов, Сергей Хмелёв.

По их данным, все вышеперечисленные факторы в итоге приводят к постепенной деградации прочностных характеристик материала, накоплению усталостных повреждений и появлению развивающихся макроскопических трещин в наиболее нагруженных зонах металлоконструкций.

По данным Владислава Выдренкова, значительная часть (более 85%) станков-качалок отечественного и импортного производства предполагает срок эксплуатации около 14 лет, но средний возраст станков-качалок, которые сейчас используются в отрасли, уже превышает 25 лет.

Правда, надёжная эксплуатация существующего фонда станков обеспечивается благодаря планомерной работе высококвалифицированного персонала, своевременному обслуживанию и ремонту оборудования. Обновление фонда станков происходит как за счёт модернизации (в том числе, усиления конструкции привода ШГН и изменения технических характеристик), так и за счёт капитального ремонта.

Фото: twitter.com/arsagera

«Как правило, модернизация оборудования включает в себя изготовление и замену новыми узлами более 80% металлоконструкции. В связи с увеличением глубины подвески в скважине часто возникает потребность в станках-качалках большей грузоподъёмности. В данном направлении также ведётся совместная работа с заказчиком по подбору и предоставлению станков-качалок, в т. ч. собственной разработки и производства грузоподъёмностью 10 и 12 тонн.
Правильно установленный станок-качалка, верно подобранные параметры работы скважины, вовремя проведённое техническое обслуживание, а также экспертиза промышленной безопасности снижают риски поломки оборудования», — утверждает Владислав Выдренков.

По его мнению, все узлы оборудования ремонтопригодны, детали взаимозаменяемы.

«В случае выхода из строя производится замена узла и отправка его на ремонт в ремонтный цех с дальнейшим пополнением оборотного фонда запасных частей. В зависимости от типа узла оборудования применяются соответствующие технологии ремонта», — излагает существующую практику эксперт.

Главный инженер отмечает, что эксплуатационники с опаской приобретают новое, малораспространённое оборудование.
«Станки-качалки хорошо изучены, высоконадёжны, способны длительное время работать под открытым небом без присутствия людей.

Замену станков-качалок проводят в случае полного износа оборудования, при невозможности продлить срок эксплуатации по результатам экспертизы промышленной безопасности, при консервации скважины, а также в случае смены параметров работы скважины (например, замена насоса на другой типоразмер). При появлении посторонних шумов, нагреве подшипников следует остановить станок», — говорит Владислав Выдренков.

Действительно, оценить техническое состояние станка–качалки и принять решение о продлении срока службы — не столь простая задача, как может показаться.

По данным исследователей Лосева, Миронова, Садилова и Хмелёва, не редкость, когда в процессе эксплуатации станки-качалки перемещаются с одной скважины на другую, также «часто имеет место некачественный ремонт, отсутствует правильно заполненная эксплуатационная и ремонтная документация на отдельные узлы и станок-качалку в целом, что заставляет предположить возможность трещин в сварных швах и основном металле нагруженных узлов непосредственно через малый промежуток времени после проведения неразрушающего контроля».

Исходя из многолетнего опыта в обследовании станков-качалок, исследователи пришли к выводу, что наиболее часто ломаются такие узлы, как поворотная головка балансира, втулка поворотной головки балансира, сварные швы шатунов, пальцы кривошипов, подвесной подшипник траверсы, рама.

«Все вышеперечисленные, кроме рамы, части станка-качалки являются труднодоступными для осмотра и проведения неразрушающего контроля и требуют установки монтажных лесов и лестниц или применения специальных приспособлений для работы на высоте, производства работ в ограниченном пространстве, установки дополнительного (кроме естественного) освещения, различных дополнительных мероприятий, не предусмотренных в основном объёме обследования оборудования», — подчёркивают они.

Лучшее — враг хорошего

Идея усовершенствовать станки–качалки не покидает инженеров. Но кардинальные изменения существующих вариантов пока не вошли в практику. Это значит, что схема, ставшая основой механизма, оказалась очень удачной и не имеет существенных недостатков.

Главное ограничение на инновационные разработки, которые могли бы заменить станки-качалки, это надёжность в тяжелейших условиях эксплуатации. Если проанализировать любую отрасль машиностроения, то сложно найти механизм, который работал бы круглые сутки круглый год в различных климатических условиях при периодическом осмотре с интервалом до 3-4 суток. Новые разработки появляются регулярно, но по совокупности параметров, а именно — себестоимости добычи, надёжности и другим — найти полноценную альтернативу пока не удаётся.

Основное направление их развития должно заключаться в увеличении надёжности, облегчении обслуживания и снижении металлоёмкости в рамках существующих отработанных схем, отмечают нефтяники. Немалую роль в этом играет и высокая цена станка-качалки. Большей частью обновляются лишь отдельные узлы станков, устаревшие физически или морально.

Высокая производительность станков-качалок определяется ходом штока и его интенсивностью.

«Также следует учитывать эксплуатационные качества, такие, как ремонтопригодность, размеры, общую массу и сложность обслуживания. В случае смены параметров работы глубинно-насосного оборудования необходимо своевременно подбирать и параметры верхнего привода — уравновешивание, изменение числа качаний, изменение длины хода штока. Всё это необходимо для того, чтобы подобрать оптимальные параметры и режимы работы насосного оборудования», — советует Владислав Выдренков.

Впрочем, добавляет он, в разное время производители уже пытались внести изменения в конструкцию станка-качалки с целью улучшения его работы, но со временем всё-таки остановились на стандартном его исполнении.

Справка

Несущие конструкции и балансиры первых станков-качалок в СССР делали из дерева, а не из металла, как в США. А электромотор станка работал при помощи плоского камня и открытой зубчатой передачи.

Текст: Яна Янушкевич

типы, принцип работы, технические характеристики станков СК, СКД, ПШГН, СКДР

Назначение и работа станков-качалок

Чаще всего для освоения месторождения нефти применяются распространённые штанговые насосы с приводами. Эти агрегаты позволяют откачивать содержание скважин даже при большом, глубоком промерзании верхнего пласта земли. Станки – качалки с одноплечным балансиром относятся к оборудованию индивидуального вида и применяются для добычи нефти из-под земли в обычных и особых условиях.
Любая существующая инфраструктура добычи нефти нацелена на поднятие её с глубины на поверхность, а принцип работы станка-качалки со штанговым насосом напоминает действие медицинского шприца. Неотъемлемой частью любого станка-качалки является колонна, которую составляют компрессионные трубы. По этим трубам происходит подъём на поверхность и подача в резервуары нефти.

Если рассмотреть технологию организации добычи нефти, то весь процесс от начала до конца действий можно разделить на отдельные этапы:

• бурение скважин;
• установка трубных колонн;
• обсадка колонн;
• установка качалок и пуск их в работу.

Глубина бурения обычно достигает нескольких километров, но наиболее часто встречающиеся горизонты залегания нефти – это примерно 1500 метров под поверхностью и более. Иные скважины в глубину достигают и 4000 метров, но это уже колонны-рекордсмены нефтедобычи. Основой нефтедобывающей инфраструктуры являются колонны, собираемые из обсадных труб и активная часть каждого отдельного станка – его насос.

Чтобы понять принцип действия плунжерного насоса станка-качалки, нужно разобраться в роли и назначении отдельного станка в структуре всей трубопроводной сети добывающего комплекса. Качалка для нефти – это приводной механизм насоса, которая своим возвратно-поступательным движением, напоминающим качели, приводит в действие плунжерную пару насосного устройства. Оптимальная цикличность действия механизма качалки позволяет нефтяному ресурсу на глубине залегания концентрироваться у фильтра скважины, что способствует эффективности процесса добычи. Вся конструкция станка предусматривает минимизацию износа его отдельных элементов, установка рассчитана на безупречное действие в течение длительного срока эксплуатации.

Станки-качалки

Станок-качалка комплектуется асинхронным электродвигателем с повышенным пусковым моментом и влагоморозостойкой изоляцией, блоками управления, обеспечивающими индивидуальный самозапуск станков-качалок или программную работу с индивидуальным самозапуском.

Каждый тип станка-качалки характеризуется максимальными допускаемыми нагрузками на устьевой шток, длиной хода устьевого штока и крутящим моментом на кривошипном валу редуктора.

Принятое условное обозначение станка-качалки характеризует: СК – станок-качалка, первая цифра – наибольшая допускаемая нагрузка на устьевой шток (кН), далее длина хода (м) и наибольший допускаемый крутящий момент на валу (кН·м).

По способу уравновешивания они подразделяются на станки-качалки

с балансированным уравновешиванием – СК2;

с комбинированным уравновешиванием – СК3;

с кривошипным уравновешиванием от СК4 до СК10.

Станок-качалка (рис. 6.2) состоит из рамы 12

с подставкой под редуктор и поворотные салазки, стойки
5,
балансира
3
с головкой и противовесами (при балансирном или комбинированном уравновешивании), опоры
4
балансира, траверсы
14,
опоры
6
траверсы, двух шатунов
7,
двух кривошипов
8
с противовесами (при комбинированном или кривошипном уравновешивании), редуктора
1,
тормоза
13,
клиноременной передачи
9
, электродвигателя
10,
подвески устьевого штока
2
с канатом, ограждения
11
кривошипно-шатунного механизма.

Рисунок 6.2 – Общий вид станка-качалки

Рама – из профильного проката; изготовлена в виде двух полозьев, соединенных поперечными связями. Для уменьшения высоты фундамента к раме приварена подставка под редуктор.

Стойка – из профильного проката четырехногая.

В станке-качалке СКЗ-1,2-630 стойка приварена к раме, в остальных – прикреплена к ней болтами. На верхней части стойки имеется плита, на которой установлена опора балансира. К плите приварены четыре упора с установочными винтами, позволяющими перемещать балансир в продольном направлении и регулировать положение устьевого штока по центру скважины после монтажа станка-качалки.

Балансир – из профильного проката двутаврового сечения; однобалочной или двубалочной конструкции. Головка балансира – поворотная. Для ее фиксации в рабочем положении в шайбе головки предусмотрен паз, в который входит клин защелки. Корпус защелки с канатом, подведенным к рукоятке, прикреплен болтами к нижней полке тела балансира. Для освобождения головки клин с помощью рукоятки оттягивается назад.

Опора балансира – ось, оба конца которой установлены в сферических роликоподшипниках, расположенных в чугунных корпусах. К средней части оси квадратного сечения приварена планка, через которую опора балансира соединяется с балансиром.

Траверса – прямая из профильного проката. С ее помощью балансир соединяется с двумя параллельно работающими шатунами.

Опора траверсы шарнирно соединяет балансир с траверсой. Средняя часть оси установлена в сферическом роликоподшипнике, корпус которого болтами прикреплен к нижней полке балансира. Концы оси зажаты в клеммовых зажимах двух кронштейнов.

Шатун – стальная трубная заготовка, на одном конце которой вварена верхняя головка шатуна, а на другом – башмак. Палец верхней головки шатуна шарнирно соединен с траверсой.

Башмак болтами прикреплен к нижней головке шатуна. Палец кривошипа конусной поверхностью вставляется в отверстие кривошипа и через разрезную втулку затягивается с помощью гаек.

Кривошип – ведущее звено преобразующего механизма станка-качалки, в котором предусмотрены отверстия для изменения длины хода устьевого штока. На кривошипе установлены противовесы, которые перемещаются с помощью съемного устройства, вставляемого в поперечный паз у основания противовеса. После окончания перемещения противовес закрепляют на кривошипе, затягивая гайки на специальных болтах.

Редуктор изготавливается двухступенчатым с шевронными зубчатыми колесами, с цилиндрической передачей Новикова. Быстроходная ступень – раздвоенный шеврон, тихоходная ступень – шевронная с канавкой.

Ведущий и промежуточный валы установлены в роликоподшипниках с короткими цилиндрическими роликами, ведомый вал – в двухрядных сферических роликоподшипниках. На концах ведущего вала насажены ведомый шкив клиноременной передачи и шкив тормоза. На оба конца ведомого вала насажены кривошипы. Смазка зубчатых колес и подшипников валов осуществляется из ванны корпуса редуктора.

Тормоз – двухколодочный. Правая и левая колодки прикреплены к редуктору. На внутренней поверхности колодок имеются ленты феррадо. С помощью стяжного устройства колодки зажимают тормозной шкив, насаженный на ведущий вал редуктора. Стяжное устройство состоит из ходового винта с правой и левой резьбой и двух гаек, закрепленных на подвижных концах колодок. Рукоятка тормоза, насаженная на стяжной винт, вынесена в конец рамы, за электродвигатель.

Салазки поворотные под электродвигатель обеспечивают быструю смену и натяжение клиновых ремней. Выполнены они в виде рамы, которая шарнирно укреплена на заднем конце рамы станка-качалки в трех точках, а на большегрузных СК (длиной хода свыше 3,5 м) – в четырех.

К поворотной раме поперечно прикреплены болтами двое салазок, на которые устанавливается электродвигатель. Рама с салазками поворачивается вращением ходового винта.

Привод станка-качалки осуществляется от электродвигателя со скоростью вращения вала 750, 1000 и 1500 мин–1.

Электродвигатель – трехфазный короткозамкнутый асинхронный с повышенным пусковым моментом во влагоморозостойком исполнении. На валу электродвигателя установлена конусная втулка, на которую насажен ведущий шкив клиноременной передачи.

Подвеска устьевого штока состоит из верхней и нижней траверс, двух зажимов каната и зажима устьевого штока. Для установки в подвеске гидравлического динамографа в нее вставляют два винта, с помощью которых раздвигаются траверсы подвески.

Штоки сальниковые устьевые ШСУ предназначены для соединения колонны насосных штанг с канатной подвеской станка-качалки.

Амплитуду движения головки балансира регулируют путем изменения места сочленения кривошипа шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие). За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Блок управления обеспечивает управление электродвигателем СК в аварийных ситуациях (обрыв штанг, поломки редуктора, насоса, порыв трубопровода и т. д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.

Долгое время нашей промышленностью выпускались станки-качалки типоразмеров СК. В настоящее время по ОСТ 26-16-08-87 выпускаются шесть типоразмеров станков-качалок типа СКД табл. 5. 1

В шифре, например, СКД8-3,0-4000, указано Д – дезаксиальный; 8 ‑ наибольшая допускаемая нагрузка Рmax на головку балансира в точке подвеса штанг, умноженная на 10 кН; 3,0 – наибольшая длина хода устьевого штока, м; 4000 – наибольший допускаемый крутящий момент Мкр.max на ведомом валу редуктора, умноженный на 10-2 кН∙м.

Имеющаяся моноблочная конструкция небольшой массы делает возможным её быструю доставку (даже вертолетом) и установку без фундамента (непосредственно на верхнем фланце трубной головки) в самых труднодоступных регионах, позволяет осуществить быстрый демонтаж и проведение ремонта скважинного оборудования.

Фактически бесступенчатое регулирование длины хода и числа двойных ходов в широком интервале позволяет выбрать наиболее удобный режим работы и существенно увеличивает срок службы подземного оборудования.

Устройство качалки

При изучении устройства станка-качалки необходимо начать с установочной базы. База – это то, из чего состоит основа аппарата. Монтаж станка производится на заранее подготовленную бетонную основу, фундамент. Здесь же расположена платформа и её стойка вместе со станцией управления, в которой находится кабина оператора.

После того, как все организационные работы по установке платформы завершены, на неё навешивается массивный балансир, который уравновешивает специальную головку с канатным подвесом. Энергетическим приводом станка является мощный электродвигатель, который через редуктор станка-качалки передаёт усилие на балансир. Двигатель размещается иногда снизу под платформой, но такой вариант используется крайне редко, так как он связан с недостаточной безопасностью эксплуатации оборудования.

Через кривошип с шатуном электродвигатель воздействует на балансир, благодаря чему вращение вала двигателя преобразуется в цикличное поступательное движение элементов глубинного насоса.

Пункт управления станком-качалкой изготавливается в коробчатом виде, он содержит всё необходимое электротехническое оборудование комплекса. В станции, в непосредственной близости от управляющего реле, расположен и механический тормоз ручного типа.

Устройство нефтяной качалки

Сама же качалка для нефти играет роль привода механического действия в данном нефтедобывающем оборудовании. Такое оборудование как нефтяная качалка всегда изготавливается строго нормам ГОСТа, и в Российской Федерации существует тринадцать типовых качалок, различие которых заключается в размерах. Монтаж нефтяной качалки выполняется на фундаментальной основе, которая строится специально для этих целей, как правило, из бетона.

Далее эта основа оборудуется стойкой, платформой и станцией, которая осуществляет управление. По большому счету нефтяная качалка имеет примерно схожий принцип работы как и принцип работы велосипедного насоса, который осуществляет свои действия возвратно поступательным методом. Во время работы, выполняя данные действия, нефтяная качалка производит посредством насоса преобразование жидкости, которая и проходит вверх.

Виды станков

Семейство нефтяных качалок представлено на отечественном рынке оборудования большим количеством модификаций. У всех видов станков практически один и тот же принцип работы, но есть и существенные отличия. Наиболее популярны среди нефтяников станки с балансирами, которые относятся к классическому типу добывающего оборудования. В этих станках предусмотрен механизм задней фиксации шатуна и редуктор расположен на одной раме с электродвигателем и балансиром.

Альтернативой классическим станкам являются такие типы станков-качалок, как гидравлические штанговые насосы, закрепляемые на фланце арматуры скважины в самом верху. Штанговые насосы имеют то преимущество перед станками классического типа, что они не требуют при своей установки сооружения мощного фундамента. Особенно важно это свойство штанговых насосов для случаев разработки месторождений в вечной мерзлоте, где заливка любого качественного фундамента сопряжена с большими трудностями. Свайная же установка классических станков не оправдана по экономическим соображениям.

Другой особенностью гидравлических насосов является возможность плавно, бесступенчато регулировать длину обсадной колонны. Благодаря этому появляется возможность точного подбора эксплуатационного режима скважины.

Разновидности нефтяных качалок

Сегодня среди разновидностей нефтяных качалок существует еще и качалка, которая работает посредством бесштангового насоса. В данном случае перекачка нефти осуществляется посредством насоса погружного типа. То есть за счет действия электродвигателя, который осуществляет запуск насоса и таким образом производит всю работу. Данный вид насосов имеет большой рабочий диапазон и может работать на четырехстах режимах.

Таким образом, становится видно, что производительность данного типа оборудования обладает достаточно высоким уровнем. Для того что бы использовать данный вид насосов во всех его режимах, требуется подключение дополнительных мощностей, которые достигаются посредством подключения к установке дополнительного трансформаторного устройства. Таким образом, посредством данного оборудования можно поднять уровень напряжения до таких пределов как две тысячи вольт.

Управление данной станцией осуществляется либо вручную, либо за счет работы автоматической системы, если заданы специальные режимы, работающие автоматически. Однако наибольшей популярностью все-таки пользуются качалки штангового типа работы, поскольку при их применении происходит значительная экономия на электрической энергии, которой требуется значительно меньше за счет работы нефтяной качалки механическим методом. К тому же данный метод является наиболее проверенным и дает хорошие производительные результаты.

Основные характеристики качалок

Чтобы выбрать более подходящие станки для разработки месторождения нефти, нужно сделать анализ широкого спектра эксплуатационных и технических характеристик всех видов этого оборудования.

При оценке важнейших характеристик станка-качалки обязательно учитывают:

• рабочую штоковую нагрузку;
• максимальный ход плунжера;
• габариты редуктора;
• величину крутящего момента выходного вала;
• частоту качаний.

Определяющим параметром станка является мощность его электродвигателя. На установках классического типа для работы насосных станций достаточна мощность электродвигателя в 25 кВт. Но следует ещё учитывать тип используемых ремней для передачи вращения от двигателя на редуктор, диаметры шкивов ремённой передачи и конструкцию механизма торможения.

Даже если все эксплуатационные параметры рассматриваемого станка устраивают покупателя, ему следует ещё учесть и габариты оборудования. Ведь размеры иногда играют определяющую роль – это те случаи, когда приходится транспортировать станки на большие расстояния в условиях различных климатических и региональных зон страны. Габаритные размеры в большой степени решают вопрос, можно ли произвести установку данного оборудования в конкретной ситуации, в конкретных условиях разрабатываемого месторождения нефти.

Обычно масса станка не превышает 10 т, а его габариты по длине и ширине составляют 7Х2,5 м.

Интересные статьи:

Какой выбрать ручной листогибочный станок для металла?

Какой купить станок для резки арматуры?

Какую купить углевыжигательную печь?

Отдельные модели станков

Специалисту, занимающемуся заказами оборудования для нефтедобычи, необходимо хорошо ознакомиться с отдельными его моделями и их главными характеристиками. Несмотря на то, что каждый такой аппарат рассчитан на долгие годы работы, уже существующие промыслы время от времени производят модернизацию оборудования, закупая более современные его виды. Рассмотрим некоторые модели станков-качалок, сравнивая их характеристики и особенности.

Качалки СК

Распространённая в нефтедобывающей отрасли станок- качалка СК представляет собой скважинный насос с отдельным приводом. Насос при работе опускается в обсадную трубу скважины, и с ним соединён специальный шток привода. Шток составляется из колонны отдельных штанг, обеспечивая тем самым требуемую длину.

Как и в других классических вариантах добывающего насосного оборудования, вращение электродвигателя станка преобразуется с помощью кривошипа в поступательное движение штанговой колонны. Два исполнения станков-качалок СК изготавливаются со своим отдельным количеством типоразмеров. Аппараты СК имеют семь типоразмеров, а СКД – шесть.

Главные отличия станков-качалок СКД от СК заключаются в следующем:

• несимметричность кинематической преобразовательной схемы и более высокое преобразующее кинематическое соотношение;
• уменьшенные габаритные размеры;
• расположение редуктора прямо на станочной раме.

В установках СК используются трёхфазные электрические двигатели асинхронного типа с влагостойким исполнением в искробезопасном корпусе. В зависимости от модификации станка в нём могут применяться двигатели мощностью от 4 до 40 кВт.

Механизм тормоза станка включает в себя две колодки, правую и левую, он предназначен для фиксирования станка в нужном положении в момент его остановки.

Качалки СКДР

Более усовершенствованная модель семейства СК – станок-качалка СКДР. Аппарат развивает тяговое усилие в 60 кН при длине штока от 1,2 до 3 м. Редуктор, используемый в аппарате, имеет типоразмер Ц2НШ-450-28 или Ц3НШ-450-28.

Станки СКДР используются для откачки нефти из скважины со штоковой нагрузкой до 80 000 Н. Они разработаны с учётом последних достижений отечественного и зарубежного машиностроения. Главные элементы кинематики станков изготовлены с учётом всех требований ГОСТов на нефтедобывающее оборудование.

Частота качаний установки СКДР регулируется в диапазоне от 1,7 до 11,8 в мин и зависит от передаточного числа установленного редуктора на раме станка. Мощность двигателя качалки может составлять от 5,5 до 22 кВт в зависимости от передаточного числа редуктора.

Общая масса агрегата СКДР составляет 13 100 кг, а его габариты равны 7200х6350х 3100 мм.

Качалки ПШГН

Приводная часть глубинного нефтяного насоса шагового типа или станок-качалка ПШГН через систему штанг передаёт движение головки на насосный плунжер, расположенный глубоко в обсадной трубе скважины. Головка балансира аппарата соединяется со штоком насоса с помощью тросовой подвески.

По производительности качалка ПШГН может регулироваться путём увеличения или уменьшения числа качаний в минуту, амплитуды этих качаний и размеров насосного плунжера. Чтобы произвести регулировку длины хода штока, необходимо выполнить перестановку пальцев кривошипно-шатунного механизма в другие отверстия.

Как и все предыдущие нефтяные качалки, разновидность ПШГН не является отдельным их видом, а представляет собой разновидность главного механизма установки для добычи нефти.

Станок-качалка; назначение, основные узлы.

.3 НАСОСНЫЙ СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

При насосном способе эксплуатации подъем нефти из сква­жин на поверхность осуществляется штанговыми и бесштанговыми насосами (погружные электроцентробежные насосы, винтовые насосы и др).

4.3.1 Эксплуатация скважин штанговыми насосами

Штанговые скважинные насосы (ШСН) обеспечивают откачку из скважин углеводородной жидкости, обводненностью до 99 % , абсолютной вязкостью до 100 мПа·с, содержанием твердых механических примесей до 0.5 %, свободного газа на приеме до 25 %, объемным содержанием сероводорода до 0.1 %, минерализацией воды до 10 г/л и температурой до 130 0С.

Две трети фонда (66 %) действующих скважин стран СНГ (примерно 16.3 % всего объема добычи нефти) эксплуатируются ШСНУ. Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м., а в отдельных скважинах на 3200 ¸ 3400 м. ШСНУ включает:

Ø Наземное оборудование: станок-качалка (СК), оборудование устья.

Ø Подземное оборудование: насосно-компрессорные трубы (НКТ), насосные штанги (НШ), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

Отличительная особенность ШСНУ обстоит в том, что в скважине устанавливают плунжерный (поршневой) насос, который приводится в действие поверхностным приводом посредством колонны штанг.

Штанговая глубинная насосная установка (Рисунок 4.4) состоит из скважинного насоса 2

вставного или невставного типов, насосных штанг
4
насосно-компрессорных труб
3
, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске
8
, сальникового уплотнения
6
, сальникового штока
7
, станка-качалки
9
, фундамента
10
и тройника
5
. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра
1
.

Недостатками штанговых насосов является ограниченность глубины их подвески и малая подача нефти из скважин.

Рисунок 4.4 — Схема установки штангового скважинного насоса

Устьевое оборудование

насосных скважин предназначено для герметизации затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции скважин и подвешивания колонны НКТ (Рисунок 4.8).

Рисунок 4.8 — Типичное оборудование устья скважины для штанговой насосной установки

1 — колонный фланец; 2 — планшайба; 3 — НКТ; 4 — опорная муфта; 5 — тройник, 6 — корпус сальника, 7 — полированный шток, 8 — головка сальника, 9 — сальниковая набивка

Устьевое оборудование типа ОУ включает устьевой сальник, тройник, крестовину, запорные краны и обратные клапаны.

Устьевой сальник герметизирует выход устьевого штока с помощью сальниковой головки и обеспечивает отвод продукции через тройник. Тройник ввинчивается в муфту НКТ. Наличие шарового соединения обеспечивает самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью НКТ, исключает односторонний износ уплотнительной набивки и облегчает смену набивки.

Станок-качалка

(Рисунок 4.9) является индивидуальным приводом скважинного насоса.

Основные узлы станка-качалки — рама, стойка в виде усеченной четырехгранной пирамиды, балансир с поворотной головкой, траверса с шатунами, шарнирноподвешенная к балансиру, редуктор с кривошипами и противовесами. СК комплектуется набором сменных шкивов для изменения числа качаний, т.е. регулирование дискретное. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной раме-салазках.

Рисунок 4.9 — Станок-качалка типа СКД

1

— подвеска устьевого штока;
2
— балансир с опорой;
3
— стойка;
4
— шатун;
5
— кривошип;
6
— редуктор;
7
— ведомый шкив;
8
— ремень;
9
— электродвигатель;
10
— ведущий шкив;
11
— ограждение;
12
— поворотная плита;
13
— рама;
14
—противовес;
15
— траверса;
16
— тормоз;
17
— канатная подвеска

Монтируется станок-качалка на раме, устанавливаемой на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска 17

. Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса или выход плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.

Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого штока) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа с шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие).

За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Блок управления обеспечивает управление электродвигателем СК в аварийных ситуациях (обрыв штанг, поломки редуктора, насоса, порыв трубопровода и т.д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.

Выпускают СК с грузоподъемностью на головке балансира от 2 до 20 т.

Обслуживание нефтяных качалок

Специальный персонал нефтедобывающего предприятия выполняет обслуживание станка-качалки. Для удобства его работы конструкторами предусмотрены различные вспомогательные устройства и механизмы. При обслуживании балансира с траверсой и кривошипа на установке устроена специальная площадка, снабжённая системами привода. Операторы, располагаясь на этой площадке, производят управление балансировкой и уравновешиванием станка, проверяют крепление всех узлов кривошипно-шатунного механизма.

Вся кинематика системы привода нефтедобывающей качалки сконструирована для того, чтобы головка станка и кривошип совершала движение в оптимальном ритме и этот режим можно бы было легко перенастраивать.

Функции операторов станков и обслуживающего персонала необходимо разделять. Технический персонал занимается обслуживанием нефтяных насосов во время их интенсивной эксплуатации, в их обязанности входит слежение за рабочими показателями всех механизмов станции и техническое обслуживание насосного оборудования. В случае необходимости они производят и ремонт станков-качалок. Особенно важно в их работе создавать благоприятные режимы функционирования узлов и механизмов станка в моменты возникновения в нём максимальных, пиковых нагрузок.

В функции же операторов установок входят обязанности по регулированию самого процесса выкачки нефтяных ресурсов из глубины месторождения, по установке оптимальных режимов работы станка на каждом периоде освоения запасов углеводородов.

Принцип работы нефтяной качалки

Все происходит по следующему принципу. Посредством электрического питания происходит работы двигателя, который в свою очередь запускает весь механизм в рабочее положение. Начинается вращение механических частей нефтяной качалки, посредством чего балансировочный элемент начинает осуществлять движение, которое сродни движению качелей. Подвеска, на которой располагается шток устьевого типа, начинает осуществлять движения возвратно поступательного характера. Таким образом, поступающая через штанговые элементы энергия выдается на штанговый насос, который в свою очередь и позволяет захватить нефть из недр земли.

Управляющая всем механизмом станция выглядит таким образом. Она представляет собой блок коробочного типа, который внутри в буквальном смысле нашпигован электроникой. Таким образом, никаких силовых и ручных воздействий для управления данной установкой не требуются, все управление происходит посредством нажатия на клавиши и выбора необходимой программы.

Как добывают нефть? Работа нефтяного промысла

После того, как скважина пробурена и вскрыт продуктивный пласт, нефть необходимо поднять на поверхность. Как это происходит и что делать с нефтью дальше? Об этом я расскажу в очередном посте в рамках спецпроекта “Черное золото Татарстана” с ПАО Татнефть о добыче и переработке нефти.

Процесс эксплуатации скважин, в целом, сводится к подъему нефти или газа на поверхность земли. Эксплуатация нефтяных скважин ведется тремя способами:
Фонтанным – подъем нефти осуществляется за счет пластовой энергии. Фонтанирование может быть как естественное – за счет давления в пласте, так и искусственное – за счет закачки газа или жидкости в скважину.
Газлифтным – логическим продолжением фонтанной эксплуатации является газлифтная эксплуатация, при которой недостающее количество газа для подъема жидкости закачивают в скважину с поверхности.
Механизированным – с помощью глубинных насосов. Механизированная добыча применяется в тех случаях, когда давление в нефтяном коллекторе снижается настолько, что уже не может обеспечивать экономически оптимальный отбор из скважины за счет природной энергии.

О третьем способе мы и поговорим сегодня. Это наиболее распространенный способ добычи нефти с помощью штанговых скважинных насосов и погружных центробежных электронасосов.

Установка штангового глубинного насоса (УШГН)

Самые распространенные и узнаваемые установки – это стакни в народе называемые “качалки”. Две трети фонда (66 %) действующих скважин стран СНГ (примерно 16,3 % всего объема добычи нефти) оборудованы именно этими станками. Они предназначены для работы на глубине от нескольких десятков метров до 3000 м, а в отдельных скважинах на 3200-3400 м.
Прообразом современного станка-качалки является насос, изобретенный в 1712 году Томасом Ньюкоменом. Он создал аппарат для выкачивания воды из угольных шахт. Принцип действия был примерно такой:

Современные насосы стали технологичнее – пар заменило электричество, но принцип действия остался тем же – вращательное движение преобразуется в поступательное. По сути, станок-качалка представляет собой привод штангового насоса, который находится на дне скважины. Это устройство по принципу действия очень похоже на ручной насос велосипеда, преобразущий возвратно-поступательные движения в поток воздуха. Нефтяной насос возвратно-поступательные движения от станка-качалки преобразует в поток жидкости, которая по насосно-компрессорным трубам (НКТ) поступает на поверхность.

Штанговый скважинный насос состоит из длинного (2 – 4 м) цилиндра. На нижнем конце цилиндра укреплен неподвижный всасывающий клапан, открывающийся при ходе вверх. В нем перемещается поршень-плунжер, выполненный в виде длинной (1 – 1,5 м) гладко обработанной трубы, имеющей нагнетательный клапан, также открывающийся вверх. Плунжер подвешивается на штангах. При движении плунжера вверх жидкость через всасывающий клапан под воздействием давления на приеме насоса заполняет внутреннюю полость цилиндра. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, жидкость под плунжером сжимается и открывает нагнетательный клапан. Таким образом, плунжер с открытым клапаном погружается в жидкость. При очередном ходе вверх нагнетательный клапан под давлением жидкости, находящейся над плунжером, закрывается.Накапливающаяся над плунжером жидкость достигает устья скважины и через тройник поступает в нефтесборную сеть.

Станки-качалки отличаются большой надежностью – сложно представить себе более тяжелые условия эксплуатации: круглосуточная и круглогодичная работа на открытом воздухе в различных климатических условиях. Недалеко от города Лениногорск находится скважина-первооткрывательница Ромашкинского месторождения – крупнейшего месторождения России Волго-Уральской провинци (его геологические запасы нефти в нем оцениваются в 5 млрд тонн,а доказанные и извлекаемые запасы – в 3 млрд тонн).
За более чем 60 лет эта скважина дала более 417 тысяч тонн нефти. После зарезки бокового ствола в 2009 году скважина и по сей день дает дебит около 8 тонн жидкости.

Наряду с достоинствами, качалки имеют и ряд недостатков. Это значительная масса привода, необходимость в массивном фундаменте, невозможность работы в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, значительный период монтажа станка-качалки при обустройстве скважины и ее ремонте, невозможность использования в морских скважинах.
Часть этих недостатков решена в установках с цепным приводом (на фото справа).

Установка электроцентробежного насоса (УЭЦН)
УЭЦН – установка электроцентробежного насоса, в английском варианте – ESP (electric submersible pump). По количеству скважин, в которых работают такие насосы, они уступают установкам ШГН, но зато по объемам добычи нефти, которая добывается с их помощью, УЭЦН вне конкуренции. С помощью УЭЦН добывается порядка 80% всей нефти в России. Кроме того, в отличие от штанговых скважинных насосов, УЭЦН можно использовать в “кривых” скважинах, а также на шельфе.

В общем и целом УЭЦН – обычный насосный агрегат, только тонкий и длинный. И умеет работать в среде отличающейся своей агрессивностью к присутствующим в ней механизмам. Состоит он из погружного насосного агрегата (электродвигатель с гидрозащитой + насос), электрокабеля, колонны насосно-компрессорных труб, оборудования устья скважины и наземного оборудования (трансформатора и станции управления).
В составе подземной части УЭЦН много частей. Это:
Погружной электродвигатель, который питает насос. Двигатель заполнен специальным маслом, которое, кроме того, что смазывает, еще и охлаждает двигатель,а так же компенсирует давление, оказываемое на двигатель снаружи.
Непосредственно насос. Насос состоит из секций, а секции из ступеней. Чем больше ступеней – тем больше напор, который развивает насос. Чем больше сама ступень – тем больше дебит (количество жидкости прокачиваемой за единицу времени).
Протектор (или гидрозащита) электродвигателя. Он отделяет полость двигателя заполненную маслом от полости насоса заполненной пластовой жидкостью, передавая при этом вращение, а также решает проблему уравнивания давления внутри двигателя и снаружи (там бываетдо 400 атмосфер, это примерно как на трети глубины Марианской впадины).
Газосепаратор
Измерители давления и температуры,
Защитные устройства. Это обратный клапан (самый распространенный – КОШ – клапан обратный шариковый) – чтобы жидкость не сливалась из труб, когда насос остановлен (подъем столба жидкости по стандартной трубе может занимать несколько часов – жалко этого времени). А когда нужно поднять насос – этот клапан мешается – из труб постоянно что-то льется, загрязняя все вокруг. Для этих целей есть сбивной (или сливной) клапан КС – смешная штука – которую каждый раз ломают когда поднимают из скважины.
Подробнее о них можно прочитать у fduchun76 тут. Также советую прочитать у victorborisov репортаж с предприятия, где изготовляются насосы ЭЦН.

Если коротко, то внутри происходят два основных процесса:
отделение газа от жидкости – попадание газа в насос может нарушить его работу. Для этого используются газосепараторы (или газосепаратор-диспергатор, или просто диспергатор, или сдвоенный газосепаратор, или даже сдвоенный газосепаратор-диспергатор). Кроме того, для нормальной работы насоса необходимо отфильтровывать песок и твердые примеси, которые содержатся в жидкости.
подъем жидкости на поверхность – насос состоит из множества крыльчаток или рабочих колес, которые, вращаясь, придают ускорение жидкости.

Как я уже писал, электроцентробежные погружные насосы могут применяться в глубоких и наклонных нефтяных скважинах (и даже в горизонтальных), в сильно обводненных скважинах, в скважинах с йодо-бромистыми водами, с высокой минерализацией пластовых вод, для подъема соляных и кислотных растворов. Кроме того, разработаны и выпускаются электроцентробежные насосы для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких горизонтов в одной скважине. Иногда электроцентробежные насосы применяются также для закачки минерализованной пластовой воды в нефтяной пласт с целью поддержания пластового давления.

В сборе УЭЦН выглядит вот так:

После того, как жидкость поднята на поверхность, ее необходимо подготовить для передачи в трубопровод. Поступающая из нефтяных и газовых скважин продукция не представляет собой соответственно чистые нефть и газ. Из скважин вместе с нефтью поступают пластовая вода, попутный (нефтяной) газ, твердые частицы механических примесей (горных пород, затвердевшего цемента).
Пластовая вода – это сильно минерализованная среда с содержанием солей до 300 г/л. Содержание пластовой воды в нефти может достигать 80 %. Минеральная вода вызывает повышенное коррозионное разрушение труб, резервуаров; твердые частицы, поступающие с потоком нефти из скважины, вызывают износ трубопроводов и оборудования. Попутный (нефтяной) газ используется как сырье и топливо. Технически и экономически целесообразно нефть перед подачей в магистральный нефтепровод подвергать специальной подготовке с целью ее обессоливания, обезвоживания, дегазации, удаления твердых частиц.

Вначале нефть попадает на автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ). От каждой скважины по индивидуальному трубопроводу на АГЗУ поступает нефть вместе с газом и пластовой водой. На АГЗУ производят учет точного количества поступающей от каждой скважины нефти, а также первичную сепарацию для частичного отделения пластовой воды, нефтяного газа и механических примесей с направлением отделенного газа по газопроводу на ГПЗ (газоперерабатывающий завод).

Все данные по добыче – суточный дебит, давления и прочее фиксируются операторами в культбудке. Потом эти данные анализируются и учитываются при выборе режима добычи.
Кстати, читатели, кто-нибудь знает почему культбудка так называется?

Далее частично отделенная от воды и примесей нефть отправляется на установку комплексной подготовки нефти (УКПН) для окончательного очищения и поставки в магистральный трубопровод. Однако, в нашем случае, нефть вначале проходит на дожимную насосную станцию (ДНС).

Как правило, ДНС применяются на отдаленных месторождениях. Необходимость применения дожимных насосных станций обусловлена тем, что зачастую на таких месторождениях энергии нефтегазоносного пласта для транспортировки нефтегазовой смеси до УКПН недостаточно.
Дожимные насосные станции выполняют также функции сепарации нефти от газа, очистки газа от капельной жидкости и последующей раздельной транспортировки углеводородов. Нефть при этом перекачивается центробежным насосом, а газ — под давлением сепарации. ДНС различаются по типам в зависимости от способности пропускать сквозь себя различные жидкости. Дожимная насосная станция полного цикла состоит при этом из буферной ёмкости, узла сбора и откачки утечек нефти, собственно насосного блока, а также группы свечей для аварийного сброса газа.

На нефтепромыслах нефть после прохождения групповых замерных установок принимается в буферные ёмкости и после сепарации поступает в буферную ёмкость с целью обеспечить равномерное поступление нефти к перекачивающему насосу.

УКПН представляет собой небольшой завод, где нефть претерпевает окончательную подготовку:

• Дегазацию (окончательное отделение газа от нефти)
• Обезвоживание (разрушение водонефтяной эмульсии, образующейся при подъеме продукции из скважины и транспорте ее до УКПН)
• Обессоливание (удаление солей за счет добавления пресной воды и повторного обезвоживания)
• Стабилизацию (удаление легких фракций с целью уменьшения потерь нефти при ее дальнейшей транспортировке)

Для более эффективной подготовки нередко применяют химические, термохимические методы, а также электрообезвоживание и обессоливание.
Подготовленная (товарная) нефть направляется в товарный парк, включающий резервуары различной вместимости: от 1000 м³ до 50000 м³. Далее нефть через головную насосную станцию подается в магистральный нефтепровод и отправляется на переработку. Но об этом мы поговорим в следующем посте:)

Оригинал записи: http://student-geolog.livejournal.com/95366.html

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

T&D Machine Products Коромысел с внутренней смазкой

Детали клапанного механизма в любом двигателе нуждаются в надлежащей смазке. Это особенно верно в случае высокопроизводительного приложения для предотвращения катастрофических сбоев. T&D Machine Products использует уникальную систему для обеспечения смазки своих коромыслов и подачи масла к критическим деталям клапанного механизма. В этой статье мы рассмотрим внутреннюю систему смазки коромысел T&D и то, как она работает.

Смазка клапанного механизма

Путь масла к клапанному механизму обычно начинается в нижней части двигателя, в масляном поддоне. Оттуда масло забирается и прокачивается через двигатель, где останавливается на коренных и кулачковых подшипниках. Масло перемещается по масляным каналам блока к подъемникам, где оно затем проталкивается через центр полых толкателей к верхней части двигателя (если это не Mopar, который смазывает валы). Масло из толкателя направляется в чашу на хвостовой части коромысла, чтобы смазать точку соприкосновения, где встречаются коромысло и толкатель.

В большинстве случаев, когда масло достигает этой чашки, система давления для масла заканчивается. Каждое коромысло и наконечник клапана должны полагаться на масляный спрей, содержащийся внутри клапанных крышек или коробок коромысла для смазки. Гидравлический клин масла, который заполняет пространство между каждой поверхностью деталей клапанного механизма, создается из-за этого распыления, когда масло перемещается под крышками клапанов.

Коромысел являются важной частью процесса сгорания. Они обеспечивают поступление и выход газов из цилиндра при работающем двигателе.

Существуют специальные приложения, разработанные для двигателей, которые изменяют способ смазки верхней части клапанного механизма. Большинство движков не будут использовать эти системы из-за их стоимости или из-за того, что они не будут работать с архитектурой движка. Вот почему так важно убедиться, что вы используете высококачественное масло и правильные детали, чтобы обеспечить достаточную смазку верхней части вашего клапанного механизма.

Фил Эллиотт из T&D делится своими мыслями о том, почему правильная смазка так важна.

«Достаточная смазка является ключом к долговечности в зонах с высокими нагрузками двигателей внутреннего сгорания, таких как вращающиеся или качающиеся детали. К ним относятся коленчатый вал, шатуны, распределительный вал и коромысла. Без того, что называется гидравлическим клином, чрезмерное трение приводит к визгу и буквальной остановке».

Коромысел T&D с внутренней смазкой

Коромысел подвергаются экстремальным нагрузкам, когда они открывают и закрывают клапаны в процессе сгорания. Эти силы оказывают сильное давление на движущиеся части коромысла, такие как цапфа и наконечник ролика. В эти области необходимо подавать много масла, чтобы предотвратить повреждение. Внутренняя система смазки T&D для коромысел позволяет подавать масло под постоянным давлением к подшипникам цапфы и наконечникам коромысел.

Головоломка со смазкой коромысла требовала творческого подхода и дизайна — T&D рассмотрела, как можно модифицировать коромысло, чтобы оно служило емкостью для масла, и создала внутреннюю систему смазки.

Регулятор T&D представляет собой основу смазываемого изнутри коромысла. Два небольших отверстия в каждом регуляторе подают масло в коромысло.

«В отличие от стандартной чашки толкателя, в центре регулятора T&D имеется прецизионное отверстие диаметром 0,060 дюйма. Это соответствует еще одному отверстию диаметром 0,060 дюйма, просверленному перпендикулярно основному отверстию. На внешней стороне каждого регулятора, среди резьбы, есть обработанный канал, в котором удерживается масляное кольцо», — объясняет Эллиотт.

Регулятор играет важную роль в работе внутренних смазочных коромыслов. Если регулятор установлен вверх или вниз от правильного положения, он не позволит маслу течь через корпус коромысла, как предполагалось. – Фил Эллиотт, T&D Performance Products

Эллиотт подробно рассказывает о внутренней системе смазки коромысла.

«Было определено, что в самом корпусе коромысла должны быть просверлены прецизионные отверстия. Отверстия в регуляторе совпадают с отверстиями в корпусе коромысла. Правильное размещение этих отверстий — вот почему так важно расположение регулятора и настройки зазоров с коромыслами T&D. Слишком высокое или слишком низкое положение коромысла эффективно остановит поток. Они должны правильно выровняться, чтобы предотвратить перекрытие потока масла. Масло проходит через полый толкатель прямо через регулятор и направляется по каналам в каждом коромысле для смазки подшипника цапфы и наконечника ролика».

На этой диаграмме показано, как масло проходит через коромысло.

Коромысел T&D используют давление масла двигателя для обеспечения процесса самосмазывания. Высокопроизводительные двигатели будут иметь повышенный уровень давления масла. По словам Шелдона Миллера из T&D, внутренняя масляная система его коромысла более чем способна справиться с давлением масла.

«В подавляющем большинстве гоночных двигателей производители ограничивают количество масла верхним пределом. Когда-то это было нормально. Но теперь, с повышенными нагрузками, нам нравится видеть как можно больше масла в верхнем пределе. Нам не нравится, когда у ограничителей меньше 0,09.0-дюймовое отверстие, чтобы можно было подавать достаточное количество масла. Есть некоторые формы гонок, которые буквально заполняют клапанную крышку маслом и используют насос с сухим картером, чтобы выкачивать масло из области клапанной крышки. Эти ребята нашли преимущества подачи масла на коромысла и срок службы пружин».

Коромысел с внутренней смазкой, которые производит T&D, не изготавливаются с использованием каких-либо сумасшедших технологий космической эры — они сделаны таким образом, чтобы сохранить как можно большую жесткость, чтобы они могли работать с агрессивными конструкциями распределительных валов, которые используются в высоких -мощные двигатели. Уровень жесткости, который T&D привносит в свои коромысла, не влияет на их геометрию — это означает, что коромысла будут работать на высоком уровне, при этом все еще используя систему смазки.

Надлежащая смазка позволяет коромыслу выполнять свою работу даже в самых экстремальных условиях.

Если вы собираетесь построить двигатель, который будет подвергаться интенсивным нагрузкам, правильно подобранные детали клапанного механизма являются важной частью комплекта двигателя. Коромысел с внутренней смазкой дадут вам несколько преимуществ, которые повысят производительность и долговечность двигателя.

«Мы считаем, что подача моторного масла под давлением к подшипнику является преимуществом для увеличения срока службы. Проблемы с подшипниками возникают редко, потому что у нас есть фактическое давление моторного масла в подшипнике. Если у нас действительно есть клиент, у которого есть проблема, после беседы с ним, она обычно сводится либо к количеству, либо к качеству масла, подаваемого на коромысло, которое является проблемой. Как только коромысло получает достаточно масла и качество масла хорошее, проблемы исчезают», — говорит Миллер.

T&D Machine Products нашла способ продлить срок службы и производительность своих коромыслов благодаря внутренней системе смазки. Эти коромысла предназначены для снижения нагрузки и износа, которым подвергаются коромысла в высокопроизводительном двигателе.

Клапанный механизм: определение, принцип работы, части, функции

Клапанный механизм или клапанный механизм — это часть двигателя внутреннего сгорания, которая управляет работой впускных и выпускных клапанов. есть впускной клапан , который пропускает топливовоздушную смесь в горение. Выпускной клапан позволяет выхлопным газам выходить из камеры сгорания после завершения процесса.

Читайте: Компоненты автомобильного двигателя

Сегодня мы рассмотрим определение, компоновку, функции, работу и компоненты клапанного механизма в двигателе внутреннего сгорания.

Содержание

• 1 Описание клапанного механизма
• 2 Функции и принцип работы клапанного механизма
• 3 Компоненты Valvetrain
  • 3.1 Распределительный вал:
  • 3.2 Присоединяйтесь к нашему информационному бюллетеню
• 4 Pushrod:
  • 4.1 Rocker Arm/Bucket Tappet:
  • 4.2.

Определение клапанного механизма

Клапанный механизм — это компонент, предназначенный для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, чтобы воздушно-топливная смесь могла входить и выходить из камеры сгорания в виде газов.

В настоящее время двигатели проектируются с узлами верхнего распредвала, которые известны как верхний распределительный вал. Он расположен в верхней части двигателя.

В отличие от тех, в которых распределительный вал расположен ниже в двигателе, а для перемещения узлов клапанов используются толкатели. Эта компоновка клапанного механизма называется «кулачок в блоке».

В некоторых компоновках клапанного механизма распределительный вал не используется. В нем используются такие технологии, как соленоиды, для управления отдельными клапанами. он известен как Camless.

Читать Все, что вам нужно знать об автомобильном поршне

Функции и принцип работы клапанного механизма

Основными функциями клапанного механизма являются управление открытием и закрытием клапанов. клапанный механизм также регулирует поток воздуха и топлива, которые входят в камеру сгорания и выходят в виде выхлопных газов.

В работе клапанного механизма распределительный вал играет очень важную роль, поскольку его вращательное движение помогает открывать и закрывать клапаны с помощью кулачков. Хотя есть различные детали, которые помогают клапанному механизму работать.

В большинстве дизельных двигателей большой мощности используются четыре клапана, то есть в каждом цилиндре по четыре клапана. Два клапана для впуска воздуха/топлива и два для выхлопных газов. Впускные клапаны имеют больший диаметр, чем выпускные клапаны, что обеспечивает больший поток воздуха в цилиндр.

Выпускные клапаны рассчитаны на более высокие температуры горячих выхлопных газов, чем впускные клапаны. Это связано с тем, что свежий воздух, проходящий через впускные клапаны, поддерживает более низкую температуру.

Чтобы сохранить клапаны целыми, то есть от прогорания, впускной и выпускной клапаны передают тепло головке блока цилиндров, иначе они сгорят.

В середине клапана находится форсунка, которая нажимается для впрыска топлива в цилиндр. Что ж, синхронизация открытия и закрытия клапана невероятно точна, что делает его работу эффективной.

В новых двигателях электрические сигналы используются для управления форсункой вместо механического клапана. Этот процесс еще точнее.

Видео ниже объясняет работу клапана tr ain:

Вы можете найти файлы блендера, используемые для создания анимированных последовательностей, на странице загрузки колонки.

Сайто FA-40

Принцип работы четырехтактного двигателя со свечами накаливания будет продемонстрирован с помощью небольшой модели двигателя, используемой для радиоуправляемых самолетов. Я восстановил этот образец тонкой механики в своем конгломератном ящике, заполненном всем, что накопилось за мою карьеру моделиста. Это почти неиспользованный FA-40 компании Saito с объемом цилиндра 6,6 куб. См и выходной мощностью около 500 Вт. Разобрав и хорошо почистив, я смог реанимировать мотор, используя топливо, которое веками хранилось в моем гараже. Мне просто пришлось заменить винт смеси на временный, потому что оригинальной детали больше не было в моем чемодане.

Карбюратор

Рисунок 1:
Карбюратор создает взрывоопасную смесь топлива и окружающего воздуха. Винт смеси работает как клапан, контролируя количество жидкого топлива, поступающего в карбюратор. При выворачивании этого винта из бака высасывается больше топлива, что приводит к обогащению смеси . Вращение винта уменьшает расход топлива, поэтому создается обедненная смесь .
Перфорированный вращающийся ствол внутри карбюратора, соединенный с рычагом дроссельной заслонки, используется для регулирования количества воздуха, проходящего через это устройство. Просверленное отверстие направлено в сторону трубки карбюратора, когда дроссельная заслонка открыта, поэтому в карбюратор поступает максимальное количество воздуха. При повороте ствола с помощью рычага дроссельной заслонки поперечное сечение уменьшается и через карбюратор проходит меньше воздуха. Второй 9Игольчатый клапан 0005 соединен непосредственно со стволом, который используется для управления топливно-воздушной смесью при закрытой дроссельной заслонке. Этот винт холостого хода уменьшает подачу топлива при закручивании, как и винт смеси. При открытии дроссельной заслонки ствол, а также винт холостого хода слегка выдвигаются из карбюратора, приоткрывая этот клапан. Это специальное движение вызывается маленьким винтом в сочетании с направляющей на стволе.
В карбютор поступает топливо и воздух, а из устройства выходит взрывоопасная газообразная смесь обоих компонентов. Рассеянное топливо, по крайней мере, большей частью испаряется.

Топливо

Топливо мотора модели состоит в основном из метанола (69%). Другими компонентами являются нитрометан (2%) и смазочные материалы. В отличие от автомобильных двигателей, в этом моторе нет отдельного масляного резервуара, поэтому эти вещества смешиваются с топливом.
При работе метанол окисляется кислородом воздуха с образованием углекислого газа и воды:

2CH ₃ OH + 3O ₂ → 2CO ₂ + 4H ₂ O

Кислород и метанол реагируют в соотношении 2 : 3. Атмосфера состоит из 21% кислорода. Предполагая оптимальную смесь, одна часть (газообразного) топлива должна быть смешана с пятью частями воздуха. Как объяснялось выше, смесь, содержащая меньше воздуха, называется богатой , а смесь, содержащая больше воздуха, называется обедненной .

Кулачковый вал

Рисунок 2:
В периодическом процессе цилиндр двигателя должен быть заполнен взрывоопасной топливно-воздушной смесью, а сгоревший газ должен покинуть двигатель. Этот процесс контролируется как минимум двумя клапанами, которые приводятся в действие кулачковым валом, состоящим из шпинделя с двумя выступами (=кулачок) и одной шестерни. Кулачковый вал вращается коленчатым валом с помощью второй шестерни. Два маленьких цилиндра скользят по двум кулачкам и двигаются вверх и вниз. Маленькие цилиндры перемещают два толкатели , которые циклически открывают клапаны через коромысла. Клапаны закрываются винтовыми пружинами. Небольшие цилиндры используются для получения большой опорной поверхности в штилях. Толкатели слегка скручиваются во время циклов, и если бы они скользили прямо на штилях, результатом были бы глубокие царапины.

Головка блока цилиндров

Рисунок 3:
Два тарельчатых клапана и свеча накаливания являются основными конструктивными элементами, расположенными на головке блока цилиндров. Два клапана приводятся в действие кулачковым валом через толкатели и коромысла . Должен быть небольшой зазор между коромыслами и верхней частью штока клапана, когда кулачковый вал находится в положении «закрыто», чтобы клапаны были закрыты должным образом. Клапаны закрываются не толкателями, а небольшими винтовыми пружинами. Зазор называется клапанным зазором и должен регулироваться при работающем двигателе. Зазор для двигателя Saito составляет 0,1 мм. Во время работы двигателя детали нагреваются по-разному, а неодинаковое тепловое расширение различных материалов приводит к изменению зазора. Регулировка осуществляется с помощью небольшого винта на одном конце коромысла. Если отрегулирован правильный зазор, эти винты фиксируются гайкой.
Свеча накаливания используется для воспламенения топливно-воздушной смеси, подаваемой карбюратором. Во время пуска он нагревается электрическим током напряжением 1,2В. Как только двигатель работает, свечение вызвано сгоранием топлива.
Полусферическое внутреннее пространство головки блока цилиндров называется камерой сгорания .

Цилиндр

Как предполагается, это устройство имеет форму полого цилиндра, направляющего поршень при его движении вверх и вниз. гильза цилиндра , означающая внутренний полый цилиндр устройства, изготовлена ​​из специального алюминиево-кремниевого сплава и всегда должна быть покрыта масляной пленкой, иначе тепло, вызванное трением, расплавит материалы поршня и цилиндра. немедленно! Этот вид «аварии» называется задиром поршня или заеданием .
Внутренний диаметр цилиндра, который равен (почти) диаметру поршня, называется отверстием .

Коленчатый вал

Коленчатый вал приводится в действие движением поршня вниз во время рабочего такта. Оба устройства соединены шатуном или штоком . Имеется смещение между точкой крепления шатуна (= шатунной шейки ) и осью вращения кривошипа. Тем самым определяется самая высокая или самая низкая точка движения поршня. Расстояние между этими двумя точками называется штрихов или просто штрих и равен двойному радиусу точки крепления.
Умножив площадь поперечного сечения цилиндра, обычно определяемую как диаметр цилиндра * 2π, на ход поршня, вы получите объем двигателя , который представляет собой объем, охватываемый поршнем за одно движение сверху вниз. Соотношение между рабочим объемом двигателя + объемом камеры сгорания и объемом камеры сгорания называется степенью сжатия :

[6. 1]    

Где находится:
ε — степень сжатия, V _D — объем двигателя, V _C — объем камеры сгорания

Четырехтактный цикл

Когда двигатель работает, поршень движется вверх и вниз, а распределительный вал и коленчатый вал вращаются. Ход относится к полному перемещению поршня от его верхней до нижней точки движения. Самое дальнее или ближайшее положение между коленчатым валом и поршнем называется 9.0005 мертвая точка , потому что в этих точках движение поршня «замирает». Точка наибольшего расстояния (=верхнее положение) называется верхней мертвой точкой (ВМТ) , а точка ближайшего расстояния (=самое нижнее положение) называется нижней мертвой точкой (НМТ) . За один ход коленчатый вал поворачивается вокруг своей оси на 180 градусов, а распределительный вал — на 90 градусов.
Рис. 4:
1. Такт впуска
Начнем наблюдение с верхней мертвой точки поршня. впускной клапан открывается и поршень начинает движение вниз. При этом создается отрицательное давление (по сравнению с атмосферным давлением окружающей среды) за счет того, что топливно-воздушная смесь, поступающая из карбюратора, поступает в двигатель. Впускной клапан закрывается, как только поршень достигает нижней мертвой точки. Этот ход также называется индукционным ходом

. Рис. 5:
2. Такт сжатия
При последующем движении поршня вверх топливно-воздушная смесь сжимается, так как к этому времени оба клапана закрыты.
Рисунок 6:
Состав топлива и степень сжатия двигателя должны быть подобраны таким образом, чтобы нагрев газа приводил к воспламенению газовой смеси при приближении поршня к ВМТ. Эти зажигание инициализируется свечой накаливания. При сжигании топливно-воздушной смеси газ внутри двигателя нагревается.

Рисунок 7:
3. Рабочий ход
Давление горячего газа значительно выше давления холодного газа, поэтому силы, действующие на стенки защитной оболочки, выше, следовательно, поршень отталкивается обратно к НМТ с большей силой, чем требуется для сжатия топливно-воздушной смеси. во время инсульта 2.

Рисунок 8:
4. Такт выпуска
Выпускной клапан открывается, и сгоревшие газы удаляются из двигателя, в то время как поршень снова движется к ВМТ. При достижении ВМТ выпускной клапан закрывается.

Энергия выделяется для привода коленчатого вала только во время рабочего такта. Все остальные такты извлекают кинетическую энергию из вращающегося коленчатого вала и всех связанных с ним устройств (например, гребного винта). Большое количество этой кинетической энергии необходимо для сжатия топливно-воздушной смеси во время такта 2, особенно вблизи ВМТ, когда процесс зажигания начинается на свече накаливания. Чтобы получить высокий плавность хода — означает равномерную скорость вращения коленчатого вала, к коленчатому валу обычно крепится маховик . Большая масса этого маховика приводит к малому изменению скорости вращения, в то время как кинетическая энергия передается во время рабочего такта и соответственно извлекается во время других тактов.

Детали двигателя

Рисунок 9:
Поршень (1)
Шатун (2)
Коленчатый вал (3)
Корпус коленчатого вала (4)
Цилиндр (5)
Рисунок 10:
Карбюратор (1)
Смесительный шнек (2)
(от другого мотора, на FA-40 не подходит)
Уплотнительные кольца (3)
Топливный штуцер (4)
Холостой винт (5)
Рычаг дроссельной заслонки (6)
Вращающийся ствол (7)

Рис. 11:
Монтажная пластина для коромысла (1)
Защитная трубка для толкателей (2)
Прокладка (3)
Толкатель (4)
Ось коромысла (5)
Коромысло (6)
Клапан регулировки зазора (7)
Крышка головки цилиндров (8)

Рисунок 12:
Головка цилиндра (1)
Свеча накаливания (2)
Прокладка (3)
Клапан (4)
Спиральная пружина (5)
Блокирующее устройство винтовой пружины (6)

Рисунок 13:
Выхлоп (1)
Впускной коллектор (2)
Прокладка корпуса распределительного вала (3)
Прокладка картера коленчатого вала (4)
Прокладка крышки головки цилиндров (5)
Дроссель (комплект принадлежностей) (6)

Нажмите на превью фотографий, чтобы увидеть более крупные фотографии, используемые для оцифровки двигателя.

<<< Перезаряжаемые элементы         Полосная структура >>>

---

Новости Проэкт Технологии РобоСпатиум Делать вклад Предметный указатель Архивы Скачать Ответы Игры Ссылки Советы по покупкам Контакт Выходные данные

---

Общие сведения о толкателях гидравлических клапанов | Moore Good Ink

Автор: Ray T. Bohacz:

Наиболее раздражающим аспектом регулировки клапанных зазоров является ее неуклюжесть; слишком много компонентов требуют удаления для выполнения десятиминутной задачи.

Толкатели гидравлических клапанов, с другой стороны, по большей части не требуют регулировки. Когда необходима регулировка, вместо регулировки зазора, как в случае со сплошными или механическими толкателями клапана, в гидравлической системе требуется предварительная нагрузка. Ресницы нет. Обычно это требуется только при переустановке головки блока цилиндров.

Необходимость зазора или свободного хода

Распределительный вал отвечает за синхронизацию клапана, его подъем и его продолжительность — периоды, когда он остается открытым и закрытым. В двигателе с кулачковым блоком это достигается за счет того, что распределительный вал работает с промежуточными компонентами: толкателем клапана (или толкателем), толкателем и коромыслом. В конструкции с верхним кулачком промежуточные компоненты отличаются тем, что вместо толкателя и, возможно, толкателя используется толкатель определенного типа. Это обсуждение сосредоточено на гидравлическом толкателе, используемом в двигателях с распредвалом в блоке.

Профиль кулачка распределительного вала определяет действие клапана, и это движение сначала передается толкателю клапана, толкателю и, наконец, коромыслу, которое касается штока клапана.

Когда детали холодные, они сжимаются, а при выделении тепла расширяются. По этой причине необходим свободный ход, чтобы предотвратить заедание деталей при нагреве. Между коромыслом и наконечником штока клапана создается свободный ход.

Клапанные механизмы, требующие зазора, часто обозначались как использующие цельный подъемник или механический распределительный вал. Современные двигатели оснащены гидравлическим или механическим подъемником, в зависимости от решения производителя.

Усовершенствования в металлургии и конструкции клапанного механизма теперь позволяют механическому толкателю дольше оставаться в положении регулировки и эффективно работать с меньшим рабочим зазором или зазором. Часто их называют дизайном с тугими ресницами.

При холодном двигателе рабочие зазоры уменьшаются, а при горячем расширяются в зависимости от материалов двигателя. Если блок двигателя и головки полностью из чугуна, расширение будет минимальным. В качестве альтернативы, если они из алюминия, ожидайте расширения, потому что алюминий расширяется в два раза больше, чем сталь, а подъемник и толкатель сделаны из стали. Алюминиевый блок и головки увеличат зазор на 0,010–0,020 дюйма в холодном и горячем состоянии.

Кроме того, установка зазора означает, что эффективный подъем клапана меньше высоты выступа кулачка. Это результат мультипликативного эффекта соотношения коромысла, которое представляет собой смещение точки опоры относительно крепления коромысла.

Например, если кулачок кулачка равен 0,350 дюйма, а передаточное число коромысла равно 1,6:1, высота подъема клапана будет составлять 0,350 X 1,6 = 0,560 дюйма, если в двигателе используется гидравлический подъемник без зазора. Однако если бы это была механическая конструкция с зазором 0,020 дюйма, то подъем клапана составил бы 0,540 дюйма.

Это уменьшение может показаться несущественным, но оно представляет собой примерно на шесть процентов меньший ход клапана и соответствующее влияние на поток воздуха как в цилиндр, так и из него. Кроме того, по мере того, как детали изнашиваются из-за постоянных столкновений по мере уменьшения зазора, производительность двигателя ухудшается, а количество выбросов изменяется.

Кроме того, ошибочно полагать, что сплошной распределительный вал подъемника обеспечивает большую мощность, чем гидравлическая конструкция. Прочный толкатель может следовать за более агрессивным кулачком распределительного вала, а также эффективно работать на более высоких оборотах двигателя. Но помимо гоночных двигателей этот аргумент не имеет значения.

Разница в конструкции подъемника

Для нашего обсуждения цельный подъемник, как следует из его названия, представляет собой цельный кусок металла. Его можно рассматривать просто как средство передачи действия кулачка распределительного вала на толкатель. Напротив, гидравлический подъемник является полым, имеет внутренний поршень, пружину и позволяет маслу входить и выходить.

Аналогично гидропоршню ковша трактора, моторное масло поступает в полость гидрокомпенсатора. Когда клапан закрыт, толкатель находится на базовой окружности кулачка (круглая часть кулачка) и его полость заполняется маслом. Внутренний поршень теперь максимально перемещается вверх, так как масло находится под ним.

Когда распределительный вал вращается и открывает клапан, поршень опускается вниз, и для закрытия впускного отверстия для масла обычно используется запорный шар. Поскольку масло считается несжимаемым, поршень не может двигаться, потому что масло находится под ним и на дне полости. Толкатель теперь работает как твердый подъемник и передает движение от кулачка распределительного вала к толкателю.

Во время подъема распределительного вала и из-за давления пружины клапана масло вытесняется из полости толкателя к тому моменту, когда толкатель останавливается на носовой части выступа. Как только перемещение толкателя на кулачке завершено, давление толкателя на поршень уменьшается, и он переходит в исходное положение. Теперь полость заполнена маслом.

Диагностика и регулировка

Если двигатель с гидрокомпенсаторами шумит, это означает, что либо внутренняя пружина потеряла часть натяжения, либо контрольный шарик не уплотняет или не позволяет маслу заполнить полость. Выход — замена толкателя.

При регулярной замене моторного масла и недопущении чрезмерных оборотов двигателя гидравлические подъемники будут работать в соответствии с проектом на неопределенный срок. Большинство гидрокомпенсаторов выходят из строя из-за плохого обслуживания.

Чтобы определить шумный толкатель, снимите клапанную крышку, запустите двигатель и дайте ему поработать на холостом ходу. Ожидайте разбрызгивания масла: примите меры предосторожности. Затем, используя длинный удлинитель на 3/8 дюйма, аккуратно нажмите на коромысло в том месте, где оно соединяется с толкателем. Это поглотит часть внутреннего удара поршня в толкателе и должно изменить звук.

Из-за усилий, необходимых для замены вышедшего из строя подъемника, целесообразно заменить их все. Если один из них надет, остальные вскоре последуют за ним. Кроме того, во время запуска избегайте контакта сухих толкателей с кулачками распределительных валов, покрыв их нижние поверхности смазкой для сборки двигателя перед установкой.

В некоторых двигателях для регулировки предварительного натяга используется гайка с резьбой на шпильке коромысел, в то время как в других двигателях регулировочная шайба размещается под стойкой коромысел. В других конструкциях, в которых используется вал коромысел, регулировка является саморегулирующейся, если высота установки клапана правильная, а толкатель соответствующей длины.

Независимо от конструкции, хорошим правилом является вращение толкателя между пальцами, и когда вращение больше невозможно, достигается правильный предварительный натяг. Если используется коромысло, закрепленное на шпильке, добавьте к гайке четверть оборота, как только будет установлен предварительный натяг толкателя.

2/2- или 3/2-ходовой кулисный клапан, тип 0127– Darwin Microfluidics

• Darwin MicrofluidicsГлавная
• 2/2- или 3/2-ходовой кулисный клапан, тип 0127
• 2/2- или 3/2-ходовой кулисный клапан, тип 0127

2/2- или 3/2-ходовой кулисный клапан, тип 0127

Бюркерт

• Артикул продукта: БУ-280858
• Категория: Бюркерт, микрожидкостные клапаны, Соленоидные клапаны

Микрофлюидный кулисный клапан, сочетающий в себе малый внутренний объем с минимальным мертвым объемом, что обеспечивает меньшее количество неиспользованной жидкости и снижает вероятность загрязнения. Корпус из PEEK, уплотнение из FFKM и разделительная диафрагма между жидкостью и приводом обеспечивают максимальную химическую стойкость, что делает этот клапан экономичным отраслевым стандартом для широкого спектра лабораторных, медицинских и аналитических приложений. Доступен в 2-ходовой нормально закрытой и 3-ходовой версиях.

• Общий
• Технические характеристики
• Настройка и приложения
• Условия оплаты и доставки

Микрофлюидный кулисный клапан, сочетающий в себе малый внутренний объем с минимальным мертвым объемом, что обеспечивает меньшее количество неиспользуемой жидкости и снижает вероятность загрязнения.

Корпус из PEEK, уплотнение из FFKM и разделительная диафрагма между жидкостью и приводом обеспечивают максимальную химическую стойкость, что делает этот клапан экономичным отраслевым стандартом для широкого спектра лабораторных, медицинских и аналитических приложений. Доступен в 2-ходовой нормально закрытой и 3-ходовой версиях.

Характеристики

• Экономичный, но универсальный и высокоэффективный Электромагнитный клапан
• Доступен в обеих 2/2- и 3/2-ходовых конфигурациях , 12 В пост. тока или 24 В пост. тока
• Компактный дизайн : ширина 16 мм и рейтинг Cv до 0,058
• Корпус из PEEK и FFKM (Kalrez) уплотнение материал
• Превосходная очищаемость, 100% рабочий цикл
• Быстрое время переключения 25 мс
• Герметичность с высоким противодавлением
  
• Доступны два типа соединения: монтажная плита (для соединения с коллектором) или 1/4-28 UNF
• Размер отверстия: 1,2 мм
• Электрическое соединение: два FEP-провода 0,2 мм², длина 500 мм

Характеристики

• Кулисный клапан с разделительной мембраной
• Корпус из PEEK, уплотнение из FFKM (Kalrez) для широкой химической совместимости
• Напряжение 24 В пост. тока (версия с подставкой), 12 В пост. тока (версия 1/4-28)
• Электрическое соединение со свободными выводами
  

№ по каталогу	Функция цепи	Отверстие (мм)	Соединение порта	Напряжение	K v значение воды (м 3 /ч)	C v значение воды (гал/мин)	Диапазон давления (бар)
276703	2/2-ходовой (нормально закрытый)	1,2 мм	Основание	24 В пост. тока	0,03	0,035	0 до 5
244706	2/2-ходовой (нормально закрытый)	1,2 мм	1/4-28 UNF	12 В постоянного тока	0,025	0,029	0 до 5
280858	2/2-ходовой (нормально закрытый)	1,2 мм	1/4-28 UNF	24 В пост. тока	0,025	0,029	0 до 5
276753	3/2 пути	1,2 мм	Основание	24 В пост. тока	0,03	0,035	0 до 5
244696	3/2-ходовой	1,2 мм	1/4-28 UNF	12 В постоянного тока	0,025	0,029	0 до 5
277845	3/2-ходовой	1,2 мм	1/4-28 UNF	24 В пост. тока	0,025	0,029	0 до 5

Максимальная точность

В мире микрофлюидики точность и воспроизводимость обязательны. Микроклапаны Bürkert смогли удовлетворить эти требования благодаря инновационным решениям и точным производственным стандартам, что позволило создать устройства, обладающие высокой производительностью и длительным сроком службы. С скорость переключения 25 мс , этот клапан обеспечивает быструю и надежную работу.

Отличная очищаемость

Перекрестное загрязнение может быть серьезной проблемой в микрофлюидике, особенно при работе с биологическими средами. Благодаря конструкции с малым мертвым объемом, оптимизированным путям потока и точному литью компания Bürkert обеспечила легкость очистки своих микроклапанов. Используя диафрагму для отделения среды от исполнительного механизма , этот клапан поддерживает эту способность к очистке.

Низкий внутренний объем

Когда материальные затраты высоки, их следует использовать более эффективно. Минимизируя внутренний объем своих клапанов, Burkert не только улучшает их очищаемость, но и способствует наиболее эффективному использованию драгоценных ресурсов жидкости. Общий внутренний объем этого микроклапана составляет <70 мкл , он предназначен для применений, в которых эффективность жидкости является ключевым фактором.

Исключительная химическая стойкость

Независимо от того, работаете ли вы с сильными кислотами, концентрированными растворителями или клеточными суспензиями, микроклапаны Burkert производятся в тесном сотрудничестве с их химическими лабораториями, чтобы гарантировать, что их материалы используются для обеспечения химической стойкости в наиболее критических условиях. Приложения. С корпус PEEK и уплотнение FFKM , этот клапан не имеет себе равных с точки зрения химической совместимости.

Низкая теплопередача в среду

Разделяя приводной соленоид и жидкостную камеру в их микроклапанах, компания Bürkert сводит к минимуму неконтролируемый перенос тепла в текучую среду. Кроме того, низкое энергопотребление микроклапана помогает снизить тепловыделение.

 

Принцип работы кулисного клапана

Микроклапаны качающиеся характеризуются поворотным «коромыслом», которое под действием соленоида перемещается в одной плоскости для открытия или закрытия микроклапана. Мембрана между коромыслом и седлами микроклапана создает надежное разделение привода и среды и обеспечивает отличную очищаемость камеры для жидкости, что делает их особенно подходящими для использования с биологическими средами. Небольшое количество движущейся массы и принцип действия конструкции кулисного микроклапана обеспечивают очень долгий срок службы и надежную герметизацию седел микроклапана даже при наличии высокого противодавления.

На приведенных ниже схемах показаны положения включения и выключения питания типичного трехходового кулисного микроклапана.

Power-off Position (3/2-way rocker valve)
 Power-on Position (3/2-way rocker valve)

Key characteristics кулисных микроклапанов:

• Исключительная очищаемость
• Низкий внутренний объем
• Герметичность с высоким противодавлением
• Разделение носителя и привода 

Технический чертеж клапана 0127 с присоединительными отверстиями 1/4-28

Технические характеристики

Диапазон давления 700 и 10005	2/2-ходовая версия: 1,6 мм, от 0 до 5 бар 3/2-ходовая версия: 1,6 мм, от 0 до 5 бар
Материал корпуса	ПЭЭК
Материал уплотнения	ФФКМ (Кальрез)
Устойчивость к средам	Стойкий к нейтральным и агрессивным жидкостям и газам
Температура среды	от -10 °C до +55 °C
Типовой срок службы	10 000 000 циклов переключения
Внутренний объем	Основание: 106 мкл 1/4–28 UNF: 79 мкл (2/2-ходовой), 95 мкл (3/2-ходовой)
Соединение порта	Подбаза Bürkert или 1/4-28 UNF
Электрическое соединение	два провода FEP 0,2 мм², длина 500 мм
Блок питания	1/4-28 Исполнение: 12 В пост. тока Базовая версия: 24 В постоянного тока
Допуск по напряжению	+/- 10%
Потребляемая мощность	3,4 Вт
Рабочий цикл	100% непрерывная работа
Установка	При необходимости, желательно с приводом в вертикальном положении
Класс защиты	IP54
Время отклика  (измерено на выходе клапана с воздухом при давлении 1 и 2 бар и +20 °C)	Измерение на выходе клапана при 2 бар и 20 °C в соотв. DIN ISO 12238:2001 Открытие: 25 мс (рост давления от 0 до 10%) Закрытие: 25 мс (падение давления от 100 до 90%)

 

Принципы дозирования микроклапанов

В микрофлюидике существует несколько принципов дозирования, с помощью которых эти микроклапаны могут быть очень эффективно реализованы. На следующих схемах показаны два наиболее распространенных принципа дозирования: дозирование по времени и давлению и дозирование с помощью шприцевого насоса.

Дозирование по давлению во времени

Дозирование по давлению во времени работает с использованием источника давления для повышения давления в резервуаре или резервуаре с жидкостью. Затем среда проходит через микроклапан к дозирующей игле, при этом контролируются такие параметры, как давление в резервуаре, сопротивление потоку, вязкость среды и температура. Поток среды можно контролировать, просто контролируя количество времени, в течение которого микроклапан открыт. Этот метод дозирования является высокоточным и воспроизводимым, а поскольку среда приводится в движение давлением воздуха, а не насосным механизмом, он устраняет механические части в потоке жидкости и может способствовать долговечности системы.

Дозирование шприцевым насосом

При дозировании шприцевым насосом с 3/2-ходовым микроклапаном жидкая среда может быть взята путем всасывания из резервуара в шприц, а затем прокачана через дозирующую иглу, как только микроклапан изменит свое положение. Таким образом, можно дозировать небольшие и точные объемы жидкости. Очистку системы можно выполнить аналогичным способом.

 

Простой 2/2-ходовой микроклапан также можно использовать для облегчения дозирования шприцевым насосом с воздушной изоляцией, при котором дозируемая жидкость контактирует только с дозирующим наконечником, а не с микроклапаном или насосным механизмом, как показано на схеме. ниже. Это может быть важным методом в приложениях, требующих строгого контроля риска загрязнения.

Условия оплаты

Вы можете заказать и оплатить с помощью кредитной карты или счета-фактуры (через заказ на покупку) . Обратите внимание, что некоторые продукты недоступны для прямой покупки: просто нажмите «Запросить цену» на странице продукта и заполните форму, чтобы получить дополнительную информацию!

Кредитная карта

• Добавьте товаров в корзину
• На странице корзины нажмите Перейти к оформлению заказа
• Заполните информацию о своей кредитной карте (не волнуйтесь, мы используем Stripe, сертифицированную PCI программу, специализирующуюся на онлайн-транзакциях)
• Вот оно! Вы получите подтверждение заказа в течение нескольких минут, и наша команда отправит вам счет.

Счет-фактура

• Добавьте товаров в корзину
• В заголовке веб-сайта нажмите Запросить цену
• Заполните необходимую информацию, затем нажмите Отправить предложение
• Наша команда отправит вам предложение в ближайшее время
• После получения коммерческого предложения просто отправьте заказ на поставку по адресу [email protected]
.
• Наша команда завершит вашу покупку и отправит вам счет !

Если вы хотите оплатить в долларах США или фунтах стерлингов, пожалуйста, укажите это в вашем PO. По запросу мы можем добавить конвертированное значение в необходимой валюте к котировке.

Доставка по всему миру

Мы отправляем по всему миру с нашего склада во Франции.

Стоимость доставки рассчитывается на основе веса посылки и страны назначения: вы можете оценить стоимость доставки на странице корзины. Мы стараемся предложить вам лучшие тарифы и услуги доставки, отправляя все наши заказы через DHL Express . Как правило, ваш заказ поступает в вашу лабораторию в только через 2-3 дня после того, как мы отправим его, независимо от пункта назначения!

Обратите внимание, что наши Инкотермс по доставке — DAP (доставка на место). Пожалуйста, свяжитесь с нами, если вы предпочитаете использовать собственную учетную запись курьера или у вас есть какие-либо вопросы!

2/2- или 3/2-ходовой кулисный клапан, тип 0127

Отличное обслуживание клиентов

Механизм работы клапана — поршневой двигатель самолета

Для правильной работы поршневого двигателя каждый клапан должен открываться в нужное время, оставаться открыты в течение необходимого периода времени и закрыты в надлежащее время. Впускные клапаны открываются непосредственно перед достижением поршнем верхней мертвой точки, а выпускные клапаны остаются открытыми после верхней мертвой точки. Таким образом, в определенный момент оба клапана открыты одновременно (конец такта выпуска и начало такта впуска). Такое перекрытие клапанов обеспечивает лучшую объемную эффективность и снижает рабочую температуру цилиндра. Эта синхронизация клапанов контролируется механизмом управления клапанами и называется синхронизацией клапанов.

Подъем клапана (расстояние, на которое клапан поднимается над седлом) и время работы клапана (время, в течение которого клапан остается открытым) определяются формой выступов кулачка. Типичные лепестки кулачка показаны на рисунке 1.

или шаг. Уступы обработаны на каждой стороне кулачка, чтобы позволить коромыслу легко войти в контакт с наконечником клапана и, таким образом, уменьшить ударную нагрузку, которая могла бы возникнуть в противном случае. Рабочий механизм клапана состоит из кулачкового кольца или распределительного вала, снабженного кулачками, которые воздействуют на кулачковый ролик или толкатель кулачка. [Рис. 2 и 3] Толкатель кулачка толкает толкатель и шаровое гнездо, приводя в действие коромысло, которое, в свою очередь, открывает клапан. Рис. 2. Клапанный привод (радиальный двигатель) и ключ штока, закройте каждый клапан и нажмите на клапанный механизм в противоположном направлении. [Рисунок 4] Figure 3. Valve-operating mechanism (opposed engine) Figure 4. A typical set of valve springs used to dampen oscillations. Для защиты от поломки используется несколько пружин. Кулачковые кольца Клапанный механизм радиального двигателя приводится в действие одним или двумя кулачковыми кольцами, в зависимости от количества рядов цилиндров. В однорядном радиальном двигателе используется одно кольцо с двойной кулачковой дорожкой. Одна дорожка управляет впускными клапанами, другая управляет выпускными клапанами. Кулачковое кольцо представляет собой круглый кусок стали с рядом кулачков или выступов на внешней поверхности. Поверхность этих выступов и пространство между ними (по которому перемещаются кулачковые ролики) известна как кулачковая дорожка. Когда кулачковое кольцо вращается, кулачки заставляют кулачковый ролик поднимать толкатель в направляющей толкателя, тем самым передавая усилие через толкатель и коромысло для открытия клапана. В однорядном радиальном двигателе кулачковое кольцо обычно располагается между редуктором гребного винта и передним концом силовой части. В двухрядном радиальном двигателе второй кулачок для работы клапанов заднего ряда установлен между задним концом силовой части и секцией нагнетателя. Кулачковое кольцо установлено концентрично с коленчатым валом и приводится в движение коленчатым валом с пониженной скоростью через узел промежуточной ведущей шестерни кулачка. Кулачковое кольцо имеет два параллельных набора выступов, разнесенных по внешней периферии, один набор (кулачковая дорожка) для впускных клапанов, а другой — для выпускных клапанов. Используемые кулачковые кольца могут иметь четыре или пять лепестков как на впускных, так и на выпускных каналах. Время клапанных событий определяется расстоянием между этими кулачками, а также скоростью и направлением движения кулачковых колец по отношению к скорости и направлению коленчатого вала. Способ привода кулачка различается на разных моделях двигателей. Кулачковое кольцо может иметь зубья на внутренней или внешней периферии. Если редуктор входит в зацепление с зубьями на внешней стороне кольца, кулачок поворачивается в направлении вращения коленчатого вала. Если кольцо приводится в действие изнутри, кулачок поворачивается в противоположную от коленчатого вала сторону. [Рисунок 2] Кулачок с четырьмя лепестками может использоваться как на семицилиндровом, так и на девятицилиндровом двигателе. [Рисунок 5] На семицилиндровом цилиндре он вращается в том же направлении, что и коленчатый вал, а на девятицилиндровом — в направлении, противоположном вращению коленчатого вала. На девятицилиндровом двигателе расстояние между цилиндрами составляет 40 °, а порядок работы — 1-3-5-7-9-2-4-6-8. Это означает, что между выстреливающими импульсами есть промежуток в 80°. Расстояние между четырьмя выступами кулачкового кольца составляет 90°, что больше, чем расстояние между импульсами. Следовательно, чтобы получить правильное соотношение работы клапана и порядка зажигания, необходимо привести кулачок в движение, противоположное вращению коленчатого вала. При использовании четырехлепесткового кулачка на семицилиндровом двигателе расстояние между рабочими цилиндрами больше, чем расстояние между выступами кулачка. Следовательно, необходимо, чтобы кулачок вращался в том же направлении, что и коленчатый вал. . в направляющей толкателя, установленной в одной из секций картера вокруг кулачкового кольца Ролик толкателя, повторяющий контур кольца кулачка и кулачков Шаровая втулка толкателя или втулка толкателя Пружина толкателя Функция толкателя в сборе заключается в преобразовании вращательного движения выступа кулачка в возвратно-поступательное движение и передавать это движение на толкатель, коромысло, а затем на наконечник клапана, открывая клапан в нужный момент. Пружина толкателя предназначена для заполнения зазора между коромыслом и наконечником клапана для уменьшения ударной нагрузки при открытии клапана. В толкателе просверлено отверстие, позволяющее моторному маслу течь к полым толкателям для смазки узлов коромысел. Цельные подъемники/толкатели Цельные подъемники или толкатели кулачков обычно требуют ручной регулировки зазора клапана путем регулировки винта и контргайки. Зазор клапана необходим, чтобы гарантировать, что клапан имеет достаточный зазор в клапанном механизме для полного закрытия. Эта регулировка или осмотр являлись постоянным элементом технического обслуживания до тех пор, пока не были использованы гидравлические подъемники. Толкатели/подъемники гидравлических клапанов Некоторые авиационные двигатели оснащены гидравлическими толкателями, которые автоматически удерживают зазор клапана на нулевом уровне, устраняя необходимость в каком-либо механизме регулировки зазора клапана. Типичный гидравлический толкатель (подъемник клапана с нулевым зазором) показан на рис. 8. Когда клапан двигателя закрыт, поверхность корпуса толкателя (толкатель кулачка) находится на базовой окружности или задней части кулачка. 9Рис. 8. Толкатели гидравлических клапанов Распределительный вал приводится в движение шестерней, которая сопрягается с другой шестерней, прикрепленной к коленчатому валу. [Рисунок 6] Распределительный вал всегда вращается со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Рисунок 6. Кулачковый механизм привода авиационного двигателя оппозитного типа При вращении распределительного вала выступы заставляют узел толкателя подниматься в направляющей толкателя, передавая усилие через толкатель и коромысло для открытия клапана. [Рисунок 7] Рисунок 7. Нагрузка кулачка на телефте Tappet против него, тем самым устраняя любой зазор в соединении клапана. Когда плунжер движется наружу, шаровой обратный клапан смещается со своего седла. Масло из камеры подачи, которая непосредственно связана с системой смазки двигателя, перетекает внутрь и заполняет напорную камеру. При вращении распределительного вала кулачок выталкивает корпус толкателя и цилиндр гидроподъемника наружу. Это действие заставляет шаровой обратный клапан встать на свое седло; таким образом, масса масла, попавшая в камеру давления, действует как подушка. В течение интервала, когда клапан двигателя выходит из своего седла, между плунжером и отверстием цилиндра возникает заданная утечка, которая компенсирует любое расширение или сжатие в клапанном механизме. Сразу после закрытия клапана двигателя количество масла, необходимое для заполнения камеры давления, поступает из камеры подачи, готовясь к следующему циклу работы. Гидравлические толкатели клапанов обычно регулируются при капитальном ремонте. Их собирают всухую (без смазки), проверяют зазоры и регулируют обычно с помощью толкателей разной длины. Устанавливаются минимальный и максимальный зазоры клапанов. Допустимо любое измерение между этими крайними значениями, но желательно примерно среднее между крайними значениями. Толкатели с гидравлическим клапаном требуют меньше обслуживания, лучше смазываются и работают тише, чем подъемники с винтовой регулировкой. Толкатель Толкатель трубчатой ​​формы передает подъемную силу от толкателя клапана к коромыслу. Шарик из закаленной стали запрессован в каждый конец трубы. Один конец шара входит в гнездо коромысла. В некоторых случаях шарики находятся на толкателе и коромысле, а гнезда на толкателе. Трубчатая форма используется из-за ее легкости и прочности. Это позволяет смазочному маслу двигателя проходить под давлением через полый шток и просверленные концы шара для смазки концов шаров, подшипника коромысла и направляющей штока клапана. Толкатель заключен в трубчатый корпус, который проходит от картера до головки цилиндров и называется трубкой толкателя. Коромысел Коромысел передают подъемную силу от кулачков к клапанам. [Рис. 9] Узлы коромысла поддерживаются подшипником скольжения, роликовым или шариковым подшипником или их комбинацией, которые служат в качестве шарнира. Как правило, один конец рычага упирается в толкатель, а другой — в шток клапана. На одном конце коромысла иногда делают прорези для размещения стального ролика. Противоположный конец имеет либо разъемный зажим с резьбой и стопорный болт, либо резьбовое отверстие. Рычаг может иметь регулировочный винт для регулировки зазора между коромыслом и наконечником штока клапана. Винт можно отрегулировать до указанного зазора, чтобы обеспечить полное закрытие клапана. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий *