Увеличение ресурса работы шариковых клапанов поршневых и плунжерных насосов

Рассмотрен вопрос увеличения ресурса работы поршневых и плунжерных насосов за счет совершенствования конструкции шариковых всасывающих и нагнетательных клапанов. Рассмотрены плунжерные насосы горизонтального и вертикального действия, оснащенные шариковыми всасывающими и нагнетательными клапанами. Подробно рассмотрены особенности конструкции клапанного узла серийных насосов, сделано предложение по совершенствованию конструкции клапана, направленное на обеспечение вращения шарика клапана при его открытии и закрытии. Традиционная конструкция шарикового клапана состоит из следующих основных частей: корпуса, посадочного элемента — седла и запорного элемента — шарика. В процессе открытия клапана шарик поднимается вверх потоком всасываемой жидкости, а при закрытии клапана шарик движется вниз и садится на седло. Движение шарика вверх ограничивается конструкцией корпуса. Геометрические конструктивные размеры элементов шарикового клапана определяются техническими параметрами насоса, такими как подача, давление и т.д. В процессе работы шарикового клапана запорный элемент (шарик) «садится» одной и той же поверхностью на седло, в связи с чем поверхность касания «шарик–седло» на обоих элементах изнашивается и, как следствие, наблюдается потеря герметичности, которая в течение времени работы интенсивно растет и в конечном итоге требует замены клапанного узла насоса. Для увеличения межремонтного периода работы узла «шарик–седло» предложено конструктивное решение по обеспечению вращения шарика вокруг своей оси при открытии клапана, что позволит сделать посадку шарика на седло каждый раз новой поверхностью. Вращение шарика всасывающего клапана при открытии, т.е. движение шарика вверх (всасывание) осуществляется за счет установки на внутренней поверхности седла пластины, обеспечивающей смещение направления движения потока относительно центральной оси клапана. Вследствие завихрения потока жидкости возникает неравномерность обтекания шарика, что приводит к его принудительному вращению при движении вверх как вокруг горизонтальной, так и относительно вертикальной оси симметрии, за счет чего каждый раз при движении вниз шар «садится» на седло новой поверхностью), прижимаясь при этом к седлу надклапанным столбом откачиваемой жидкости и закрывая тем самым клапан. Конструктивное решение направлено на увеличение межремонтного периода работы насоса.

Ключевые слова: поршневой (плунжерный) насос горизонтального и вертикального действия, всасывающий клапан, нагнетательный клапан, шариковый клапан, седло, шарик, скважинный насос, ремонт насоса.
Как процитировать:

Заурбеков С. А., Аканова Г. К., Балгаев Д. Е., Заурбеков К. С. Увеличение ресурса работы шариковых клапанов поршневых и плунжерных насосов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 7. – С. 165–175. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_7_0_165.

Благодарности:
Номер: 7
Год: 2021
Номера страниц: 165-175
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.276
DOI: 10.25018/0236_1493_2021_7_0_165
Дата поступления: 07.09.2020
Дата получения рецензии: 17.12.2020
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.06.2021
Информация об авторах:

Заурбеков Сейтжан Арыспекович1 — канд. техн. наук, доцент, профессор,
Аканова Гульдана Кайраткызы1 —докторант PhD, научный сотрудник,
Балгаев Досжан Ергенович1 — лектор, e-mail: dos_mjk@mail.ru,
Заурбеков Кадыржан Сейтжанович1 — докторант PhD, научный сотрудник,
1 Институт металлургии и промышленной инженерии, Satbayev University, Республика Казахстан.

 

Контактное лицо:

Балгаев Д.Е., e-mail: dos_mjk@mail.ru.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 51896-2002. Насосы скважинные штанговые. Общие технические требования. — М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. — 26 с.

2. Шишлянников Д. И., Тяктев М. М. Результаты испытаний перспективных приводов штанговых насосных установок // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. — 2016. — Т. 1. — С. 103—108.

3. Билалова Г. А. Глубинно-насосная добыча нефти с использованием штанговых и электроцентробежных насосов. — Ростов: Феникс, 2020. — 172 с.

4. Долов Т. Р. Исследование работы клапанных узлов скважинных штанговых насосных установок: диссертация ... канд. техн. наук: 05.02.13. — Ухта: УГТУ, 2017.

5. Молчанов А. Г. Пути дальнейшего совершенствования штанговых скважинных насосных установок // Бурение и нефть. — 2014. — № 2.

6. Насретдинов М. Р. Повышение эффективности эксплуатации штанговых глубинных насосов за счет применения намагниченного седла клапана // Современные технологии в нефтегазовом деле—2018: Сборник трудов Международной научно-практической конференции. Т. 2. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2018. — C. 78—82.

7. Галимуллин М. Л., Габдрахимов М. С., Сулейманов Р. И., Зарипова Л. М., Зиянгиров А. Р. Влияние широкопроходного клапана на подачу глубинного насоса // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. — 2015. — № 4. — С. 22—27.

8. Долов Т. Р., Ивановский В. Н., Меркушев С. В., Жуланов А. В., Красноборов Д. Н. Основы выбора клапанных узлов скважинных штанговых насосных установок // Территория «НЕФТЕГАЗ». — 2018. — № 6. — С. 66—70.

9. Аканова Г. К., Заурбеков С. А. Совершенствование конструкции клапанного узла штанговых скважинных насосов / Труды Сатпаевских чтений «Сатпаевские чтения-2020». Т. 1. — Алматы: КазНИТУ имени Сатпаева, 2020. — С. 546—549.

10. Рыбак Б. М. Анализ нефти и нефтепродуктов. — М.: Гос. науч.-техн. изд-во нефтяной и горно-топливной литературы, 1962. — 887 с.

11. Захаров А. В. Уравнение динамики штанговых глубинных насосных установок для добычи нефти // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. — 2010. — № 1 (40). — С. 3—8.

12. Хафизов А. Р. Исследование и повышение ресурса работы уплотнительных устройств машин и агрегатов / Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ИЖГТУ. — Ижевск: ИЖГТУ, 2002. — 168 с.

13. Бахтизин Р. Н., Уразаков К. Р., Латыпов Б. М., Ишмухаметов Б. Х., Нарбутовских А. Ю. Влияние формы регулярного микрорельефа поверхности плунжера на утечки в штанговом скважинном насосе // Нефтяное хозяйство. — 2017. — № 4. — С. 113—116.

14. Пономарев А. К., Рыжов Е. В., Моисеев В. В. Опыт эксплуатации золотниковых клапанов УЭЦН и ШГН // Бурение и нефть. — 2008. — № 3. — С. 46—48.

15. Габдрахимов М. З., Зарипова Л. М. Клапан широкопроходной скважиннный плунжерного насоса // Оборудование и технологии нефтегазового комплекса. — 2008. — № 5. — С. 20—23.

16. Ghareeb M., Beck A. Design of sucker rod pumping systems for effectively handling solids and sand / SPE International Production and Operations Conference & Exhibition, Doha, Qatar, Paper Number: SPE-157126-MS. 2012. DOI: 10.2118/157126-MS.

17. Patent US8061381B2. Sucker rod pump with improved ball and seat. 2011.11.22.

18. Заурбеков С. А., Заурбеков К. С., Балгаев Д. Е., Кадыров Ж. Н. Патент РК №34582 от 18.09.2020. Шариковый клапан глубинного насоса, бюл. № 37.

19. Смирнов Л. В., Данилова Н. В. Основы прикладной аналитической гидромеханики напорного течения несжимаемой жидкости: учебное пособие. — Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2009. — 65 с.

20. Aliev A., Rzayev A. H., Guluyev G. A., Alizada T. A., Rzayeva N. E. Robust technology and system for management of sucker rod pumping units in oil wells // Mechanical Systems and Signal Processing. 2018, vol. 99, pp. 47–56.

21. Weicheng Li, Shimin Dong, Xiurong Sun An improved sucker rod pumping system model and swabbing parameters optimized design // Journal Mathematical Problems in Engineering. 2018, vol. 2018, Article ID 4746210.

22. 30 видов насосов. Типы насосов. Устройство и работа насоса. Сайт: www.arkronix.ru.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.