RU2827929C1 - Hydraulic fracturing pump - Google Patents
Hydraulic fracturing pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2827929C1 RU2827929C1 RU2024104569A RU2024104569A RU2827929C1 RU 2827929 C1 RU2827929 C1 RU 2827929C1 RU 2024104569 A RU2024104569 A RU 2024104569A RU 2024104569 A RU2024104569 A RU 2024104569A RU 2827929 C1 RU2827929 C1 RU 2827929C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydraulic unit
- plungers
- pump
- hydraulic
- drive
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 17
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 22
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области насосостроения, в частности, к плунжерным насосам и может использоваться для работ в переодическом режиме для нагнетания жидкостно-песчаных смесей в скважину при гидравлическом разрыве пластов, гидропескоструйной перфорации, промывке песчаных пробок, объемной закачке кислоты и других промывочно-продавочных работах в нефтяных, газовых и прочих скважинах.The invention relates to the field of pump engineering, in particular to plunger pumps, and can be used for work in a periodic mode for pumping liquid-sand mixtures into a well during hydraulic fracturing of formations, hydro-sand-jet perforation, flushing of sand plugs, volumetric injection of acid and other flushing and squeezing operations in oil, gas and other wells.
Известен плунжерный насосный агрегат (Пат. №173598 U1, кл. F04B 19/04, опубл. 31.08.2017 г), включающий корпус станины с крышкой, приводную часть, установленные на едином основании электродвигатель с трехплунжерным насосом, снабженным системой смазки и состоящим из приводной и связанной с ней гидравлической частей, гидравлическую часть, содержащую корпус с картером и гидравлическую коробку, на которой закреплен клапан предохранительный, соединенную через всасывающие клапаны с приемным коллектором, причем в корпусе гидравлической части выполнены каналы, образующие проточные полости высокого и низкого давления, а также гнезда для размещения всасывающих и нагнетательных, поджатых пружинами к седлам, клапанов, установленных в проставке и коробке запорной, соответственно, при этом приводная часть, предназначенная для преобразования вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение плунжеров при помощи кривошипно-шатунного механизма, шестерен и ползунов и изготовленная в виде одноступенчатого косозубого зацепления шестерен, выполненного по шевронной схеме, причем пара ведущих шестерен выполнена за одно целое с приводным валом, установленным в корпусе станины на двух роликовых подшипниках, а ведомые шестерни напрессованы на шейке коленчатого вала, устанавливаемого в боковых гнездах станины, при этом редуктор снабжен каналами, сообщенными через привод насоса с масляным картером редуктора и через радиатор для разбрызгивания на трущиеся детали кривошипно-шатунного механизма, шестерни и ползуны, в которых сделаны канавки для большей задержки масла, причем радиатор изготовлен соединенным трубопроводами с замкнутой системой охлаждения, оснащенной емкостью с охлаждающей жидкостью и циркуляционным насосом для прокачки этой жидкости через систему охлаждения.A plunger pump unit is known (Patent No. 173598 U1, class F04B 19/04, published on August 31, 2017), comprising a frame housing with a cover, a drive part, an electric motor with a three-plunger pump mounted on a single base, equipped with a lubrication system and consisting of a drive part and a hydraulic part connected to it, a hydraulic part containing a housing with a crankcase and a hydraulic box on which a safety valve is fixed, connected through suction valves to a receiving manifold, wherein channels are made in the housing of the hydraulic part, forming high and low pressure flow cavities, as well as seats for accommodating suction and discharge valves, pressed by springs to the seats, installed in a spacer and a shut-off box, respectively, wherein the drive part, intended for converting the rotational motion of the crankshaft into the reciprocating motion of the plungers by means of crank mechanism, gears and sliders and manufactured in the form of a single-stage helical gear engagement, made according to a chevron pattern, wherein the pair of driving gears is made as a single piece with the drive shaft installed in the frame housing on two roller bearings, and the driven gears are pressed onto the neck of the crankshaft installed in the side seats of the frame, wherein the reducer is provided with channels communicated through the pump drive with the oil sump of the reducer and through the radiator for splashing onto the rubbing parts of the crank mechanism, gears and sliders, in which grooves are made for greater oil retention, wherein the radiator is made connected by pipelines to a closed cooling system equipped with a container with coolant and a circulation pump for pumping this liquid through the cooling system.
Известен агрегат насосный (Пат. №48227 U1, кл. G01R 27/08, опубл. 27.09.2005 г), содержащий, установленные на раме электродвигатель с трехплунжерным насосом, снабженным системой смазки и состоящим из механической и связанной с ней гидравлической частей, при этом механическая часть насоса включает редуктор с корпусом сварной конструкции и кривошипно-шатунный механизм, коленчатый вал которого, установлен в расточках корпуса насоса с возможностью вращения и связан посредством шатунов и ползунов со штоками, а гидравлическая часть включает гидравлическую коробку, на которой закреплены пневмокомпенсатор и клапан предохранительный, соединенную снизу через всасывающие клапаны с приемным коллектором, а сверху через нагнетательные клапаны - с нагнетательным коллектором, в трех полостях которой размещены плунжеры соединенные со штоками, при этом корпус насоса выполнен в виде сварной конструкции, коленчатый вал кривошипно-шатунного механизма установлен на четырех опорах, а ползуны выполнены в форме цилиндра с усеченными боковыми поверхностями.A pump unit is known (Patent No. 48227 U1, class G01R 27/08, published on September 27, 2005) comprising an electric motor mounted on a frame with a three-plunger pump equipped with a lubrication system and consisting of a mechanical part and a hydraulic part connected to it, wherein the mechanical part of the pump includes a gearbox with a welded structure housing and a crank mechanism, the crankshaft of which is mounted in the bores of the pump housing with the possibility of rotation and is connected by means of connecting rods and sliders with rods, and the hydraulic part includes a hydraulic box on which a pneumatic compensator and a safety valve are fixed, connected at the bottom through suction valves to the receiving manifold, and at the top through discharge valves to the discharge manifold, in three cavities of which plungers are placed connected to the rods, wherein the pump housing is made in the form of a welded structure, the crankshaft The crank mechanism is mounted on four supports, and the sliders are made in the form of a cylinder with truncated side surfaces.
Наиболее близким аналогом является известный из уровня техники многоплунжерный насос (Пат. №189941 U1, кл. F04B 1/00, опубл. 11.06.2019 г), включающий гидравлическую и приводную часть, а также систему их принудительной смазки, и оснащенный навесным редуктором, при этом гидравлическая часть прикреплена к приводной посредством шпилек и включает в себя гидроблок, в гнездах которого установлены взаимозаменяемые всасывающие и нагнетательные узлы с клапанами, содержащий нажимные втулки для крепления цилиндровых и клапанных крышек с манжетными уплотнителями, сборные плунжеры и штоки, универсальные уплотнительные пакеты плунжеров и нажимные винты, приемный коллектор, приводная часть включает в себя безразъемную станину, в которой смонтированы продольно расположенные шатунно-крейцкопфные группы и поперечно установленный коренной вал, система принудительной смазки, включающая масляный бак, шестеренный насос с приводом; всасывающий и нагнетательный трубопроводы, маслораспределитель, при этом он снабжен дополнительным плунжером диаметром 80 мм, установленным в гидроблоке, уплотнительные пакеты плунжеров установлены в едином корпусе, выполненном с наружной резьбой для установки его в гидроблоке, в системе смазки шестеренный насос установлен на нижнем приводном валу редуктора, а в качестве навесного редуктора использован двухступенчатый редуктор с передаточным числом, равным 10,67.The closest analogue is a multi-plunger pump known from the prior art (Patent No. 189941 U1, class F04B 1/00, published on June 11, 2019), including a hydraulic and drive part, as well as a system for their forced lubrication, and equipped with a mounted gearbox, wherein the hydraulic part is attached to the drive by means of studs and includes a hydraulic unit, in the seats of which interchangeable suction and discharge units with valves are installed, containing pressure bushings for fastening cylinder and valve covers with lip seals, prefabricated plungers and rods, universal plunger sealing packs and pressure screws, a receiving manifold, the drive part includes a one-piece frame in which longitudinally located connecting rod-crosshead groups and a transversely installed main shaft are mounted, a forced lubrication system including oil tank, gear pump with drive; suction and discharge pipelines, oil distributor, while it is equipped with an additional plunger with a diameter of 80 mm, installed in the hydraulic unit, the sealing packs of the plungers are installed in a single housing made with an external thread for installing it in the hydraulic unit, in the lubrication system, the gear pump is installed on the lower drive shaft of the gearbox, and a two-stage gearbox with a gear ratio of 10.67 is used as a mounted gearbox.
Недостатком данных решений является ограничение количество плунжеров в гидроблоке до трех не позволяют обеспечить требуемого снижения неравномерности подачи перекачиваемой жидкости. Также для замены гидравлической части в целях обеспечения большего давления требуется перепроектирование приводной (механической) части.The disadvantage of these solutions is that the limitation of the number of plungers in the hydraulic unit to three does not allow for the required reduction in the unevenness of the pumped liquid supply. Also, to replace the hydraulic part in order to provide greater pressure, it is necessary to redesign the drive (mechanical) part.
Технической задачей является разработка универсальной конструкции насоса гидроразрыва пластов, предназначенного для применения при гидравлическом разрыве нефтяных и газовых пластов в составе насосной установки и обеспечивающего снижение неравномерности подачи перекачиваемой жидкости при сохранении достигаемого уровня давления до 105 МПа.The technical task is to develop a universal design of a hydraulic fracturing pump intended for use in hydraulic fracturing of oil and gas formations as part of a pumping unit and ensuring a reduction in the unevenness of the supply of pumped liquid while maintaining the achieved pressure level of up to 105 MPa.
Техническим результатом патентуемого решения является снижение неравномерности подачи перекачиваемой жидкости при сохранении достигаемого уровня давления до 105 МПа.The technical result of the patented solution is a reduction in the unevenness of the supply of the pumped liquid while maintaining the achieved pressure level of up to 105 MPa.
Техническая задача и технический результат достигаются тем, что насос гидроразрыва пластов содержит гидравлическую и приводную части, систему принудительной смазки приводной части, зубчатую передачу, при этом гидравлическая часть прикреплена к приводной части посредством шпилек и включает в себя гидроблок, в гнездах которого установлены взаимозаменяемые всасывающие и нагнетательные узлы с клапанными устройствами, три плунжера и штоки, универсальные уплотнительные пакеты плунжеров и нажимные винты, приемный коллектор, приводная часть включает в себя станину, систему принудительной смазки, включающую масляный бак, шестеренный насос с приводом, при этом гидроблок дополнительно снабжен двумя плунжерами и толкателями, при этом гидроблок выполнен сменным для плунжеров диаметром 100 мм или 125 мм, в станине приводной части, выполненной в виде сварной стальной конструкции, размещены приводной вал, зубчатая передача, пробка с вентиляционным отверстием в верхней части станины, кривошипно-ползунный механизм, включающий коленчатый вал с зубчатыми колесами, пять шатунов с крейцкопфами и подшипники, при этом в станине приводной части выполнены отверстия для установки наружной обоймы подшипников коленчатого и приводного валов, верхние смотровые окна, закрывающиеся крышками напротив каждого шатуна, дренажное отверстие в нижней части с возможностью подсоединения сливного трубопровода, причем станина содержит задний кожух и два боковых кожуха для размещения зубчатой передачи, в ней выполнены смотровые окна с крышками над каждым поршнем и над каждой зубчатой передачей, при этом приводной вал установлен на двух сферических роликовых подшипниках с возможностью вращения, коленчатый вал размещен в станине приводной части на роликовых подшипниках качения, шатуны установлены на шатунных шейках коленчатого вала посредством подшипников скольжения и соединены с крейцкопфами посредством штоков и двух подшипников скольжения с общей осью вращения в местах контакта штока шатуна и крейцкопфа, толкатели жестко закреплены на крейцкопфах посредством болтов, при этом одна часть толкателя размещена внутри станины и уплотнена манжетой, а вторая часть толкателя размещена снаружи станины, плунжеры соединены с толкателями приводной части посредством стяжных хомутов, гидроблок содержит корпус, в котором выполнены отверстия для перемещения плунжеров, отверстия для подвода/отвода жидкости из рабочей камеры насоса, смазочные каналы в виде радиальных отверстий и фонарного кольца, выполненного в виде кольца с радиальными отверстиями, напорный канал для приема жидкости из рабочей камеры насоса, проходящей по отверстиям для отвода жидкости, причем отверстия корпуса гидроблока для перемещения плунжеров с одной стороны закрыты лобовыми крышками с резиновыми уплотнениями, в отверстия для подвода/отвода жидкости установлены клапанные устройства и подключен всасывающий коллектор, при этом клапанные устройства содержат клапаны насоса, выполненные тарельчатыми, коническими с эластичным уплотнением, расположенным на тарелке, седло, затвор и пружину сжатия, при этом седло запрессовано в коническом отверстии корпуса гидроблока и имеет установленное в наружной кольцевой канавке эластичное уплотнение, при этом всасывающие клапанные устройства установлены в нижней части гидроблока, нагнетательные клапанные устройства установлены в верхней части гидроблока, а всасывающий коллектор выполнен в виде основной трубы диаметром 152,4 мм с перпендикулярно вваренными в нее патрубками 127 мм с одной стороны и патрубками, приваренными с другой стороны к общему фланцу, посредством которого всасывающий трубопровод крепится к корпусу гидроблока шпильками и гайками, при этом с разных сторон всасывающего коллектора выполнены два входных отверстия 152,4 мм для подсоединения всасывающего трубопровода, а в основной трубе дополнительно выполнены отверстия, в которые установлены съемные заглушки с цепочками или датчики давления напротив каждого плунжера, при этом плунжеры выполнены сплошными, при этом их рабочая сторона расположена внутри корпуса гидроблока, а вторая сторона расположена снаружи.The technical task and technical result are achieved in that the hydraulic fracturing pump contains a hydraulic and drive part, a forced lubrication system for the drive part, a gear transmission, wherein the hydraulic part is attached to the drive part by means of studs and includes a hydraulic unit, in the seats of which interchangeable suction and discharge units with valve devices, three plungers and rods, universal plunger sealing packs and pressure screws, a receiving manifold are installed, the drive part includes a frame, a forced lubrication system including an oil tank, a gear pump with a drive, wherein the hydraulic unit is additionally equipped with two plungers and pushers, wherein the hydraulic unit is made replaceable for plungers with a diameter of 100 mm or 125 mm, in the frame of the drive part, made in the form of a welded steel structure, a drive shaft, a gear transmission, a plug with a ventilation hole in the upper part of the frame, a crank-slider a mechanism including a crankshaft with gear wheels, five connecting rods with crossheads and bearings, wherein the frame of the drive part has openings for installing the outer race of the crankshaft and drive shaft bearings, upper inspection windows closed by covers opposite each connecting rod, a drainage hole in the lower part with the possibility of connecting a drain pipe, wherein the frame contains a rear casing and two side casings for accommodating a gear transmission, inspection windows with covers are made in it above each piston and above each gear transmission, wherein the drive shaft is mounted on two spherical roller bearings with the possibility of rotation, the crankshaft is placed in the frame of the drive part on rolling roller bearings, the connecting rods are mounted on the crankpins of the crankshaft by means of plain bearings and are connected to the crossheads by means of rods and two plain bearings with a common axis of rotation at the points of contact of the connecting rod rod and the crosshead, the pushers are rigidly fixed to the crossheads by means of bolts, wherein one part of the pusher is located inside the frame and sealed with a cuff, and the second part of the pusher is located outside the frame, the plungers are connected to the pushers of the drive part by means of clamping clamps, the hydraulic unit comprises a housing in which openings are made for moving the plungers, openings for supplying/discharging liquid from the working chamber of the pump, lubrication channels in the form of radial openings and a lantern ring made in the form of a ring with radial openings, a pressure channel for receiving liquid from the working chamber of the pump, passing through the openings for draining liquid, wherein the openings of the hydraulic unit housing for moving the plungers are closed on one side by frontal covers with rubber seals, valve devices are installed in the openings for supplying/discharging liquid and a suction manifold is connected, wherein the valve devices contain pump valves made as disc, conical with an elastic seal located on the disc, a seat, a shutter and a compression spring, wherein the seat is pressed into the conical opening of the hydraulic unit housing and has an elastic seal installed in the outer annular groove, while the suction valve devices are installed in the lower part of the hydraulic unit, the discharge valve devices are installed in the upper part of the hydraulic unit, and the suction manifold is made in the form of a main pipe with a diameter of 152.4 mm with 127 mm pipes welded perpendicularly into it on one side and pipes welded on the other side to a common flange, by means of which the suction pipeline is attached to the hydraulic unit housing with studs and nuts, while two 152.4 mm inlet openings for connecting the suction pipeline are made on different sides of the suction manifold, and additional openings are made in the main pipe, into which removable plugs with chains or pressure sensors are installed opposite each plunger, while the plungers are made solid, while their working side is located inside the hydraulic unit housing, and the second side is located outside.
Дополнительно масляный бак системы принудительной смазки насоса гидроразрыва пластов может быть снабжен системой предпускового подогрева.Additionally, the oil tank of the forced lubrication system of the hydraulic fracturing pump can be equipped with a pre-start heating system.
Дополнительно зубчатые колеса зубчатой передачи насоса гидроразрыва пластов могут быть выполнены из высокопрочной легированной стали, с прецизионной обработкой.Additionally, the gear wheels of the hydraulic fracturing pump gear transmission can be made of high-strength alloy steel with precision processing.
Дополнительно коленчатый вал насоса гидроразрыва пластов может быть выполнен из термообработанной стали.Additionally, the crankshaft of the hydraulic fracturing pump can be made of heat-treated steel.
Дополнительно гидроблок насоса гидроразрыва пластов может быть выполнен из стальных поковок из высокопрочной легированной стали.Additionally, the hydraulic unit of the hydraulic fracturing pump can be made from steel forgings of high-strength alloy steel.
Дополнительно отверстия и каналы в корпусе гидроблока насоса гидроразрыва пластов могут быть выполнены посредством механической обработки.Additionally, holes and channels in the body of the hydraulic unit of the hydraulic fracturing pump can be made by mechanical processing.
Дополнительно плунжеры насоса гидроразрыва пластов могут быть выполнены из стали.Additionally, hydraulic fracturing pump plungers can be made of steel.
Дополнительно поверхность плунжеров насоса гидроразрыва пластов обработана с высоким классом точности и предварительно подвержена термохимической обработке.Additionally, the surface of the hydraulic fracturing pump plungers is processed with a high level of precision and pre-treated with thermochemical treatment.
Дополнительно приводной вал насоса гидроразрыва пластов может быть выполнен из жаропрочной легированной стали.Additionally, the drive shaft of the hydraulic fracturing pump can be made of heat-resistant alloy steel.
Дополнительно гидроблок насоса гидроразрыва пластов может быть снабжен лобовыми гайками.Additionally, the hydraulic unit of the hydraulic fracturing pump can be equipped with end nuts.
На фигуре приведена конструкция насоса гидроразрыва пласта. Позициями обозначено следующее:The figure shows the design of a hydraulic fracturing pump. The following items are designated by positions:
1 - плунжер;1 - plunger;
2 - корпус гидроблока;2 - hydraulic unit housing;
3 - всасывающее клапанное устройство;3 - suction valve device;
4 - нагнетательное клапанное устройство;4 - pressure valve device;
5 - приводная часть.5 - drive part.
Насос гидроразрыва пластов состоит из гидравлической части, приводной части (5) и системы принудительной смазки приводной части. Система принудительной смазки приводной части включает масляный бак, шестеренный насос с приводом и зубчатую передачу. Принудительная смазка осуществляется от шестеренного насоса типа НШ 100, обеспечивающего расход масла равный 170 л/мин при 1900 об/мин. Рабочая температура масла не должна превышать 65°С. Масляный бак системы принудительной смазки приводной части вместимостью не менее 500 л. Бак устанавливается ниже самого нижнего дренажного отверстия в плунжерном насосе, при этом как можно ближе к плунжерному насосу (предпочтительно -непосредственно под ним). Масляный бак оборудован визуальным индикатором уровня сигнализатором уровня и термометром, заливной горловиной с вентиляционным отверстий, сливной пробкой с встроенным магнитом. В масляном баке предусмотрен трубопровод (радиатор) для подключения циркуляции обогревающей жидкости. Если масляный насос находится выше уровня жидкости в баке, то на линии всасывания устанавливается обратный клапан. Для контроля параметров входящего потока на всасывающей линии в непосредственной близости к шестеренному насосу устанавливается вакуумный манометр.The hydraulic fracturing pump consists of a hydraulic part, a drive part (5) and a forced lubrication system of the drive part. The forced lubrication system of the drive part includes an oil tank, a gear pump with a drive and a gear transmission. Forced lubrication is carried out from a gear pump of the NSh 100 type, providing an oil flow rate of 170 l / min at 1900 rpm. The operating temperature of the oil should not exceed 65 ° C. The oil tank of the forced lubrication system of the drive part with a capacity of at least 500 l. The tank is installed below the lowest drain hole in the plunger pump, as close to the plunger pump as possible (preferably directly under it). The oil tank is equipped with a visual level indicator, a level alarm and a thermometer, a filler neck with a vent hole, a drain plug with a built-in magnet. The oil tank is provided with a pipeline (radiator) for connecting the circulation of the heating liquid. If the oil pump is located above the liquid level in the tank, a check valve is installed on the suction line. To control the parameters of the incoming flow, a vacuum pressure gauge is installed on the suction line in close proximity to the gear pump.
Гидравлическая часть насоса гидроразрыва пластов прикреплена к приводной части (5) посредством шпилек и включает в себя гидроблок. В гнездах гидроблока установлены взаимозаменяемые всасывающие и нагнетательные узлы с клапанными устройствами (3, 4), пять плунжеров (1) с штоками и толкатели, универсальные уплотнительные пакеты плунжеров (1) и нажимные винты, приемный коллектор. Приводная часть (5) включает в себя станину, систему принудительной смазки, включающую масляный бак, шестеренный насос с приводом. Гидроблок выполнен сменным под плунжеры диаметром 100 мм или 125 мм. Станина приводной части (5) представляет собой сварную стальную конструкцию. В станине размещены приводной вал, зубчатая передача, пробка с вентиляционным отверстием в верхней части станины, кривошипно-ползунный механизм, включающий коленчатый вал с зубчатыми колесами, пять шатунов с крейцкопфами и подшипники. В станине выполнены отверстия для установки наружной обоймы подшипников коленчатого и приводного валов, верхние смотровые окна, закрывающиеся крышками напротив каждого шатуна, дренажное отверстие в нижней части с возможностью подсоединения сливного трубопровода. Станина содержит задний кожух и два боковых кожуха для размещения зубчатой передачи. В станине выполнены смотровые окна с крышками над каждым поршнем и над каждой зубчатой передачей. Приводной вал установлен на двух сферических роликовых подшипниках с возможностью вращения. Коленчатый вал размещен в станине приводной части на роликовых подшипниках качения. Шатуны установлены на шатунных шейках коленчатого вала посредством подшипников скольжения и соединены с крейцкопфами посредством штоков и двух подшипников скольжения с общей осью вращения в местах контакта штока шатуна и крейцкопфа. Толкатели жестко закреплены на крейцкопфах посредством болтов, при этом одна часть толкателя размещена внутри станины и уплотнена манжетой, а вторая - снаружи. Плунжеры (1) соединены с толкателями приводной части посредством стяжных хомутов. Гидроблок содержит корпус (2), в котором выполнены отверстия для перемещения плунжеров, отверстия для подвода/отвода жидкости из рабочей камеры насоса, смазочные каналы в виде радиальных сверлений и фонарного кольца, выполненного в виде кольца с радиальными отверстиями, напорный канал для приема жидкости из рабочей камеры насоса, проходящей по отверстиям для отвода жидкости. Отверстия корпуса (2) гидроблока для перемещения плунжеров с одной стороны закрыты лобовыми крышками с резиновыми уплотнениями, а в отверстия для подвода/отвода жидкости установлены клапанные устройства, и подключен всасывающий коллектор. Клапанные устройства (3, 4) содержат клапаны насоса, выполненные тарельчатыми, коническими с эластичным уплотнением, расположенным на тарелке, седло, затвор и пружину сжатия. Седло запрессовано в коническом отверстии корпуса (2) гидроблока, и имеет установленное в наружной кольцевой канавке эластичное уплотнение. Всасывающие клапанные устройства (3) установлены в нижней части гидроблока, а нагнетательные клапанные устройства (4) - в верхней части гидроблока. Всасывающий коллектор выполнен в виде основной трубы диаметром 152,4 мм с перпендикулярно вваренными в нее патрубками 127 мм с одной стороны и приваренными патрубками с другой стороны к общему фланцу, посредством которого всасывающий трубопровод крепится к корпусу гидроблока шпильками и гайками. Во всасывающем коллекторе выполнено два входных отверстия 152,4 мм с разных сторон для подсоединения всасывающего трубопровода, а в основной трубе дополнительно выполнены отверстия, в которые установлены съемные заглушки с цепочками или датчики давления напротив каждого плунжера (1). Плунжеры (1) выполнены сплошными, рабочая сторона каждого расположена внутри корпуса (2) гидроблока, а вторая сторона расположена снаружи.The hydraulic part of the fracturing pump is attached to the drive part (5) by means of studs and includes a hydraulic unit. Interchangeable suction and discharge units with valve devices (3, 4), five plungers (1) with rods and pushers, universal plunger sealing packs (1) and pressure screws, a receiving manifold are installed in the seats of the hydraulic unit. The drive part (5) includes a frame, a forced lubrication system including an oil tank, a gear pump with a drive. The hydraulic unit is made replaceable for plungers with a diameter of 100 mm or 125 mm. The frame of the drive part (5) is a welded steel structure. The frame accommodates a drive shaft, a gear transmission, a plug with a ventilation hole in the upper part of the frame, a crank-slider mechanism including a crankshaft with gear wheels, five connecting rods with crossheads and bearings. The frame has openings for installing the outer race of the crankshaft and drive shaft bearings, upper inspection windows closed with covers opposite each connecting rod, a drainage hole in the lower part with the possibility of connecting a drain pipe. The frame contains a rear casing and two side casings for accommodating a gear transmission. The frame has inspection windows with covers above each piston and above each gear transmission. The drive shaft is mounted on two spherical roller bearings with the possibility of rotation. The crankshaft is placed in the frame of the drive part on rolling roller bearings. The connecting rods are mounted on the crankshaft journals by means of plain bearings and are connected to the crossheads by means of rods and two plain bearings with a common rotation axis at the points of contact of the connecting rod rod and the crosshead. The tappets are rigidly fixed to the crossheads by means of bolts, wherein one part of the tappet is located inside the frame and sealed with a cuff, and the second - outside. The plungers (1) are connected to the tappets of the drive part by means of tightening clamps. The hydraulic unit comprises a housing (2) in which openings are made for moving the plungers, openings for supplying/discharging liquid from the working chamber of the pump, lubrication channels in the form of radial drillings and a lantern ring made in the form of a ring with radial openings, a pressure channel for receiving liquid from the working chamber of the pump, passing through the openings for discharging liquid. The openings of the body (2) of the hydraulic unit for moving the plungers are closed on one side by front covers with rubber seals, and valve devices are installed in the openings for supplying/discharging liquid, and a suction manifold is connected. The valve devices (3, 4) contain pump valves made as plate, conical with an elastic seal located on the plate, a seat, a shutter and a compression spring. The seat is pressed into the conical opening of the body (2) of the hydraulic unit, and has an elastic seal installed in the outer annular groove. The suction valve devices (3) are installed in the lower part of the hydraulic unit, and the discharge valve devices (4) are in the upper part of the hydraulic unit. The suction manifold is made in the form of a main pipe with a diameter of 152.4 mm with 127 mm pipes welded into it perpendicularly on one side and pipes welded on the other side to a common flange, by means of which the suction pipeline is attached to the body of the hydraulic unit with studs and nuts. In the suction manifold, there are two inlet openings of 152.4 mm on different sides for connecting the suction pipeline, and in the main pipe there are additional openings in which removable plugs with chains or pressure sensors are installed opposite each plunger (1). Plungers (1) are made solid, the working side of each is located inside the body (2) of the hydraulic unit, and the second side is located outside.
Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.
Пять плунжеров, установленные в гидроблоке, совершая поочередные возвратно-поступательные движения при движении в одну сторону создают разрежение в корпусе, что приводит к всасыванию перекачиваемой жидкости. При движении плунжера в обратном направлении жидкость выталкивается из корпуса в напорный трубопровод. Плунжеры приводятся в движение за счет вращения коленчатого вала, выполненного из термообработанной стали для обеспечения заданных свойств материала. Крутящий момент передается через приводной вал, выполненный из жаропрочной легированной стали. Приводной вал за счет наличия зубьев в своем конструктиве обеспечивает зубчатую передачу совместно с зубчатым колесам из высокопрочной легированной стали, с прецизионной обработкой, закрепленными на коленчатом валу. Шатуны с одной стороны закреплены на шатунных шейках коленчатого вала с другой стороной соединены с поршнями и преобразуют вращательное движение коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршней. Поршни соединены с плунжерами посредством толкателей.Five plungers installed in the hydraulic unit, performing alternate reciprocating movements when moving in one direction, create a vacuum in the housing, which leads to the suction of the pumped liquid. When the plunger moves in the opposite direction, the liquid is pushed out of the housing into the pressure pipeline. The plungers are driven by the rotation of the crankshaft, made of heat-treated steel to ensure the specified properties of the material. Torque is transmitted through the drive shaft, made of heat-resistant alloy steel. The drive shaft, due to the presence of teeth in its design, provides a gear transmission together with gear wheels made of high-strength alloy steel, with precision processing, fixed on the crankshaft. The connecting rods on one side are fixed on the crankpins of the crankshaft, on the other side they are connected to the pistons and convert the rotational motion of the crankshaft into the reciprocating motion of the pistons. The pistons are connected to the plungers by means of pushers.
Основной деталью гидравлического блока является корпус гидроблока с отверстиями и каналами, выполненными посредством механической обработки. Гидроблок выполняется из стальных поковок из высокопрочной легированной стали.The main part of the hydraulic unit is the hydraulic unit body with holes and channels made by mechanical processing. The hydraulic unit is made of steel forgings made of high-strength alloy steel.
Плунжеры входят в состав гидравлического блока. Рабочая сторона плунжера расположена внутри гидроблока, вторая сторона находится снаружи. Плунжеры изготавливают из стали. Плунжеры делают сплошными, для облегчения конструкции могут быть предусмотрены полости. Поверхность плунжеров обрабатывается по высокому классу точности и предварительно подвергается термохимической обработке для увеличения износостойкости. Гидроблок может иметь две модификации под плунжеры диаметром 100 и диаметром 125 мм и снабжен лобовыми гайками для удобства быстрого выема плунжера через корпус гидроблока. Соответственно для замены плунжера и/или уплотнений плунжера нет потребности снимать гидроблок с насоса.Plungers are part of the hydraulic unit. The working side of the plunger is located inside the hydraulic unit, the second side is outside. Plungers are made of steel. Plungers are made solid, cavities can be provided to lighten the structure. The surface of the plungers is processed according to a high precision class and is pre-treated with thermochemical treatment to increase wear resistance. The hydraulic unit can have two modifications for plungers with a diameter of 100 and 125 mm and is equipped with frontal nuts for easy quick removal of the plunger through the hydraulic unit body. Accordingly, to replace the plunger and / or plunger seals, there is no need to remove the hydraulic unit from the pump.
Последовательность пуска системы смазки приводной части осуществляется следующим образом.The starting sequence of the drive part lubrication system is carried out as follows.
Масляный бак заливают маслом и оставляют свободное воздушное пространство не менее 10% объема бака. Отсоединяют шланг от всасывающего патрубка шестеренчатого насоса и заливают его маслом для начальной заливки насоса. Собирают соединение. Переключают трансмиссию АКПП в нейтральное положение, производят пуск двигателя, так чтобы он работал на холостом ходу. За несколько минут масло прокачается через всю систему и заполнит все трубопроводы, фильтры и т.д. После заполнения всех магистралей - манометр PI должен показывать начальное повышение давления в системе. Двигатель должен работать еще несколько минут для стравливания воздуха из системы. Выключают двигатель и доливают масло в бак. В нейтральном положении трансмиссии производят повторный пуск двигателя, постепенно повышая обороты до заданной скорости вращения, проверяют показания вакуумного манометра и манометра. При достаточном разогревании и разжижении смазочного масла показание вакуумного манометра не должно превышать 250 мм. рт. ст. После того, как прекратиться превышение значения давления в 250 мм. рт. ст. на заданных оборотах регулируют предохранительный клапан на давление 1,6-1,8 МПа на заданной скорости вращения двигателя.Fill the oil tank with oil and leave a free air space of at least 10% of the tank volume. Disconnect the hose from the suction pipe of the gear pump and fill it with oil for the initial priming of the pump. Assemble the connection. Shift the automatic transmission to neutral, start the engine so that it runs at idle. In a few minutes, the oil will be pumped through the entire system and fill all the pipelines, filters, etc. After filling all the lines, the PI pressure gauge should show an initial increase in pressure in the system. The engine should run for a few more minutes to bleed air from the system. Turn off the engine and add oil to the tank. In the neutral position of the transmission, restart the engine, gradually increasing the speed to the specified rotation speed, check the readings of the vacuum pressure gauge and pressure gauge. With sufficient heating and liquefaction of the lubricating oil, the reading of the vacuum pressure gauge should not exceed 250 mm Hg. After the pressure value of 250 mm Hg at the specified speed has ceased to exceed the set speed, the safety valve is adjusted to a pressure of 1.6-1.8 MPa at the specified engine speed.
Для обеспечения работоспособности механизмов насоса при низких температурах масляный бак в составе системы принудительной смазки насоса снабжен системой предпускового разогрева.To ensure the operability of the pump mechanisms at low temperatures, the oil tank as part of the forced lubrication system of the pump is equipped with a pre-heating system.
Универсальностью предлагаемой конструкции, выраженной в модульности гидроблока позволяющей использовать плунжеры двух диаметров 100 и 125 мм обеспечивается снижение неравномерности подачи перекачиваемой жидкости, а выбранными диаметрами плунжеров обеспечиваются требуемые характеристики подачи в л/мин с сохранением достигаемого уровня давления до 105 МПа.The versatility of the proposed design, expressed in the modularity of the hydraulic unit, allowing the use of plungers of two diameters of 100 and 125 mm, ensures a reduction in the unevenness of the supply of the pumped liquid, and the selected plunger diameters ensure the required supply characteristics in l/min while maintaining the achieved pressure level of up to 105 MPa.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2827929C1 true RU2827929C1 (en) | 2024-10-03 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4264286A (en) * | 1977-12-27 | 1981-04-28 | Geosource, Inc. | Multiple fluid pump |
| RU156743U1 (en) * | 2014-12-17 | 2015-11-20 | ООО "Волгоградский завод буровой техники" ООО "ВЗБТ" | THREAD PISTON DRILLING PUMP |
| RU173598U1 (en) * | 2017-01-09 | 2017-08-31 | ПАО "Татнефть" имени В.Д. Шашина | PLUNGER PUMP UNIT |
| RU184848U1 (en) * | 2017-11-17 | 2018-11-12 | ПАО "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Valve assembly for plunger pumping unit |
| RU189941U1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-06-11 | Алексей Николаевич Дьячков | MULTI-PLUNG PUMP |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4264286A (en) * | 1977-12-27 | 1981-04-28 | Geosource, Inc. | Multiple fluid pump |
| RU156743U1 (en) * | 2014-12-17 | 2015-11-20 | ООО "Волгоградский завод буровой техники" ООО "ВЗБТ" | THREAD PISTON DRILLING PUMP |
| RU173598U1 (en) * | 2017-01-09 | 2017-08-31 | ПАО "Татнефть" имени В.Д. Шашина | PLUNGER PUMP UNIT |
| RU184848U1 (en) * | 2017-11-17 | 2018-11-12 | ПАО "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Valve assembly for plunger pumping unit |
| RU189941U1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-06-11 | Алексей Николаевич Дьячков | MULTI-PLUNG PUMP |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110242529B (en) | Five-cylinder slurry pump | |
| CN101806297B (en) | Self lubricating pump | |
| US3958901A (en) | Axial piston pump | |
| US2678609A (en) | Lubricating and sealing means | |
| RU2827929C1 (en) | Hydraulic fracturing pump | |
| US8226383B2 (en) | Downhole pump | |
| RU200014U1 (en) | Mobile pumping unit for pumping fluids and mixtures into bottomhole zones of wells | |
| RU92698U1 (en) | DRILLING PIPE THREE-PISTON SINGLE-SIDED ACTION TYPE 8T-650 | |
| RU2578758C1 (en) | Piston pump-compressor | |
| US2081224A (en) | Pressure pump | |
| RU2550858C1 (en) | Downhole electrically driven plunger pump | |
| RU83106U1 (en) | SUBMERSIBLE ELECTRIC HYDRO-MECHANICAL DRIVE INSTALLATION | |
| CN202811243U (en) | Small-size combined pump station | |
| RU2328621C1 (en) | Piston pump | |
| RU2728561C1 (en) | Hydromechanic submersible reduction gear | |
| RU156743U1 (en) | THREAD PISTON DRILLING PUMP | |
| CN210164643U (en) | High-pressure gear sewage pump | |
| RU2682778C1 (en) | Stand for testing screw pumps | |
| RU188649U1 (en) | PLUNG PUMP UNIT | |
| RU212314U1 (en) | GEAR PUMP | |
| RU159804U1 (en) | THREE-PISTON DRILLING PUMP ONE-SIDED ACTION | |
| RU73385U1 (en) | PUMPING INSTALLATION FOR WATER PUMPING IN A WELL WITH LOW COLLECTOR PROPERTIES OF THE OIL LINE | |
| CN221973774U (en) | Three-cylinder slurry pump | |
| RU76105U1 (en) | STARTING SYSTEM FOR GAS PISTON UNIT MINI-CHP | |
| RU2686237C2 (en) | Twin heated pump unit |