Гидравлические насосы поршневые/плунжерные (тихоходные)

На протяжении многих десятков лет промышленные предприятия всего мира использовали механические с кривошипным приводом трех-пяти плунжерные насосы в сочетании с аккумуляторами и дроссельными клапанами для приведения в действие гидрооборудования или тривиальной перекачки жидкостей (например для поддержания пластового давления).

Эти механические насосы имеют низкую эффективность, сопряжены с дорогостоящим обслуживанием и обеспечивают только фиксированную подачу при фиксированной скорости вращения электродвигателя.

Трех- пяти плунжерные насосы нуждаются в установке механического зубчатого редуктора между электромотором и насосом (для снижения скорости вращения кривошипного вала и соответственно скорости движения поршней).

Установка фаз распределения клапанного механизма и герметизация поршней в трех- пяти плунжерных насосах являются наиболее проблематичной задачей т.к. на них физически на них действуют поршни со значительными синусоидальными скоростями (мгновенная линейная скорость поршня в макс точке превышает 4 метра в секунду)

Учитывая данные факты, мы пришли к заключению, что необходимо выпустить на рынок новую концепцию насосов, обладающую большей эффективностью, высокой точностью работы механизмов и сниженными затратами на обслуживание и ремонт.

Современная стратегия закупок клиентов при выборе оборудование ориентируется на затраты по обслуживанию и ремонту оборудования в том числе его энергопотреблению, что в конечном итоге влияет на окупаемость.

Наша компания, опираясь на рабочий опыт консолидировала имеющиеся технологии для разработки насоса, способного обеспечить варьируемый расход питания гидро аккумуляторов или расхода впрыска в скважину.

Произведённая инженерная разработка имела целью предложить линейку тихоходных гидравлических поршневых (ТГП) насосов для различных нужд промышленности, давлений и мощностей.

По сути ТГП насос - это насос с поршнями, которые приводятся в действие при помощи масляной гидравликой, что даёт возможность очень точно регулировать расход по объёму и давлению и повышает общую эффективность насосов по сравнению с насосами приводимых коленчатым валом.

ТГП насосы не являются простыми насосами для накачки гидро аккумуляторов, т.к. это регулируемые насосы, которые могут: регулироваться по давлению, регулироваться по расходу, регулироваться по мощности.

Они могут использоваться напрямую, без использования гидро аккумуляторов и дроссельных клапанов, предоставляя такие преимущества, как (касается прессового хозяйства):
- регулировка усилия
- остановка в заданном положении
- регулировка скорости

Основными преимуществами ТГП по сравнению с возвратно-поступательными насосами с кривошипным приводом являются:

Варьируемый расход против неизменного расхода при фиксированной частоте вращения двигателя

Насосы с фиксированным расходом используются совместно с аккумуляторами и дроссельными клапанами, выделяя тепло, растрачивая энергию, вызывая износ комплектующих из-за эрозии.

Пульсация потока

Триплексные насосы вырабатывают пульсацию потока, что приводит к необходимости применения демпферов пульсаций. У ТГП насосов пульсации отсутствуют, благодаря постоянной скорости перемещения поршней.

Снижение расходов на обслуживание

Низкая скорость движения плунжеров насосов ТГП (0,25 м/сек.) что значительно снижает износ поршней и уплотнений узлов плунжер - цилиндр.

ТГП просты в обслуживании, которое соответствует обслуживанию стандартной гидравлической масляной установки.

Переменная нагрузка на распределительные валы триплексных насосов приводит, в конечном счете, к его усталостному разрушению.

Внизу перечислены наиболее значимые преимущества тихоходных гидравлических насосов:

• Возможность контроля и регулировки скорости и напора за счёт регулировки расхода масла гидравлической системы привода насоса;
• Возможность работы с широким диапазоном агрессивных и нейтральных жидкостей;
• Модульное устройство компонентов, позволяющее адаптировать оборудование под имеющееся место в насосном отсеке или в контейнере для мобильного использования;
• Пониженное энергопотребление (КВт/ч) приблизительно на 15 % меньше (общее энергосбережение из расчёта на 12-месячного цикла постоянной работы);
• Новый подход к гидравлической системе водяного оборудования с прямой накачкой цилиндров без использования аккумуляторов (прессовое хозяйство);
• Возможность получения высокого давления (до 1000 бар);
• Снижение расходов на обслуживание;
• Очень длительный ресурс работы агрегата (30 - 50 лет).

Разработанная линейка насосов может поставляться в следующей гамме:

Благодаря модульному исполнению насосов ТГП, возможна поставка специально разработанного оборудования в соответствии с потребностями клиента (для очень высокого давления, специальных жидкостей и т.д.).

Кривая давления - трехплунжерный насос с кривошипным приводом

Описание и принцип действия

Настоящим предлагается запатентованный тихоходный гидравлический плунжерный (ТГП) насос для ППД в модульном контейнерном исполнении - новый концепт насосов с регулируемой производительностью.

Основной принцип действия насосов ТГП, заключается в паре низкоскоростных цилиндро - поршневых агрегатов, которые приводят в действие еще одна пара гидравлических масляных цилиндра. Гидравлический привод - это классическая масляная ГСУ, позволяющая предложить все возможные виды контроля на насосах с гидравлическим масляным приводом: переменный объём подачи, компенсация давления, ограничение мощности.

Насос ТГП обеспечивает переменный, но непульсирующий поток в системе, и ему не требуются гасители пульсации, используемые в предыдущих решениях: трёхплунжерных насосах, приводимых в движение механически с помощью редукторов, распределительного вала с высокими линейными скоростями поршней.

Переменный поток насоса ТГП позволяет пользователям прекратить подачу во время простоя. Эта характеристика вместе с общей повышенной эффективностью сократит потребление электроэнергии системой.

Как уже объяснялось, ТГП насос переменной производительности, очень подходит для применения закачки жидкости в пласт (в том числе ППД) и реализует параметры расход/давление со значительным улучшением объемной эффективности по сравнению с трехплунжерными насосами с коленчатым валом.

Основные технические причина этого улучшения малая скорость работы движущихся частей гидравлического агрегата и, в связи с этим, снижение стоимости использования оборудования и расходов на техническое обслуживание.

Запатентованная ТГП система с ее переменной производительностью также предоставляет пользователю возможность управлять операциями плавно и без каких-либо толчков (в начале и в конце хода поршня), чтобы выполнять несколько, необходимых на месторождении различных типов насосных операций.

Мы также можем предложить насосный модуль для работы в очень жестких климатически условиях (летом и зимой).

Например, технология ТГП была использована на нефтяных и газовых месторождений насосных высокого давления (USA).

A Техническое введение:

A1 Исторически Трехплунжерные/Механические насосы основаны на концепции коленчатого вала, который вращается с “низкой скоростью” около 300 оборотов в мин. В связи с этим необходимо применять редуктор для снижения частоты вращения двигателя.

Поршни соединенные шатунами и крейцкопфами с валом, установлены горизонтально (в количестве от 3 до 5 или более) В большинстве случае и все гидравлические головки таких насосов оснащены всасывающими и напорными клапанами.

Первый момент, который следует отметить, является то, что каждый клапан должен открываться и закрываться 300 раз в минуту.

Во-вторых, насос, имеющий высокую инерцию вращающихся частей (мотор, коленчатый вал, а также поршни) и может работать только с фиксированными расходом и очень низким временем отклика.

Третий момент (является наиболее критическим), скорость поршня кривошипного плунжерного насоса изменяется по синусоидальному закону (от нуля до максимальной скорости 300 раз в минуту), а не является величиной постоянной и мгновенную пиковая скорость поршня составляет около 4 метров в секунду.

Последствия этого хорошо известны и могут быть подведены кратко следующим образом:

• Объемная эффективность хуже и это особенно ощутимо при перекачке легких жидкостей. Это происходит из-за того, что входной и выходной клапан имеет очень малое время для открытия и закрытия, из-за этого перекачиваемый поток может проскакивать обратно во входной клапан, если он не полностью закрыт. И действительно в ряде случаев величина расхода и объемная эффективность может доходить до 50% от номинального значения указанного в спецификации трехплунжерного механического насоса.
• Скользящие поверхности поршней и уплотнения узлов плунжер-цилиндр никогда не работают с постоянной “приемлемой” скоростью (в реальности скорость изменяется от нуля до 4 метров в секунду, и это 300 раз в минуту). Это определенно и негативно влияет на их срок службы, поэтому необходимы значительное техническое обслуживание насосов и расходы на техническое обслуживание.

A2 Мы предлагаем взамен трехплунжерных с кривошипным приводом тихоходные гидравлические плунжерные насосы с гидравлическим приводом.

• Электроприводные масляные насосы подают масло к узлу плунжер - цилиндр (2 штуки) для привода их в действие. Узел плунжер - цилиндр (на рисунке ниже показан вертикальный вариант установки) конструктивно состоит из масляной стороны и стороны перекачиваемой жидкости, двойного уплотнения между ними, наружного дренажа между ними для предотвращения смешивания сред противоположных сторон.
• Когда один из двух поршней нагнетает воду, второй возвращается в исходное состояние. За счет использования двух поршней с точной координацией хода достигается очень плавная, без пиков подача напора.

Последствия этого и вытекающие достоинства можно суммировать кратко следующим образом:

• Скорость поршня в 10 раз меньше чем в случае с приводом кривошипным валом (не более чем 350 мм/сек), что способствует увеличению величины объемной эффективности.
• Входной и выходной клапан работает в 10 раз реже, чем на трехплунжерном насосе и обладает в связи с этим достаточным временем для правильного открытия и закрытия. Это является
  ключевым моментом для объемного КПД как для общей энергоэффективности которая до 25% выше.
• Гидравлический электронасосный привод минеральным маслом позволяет насосной системе плавно перекачивать рабочую жидкость и предоставляет бесконечные возможности по
  регулировке производительности.
• Скорость и способ нагрузки поршней, уплотнений, клапанов (те основных компонентов насоса) уменьшает их износ минимум в 10 раз, что увеличивает надежность и снижает затраты на обслуживание.

B Техническое описание предложения

Насосный блок в контейнерном исполнении и готовности к работе.

Спецификация:

• Перекачиваемая среда: Пластовая вода (1000 кг/м3) в жидкой фазе.
• Давление на входе: от 3 до 5 бар (перекачивается только жидкая фаза).
• Давление напора: 190 бар изб.
• Температура перекачиваемой жидкости: от +5°C до +20°C.
• Температура окружающей среды: от -55°C до +36°C.
• Расход от 5 до 25 м3/час (от 80 до 400 л/ мин) на один насос
• 2 насоса (1 в работе, 1 в резерве)

ТГП насосы установлены в контейнере:

• Размер контейнера: 12 000 мм длинной x 2400мм шириной x 2600 мм высотой, размеры контейнера могут быть уменьшены после детальной проработки проекта, если это возможно
• Мощность основных насосов: 200 кВт (x2)
• Насос охлаждения/ циркуляции 5.5 кВт
• Пилотный насос = 15 кВт
• Воздушный холодильник = 10 кВт
• Реверсивная система вентиляции и кондиционирования = 25 кВт
• Необходимая мощность 280 кВт, 400В, 50Гц, 3 фазы.
• Расход: Полностью регулируемый оператором панели от 0 до 25 м3/час.

Как описано выше, это предложение 2 комплектов насосных установок в полностью оборудованном контейнере, протестированных на заводском стенде.

В объем поставки включены:

• Комплект ТГП насосных модулей 2шт. в комплекте с масляной гидравликой - резервуар, насосы с переменной производительностью и электроприводом, трубная обвязка по маслоприводу, полностью оборудованный резервуар масла, входной и выходной манифольд, горизонтальные гидравлические цилиндры в сборе.

Вид сзади промышленных сборок плунжер-цилиндр

• Панель оператора машинного интерфейса ручная и съемная консоль (проводное подключение).
• Реверсивный воздушный кондиционер контейнера (для работы от -55°C до +36°C окружающего воздуха).
• Воздушный холодильник минерального масла.
• Оборудование освещения и удаления конденсата контейнера.
• Необходимые детекторы безопасности и аварийные кнопки остановки оборудования.

Индикация панели управления возможно на двух языках Русский и/или Английский.

Техническая документация:
Поставщик предоставит один комплект следующей технической документации в бумаге и на CD диске
Электрика:
Лицензированное программное обеспечение
Документация программного обеспечения
Технические спецификации и деталировки
Электрические схемы
Инструкции по работе и обслуживанию
Основное ПЛК, Безопасность ПЛК

Гидравлика:
Основная технологическая схема
Гидравлическая схема
Чертеж установки в сборе
Техническая спецификация и деталировка
Рекомендации по обслуживанию и список рекомендованных запасных частей.

Запасные части:
В объем поставки входит 1 комплект запасных частей в соответствии со списком ниже:

• 1 серво-пилотный насос
• 1 карта
• 1 пилотный клапан каждого типа
• 1 комплект уплотнений и пружин для каждого клапана
• 1 комплект уплотнений для каждого насоса
• 1 комплект фильтр элементов
• 1 датчик давления каждого диапазона.
• 1 набор стандартных фильтров.
• 1 комплект уплотнения цилиндра в сборе.