Воздействие вибрационных нагрузок на конструкцию погружных центробежных электронасосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Воздействие вибрационных нагрузок на конструкцию погружных центробежных электронасосов

1. Вибрационные нагрузки

Все машины, имеющие механические части, при работе создают механические колебания, причем ухудшающие их состояние сопровождается увеличением уровня колебаний. Наиболее информативным диагностическим признаком является виброакустический сигнал и шум, сопровождающие работу механизма.

Физически механические колебания воспринимаются как вибрации. Колебания воздуха, порожденными механическими колебаниями, воспринимаются как шум. Шум имеет меньшую информативность, чем вибрация, но не требует контакта с диагностируемой машиной

Измеряя величину вибрации, можно достаточно точно определить техническое состояние машины (без её разборки) во время её штатного функционирования.

Определение состояния объекта во время работы называется функциональным диагностированием.

Вибродиагностика - диагностирование технического состояния машин, оценка опасности повреждения на основе данных контроля вибрации. Диагностирование заключается в контроле за изменениями параметров вибрации в характерных для данного вида машин точках. По результатам измерения параметров можно определить вид и местоположение дефекта, оценить его опастность в работающей машине, установить необходимость остановки машины для предотвращения аварии.

Вибрационные характеристики машины являются критериями качества изготовления: меньшие значения вибрации считаются равноценными высокому качеству изделия.

Вибрацией или механическими колебаниями называется чередование возрастания и убывания смещения точки механической системы, агрегата, машины. Вибрационные или колебательные движения характеризуются смещением, скоростью, ускорением вибрирующего тела, которые принято называть виброперемещением, виброскоростью, виброускорением. Измерение виброперемещений как диагностического параметра представляет интерес, когда необходимо знать относительное смещение объекта или деформацию. Если исследуя вопрос вибационных характеристик машин и их влияние на эксплуатационные показатели и воздействия вибраций на организм человека, то измеряемыми параметрами являются виброскорость и виброускорение, поскольку они определяют кинетическую энергию и импульс силы.

Вибрация является причиной появления повторно-переменных нагрузок, ведущих к усталостному излому, деталей и узлов погружного центробежного электронасоса.

2. Вибродиагностика погружных центробежных электронасосов для добычи нефти

Электроприводные центробежные насосы для добычи нефти (ЭЦН) являются многоступенчатыми, используют в своей конструкции рабочие колеса «плавающего типа». Рабочие колеса «плавающего типа» имеют возможность свободно перемещаться вдоль вала насоса в пределах направляющего аппарата ступени. Таким образом, в каждой степени имеется собственный радиальный и осевой подшипники. Такое решение позволяет разгрузить вал насоса от осевого усилия, возникающего на каждом рабочем колесе с односторонним входом жидкости многоступенчатого насоса.

Исследованию вибрации в погружных ЭЦН для добычи нефти посвящены работы Р.А. Максутова, И.М. Алиева, А.А. Богданова [1]. Впервые авторы применили метод вибродиагностики для оценки технического состояния ЭЦН с целью изучения влияния вибрации на работоспособность и отказы скважинного оборудования УЭЦН. Авторами были проведены обследования серии из нескольких десятков погружных электродвигателей (ПЭД) и насосных агрегатов ЭЦН в сборе разных мощностей и заводов-изготовителей.

Исследования проводились на стенде испытания погружных насосных агрегатов УЭЦН. При исследованиях фиксировался уровень вибрации погружного оборудования с помощью пьезоэлектрических вибропреобразователей, закрепленных в ловильной головке насоса. Частотный состав вибрации исследовался с помощью анализатора спектра и регистрировался с помощью самописца.

Анализ показал, что уровень вибрации агрегатов различных типоразмеров отличается.

Авторы установили, что основными причинами механической вибрации агрегата являются силы неуравновешенности, вызванные отклонением геометрических размеров деталей (пакеты ротора, рабочие колёса и т.д.), ошибками при сборке: несоосности, чрезмерное натяжение пакетов, непрямолинейность валов и корпусов.

Частота вибрации, вызванная этими силами, равна частоте вращения валов. Эти силы, воздействуя на радиальные опоры насоса и двигателя, приводят их к преждевременному износу, снижая надежность агрегата.

К причинам механической вибрации относятся различные касания деталей, приводящие к нарушению плавности хода. Исследования показали, что при больших значениях описываемых сил возникают ударные воздействия, вследствие которых появляется вибрация.

вибрационный нефть нагрузка электронасос

3. Последствия воздействия вибрационных нагрузок

В период массово перехода на эксплуатацию скважин установками электроцентробежных насосов модульного исполнения в промысловой практике появился новый вид аварий (отказов), получивший название «полет ЭЦН».

Полет - самопроизвольное расчленение скважинного оборудования и падение насосного агрегата на забой скважины.

Падение скважинного оборудования на забой сопровождается повреждение агрегатов, узлов, заклиниванием упавшего оборудования в обсадной колонне. В результате упавшее оборудование становится неремонтопригодным, существенно возрастает объем и стоимость работ, связанных с ликвидацией последствий таких падений. Ликвидация аварий характеризуется значительными затратами на подъем упавшего оборудования и восстановления забоя скважины, при этом существенно возрастают экономические потери, связанные с увеличением вынужденного простоя скважины.

Анализ мест расчленения при аварийных отказа «полет» показал, что основными (по количеству отказов) местами расчленения являются:

- насосно-компрессорные трубы в непосредственной близости от места подвески насосного агрегата ЭЦНМ;

- разрушение шпилек и фланцевых соединений модуль-головок, модуль-секций, входного модуля;

- разрушение корпусов модуль-секций и другие узлы.

Схема основных мест расчленения насосного агрегата представлена на рисунке 2.1.

Основной причиной разрушения является усталостный излом металла.

Усталостный излом - разрушение материала под воздействием повторно-переменных нагрузок, протекающих при значениях напряжений, значительно уступающих пределу прочности материала на разрыв.

Следовательно, в насосных агрегатах модульного исполнения существует источник повторно-переменных нагрузок, вызывающий усталостное разрушение металла. Как известно погружной насосный агрегат состоит из секций насоса, погружного электрического двигателя и гидрозащиты.

Анализ конструктивного исполнения насосных агрегатов показал, что погружные электродвигатели и их гидрозащита в немодульных агрегатах ЭЦН и модульных ЭЦНМ практически используются одинаковые, следовательно они не могут являться источниками повышенной вибрации насосных агрегатов модульного исполнения.

Подтверждением этого является анализ статистического материала видов отказов с немодульными ЭЦН, собираемого ОКБ БН до 90 годов прошлого столетия по всем нефтедобывающим регионам страны, где отсутствовал отказ типа «полет ЭЦН».

Таким образом, основным источником повышенной вибрации, приводящей к авариям типа «полет», является существующая конструкция насосной части агрегата модульного исполнения.

4. Методы уменьшения вибрационных нагрузок

Повышение эффективности эксплуатации, уменьшение вибрационных нагрузок, сокращение экономических затрат от аварий типа «полет» следует искать в следующих направлениях:

- разработка «виброгасящих» входных модулей, конструкций ограничивающих осевую подвижность шлицевых муфт и вала входного модуля;

- разработка протектора с размещением узла подвода пластовой жидкости с приемной сеткой, встроенный в верхнюю часть протектора с единым валом протектора;

- разработка «противополетных» устройств с их использованием на установке УЭЦН.

Установка в кнструкцию серийных насосов модульного исполнения специальных «противополетных» устройств, не устраняет причину усталостного разрушения, а только сокращают экономические потери от аварий типа «полёт ЭЦН».

Применения износостойких пар трения в радиальных подшипниках замедляет нарастание износа, следовательно, способствует замедлению роста радиальной вибрации, что выражается в увеличении долговечности радиальных подшипников, но не является гасителем радиальной вибрации.

Заключение

В данном реферате была рассмотрена типовая конструкция установки погружного центробежного электронасоса, рассмотрены основные детали агрегата насоса. Также рассмотрены условия эксплуатации насоса, причины отказа в период эксплуатации.

Был проведен анализ вибрационных нагрузок, причин их возникновения, последствия воздействия вибрации на агрегат погружного центробежного насоса. Рассмотрены отказы в виде аварий типа «полет ЭЦН». Представлены некоторые методы понижения вибрационных нагрузок на ЭЦН.

Размещено на Allbest.ru