Опыт использования машин в холодное время года, а также статистика, показывает что около 70 % всех проблем связаны с узлами и деталями гидропривода, что логично, ведь нет обеспечения теплового режима работы деталей гидропривода (гидроцилиндры, гидромоторы, гидронасосы, гидрораспределители и клапанная аппаратура) в связи с использованием техники несоответствующего климатического исполнения.
При минусовых температурах деталям гидропривода необходим дополнительный прогрев.
Ключевые слова: рабочая жидкость, нагревательный элемент, температура, добыча нефти, скважинный насос.
Введение
Добыча нефти в Российской Федерации является актуальной проблемой. По способам современные методы добычи нефти делятся на фонтанные, газлифтные и насосные. Однако все существующие способы нефти, основными из которых являются УШГН и УЭЦН обладают рядом недостатков.
Недостатки УШГН:
− ограничение по глубине спуска насоса;
− малая подача насоса;
− ограничение по наклону ствола скважины и интенсивности его искривления.
Недостатки УЭЦН:
− большое потребление электричества;
− высокая уязвимость при наличии газа;
− уходит в отказ в коррозионно-агрессивной среде, при появлении песка.
Поэтому проектирование нового оборудования с наилучшими техническими и эксплуатационными характеристиками весьма актуальная проблема. Одним из наиболее перспективных решений в данной области является проектирование, производство и модернизация насоса с гидравлическим приводом.
Структура скважинного насоса с гидропривода
Скважинный насос с гидравлическим приводом (СНГП — 01) предназначенный для добычи нефти из малодебитных скважин.
СНГП-01 содержит скважинную часть, наземное оборудование и гидроканал. Условная схема СНГП — 01 представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Условная схема СНГП-01: 1,2 — поршень
Проблемы ведущие к снижению срока службы элементов и гидросистемы в целом.
1. Повышение вязкости рабочей жидкости приводит к возрастанию давления в системе.
2. Уменьшение упругих свойств деталей гидропривода приводит к увеличению износа деталей в момент запуска. [1]
Особенности эксплуатации гидропривода в условиях низких температур
«В настоящее время гидропривод используется в самой разной технике и промышленном оборудовании, в том числе и в условиях пониженных температур. Рассмотрим основные моменты, определяющие качество исполнения работ гидропривода при низких температурах температур.
1. Увеличение вязкости рабочей жидкости при низкой температуре
Низкая температура окружающей среды значительно повышает вязкость рабочей жидкости после длительного перерыва в работе (до нескольких часов). Например, вязкость некоторых видов гидравлических масел увеличивается в несколько сотен раз при уменьшении температуры до -60 оС. При низких температурах также увеличиваются потери давления в системе, запуск гидросистемы становится затруднительным, стабилизация теплового режима работы гидросистемы становится более продолжительной».
2. Очистка рабочей жидкости
Рекомендуется особенно внимательно относится к очистке рабочей жидкости. Заливка гидравлических масел в систему должно производиться с помощью фильтрующих устройств с тонкостью фильтрации 10 мкм. Устанавливаемые в сливной магистрали гидросистемы фильтры, должны иметь вдвое большую пропускную способность, чем фильтры, работающие при нормальных температурных условиях. [2]
Запускгидросистем в условиях отрицательных температур.
В гидроприводах, работающих при отрицательных температурах, при пуске и в начале работы значительно возрастают потери давления в трубопроводах (до 20 раз по сравнению с нормальными температурными условиями). Для уменьшения потерь давления желательно максимально уменьшить длину трубопроводов, уменьшить количество изгибов и соединений. Из-за уменьшения давления следует недостаточное заполнение рабочего объема насоса, состояние которого оказывает большое влияние на работу гидросистемы в целом. Следует выполнить принудительную подпитку насоса или даже устанавливать его непосредственно в гидробаке. Также следует устанавливать гидравлические насосы таким образом, чтобы всасывающее отверстие насоса находилось не менее чем на 50 см ниже меньшего уровня масла в гидробаке. Запуск насосов в условиях отрицательных температур обязан выполняться при постепенном увеличении давления рабочей жидкости до номинального с выдержкой при давлении 10 МПа в течение 1…2 мин.
Для того чтобы сократить время выхода гидросистемы на установившийся тепловой режим, которое в взаимосвязи от протяженности трубопроводов может составлять порядка 1–2 часов, рекомендуется обеспечить теплоизоляцию гидробаков и трубопроводов, также желательно сделать ещё подогрев рабочей жидкости в момент запуска. Подогрев рабочей жидкости в период запуска происходит путем пусканием всей рабочей жидкости через предохранительный клапан при номинальном рабочем давлении».
Способы подготовки гидросистем к запуску в холодное время года.
1) Дроссельный подогрев рабочей жидкости
2) Электроподогрев элементов гидросистемы.
«Дроссельный метод заключается в перекачивании рабочей жидкости из гидробака по напорному трубопроводу через насос, дроссель или другое гидравлическое сопротивление, после — обратно в гидробак. При этом способе подогрева тепло от трения подвижных частей вышеуказанных деталей гидропривода передается рабочей жидкости — маслу. Но при этом варианте разогрева рабочей жидкости появляется повышенный износ подвижных деталей насоса, дросселя, а также трубопроводов. Несмотря на это, разогретая рабочая жидкость из гидробака при направлении ее к элементам гидропривода, не участвующих в дросселировании, быстро теряет температуру, что снижает пользу разогрева
Известен гидродвигатель, имеющий корпус гидроцилиндра, нагревательную часть, теплоизоляцию. Нагрев производится за счёт применения нагревательного элемента. На гидродвигатель намотан нагревательный элемент, включенный к источнику электрического тока. При контакте нагревательного элемента с корпусом гидродвигателя осуществляется передача тепла
Минусом данной системы является применение источников электрической энергии. В среде автономного функционирования машин возможность использования электроэнергии ограничена.
Из вышеперечисленных вариантов нагрева следуют действия, которые обязан сделать оператор перед запуском. Следовательно, увеличивается процент человеческой ошибки. Соответственно предлагается практически полностью изменить процесс подогрева гидросистемы машины. [3]
Есть еще один наиболее выгодный вариант нагрева, при помощи СВЧ-нагревателя (рис. 2).
Рис. 2. Система подогрева рабочей жидкости гидроцилиндра: 1 и 2 — поршень; 3 — нагревательный элемент (СВЧ)
Принцип работы заключается в том, что электрический ток идёт от источника питания по сетевому кабелю к нагревающей части, который в свою очередь производит нагрев рабочей жидкости и сам гидроцилиндр. Использование данной системы прогрева гидроцилиндра делает возможным увеличение ресурса деталей гидропривода, уменьшение времени прогрева, затрат на тепловую подготовку гидросистемы. [4]
Литература:
- Мерданов Ш. Х., Конев В. В., Бородин Д. М., Половников Е. В. Система прогрева элементов гидропривода / Патент России № 2569862.
- Рылякин, Е. Г. Обеспечение эффективной функциональности гидропривода мобильных машин / Е. Г. Рылякин, В. И. Костина. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 6 (86). — С. 200–202.
- Егоров А. Л. Обоснование рабочих параметров снегоуборочной машины с уплотняющим рабочим органом: дис.... канд. техн. наук: 05.05.04 / ТюмГНГУ. — Тюмень, 2004. — 157 с.
- Мерданов Ш. М., Егоров А. Л., Костырченко В. А., Мадьяров Т. М. Подогрев гидропривода при помощи свч нагревателя // Фундаментальные исследования. — 2016. — № 2–3. — С. 498–502; URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39963 (дата обращения: 23.06.2020).
