Различные конструкции для снижения вибрации установки электроцентробежного насоса

Снижение вибрации установки электроцентробежного насоса является важной задачей для обеспечения эффективной работы насоса. Вибрация УЭЦН может привести к повреждению насоса, ухудшению качества добычи нефти и возникновению аварийных ситуаций. При повышенной вибрации происходит увеличение риска усталостного разрушения, так как вибрация является источником повторно-переменных нагрузок. Факторы, такие как добавление модульной секции в компоновку насоса, содержание механических примесей, обводненность и уровень спуска ЭЦН, могут повышать уровень вибрации.

Основные элементы, подверженные повышенной вибрации, включают вал, рабочие ступени насоса, опорные элементы, подшипники и шлицевые соединения секций насоса.

Чтобы решить эту проблему, существует несколько конструкций, которые могут помочь снизить вибрацию при эксплуатации УЭЦН. В данной статье рассматриваются некоторые из них. В работе [1] были классифицированы основные виды сломов валов и их причины. Особое внимание уделено влиянию крутильных колебаний электрических центробежных насосов на усталостные повреждения. Были представлены результаты испытаний валов на статическую кручение и усталость. На основе полученных данных был предложен ряд мероприятий для уменьшения вероятности слома вала в процессе запуска и эксплуатации электрических центробежных насосов.

Данная проблема так же поднимается в работе [2] был проведен анализ отказов месторождений Западной Сибири, что помогло выявить, что 44% всех сломов присущи пластическому типу, а 56% – связаны с усталостью валов. Проведенный анализ изломов валов показал, что наиболее распространенной причиной усталостных разрушений являются повреждения в области шлицев на муфтовых соединениях. В статье содержатся данные о наработке до отказа электрических центробежных насосов, раннем выходе из строя УЭЦН вследствие усталостного разрушения вала. Из этих данных следует, что среднее время до отказа из-за усталостного разрушения вала составляет 74 суток, при этом более половины УЭЦН (53%) перестают работать уже через 40 суток. Высокое содержание абразивных частиц в продукции скважины вызывает ускоренный виброабразивный износ радиальных сопряжений рабочих органов, как следствие, усталостным поломкам вала. В работе [3] Описывается влияние вибрации на увеличение отказов типа «Полет УЭЦН» указаны основные места расчленения УЭЦН и приведена статистика данных мест. Также представлен вибрационный стенд воспроизводит и измеряет величину вибрации при разных скоростях вращения вибронагружающего устройства, различной величине дисбаланса, а также при разных углах наклона испытываемых элементов насоса и НК. Это позволяет оценить влияние вибрации на работу УЭЦН и принять меры для уменьшения ее воздействия. Таким образом, использование вибрационного стенда помогает не только повысить надежность оборудования, но и обеспечить его безопасную эксплуатацию. Кроме того, проведение тестирования на вибрационном стенде позволяет предотвратить возможные аварийные ситуации, связанные с вибрацией. В целом, использование вибрационного стенда является важным шагом для обеспечения качества и надежности производимого оборудования.

В статье [4] был проведен анализ работы установок электроцентробежных насосов, проанализированы факторы, влияющие на работу УЭЦН, включая динамичность работы насоса. В результате была предложена конструкция виброгасителя для уменьшения воздействия колебаний на УЭЦН. Данный узел предназначен для снижения растягивающих, сжимающих и крутильных колебаний, которые возникают в УЭЦН. Он осуществляет гашение сжимающих нагрузок с использованием упругих элементов, размещенных между верхним кулачком и корпусом. Крутильные колебания подавляются сжатием и разжатием резиновых элементов, установленных на выступах кулачков. Наконец, растягивающие колебания снижаются за счет амортизации сжимающих и крутильных колебаний, возникающих при работе глубоких скважинных электроцентробежных насосов. Этот узел выполняет важную функцию в системе, обеспечивая снижение нежелательных колебаний и увеличение стабильности работы УЭЦН. Он позволяет уменьшить воздействие различных нагрузок на насос и повысить его эффективность и долговечность. Это позволяет улучшить долговечность и надежность работы установок электроцентробежных насосов, а также снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций. Таким образом, использование вибрационного стенда и узла амортизации позволяет повысить эффективность и безопасность работы электроцентробежных насосов.

Известен компенсатор [5], в котором осуществляется гашение вибрации за счет наличия упругих элементов, которые поглощают энергию крутящего момента и предотвращают передачу момента на подъемную колонну НКТ.

Так же известен демпфирующий узел [6], который используется для гашения энергии удара. Это позволяет снизить вибрации и усталостные напряжения в крепежных элементах оборудования и фланцевых соединениях электроцентробежной насосной установки. Такое гашение позволяет крепежным элементам служить дольше, что повышает надежность крепления силового кабеля и снижает риск его повреждения.

Так же данными же авторами представлена модель протектора погружного электродвигателя [7]. Данный протектор, может использоваться для защиты электродвигателя центробежного насоса от механических повреждений во время спускоподъемных операций, а также для уменьшения уровня вибраций и колебаний при запуске электродвигателя электрического центробежного насоса и охлаждения его в процессе работы. Основное решение задачи заключается в том, что протектор погружного электродвигателя представляет собой полый цилиндр с присоединительной резьбой, расположенной по меньшей мере на одном из его концов.

Добавление дополнительных ступеней насоса уменьшает значение критических частот, попадающих в опасный диапазон. При этом так же происходит снижение напряжений, вызванных вибрационными нагрузками в отдельных случаях, что позволяет конструкции стать менее подверженной к ним и повысить запас прочности. Внедрение секций с количеством ступеней равных 86 и 90, позволяет увеличить запас прочности на 3,7 и 11,5 %.

Подбор оптимальных посадок показал, что посадки D9/f9, F10/h8 имеют значительно меньшие напряжения, вызванные вибрационными нагрузками по сравнению с рекомендованными из ГОСТ 1183-80 на 30-35 %.

Подбор оптимальной длины муфты шлицевого соединения позволяет значительно снизить напряжения вызванные вибрационными нагрузками рекомендованной посадки D9/e8 на 60-65 %. Таким образом важно подобрать необходимые оптимальные параметры шлицевого соединения, благодаря которым можно достичь снижение напряжений, вызванных вибрацией. В целом, использование дополнительных ступеней насоса, оптимальных посадок и длины шлицевого соединения позволяет создать более надежную и эффективную конструкцию, снизить воздействие вибрации и увеличить ее долговечность.

Однако ряд вопросов, связанных с понижением уровня вибрации, требует своего дальнейшего развития, на основе проделанного анализа технической и литературной проработки выявлены следующие проблемы:

1. Существующие методы борьбы с повышенной вибрацией заключаются в использовании виброгасителей, которые имеют малую эффективность и высокую стоимость;
2. Отсутствуют конструкционные методы борьбы с повышенной вибрацией;
3. Отсутствуют методы борьбы повышенной вибрации в шлицевом соединении.

Важно отметить, что выбор конкретной конструкции для снижения вибрации установки электроцентробежного насоса зависит от условий эксплуатации, типа насоса и требований конкретной скважины.