1

PETROM EPS Mentenanta

“ TEACHER ”

PROGRAM DE

PERFECTIONARE PROFESIONALA

Tema 14: Echipamente mecanice din industria extractiva de petrol si gaze

- Echipamente dinamice I -

2011

2

Echipamente mecanice din industria extractiva de petrol si gaze

- Echipamente dinamice I -

Material pentru perfectionare profesionala Traducere, compilare, redactare:Ing.Paul Popescu

Sef Serviciu Tehnic si Fiabilitate

3

CUPRINS 1. Echipamente pentru exploatarea sondelor de titei prin pompaj...........4 1.1 Generalitati...............................................................................................4

1.2 Instalatia de extractie pentru pompajul alternativ cu prajini……….5 1.2.1 Elementele principale ale instalatiei de pompare.

1.2.2 Echipamentul de fund al sondelor in pompaj cu prajini 1.2.3 Echipamentul de suprafata al sondelor in pompaj cu prajini. 1.2.4 Unitatea de pompare cu balansier – caracteristici constructive

1.2.5 Unitatea de pompare cu balansier – constructie si functionare 1.2.6 Montarea, intretinerea si repararea unitatilor de pompare cu balansier 1.2.7 Elemente de calcul pentru unitatile de pompare cu balansier 1.2.8 Unitati de pompare cu cremaliera(LRP)

1.2.9 Unitati de pompare cu actionare hidraulica(HPU) 1.3 Instalatia de extractie pentru pompajul rotativ cu prajini.................25 1.3.1 Descriere functionala

1.3.2 Elemente principale ale instalatiei de pompare 1.4 Instalatia de extractie pentru pompajul centrifugal...........................29 2. Echipamente pentru pomparea fluidelor in industria extractiva ......32 2.1 Pompe cu pistoane……………………………………………………..32 2.1.1 Principiul de functionare. 2.1.2 Constructia unei pompe cu transmisie 2.1.3 Tipuri de pompe cu pistoane fabricate in Romania 2.1.4 Calcule elementare privind pompale cu pistoane 2.1.5 Exploatarea si intretinerea pompelor cu pistoane/pungere 2.2 Pompe cu cavitati progresive(cu surub excentric)…………………..45 2.2.1 Principiul de functionare 2.2.2 Materiale folosite in constructia pompelor cu cavitati progresive 2.2.3 Avantajele pompelor cu surub excentric(cavitati progresive) 2.2.4 Fluidele vehiculate de pompele cu surub excentric 2.2.5 Constructia grupurilor de pompare 2.3 Pompe cu roti dintate…………………………………………………48 2.4 Pompe centrifuge……………………………………………………..50

2.4.1 Detalii constructive 2.4.2 Intretinerea si exploatarea pompelor centrifuge.

2.5 Pompe combitube……………………………………………………..54

4

ECHIPAMENTE MECANICE IN INDUSTRIA EXTRACTIVA DE TITEI SI GAZE NATURALE

ECHIPAMENTE DINAMICE

1. Echipamente pentru exploatarea sondelor de titei prin pompaj

1.1 Generalitati

Metodele de extractie care se aplica, de regula, dupa incetarea eruptiei naturale a sondelor sunt gazliftul si pompajul. In general, daca in momentul incetarii eruptiei naturale, debitul de titei si ratia gaze-titei ale unei sonde sunt inca mari, se aplica gazliftul care, dupa un timp, cind debitul si ratia gaze-titei au scazut, este inlocuit cu pompajul. Daca in momentul incetarii eruptiei naturale, debitul si in special ratia gaze-titei nu sunt mari, se poate trece de la eruptia naturala direct la pompaj. Astfel, majoritatea sondelor se exploateaza, in final, prin pompaj, cu exceptia unui numar relativ mic de sonde, a caror situatie tehnica nu permite aplicarea pompajului, ca: sonde mult deviate, sonde cu coloana defecta, sonde cu ratia gaze-titei mare etc. In Petrom, peste 85% din sondele productive se exploateaza prin pompaj. Diferitele sisteme de pompaj se pot clasifica, dupa modul de functionare a pompei de extractie, in urmatoarele categorii principale:

1) pompajul cu pompe cu piston care, la rindul lui, poate fi: -cu prajini, pistonul fiind actionat de la suprafata prin intermediul

garniturii de prajini de pompare, similar cu cel al unei pompe cu transmisie; antrenarea prajinilor in miscarea alternativa ascendenta-descendenta poate fi realizata cu unitati de pompare cu balansier sau cu alte tipuri de instalatii(LRP sau Rotaflex)

-cu pompe hidraulice(Kobe), la care pistonul e actionat de un fluid pompat de la suprafata cu presiune, miscarea alternativa fiind realizata prin intermediul unui dispozitiv asemeneator sertarasului de la masina cu abur. 2) alte sisteme de pompaj, unde intra:

-pompajul cu pompe electrice submersibile(REDA), care foloseste pentru impingerea fluidelor la suprafata pompe actionate de motoare electrice de constructie speciala, introduse in sonda;

-pompajul cu pompe cu cavitati progresive, la care tijile de pompare antreneaza printr-o miscare de rotatie rotorul melcat al unei pompe intr-un stator elastic;

-pompajul cu jet, metoda care foloseste pomparea de la suprafata a unui lichid (titei) la presiune mare care, antreneaza ascensional si fluidele debitate de sonda(principiul ejectorului). In Petrom, circa 99% din sondele in pompaj sunt exploatate prin pompe cu prajini.

5

1.2 Instalatia de extractie pentru pompajul alternativ cu prajini

1.2.1 Elementele principale ale instalatiei de pompare.

In figura 1.1 este reprezentata schema de ansamblu a unei instalatii obisnuite de pompare ce cuprinde:

• Echipamentul de fund. Pompa de extractie cu urmatoarele elemente: -cilindrul -pistonul -supapa de aspiratie sau supapa fixa -supapa de refulare sau supapa mobila La partea inferioara a pompei se afla o teava de aspiratie a fluidului,

sorbul; uneori cind sonda are prea multe gaze sau prea mult nisip, se monteaza sub pompa si un separator de fund pentru gaze si nisip.

Tevile de extractie(tubingul) care sustin pompa in coloana de exploatare. Prajinile de pompare(tijele), racordate la pistonul pompei, uneori la

cilindrul pompei. La capatul superior al prajinilor de pompare este infiletata prajina lustruit(tija polizata). La sondele cu titei parafinos, prajinile de pompare(pina la circa 800m adincime) sunt prevazute cu curatitoare de parafina.

Figura 1.1

6

• Echipamentul de suprafata cuprinde: - capul de pompare montat la gura sondei pe flansa coloanei de exploatare cu partile sale componente(cap de coloana, teu, presgarnitura); - prajina lustruita(tija polizata); - sistemul de prindere a prajinilor de pompare la capul de pompare

(sarniere jugul cu punte etc); - unitatea de pompare, care actioneaza pistonul pompei imprimandu-i o

miscare rectilinie-alternativa verticala prin intermediul prajinilor de pompare, compusa din:

- balansierul, prevazut catre gura putului cu un cap cu profil curbat, care permite centrarea pe gura putului oricare ar fi pozitia balansierului, numit cap de balansier sau cap de cal. De acesta este suspendata garnitura de prajini de pompare, prin intermediul unui jug din cablu de otel, terminat cu o punte din otel masiv. Uneori celalalt cap al balansierului este echipat cu greutati pentru echilibrarea sarcinii de la put;

- capra balansierului, constructie metalica care sustine balansierul si suporta sarcinile transmise de acesta prin intermediul unui lagar, numit lagar de centru; - reductorul unitatii de pompare actionat de un motor, care transforma miscarea de rotatie in miscare rectilinie-alternativa verticala, printr-un sistem biela-manivela, avind in acelasi timp si rol de a reduce turatia motorului la cea corespunzatoare numarului de curse necesar. Miscarea este transmisa balansierului prin intermediul lagarului compensator. Lungimea cursei care se realizeaza la gura putului poate fi modificata, imbinarea dintre biela si manivela fiind realizata dintr-un bolt cu rulment. Pozitia acestuia pe manivela poate fi modificata realizandu-se diverse lungimi de brat de manivela. - motorul electric de actionare

Ansamblul capra, reductor, motor sunt prinse pe o rama metalica, care, la rindul ei, este fixata de o fundatie de beton monolit sau din prefabricate. La sondele de mica adancime actionarea se poate face pentru mai multe sonde, de la un centru. Din acest punct de vedere deosebim:

-pompajul in grup. Un reductor obisnuit de unitate de pompare actionat de un motor electric, amplasat in mijlocul grupului de sonde, antreneaza doua balansiere speciale de la care miscarea este transmisa catre sonde prin prajini de transmisie;

-pompajul central, folosit in cazul in care numarul de sonde este mare. Pentru actionare se foloseste un reductor special antrenat de un motor(electric sau termic), prin intermediul unui ax cardanic.

Manivela acestui reductor realizeaza o miscare de rotatie in plan orizontal. Capul manivelei este prevazut cu un disc, asezat in plan orizontal, de care sint legate transmisiile catre sonde.

La gura putului, fiecare sonda are montat un balansier mai simplu. Pe traseul liniei de transmisie sunt montate schimbatoare de directie si schimbatoare de nivel sau de cursa. Sistemul mai este folosit inca in Petrom insa mai mult pentru valoarea sa istorica.

7

1.2.2 Echipamentul de fund al sondelor in pompaj cu prajini

Pompa de extractie(Fig.1.2), se introduce in coloana de exploatare cu supapa fixa, sub nivelul dinamic al sondei. Cand pompa este in regim normal de functionare, tevile de extractie sunt pline cu lichid: titei, eventual, apa. In timpul cursei ascendente a pistonului, supapa, fixa este deschisa, iar titeiul intra in cilindrul pompei, umpland spatiul eliberat de piston. In acelasi timp, supapa mobila este inchisa, bila fiind apasata pe scaunul ei de presiunea lichidului din tevile de extractie, iar prin teul de la gura sondei curge un volum de titei aproape egal cu volumul deplasat de piston la cursa ascendenta. Cand pistonul incepe cursa descendenta, lichidul de sub piston este comprimat, bila a supapei fixe este apasata pe scaun, iar bila supapei mobile este ridicata de pe scaun, datorita presiunii lichidului de sub piston, care depaseste presiunea coloanei de lichid din

tevile de extractie. Prin teul de la gura sondei iese un volum mic de titei, egal cu volumul dislocuit de portiunea din prajina polizata care intra in tevile de extractie la cursa descendenta. Reiese ca pompa de extractie este, este in principiu, o poma cu piston cu simplu efect.

In timpul functionarii, pompa e plasata sub nivelul de lichid h din sonda, la adincimea de fixare H a supapei de aspiratie, egala aproximativ cu lungimea L a garniturii de prajini. Distanta de la nivelul lichidului(cu pompa in functiune) pina la supapa fixa se numeste submergenta(h). Prajina lustruita, garnitura de prajini de pompare si pistonul au o miscare rectilinie alternativa. Punctul superior al cursei se numeste punct mort superior, iar cel inferior-punct mort inferior.

Tevile de extractie. La pompajul cu prajini se folosesc aceleasi tevi de extractie ca la eruptie. Se mentioneaza ca la pompaj, tevile de extractie sunt mai solicitate la eforturi decit la eruptie, intrucit ele suporta, periodic, greutatea lichidului, fiind expuse si la efortul abraziv al prajinilor de pompare. Din aceste cauze se folosesc in mod obisnuit, tevi de extractie cu capete ingrosate. Pentru adincimi mari se pot folosi si tevi de extractie speciale.

Prajinile de pompare(Fig.1.3), sunt bare metalice care la ambele capete au cepuri. Au rolul de a transmite pistonului pompei de adancime miscarea rectilinie-alternativa a capului de balansier. Conditiile de lucru ale prajinilor de pompare sunt foarte grele; sunt supuse la tensiuni oscilante mari si variabile, adeseori in medii corozive, executa un numar mare de cicluri, cu fenomene

Figura 1.2

8

vibratorii. Toate acestea provoaca oboseala prajinilor si limiteaza adancimea de pompare prin sarcina maxima pe care o pot suporta.

Se construiesc prajini cu cepul filetat pe toata lungimea sau cepuri cu filet degajat, mai rezistente la eforturi. Dupa cep urmeaza un guler pina la care se insurubeaza mufa, patratul pentru cheie si portiunea de reducere la diametrul normal numita bunt. Lungimea normala a prajinilor de pompare este de cca 9m. Sunt confectioate si bucati mai scurte (0,4-3,6m), necesare potrivirii la gura putului, la fixarea pompei sau a pistonului. Materialul din care sunt confectionate prajinile de pompare este otelul divers aliat. Ruperea prajinilor de pompare este un accident ce produce pierderi de productie si uneori complicatii grave. Trebuie luate toate masurile pentru a evita ruperea. Sunt mai multi factori care concura la producerea ruperilor: calitatea otelului, conditiile de confectionare, modul de utilizare etc. Durata de functionare a prajinilor este influentata foarte mult de manipularea lor corecta, depasirea duratei limita de folosire in conditii normale (oboseala materialului), subdimensionarea garniturilor, frecari in sonde deviate, sarcini accidentale, agresivitatea fluidului etc.

Curatitoarele de parafina(Fig.1.4) sunt dispozitive care se monteaza pe prajinile de pompare cu scopul de a realiza centrarea prajinilor si curatirea parafinei care se depune in interiorul tevilor de extractie.

Separatoarele de fund pentru gaze si nisip. Prezenta gazelor in fluidul aspirat de pompa reduce randamentul volumetric al acesteia, ducand uneori chiar la blocarea cu gaze a pompei, care inceteaza sa mai debiteze lichid. Nisipul, la rindul sau, provoaca, prin abraziune, uzura prematura a pieselor pompei, in special a camasilor, a pistoanelor si supapelor. Pentru a se evita aceste doua mari inconveniente, se folosesc separatoare de fund, care separa din lichid gazele, respectiv nisipul, astfel ca acestea sa nu intre in pompa.

In acest scop, separatoarele de fund sunt astfel construite incat distanta parcursa de fluid (din coloana pina la pompa) sa fie cat mai mare, viteza fluidului sa fie cat mai mica, iar fluidul sa fie supus la schimbari ale directiei de curgere. Acesti factori favorizeaza separarea gazelor, respectiv a nisipului din lichid.

Ancorele pentru tevile de extractie. S-a aratat ca, la cursa descendenta a pistonului, tevile de extractie suporta greutatea lichidului din ele, iar la cursa ascendenta, aceasta greutate se transfera asupra prajinilor. Din cauza acestor solicitari periodice, tevile de extractie se alungesc si se scurteaza, efectuand o miscare oscilatorie, care duce la obosirea materialului, la slabirea filetelor de

Figura 1.4

Figura 1.3

9

racord si la abraziunea coloanei. Pentru a se evita aceste inconveniente, uneori, tevile se fixeaza la partea inferioara in coloana de exploatare, cu ajutorul unei ancore speciale. Aceste ancore sunt de multe ori echipate cu un dispozitiv special care le impaneaza automat daca viteza de coborare a acestora creste brusc, asa cum se intimpla in cazul smulgerii tevilor in timpul introducerii. Folosirea ancorei pentru tevile de extractie se recomanda la sondele adanci.

1.2.3 Echipamentul de suprafata al sondelor in pompaj cu prajini.

Echipamentul de la gura sondei se compune din elementele: - capul de pompare; - prajina lustruita; - sarnierele; - puntea cu cablu; - rotatorul garniturii de tiji - amortizorul prajinilor de pompare; - unitatea de pompare cu balansier sau alt tip(LRP, Rotaflex) Capul de pompare este ansamblul de robinete, fitinguri care se monteaza

la gura sondelor in pompare. El asigura etansarea spatiului inelar si a prajinii lustruite, captarea amestecului extras pe tevi si a gazelor din coloana. Permite suspendarea tevilor de extractie in sonda si dirijarea (impingerea) fluidelor spre separatoare sau statii de titei si gaze, inchiderea etansa a sondei, omorirea sondei de gaz in caz de manifestari eruptive si diferite operatii speciale. Cuprinde elementele:

-capul de coloana -teul capului de pompare -presgarnitura -bratul capului de pompare Capul de coloana este piesa pe care se sprijina tevile de extractie. Este

prevazut in partea inferioara cu o flansa care etansaza pe flansa coloanei de exploatare, direct sau prin intermediul unui mosor.

Lateral si diametral opus are doua ventile de 50,8 mm(2in), unul pentru scurgerea presiunii din coloana, in cealalta parte montandu-se manometrul. In partea superioara, este amenajat sistemul de suspendare a tevilor de extractie. Constructia capetelor de pompare trebuie sa fie robusta ca sa reziste la presiunea din sonda si la actiunea distructiva (abraziune, coroziune) a amestecului extras.

Prajina lustruita este o bara de lungimea de 2450mm…6700mm, filetata la capete, cu diametrul de 26, 29, 30, 32, 38 mm, executata din otel de calitate sau otel aliat, cu suprafata bine lustruita si tratata pentru durificare.

Este destinata sa faca legatura intre garnitura de prajini si capul balansierului, fiind solicitata la intindere(de sarcina maxima din prajini), uneori la incovoiere(din cauza descentrarii fata de axa sondei) si la coroziune. Puntea cu cablu(Fig.1.5) este o traversa asamblata cu un jug din cablu. Este destinata sa prinda(la capat sau pe corp) si sa sustina prajina lustruita cu garnitura de prajini.

10

Este construita din corpul, cu un orificiu central si doua orificii tronconice la capete, in care se introduc capetele unui cablu de otel, in forma de jug, si se fixeaza prin compozitia turnata. In orificiul central al puntii se introduce lateral corpul prajinii lustruite, avind insurubat in capat un ochi sau fixat pe corp o sarniera prin care se sprijina pe punte. Pentru a nu iesi in timpul functionarii, prajina lustruita e blocata printr-un zavor, fixat prin suruburi.

Figura 1.5 Figura 1.6 Clemele(sarnierele) pentru prajina lustruita(Fig.1.6) sunt formate din doua

placi care se pot stringe cu suruburi si avand pe suprafata interioara de stringere santuri longitudinale si transversale. Clemele servesc la fixarea prajinii lustruite deasupra puntii, pentru montarea dinamometrelor pe prajina lustruita, ca siguranta in cazul ruperii cablului puntii si pentru a limita inaltimea de cadere a garniturii (evitind defectarea pompei de adincime, ruperea tevilor de extractie).

Amortizorul pentru prajini de pompare(Fig.1.7) este un dispozitiv cu elemente elastice(discuri de cauciuc) care se intercaleaza intre punte si sarniera fixata pe prajina lustruita. Are rolul sa reduca efectul socurilor produse in garnitura de prajini. In figura este reprezentat efectul de amortizare realizat de acest dispozitiv.

Teul(Fig.1.8) este montat direct in mufa tevilor de extractie, sau pe ventilul de deasupra capului de coloana.

Figura 1.7

11

Bratul capului de pompare este montat pe iesirea laterala a teului. Este compus dintr-un robinet sau un robinet si o duza reglabila si alte piese de legatura. Prin intermediul lui se realizeaza legatura cu conducta de amestec. La unele capete de pompare este prevazuta si posibilitatea de scurgere a presiunii din coloana pe conducta de amestec, prin montarea unui cupon de teava numit baston. Intre baston si robinetul de la coloana se monteaza un robinet de retinere, care permite iesirea gazelor din coloana, inchizand circulatia inversa.

Figura 1.8 Figura 1.9 Presgarnitura(presetupa) pentru prajina lustruita(Fig.1.9) se confectioneaza in diverse tipuri constructive, modelele moderne avand incorporati senzori care sesiseaza neetanseitatile, uzura sau incalzirea tijei polizate. Presgarnitura se executa in marimile 60; 73; 88,9 mm, pentru prajinile lustruite de 26, 29, 30, 32, 38 mm. Puntea prinde prajina lustruita sub sarniera, iar jugul din cablu este petrecut peste capul de balansier, fiind legat de capetele puntii(Fig.1.4). Rotatorul(Fig.1.10) este un dispozitiv montat intre amortizorul de socuri si puntea cu cablu. Este actionat de catre balansierul unitatii de pompare prin intermediul unui cablu de otel si, imprimand garniturii de prajini de pompare o miscare de rotatie intermitenta, are rolul de a schimba pozitia curatitoarelor de parafina si de a impiedica desurubarea prajinilor. 1.2.4 Unitatea de pompare cu balansier – caracteristici constructive

Unitatea de pompare este instalatia care transmite miscarea si energia necesara pomparii, de la motorul de actionare la pompa de adancime, prin

Figura 1.10

12

intermediul prajinilor de pompare, carora le imprima miscarea rectilinie –alternativa verticala.

Unitatile de pompare cu balansier se fabrica pentru diverse conditii de lucru, principalele caracteristici constructive fiind:

- sarcina maxima la capul balansier(prajina lustruita) Fmax , in tf(104N); - momentul(cuplul) maxim la axul reductorului Mmax, in kgfcm(10Ncm); - lungimea maxima a curselor ce se pot realiza cmax, in m; - numarul maxim de curse ce se pot realiza nmax, in curse duble/min; Sarcina maxima la prajina lustruita este sarcina maxima pe care o poate

suporta unitatea de pompare in elementele sale: balansier, capra, lagar, biele. Sarcina maxima determina limita capacitatii instalatiei sau adancimea de pompare pentru diferite diametre ale pistonului pompei de adincime.

Momentul maxim admisibil la reductor este momentul la care se asigura o functionare cat mai indelungata cu o uzura cat mai mica a partilor in miscare ale reductorului: angrenaje, lagare, arbori etc.

Momentul reductorului se alege in functie de: adancimea de pompare, diametrul pistonului, lungimea cursei corespunzatoare debitului optim si modul de echilibrare.

Momentul maxim admisibil impreuna cu raportul de transmitere total al angrenajelor determina gabaritul reductorului.

Lungimea maxima a cursei la prajina lustruita determina cursa maxima reala de adincime a pistonului care impreuna cu alti factori determina debitul pompei. Lungimea maxima a cursei influenteaza gabaritul si greutatea unitatii de pompare.

Frecventa curselor caracterizeaza regimul de pompare si este cuprinsa intre 5 si 18 curse duble pe minut.

Debitul pompei de adancime depinde de diametrul pistonului, lungimea cursei de adancime si frecventa curselor.

Din punct de vedere constructiv, unitatile de pompare cu balansier sunt realizate in urmatoarele variante:

Dupa pozitia reductorului de turatie, distingem : -varianta S, cu reductorul montat direct pe rama de baza(pe o fundatie inalta de beton); -varianta T, cu reductorul montat pe un postament metalic(pe fundatie de beton joasa sau prefabricate); Dupa modul de contrabalansare: -varianta C, cu contrabalansare combinata, avand contragreutatile montate atit pe manivele cit si pe capatul din spate al balansierului; -varianta M , cu contrabalansare rotativa, avand contragreutatile montate pe manivele; -varianta B, cu contrabalansare oscilanta, avand contragreutatile montate pe capatul din spate al balansierului; Unitatile mai mici de 70kN(7tf) se realizeaza doar in varianta T. Unitatile mai mari se realizeaza in ambele variante. Din punct de vedere al

13

contrabalansarii, unitatile mai mici de 50 kN (5tf) se realizeaza in varianta B, cele de 50 kN (5tf) numai in varianta C, iar cele mai mari, in varianta M.

Caracteristicile principale ale unei unitati de pompare sunt sintetizate prin insiruirea unor cifre si simboluri, ca in exemplul urmator: UP-3T-1200-500 B, unde:

UP - unitatea de pompare; 3 - sarcina maxima la capul de balansier in tf (10kN); T - reductor pe postament metalic;

1200 - este cursa maxima (mm) 500 - cuplul maxim la axul reductorului (kgf x cm) (10N x cm) B - contrabalansarea oscilanta

Toate unitatile tip Vulcan, de productie romaneasca, au capul de balansier rabatabil cu un unghi mai mare de 900, pentru a permite trecerea macaralei. De asemenea, toate sunt dotate cu scarile, podurile si barierele prevazute in normele de protectie a muncii.

Instalatiile de pompaj din Petrom sunt actionate cu motoare electrice asincrone, protejate impotriva intemperiilor perntru a functiona in aer liber. Motoarele sunt construite pentru o tensiune de 500V pentru a putea dezvolta un cuplu mare la pornire. Turatia motoarelor electrice este de 730 si 1500 rot./min.

Trebuie sa se evite folosirea motoarelor de putere mai mare decit e necesar, spre a se evita consumul prea mare de energie electrica si micsorarea factorului de putere.

In santierele din Petrom exista in functiune mai multe tipuri de unitati de pompare fabricate la intreprinderile de constructii de masini “Resita”, “1Mai Ploiesti”, ”Vulcan”Bucuresti si IUPR Teleajen.

1.2.5 Unitatea de pompare cu balansier – constructie si functionare Unitatile de pompare (Fig.1.11) sunt ansambluri de constructie moderna,

avand o rama metalica de baza 1 in forma de sanie, care serveste drept suport pentru subansamblurile principale: piciorul balansierului(capra) 2, reductorul de turatie 15, dispozitivul de frinare 16 si motorul electric de actionare 21 fixat pe postamentul 17. Reductorul mai poate fi montat si pe un suport inaltat 23. Transmisia de la motor la reductor se face cu curele trapezoidale 25, prevazute cu o aparatoare 19.

Rama de baza este fixata pe o fundatie de beton prin suruburi de fundatie. Aceasta constructie prezinta avantajul unei rigiditati mari a ansamblului, volum redus al fundatiei, usurinta de montare si demontare, posibilitate de transport in stare nedemontata a partilor principale si gabarit total mic.

Rama, executata prin sudare din otel profilat, are doua lonjeroane continue si se termina cu traverse de capat.

Piciorul balansierului sau capra tip trepied 2 are forma unui trunchi de piramida si este executata prin sudare din profile laminate. Capra are o scara de acces 22 la balansierul principal 3, sprijinit pe capra prin lagarul central 4,

14

compus dintr-un suport de lagar si doua lagare de rostogolire (rulmenti). Balansierul oscileaza intr-un plan vertical in jurul unui bolt fixat in cele doua lagare cu rulmenti oscilanti ale lagarului central.

Pentru a mari cursa prajinii lustruite, raportul dintre cele doua brate ale balansierului se poate varia(bratul din fata/ bratul din spate), in limitele 1,2…1,5.

Figura 1.11 La capatul anterior, balansierul este asamblat cu un cap de balansier 7(cap de

verticalitate sau cap de cal), care asigura prajinii lustruite o miscare rectilinie-alternativa verticala. La capatul posterior, balansierul e asamblat la mijloc cu un balansier egalizator 5, prin intermediul unui lagar sferic 6. Capetele balansierului egalizator sunt articulate prin bolturi cu bielele 8 construite din otel profilat sau din material tubular. Capetele inferioare ale bielelor sunt articulate cu manivelele 9(coarbele) reductorului prin articulatii sferice(butoane de manivela) 10. Pe manivelele 9, construite din otel turnat, pot fi fixate greutatile 12 pentru echilibrarea sarcinii din prajina lustruita, executate din fonta, in forma de placi.

La unele tipuri de unitati de capacitate mica, greutatile de echilibrare 11 se asaza pe capatul posterior al balansierului.

Capul de balansier se poate rabate lateral intr-un plan orizontal in jurul boltului de fixare 13, cu ajutorul dispozitivului de rabatare 26, lasand libera trecerea macaralei pe verticala gurii putului, in timpul operatiilor de interventie, la manevrarea tevilor de extractie sau a prajinilor de pompare. Capul de balansier e prevazut cu un locas special pentru asezarea unei bucati de cablu (prastie) care are capetele fixate in puntea de cablu 14, servind la sustinerea greutatii garniturii

15

de prajini de pompare aflate in put, prin intermediul unei cleme fixate pe prajina lustruita.

Unitatea de pompare are un grilaj de protectie 18, o platforma 24 pe reductor si o platforma 20 pe capra.

Subansamblurile principale ale unitatilor de pompare sunt: reductorul de turatie, articulatia sferica, lagarul central, lagarul sferic, balansierul, capul de balansier, dispozitivul de rabatare a capului de balansier, manivela cu contragreutati si dispozitivul de frinare.

Reductorul de turatie, primeste miscarea de rotatie de la motorul de antrenare prin transmisia cu curele si reduce aceasta turatie prin angrenaje la turatia necesara manivelelor. Miscarea de rotatie redusa este transformata in miscare rectilinie-alternativa in plan vertical si transmisa garniturii de prajini de pompare, prin intermediul manivelelor, bielelor si balansierului, asigurandu-se astfel numarul de curse dorit al pistonului pompei de adincime.

Reductorul de turatie(Fig.1.12, 1.13) este de tip inchis, construit dintr-o carcasa 5, formata din doua parti: cutia si capacul prinse in suruburi intr-un plan orizontal. Cutia formeaza si baia de ulei. Are trei arbori: arborele de intrare 6(de mare turatie), sprijinit pe rulmenti radiali cu role cilindrice 9; arborele intermediar 7, montat pe rulmenti radiali-oscilanti cu role butoi pe doua rinduri 10 si arborele principal, de iesire 8(de mica turatie), sprijinit pe lagare de alunecare 11(sau de rostogolire), din bronz fosforos. Pe arbori sunt montate, in interiorul carcasei, o serie de roti dintate 12,13,14,15, cu dantura inclinata sau in V, fixate pe arbori prin pene. Arborele de intrare 6 are fixata pe unul din capete o roata de transmisie 4( care primeste miscarea de la motorul electric 1 prin roata 2 si curelele 3, iar pe celalalt capat are fixat tamburul frinei 16. La cele doua extremitati ale arborelui de mica turatie se fixeaza manivelele 17.

Angrenajele si rulmentii arborelui de intrare se ung prin barbotaj cu ulei din baie. Ungerea rulmentilor arborelui intermediar si a lagarelor arborelui de iesire se face cu unsoare consistenta.

Daca ω este viteza unghiulara a arborelui manivelelor (frecventa curselor) de la reductor si ωm este viteza unghiulara a arborelui motorului electric, raportul total de transmitere este:

Figura 1.12

Figura 1.13

16

i=nm/n= ω m/ ω

iar raportul de transmitere motor-reductor este:

i=Dr/ Dm

unde Dr si Dm sint diametrele rotilor de transmisie a reductorului, respectiv a motorului.

Articulatia sferica, face legatura intre manivelele reductorului si biele (Fig.1.14) este construita dintr-un bolt cu o parte conica 2, montat intr-o bucsa crestata 3, elastica, introdusa intr-un locas (alezaj) din manivela 4 si o parte cilindrica montata pe rulmenti radiali-oscilanti 1, cu role butoi, pe doua randuri, introdusa intr-un locas din capul bielei 5. aceasta constructie permite oscilatia bielei in jurul centrului rulmentului. Bucsa crestata permite protejarea alezajelor din manivela. Ansamblul se mai numeste butonul manivelei.

Schimbarea pozitiei butonului manivelei in diferite alezaje din manivele asigura variatia lungimii cursei pistonului.

Manivelele cu contragreutati formeaza elementul rotativ exterior din reductorul de turatie.

Pentru imbunatatirea conditiilor de lucru ale reductorului si pentru reducerea puterii instalate a motorului este necesar ca unitatile de pompare sa fie echilibrate. Pentru echilibrare se folosesc contragreutati montate pe manivele (Fig.1.15) sau manivele-disc. Variatia echilibrarii se obtine prin deplasarea contragreutatilor 1 de-a lungul manivelelor 2 cu ajutorul mecanismului pinion-cremaliera 3-4. Pinionul 3 poate fi actionat cu o cheie cu clichet.

La manivelele-disc, reglarea echilibrarii se face prin deplasarea contragreutatilor de-a lungul periferiei discului.

Figura 1.14

Figura 1.15

17

Se recomanda mentinerea aceleiasi pozitii a contragreutatilor de-a lungul periferiei discului.

Sistemul de frinare (Fig.1.16) permite oprirea sigura si blocarea unitatii cu manivelele in pozitia dorita. Franarea se realizeaza prin frictiunea a doi saboti 1, captusiti cu ferodou 2, pe interiorul unui tambur 3 montat pe capatul arborelui de intrare 4 al reductorului. Frana se actioneaza prin parghia cu clichet 5, montata la capatul din spate al ramei de baza 6, in afara grilajului de protectie. Sistemul de parghii care formeaza transmisia franei e prevazut cu dispozitiv cu arc 7 care nu permite sabotilor sau clichetului sa se slabeasca in timpul franarii, asigurand o blocare sigura a unitatii in pozitie frinata. Pozitia parghiilor din transmisia franei se poate regla cu ajutorul canelurilor prevazute pe axa camei 8 si cu ajutorul piulitei 9, cu filet stanga-dreapta de pe bara verticala.

Dispozitivele de protectie cu care este prevazuta o unitate de pompare sunt : -gardul metalic sau grilajul montat in jurul partilor in miscare, confectionat

din panouri cu plasa, suspendate pe stalpi fixati pe sol -platforma pentru interventii la lagarul central, platforma pentru interventii la

capul de balansier si platforma de pe reductor pentru deservirea lagarului sferic si a articulatiilor superioare ale bielelor. Aceste platforme servesc pentru control, intretinere si reparatii. Accesul la primele doua platforme se realizeaza cu scara fixata pe capra

-aparatoarea de curele care protejeaza transmisia cu curelele trapezoidale impotriva intemperiilor, marindu-le durata de functionare

-scaunul izolant pentru automatul de pornire-oprire a motorului electric. Tipurile de unitati de pompare construite in tara noastra sunt diverse. Se

construiesc unitati de pompare de 3; 5; 7; 9; 12 si 15 tf (30; 50; 70; 90; 120; 150 kN), cu lungime a cursei de 0,5…4m si cuplu maxim la reductor de 500…8000 kgf x m (5…80 kNm) In prezent, se extinde la fabricarea unitatilor de pompare tipizate conform normelor API.

1.2.6 Montarea, intretinerea si repararea unitatilor de pompare cu balansier

Montarea unitatii de pompare se executa pe fundatii din beton intr-o anumita ordine cu ajutorul automacaralelor. In fundatie se fixeaza in prealabil suruburile de ancorare.

Figura 1.16

18

Se centreaza si se fixeaza rama de baza tinind seama, ca: axa gurii sondei sa fie la distanta necesara de centrul ramei si sa fie in planul de simetrie al acesteia. Rama trebuie sa fie orizontala si sa se sprijine cu toata talpa inferioara pe fundatie. Se asaza capra pe rama de baza, se centreaza si se fixeaza in suruburi, verificindu-se talpa lagarului central sa fie orizontala si paralela cu planul ramei. Se monteaza scara pe capra. Se ridica, succesiv, postamentul reductorului, apoi reductorul si se strang suruburile de fixare. Se asambleaza la sol balansierul cu lagarul central, lagarul sferic, traversa, bielele, capul de balansier si puntea de cablu. Se ridica si se fixeaza balansierul pe capra. Apoi se monteaza podetele si barierele. Se fixeaza contragreutatile pe manivele in pozitie orizontala. Se strang suruburile care asambleaza capetele bielelor cu articulatiile sferice, fixate pe butoanele manivelelor. Motorul electric se monteaza pe postamentul lui, fixat pe o fundatie separata, in spatele reductorului. Postamentul e prevazut cu un sistem de glisiere perpendiculare, care permit centrarea motorului. Se monteaza curelele trapezoidale de lungime egala si uniform intinse pe rotile de curea, in acelasi plan vertical. Se verifica nivelul de ulei din reductor si se ung lagarul central, lagarul sferic si butoanele manivelelor. Se controleaza si se regleaza balansierul in pozitie orizontala si axa prastiei pe verticala axei sondei. Se monteaza aparatoarea si grilajele de protectie. Se fixeaza prajina lustruita pe puntea prastiei. Se verifica toate imbinarile cu suruburi si se face proba de functionare in gol. Operatiile de demontare a unitatii de pompare se efectueaza in ordine inversa. Intretinerea unitatii de pompare consta in: verificarea strangerii suruburilor, controlul centrarii, functionarea lina a lagarelor, articulatiilor si angrenajelor, starea scarii, a barierelor, a aparatorilor, curelelor, rulmentilor, garniturilor, ferodoului de la frana sau a simeringurilor, controlul si executarea ungerii, echilibrarea corecta etc. La revizia unitatilor de pompare se recomanda sa se verifice cel putin odata pe saptamana: - starea curelelor de transmisie la care nu se admite alunecarea si care trebuie sa aiba o buna protectie contra umezelii sau stropirii lor cu ulei; - fixarea sigura a rotilor dintate, a rotilor de curea, neadmitandu-se largirea santurilor de pene sau uzarea penelor; - functionarea normala a angrenajelor dintate; - fixarea bolturilor de articulatie a bielelor in orificiile manivelelor, neadmitandu-se nici un fel de joc; - fixarea pe fundatii si toate imbinarile cu suruburi; Cel putin odata pe luna se vor efectua : - verificarea tuturor arborilor, eliminandu-se orice vibratie in lagare care poate fi observata vizual sau prin atingere cu mina;

19

- curatirea dintilor tuturor angrenajelor de murdarie si unsoare; - verificarea tuturor lagarelor si strangerea tuturor suruburilor chiar daca par bine insurubate; Controlul si observarea la timp a defectiunilor si inlaturarea rapida a acestora pot preveni accidente grave care ar produce pagube importante prin distrugerea utilajului si pierdere de productie. Reviziile tehnice si reparatiile curente se executa la termenele planificate sau in urma deranjamentelor semnalate de catre personalul de deservire. Reparatiile curente se executa in santier, direct la sonda, sau in cazul unor subansambluri sau piese detasate, la atelierul de reparatii. Pentru inlocuirea subansamblurilor uzate la unitatea de pompare se opreste instalatia cu manivelele pe verticala - in pozitia de jos - se suspenda greutatea de la put prin montarea unei cleme pe prajina lustruita, se leaga strans bielele de manivele si se fixeaza reductorul prin blocarea frinei. La inlocuirea lagarelor balansierului, personalul care executa lucrarile trebuie sa foloseasca centuri de siguranta bine verificate. Lagarul sferic se demonteaza prin desurubarea piulitelor de la corpul lagarului in cazul schimbarii boltului si a bucsei, iar in cazul inlocuirii in intregime a lagarului, se desfac suruburile de la talpa acestuia. Inainte de a se desface ultimul surub, lagarul demontat se leaga cu o sfoara si apoi se coboara cu ajutorul unui scripete fixat pe bratul din spate al balansierului. Pentru demontarea lagarului central, dupa ce s-a blocat unitatea si s-au desfacut suruburile de fixare, se leaga balansierul cu un cablu aproape de capul de balansier si se ridica cu ajutorul macaralei si se inlocuieste lagarul uzat. Dupa fixarea noului lagar in suruburi pe placa de sus a caprei se lasa jos balansierul, se solidarizeaza cu lagarul si se efectueaza centrarea fata de gura putului cu ajutorul suruburilor de reglare. Pentru efectuarea reparatiilor la reductorul de turatie se demonteaza capacul, se ridica cu ajutorul unei macarale si se asigura in pozitie suspendata. In cazul unui mers anormal(cu zgomot caracteristic, batai sau deplasari axiale), se controleaza garniturile de etansare, rulmentii, penele, butoanele manivelelor etc. In cazul pierderilor de ulei pe la capacele arborilor se extrag cu presa roata de antrenare si roata de frina, se demonteaza capacele si se inlocuiesc inelele de pasla, dupa care se monteaza la loc, avand grija ca pozitia orificiilor de scurgere de la capace sa fie la partea inferioara. Totodata se inlocuieste si garnitura de la capacul reductorului. In cazul pierderilor de ulei pe la capacele arborelui principal se procedeaza stfel: se suspenda garnitura de prajini cu ajutorul unei sarniere, se blocheaza si se asigura balansierul, se demonteaza bielele de la butoanele manivelelor, se fixeaza reductorul intr-o pozitie convenabila cu ajutorul franei si se extrag manivelele cu ajutorul unei prese. Manivelele demontate se asaza pe un postament rezistent si bine asigurat sau se suspenda cu ajutorul troliului. Se demonteaza capacele, se scoate pasla veche si se introduc inele noi de pisla in

20

canalele capacelor, astfel incit capetele sa se intilneasca la partea superioara, iar capacele sa fie montate cu orificiile de scurgere a uleiului la partea inferioara. Odata cu aceasta operatie este bine sa se controleze si rulmentii, strangandu-se piulitele de siguranta daca sunt slabe sau inlocuindu-se rulmentii uzati cu altii de dimensiuni corespunzatoare. Pentru repararea butoanelor manivelelor se blocheaza unitatea cu ajutorul franei in pozitia orizontala a manivelelor, pentru a se asigura spatiul de lucru intre acestea si carcasa reductorului. In timp ce cu macaraua se tine suspendat balansierul printr-un cablu legat langa capul de balansier, se desfac legaturile dintre articulatiile cu bucse sferice si biele, acestea din urma deplasandu-se si legandu-se cu sfori de capra unitatii. Se desurubeaza piulitele crenelate ale butoanelor si capacele articulatiilor, dupa care se slabesc butoanele asezandu-se pe capatul acestora un ciocan de bronz pe care se loveste cu un ciocan de otel de cca 10-12 kg. Butoanele slabite se extrag, se controleaza si daca nu sint uzate, se introduc din nou si se strang cu multa atentie, aplicandu-se splintul de siguranta la piulita. Butoanele uzate se inlocuiesc cu altele pregatite dinainte. La atelierul schelei se pot repara butoanele uzate, inlocuindu-se bucsele sau rulmentii uzati, rectificandu-se filetele uzate si confectionandu-se piulite noi.

Manivelele care au alezajele butoanelor decalibrate, se inlocuiesc.

1.2.7 Elemente de calcul pentru unitatile de pompare cu balansier

Echilibrarea unitatilor de pompare. Deoarece sarcina la prajina lustruita respectiv la capul de balansier variaza in limite largi, de la Pmax la Pmin, este necesar sa se echilibreze o parte din sarcina, altfel motorul si reductorul de turatie ar trebui dimensionate pentru sarcina maxima, ceea ce ar duce la folosirea unor motoare si reductoare prea mari, respectiv la investitii si cheltuieli de exploatare exagerate. Prin echilibrare se reduce Fmax aproximativ cu valoarea cu care se mareste Fmin . Se poate deci scrie

Fmax+ Fmin

Fe =────── 2

Fe = forta de echilibrare(N) In cazul echilibrarii oscilante, valoarea contragreutatii montate pe capatul din spate al balansierului(Fig.1.17) se calculeaza cu relatia:

Fb = Fe*l 2/lc

in care: Fb este valoarea contragreutatii montate pe capatul balansierului, in N; Fe – forta de echilibrare, in N; l2, lc – distantele de la capul balansier, respectiv contragreutate la lagarul central; Echilibrarea oscilanta se poate realiza fie prin variatia greutatii Fb, fie prin variatia distantei lc .

21

In cazul echilibrarii rotative, valoarea contragreutatii (montata pe manivela reductorului de turatie(Fig.16) se calculeaza cu ecuatia:

Fm = Fe* l2/l1 * R/r (1) in care: Fm - valoarea contragreutatii montate pe manivela (N) l2, l1 - lungimea bratelor balansierului (m) R - raza cercului descris de butonul manivelei (m) r - raza cercului descris de punctul de fixare a contragreutatii (m) (distanta de la centrul de greutate al contragreutatilor la axul reductorului). Echilibrarea se poate realiza fie prin variatia greutatii Fm, fie prin variatia distantei r. Se mentioneaza ca ecuatia (1) da numai rezultate aproximative. In practica, valoarea exacta a contragreutatilor se stabileste fie cu ajutorul dinamometrului, fie cu ajutorul unui contor electric special, astfel incit consumul de energie electrica la cursa descendenta sa fie aproximativ egal cu consumul la cursa ascendenta. Daca pentru echilibrarea unitatii de pompare este necesara o contragreutate mare, care la sistemul de echilibrare al instalatiei nu poate fi realizata, se poate efectua o contrabalansare combinata. Astfel, la o unitate de pompare prevazuta cu contrabalansare rotativa, se pot monta contragreutati si pe coada balansierului. Cuplul maxim al reductorului de turatie se poate calcula din ecuatia:

Mmax = (Fmax – Fe)*Ss/2 in care: Mmax – cuplul maxim, in Nm; Fmax - sarcina maxima la prajina lustruita, in N; Fe - forta de echilibrare, in N; Ss - cursa prajinii lustruite, in m; deoarece acesta ecuatie nu da rezultate exacte, in practica se foloseste formula empirica: Mmax = 0.24 Fmax Ss

Este luata in cosiderare valoarea maxima a cuplului rezultat din cele doua relatii. Puterea utila; puterea motorului. Teoretic, puterea necesara ridicarii lichidului la suprafata este data de relatia:

103 QHγ P=7360 ──────── = 7360 QHγ/ 6480

24x60x60x75

Figura 1.17

22

Avand in vedere ca in instalatia de fund a sondei, in cea de la gura putului si in unitatea de pompare iau nastere frecari care consuma energie, pentru calcularea puterii motorului se ia in considerare un randament total. Valoarea acestuia variaza intre 0,3 si 0,6. Puterea motorului va fi : Pm =P/ η=7360 QHγ/ 6480 η, unde: P - puterea utila teoretica (kW) Pm - puterea motorului (kW) Q - debitul sondei (m3/ 24h) γ - greutatea specifica a fluidului (N/m3) H - inaltimea de ridicare care se considera de la nivelul dinamic pina la suprafata. Daca nu se cunoaste nivelul dinamic, in calcul se introduce adincimea pompei (m) η - randament total

O alta formula pentru puterea motorului este: Mmax x n Pm=────── [kW] 716 η

Pentru alegerea motorului se va lua in considerare valoarea cea mai mare care rezulta din calculul cu cele doua formule.

Calculul diametrului saibei motorului. In functie de numarul de curse duble necesar pentru realizarea debitului propus, motorul trebuie echipat cu o saiba al carui diametru se calculeaza cu formula:

dm= dr nr/ nm unde: dm - diametrul saibei motorului (mm) dr - diametrul saibei reductorului (mm) nr - turatia saibei reductorului (rot/ min) nm - turatia motorului (rot/ min)

Raportul total de reducere motor – manivela, respectiv numarul de curse duble pe minut se regleaza in trepte prin modificarea diametrului rotii de curea de pe arborele motorului. In acest scop, unitatile se livreaza cu un set de astfel de roti de diametre diferite. Pentru reducerea duratei de schimbare a frecventei curselor, se folosesc constructii de roti de curea cu obada amovibila(Fig.1.18), la care, butucul, cu suprafata exterioara conica, este calat in permanenta pe arborele motorului. Pe acelasi butuc, pot fi montate, cu ajutorul unor suruburi, roti de curea de diametre diferite.

Figura 1.18

23

Alimentarea motorului de actionare prin intermediul unui variator electronic de turatie(VDS) permite reglarea continua, intr-o gama larga a numarului de curse, fara a fi necesara inlocuirea frecventa a rotilor de curea. Calculul numarului necesar de curele:

Pm=ZP1K1K2 unde:

Pm - puterea de transmis (puterea motorului, kW) Z - numarul de curele P1 - puterea transmisa de o curea in functie de viteza periferica K1 - coeficient in functie de unghiul de infasurare K2 - coeficient in functie de caracterul sarcinii

1.2.8 Unitati de pompare cu cremaliera(LRP)

Unitatile de pompare cu cremaliera(Fig.1.19) folosesc posibilitatea schimbarii sensului motoarelor asincrone de actionare a caror miscare rotativa o transforma in miscarea rectilinie alternativa verticala, necesara pentru actionarea prajinilor de pompare, prin intermediul unui reductor cu pinion si cremaliera.

Unitatea de pompare se moteaza direct pe capul de pompare. Tija polizata este solidara cu cremaliera si este suspendata pe aceasta prin intermediul unei sarniere obisnuite. Motorul electric, cuplat cu mecanismul pinion – cremaliera, deplaseaza cremaliera in sus si in jos, pe directia verticala, imprimand aceasta miscare si prajinilor de pompare. Cremaliera este lubrifiata prin imersare intr-o baie de ulei. Contrabalansarea celor doua curse se realizeaza pneumatic, prin intermediul unor cilindri, care inmagazineaza energie in cursa descendebnta si o elibereaza in cursa ascendenta. Echipamentul de fund utilizat este acelasi ca si la unitatile de pompare cu balansier.

Unitatile de pompare cu cremaliera au dimensiuni reduse, sunt usoare si usor de transportat, nefiind necesare echipamente speciale.

Instalarea este usoara si poate fi realizata de doua persoane in cateva ore.

Figura 1.19

24

Unitatile LRP sunt silentioase si nu necesita fundatii sau alte amenajari speciale, ocupand un spatiu foarte mic la gura sondei.

De asemenea, un avantaj important este acela ca unitatile tip LRP ofera un control complet si instantaneu asupra parametrilor de pompare(lungime si numar de curse duble sau viteza de deplasare) prin sistemul computerizat avansat de monitorizare si control, in functie de conditiile zacamantului. Acest lucru permite operarea cu maxima eficienta a sistemului de pompare, reducand semnificativ consumul de energie.

Spre deosebire de unitatile de pompare cu balansier, care ofera un randament de maxim 60%, datorita pierderilor inertiale semnificative, unitatea de pompare cu cremaliera poate realiza aceleasi performante de productie cu consum semnificativ mai mic de energie, cu costuri de instalare, operare si mentenanta mult mai mici, in conditiile unui impact redus asupra mediului.

1.2.9 Unitati de pompare cu actionare hidraulica(HPU)

Miscarea rectilinie alternativa verticala necesara actionarii prajinilor de pompare poate fi obtinuta si cu ajutorul unitatilor de pompare cu actionare hidraulica(HPU). Acestea(Fig. 1.20) pot fi o alternativa la unitatile de pompare cu balansier traditionale, oferind cateva avantaje cum sunt:

- ocupa un spatiu redus la gura sondei; - nu necesita amenajari speciale, fiind montate direct pe capul de pompare; - sunt usor de transportat si instalat; - pot schimba lungimea si numarul de curse la orice valoare, intr-un timp

scurt(practic instantaneu, prin programarea dispozitivului de monitorizare si control);

- mentenanta redusa; - eficienta energetica;

Figura 1.20

25

1.3 Instalatia de extractie pentru pompajul rotativ cu prajini

1.3.1 Descriere functionala

Echipamentele de pompare cu pompe cu cavitati progresive(pompe elicoidale sau pompe Moyno) sunt destinate extractiei titeiului din santierele petroliere, la sondele care se exploateaza in eruptie artificiala.

Figura 1.21 In figura 1.21 este reprezentata schema de ansamblu a unei instalatii de

extractie prin pompaj rotativ cu prajini si pompa elicoidala.

26

Acest sistem de pompaj permite obtinerea unor productii mari, fara a necesita unitati de pompare de mare tonaj si amenajari speciale pentru instalare. Totodata, sistemul reduce semnificativ costul echiparii sondei. Instalatia de suprafata are gabarit redus si este usor de transportat si instalat. Permite totodata, prin intermediul unei transmisii cu curele sau prin actionare cu motor electric alimentat printr-un variator de turatie, o gama foarte mare de viteze de rotatie sau chiar variatia continua a turatiei, de la 0 la turatia maxima a transmisiei.

1.3.2 Elemente principale ale instalatiei de pompare Partile principale ale instalatiei de pompare cu pompe elicoidale sunt: • Echipamentul de fund: Pompa de extractie cu cavitati progresive(elicoidala); Principiul pompelor elicoidale(Fig.1.22) s-a aplicat prima data in forajul

sondelor, unde lichidul pompat de la suprafata exercita pe suprafata rotorului o presiune ce are ca efect rotatia acestuia.

Folosirea pompelor in domeniul extractiei titeiului este reversul motoarelor de foraj. Rotorul se roteste, fiind antrenat de la suprafata prin intermediul prajinilor de pompare si aspira lichidul de sub pompa, impingandu-l spre suprafata prin tevile de extractie.

Pompa elicoidala este formata din doua elemente: stator si rotor.

Rotorul este confectionat din otel aliat, cromat dur la exterior. Statorul are la exterior o manta din otel iar la interior statorul propriu-zis din cauciuc profilat dupa o suprafata elicoidalcentrica, rezistent la produse petroliere.

Principiul de functionare al pompelor cu cavitati progresive face ca acestea sa poata vehicula o gama larga de fluide, reducand emulsionarea si problemele legate de titeiurile grele si parafinoase care cauzeaza multe defecte echipamentelor de pompare clasice. Neavand supape, aceste pompe nu se blocheaza cu gaze.

Pompele elicoidale nu produc frecari interioare mari, ceea ce duce la randamente sporite. Practic, ele necesita putere numai pentru aducerea lichidului la suprafata.

Tevile de extractie(tubingul) care sustin pompa in coloana de exploatare. Prajinile de pompare(tijele), racordate la rotorul pompei. La capatul superior al prajinilor de pompare este infiletata prajina

lustruit(tija polizata), prin intermediul careia, unitatea de actionare roteste garnitura de prajini.

Ancora de torsiune, se utilizeaza pentru preluarea rotatiei tubingului cauzata de momentul de torsiune reactiv al pompei(stator-rotor).

Figura 1.22

27

Este construita pe principiul unei mandrine cu trei bacuri dispuse intr-o carcasa cu canale speciale. Presiunea necesara contactululi bacurilor cu coloana este realizata de arcuri. Armarea se realizeaza prin intermediul unei came, de la suprafata, prin rotirea tubingului in sens orar, atunci cand s-a ajuns la adancimea de instalare a pompei.

Bucsa de aspiratie, se monteaza imediat dupa pompa elicoidala si serveste numai la sprijinul rotorului pompei la operatia de instalare la sondele in pompaj.

Centrorii, sunt piese intermediare, montate intre prajinile de pompare si au rolul de prevenire a atingerii mufelor dintre prajinile de pompare si interiorul tubingului. Numarul si modul de amplasare al acestore se stabileste in functie de adancimea si deviatiile sondei.

• Echipamentul de suprafata: - unitatea de antrenare de suprafata(UARC); - cofretul electric tip CAU 0.5kV;

- capul de pompare montat la gura sondei pe flansa coloanei de exploatare cu partile sale componente(cap de coloana, teu, presgarnitura); - sistemul de prindere a prajinilor de pompare la capul de pompare;

Unitatea de antrenare cu reductor si curele este destinata pentru antrenarea pompelor cu cavitati progresive pentru extractia titeiului si consta, in principal, din: motorul electric de antrenare, o transmisie cu curele, reductor, frana hidraulica, cuplaj sistemul de etansare si flansa de fixare pe capul de pompare. Ea realizeaza urmatoarele functiuni:

- asigura turatia necesara la rotorul pompei elicoidale; - transmite momentul necesar la garnitura de prajini de pompare, respectiv

la rotorul pompei elicoidale; - preia fortele axiale datorate greutatii prajinilor, coloanei de fluid, precum

si fortele dezvoltate de insurubarea rotorului in stator; - realizeaza franarea in sens antiorar a garniturii de prajini de pompare

pentru descarcarea tensiunilor acumulate la functionarea normala; - etansaza coloana de lichid pompat de mediul exterior; Simbolizarea unitatii de antrenare:

UARC – 9 FH – P/n – i – N

UARC – Unitate de Antrenare cu Reductor si transmisie prin Curele; 9 - Sarcina maxima(9 tone); FH - Frana Hidraulica; P/n - Putere[kW]/ Turatie[rpm] motor electric; i - Raport transmisie reductor; N - Turatie la prajina[rpm]; Unitatea de antrenare cu reductor si curele este alcatuita din(Fig.1.23): - motor electric de antrenare; - transmisia cu curele; - reductor; - corpul unitatii de antrenare;

28

- frana hidraulica; - flansa deprindere pe capul de pompare; - clema de strangere a tijei polizate; - sistemul de intindere a curelelor;

Motorul electric de antrenare este in constructie antiexploziva, antideflagranta, tip ASA, protectie EXdIICT4, cu rotorul in scurtcircuit pentru pozitia de functionare verticala, cu capatul de ax in sus(IMV6).

Transmisia cu curele de la motorul electric de antrenare la reductorul de turatie consta intr-o roata de curea montata pe capatul de ax al motorului electric de antrenare(care se poate schimba pentru realizarea diverselor turatii), o roata de curea fixa, montata pe capatul de ax de intrare in reductorul de turatie si curele trapezoidale.

Reductorul de turatie cilindric intr-o treapta, cu axele in plan vertical si planul de separatie al carcasei orizontal. Lagarele sunt cu rulmenti care preiau atat sarcinile radiale cat si cele axiale. In interiorul reductorului, pe axul tubular

Figura 1.23

29

de iesire, este montat rulmentul care preia forta axiala data de garnitura de prajini, coloana de fluid din tubing, precum si forta axiala data de strangerea dintre rotorul si statorul pompei elicoidale cu cavitati progresive.

Corpul unitatii de antrenare, de constructie sudata, asigura montarea reductorului, a sistemului de etansare precum si a flanselor de cuplare la capul de pompare.

Frana hidraulica preia tensiunile din garnitura de prajini de pompare la opriri accidentale sau interventii la sonda.

Clema de strangere transmite miscarea de la arborele tubular al reductorului la prajina lustruita.

Montajul, punerea in functiune, intretinerea si repararea unitatii de antrenare se realizeaza conform instructiunilor de instalare si manualului de mentenanta, livrate odata cu echipamentul. 1.4 Instalatia de extractie pentru pompajul centrifugal

Sistemele de extractie cu pompe electrice submersibile(ESP) se utilizeaza pentru extractia titeiului atunci cand sunt necesare debite si adancimi de pompare mari, avand avantajul ca necesita un minim echipament de suprafata si mentenanta redusa(Fig. 1.24). Cele mai uzuale pompe centrifuge pot produce debite de la 30 – 40mc/zi pana la 2500mc/zi, in functie de diametrul tevilor de extractie cu care se introduce pompa in sonda. Temperatura la care aceste pompe functioneaza este de 80 – 100oC. Agregatele de pompaj centrifugal de fund, folosite pentru extractia titeiului, se compun din urmatoarele parti principale: Capul de pompare, alcatuit din robineti de presiune si fitinguri, are rolul de a dirija fluidul din sonda, prin conducta de amestec, catre parcul de separatoare. Coloana de tubing si componentele de fund ale sistemului de extractie sunt suspensdate de capul de pompare. Cablul electric armat, realizeaza legatura dintre echipamentul electric de suprafata si motorul pompei, prin intermediul unei cutii de conexiuni. Cablul se cupleaza la motorul electric de fund prin intermediul unui conector. Cele mai multe echipamente de suprafata contin si un transformator, care asigura alimentarea cu tensiunea ceruta de motorul electric(3 – 5 kV). Sursa de alimentare cu frecventa variabila(VFD), realizeaza controlul motorului si pompei. Acest control ofera posibilitatea reglarii vitezei de rotatie a pompei, protectia echipamentului si optimizarea procesului de pompare, in baza datelor colectate de la senzorii din sistem(presiune, temperatura, cuplu, blocaje, etc.). VFD include si functiuni ce permit stocarea unei game largi de informatii privind parametrii de functionare si defectiunile aparute in sistem, furnizate de senzorii amplasati in sonda sau la suprafata.

30

Figura 1.24 Pompa centrifugala submersibila mutietajata consta in mai multe etaje de rotoare si difuzoare, realizate din materiale rezistente la abraziune si coroziune, care realizeaza presiunea necesara pomparii fluidului din sonda catre suprafata. Pompa este fixata de capatul coloanei de tubing. Capacitatea de pompare a sistemului este direct proportionala cu numarul de etaje al pompei. In aplicatiile in care sunt prezente si gaze, inaintea pompei se monteaza un separator de gaze care reduce cantitatea de gaze care patrunde in pompa crescand eficienta pomparii.

Protectorul, este montat intre motor si pompa si realizeaza urmatoarele functiuni:

- fixeaza rulmentul care preia sarcinile axiale ale axului pompei - izoleaza si protejaza motorul de fluidul din sonda - egalizeaza presiunea din sonda cu presiunea din motor - compenseaza dilatarea si contractia uleiului din motor ca urmare a

variatiilor de temperatura. Motorul electric de fund, este dispus sub protector si asigura cuplul

necesar rotirii pompei submersibile. Motorul pompelor este asincron, trifazat, cu rotorul in scurtcircuit, avand

turatia de aproximativ 3000 rot/min. Motorul este inchis ermetic si contine ulei mineral electroizolant a carui

presiune este echilibrata cu presiunea din sonda prin intermediul protectorului.

31

Dimensiunile motorului sunt proiectate pentru a asigura volumul de productie necesar. Astfel, puterea motorului creste cu debitul si cu inaltimea de refulare a pompei, ajungand pana la cca 250kW.

Racirea motorului este realizata prin spalarea carcasei acestuia de catre fluidul din sonda, aspirat de pompa. Senzorul de fund, impreuna cu interfata de suprafata, furnizeaza, in timp real, parametrii de functionare ai sondei: presiunea, temperatura din sonda, temperatura motorului, presiunea de refulare a pompei, vibratii, debit, curent absorbit, realizand totodata protectia intregului sistem, in momentul in care se inregistreaza deviatii ale parametrilor. Toate datele pot fi monitorizate si online, existand posibilitatea de transmitere catre un dispecerat central.

32

2. Echipamente pentru pomparea fluidelor in industria extractiva

Pomparea lichidelor in santierele petroliere se realizeaza cu diferite tipuri de pompe, in functie de aplicatie(injectie apa sarata, transport apa dulce, transport titei), caracteristicile fluidului(vascozitate, impuritati) si parametrii de proces(debit, presiune):

- pompe volumice: - cu pistoane/plungere, cu transmisie

- pompe cu cavitati progresive - pompe cu roti dintate, lobi sau paleti - pompe centrifuge - pompe Combitube

2.1 Pompa cu pistoane

2.1.1 Principiul de functionare. Pompa cu pistoane este o masina ce transforma energia mecanica primita

de la un motor in energie hidraulica utila, necesara transportului fluidului sub presiune in tot circuitul sau. Ciclul de functionare cuprinde doua faze: aspiratia si refularea.

Prin aspiratie se intelege procesul de preluare a fluidului dinn rezervoare si aducerea lui in corpul pompei. De multe ori, rezervoarele sunt sub nivelul pompei(decantoare). Deci, in timpul aspiratiei, pompa consuma o cantitate de energie pentru ca sa se ridice o cantitate de fluid, egala cu volumul creat de pistoane, la o inaltime egala cu inaltimea de aspiratie. Teoretic, sub actiunea presiunii atmosferice, la nivelul de 0 metri deasupra nivelului marii, apa se ridica intr-un tub cu vid la o inaltime de 10,33m. Alte lichide se ridica la inaltimi invers proportionale cu greutatea lor specifica. Inaltimea teoretica de aspiratie ha,

in metri coloana de apa, se calculeaza cu formula :

ha= p / γ = p / ρ*g ,

unde: p=presiunea atmosferica; γ=greutatea specifica a fluidului; ρ=densitatea fluidului;

Inaltimea de aspiratie reala a lichidului este mult mai mica decit inaltimea teoretica, datorita neetanseitatilor, viscozitatii fluidului, temperaturii(datorita careia se degaja vapori) si pierderilor prin frecare pe traseul de aspiratie (sorb, conducta, coturi, supape).

Inaltimea de aspiratie maxima a pompelor cu pistoane nu poate depasi practic 7,6 m la temperatura de 00 C si 4,4m, la 500 C. De aceea, se recomanda ca pompele cu pistoane sa se monteze cu tragere inecata(rezervoarele mai sus de pompe) sau, daca nu este posibil, inaltimea de aspiratie sa nu depaseasca 1,5 m. Refularea fluidului aspirat in cilindri este efectuata de pistoane la cursele active. Fluidul iese din cilindrii, prin supapele de refulare, in conducta de refulare. In timpul refularii pompa consuma o cantitate de energie necesara sa

33

impinga cantitatea de fluid aspirata in cilindrii la o presiune egala cu inaltimea de refulare, sa ridice de pe scaun supapele de refulare si sa invinga rezistentele ce se produc pe tot traseul de refulare. Schema de principiu a pompei cu pistoane este ilustrata in figura 2.1. La un cilindru al pompei sunt montate patru supape: doua de aspiratie, 1 si 2 care se deschid spre interiorul cilindrului, iar doua de refulare 3 si 4, care se deschid spre exterior. Camasa cilindrului 5(amovibila) este montata in interiorul cilindrului. In camasa lucreaza pistonul 6 actionat prin tija 7; cind pistonul 6 se deplaseaza spre dreapta, in spatele lui, in partea stinga, se mareste volumul deplasat de piston, creindu-se o depresiune(vid). Din aceasta cauza se deschide supapa de aspiratie 1 iar fluidul este impins de presiunea atmosferica prin colectorul de aspiratie in partea stinga a cilindrului, in tot timpul cind pistonul se deplaseaza de la stinga la dreapta(in timpul unei curse simple). Supapa 1 ramine deschisa pina ce pistonul a ajuns la capatul din dreapta al cilindrului. In timpul cursei pistonului de la stinga la dreapta, supapele 2 si 3 ramin inchise. In acest timp, fluidul aflat in partea dreapta a cilindrului, de la cursa precedenta, este presat in cilindru, deschide supapa 4 si trece in colectorul de refulare. La cursa de inapoiere a pistonului, de la dreapta spre stinga, supapa de aspiratie 1 se inchide, iar supapa de refulare 3 se deschide si lichidul aflat in partea stinga a cilindrului este impins in colectorul de refulare. In acest timp, in partea dreapta a pistonului se creeaza o depresiune, se inchide supapa de refulare 4 si se deschide supapa de aspiratie 2.

Astfel, in timpul deplasarii pistonului, indiferent in care parte, pe una din fetele lui se produce aspiratia, iar pe cealalta fata se produce refularea. Pistonul exercita o actiune dubla si pompa se numeste cu dublu efect. Supapele de aspiratie se deschid din cauza depresiunii create de pistoane in cilindrii, iar supapele de refulare din cauza presiunii create tot de pistoane. Deci supapele sint comandate de pistoane. Pistoanele pompei sunt actionate de un mecanism biela-manivela montat a unui reductor cu roti dintate(fig.2.2), antrenat, la rindul sau, prin transmisie cu curele, de un motor exterior.

Figura 2.1

Figura 2.2

34

Ansamblul cilindrului cu pistoane si supape constituie partea hidraulica a pompei, iar ansamblul biela-manivela constituie partea mecanica a pompei.

Datorita principiului de functionare, viteza unui piston variaza pe lungimea cursei, fiind maxima la jumatate si nula in punctele moarte. Debitul este proportional cu viteza pistonului. Pentru uniformizarea debitului si reducerea fortelor de inertie se construiesc pompe cu doi sau trei cilindrii, cu faze de functionare decalate. La pompele cu dublu efect, cu doi cilindrii(duplex), pistoanele functioneaza in cilindrii respectivi cu un decalaj de faza de 900, iar la pompele triplex, cu un decalaj de 1200 . Variatia debitului are ca efect neuniformitatea presiunii si crearea de pulsatii sau socuri, daunatoare instalatiei de refulare. Pentru remediere se monteaza la refularea pompei o camera pneumatica(dom) cu rol de amortizor de pulsatii ale lichidului.

Pompele de noroi se simbolizeaza printr-un indicativ, care cuprinde numarul de cilindrii, initialele PN(pompa de noroi) si puterea maxima de antrenare in cai putere. De exemplu: 2PN-400 arata o pompa de noroi cu doi cilindrii si cu puterea maxima la arborele de antrenare de 400 CP(294kW). 2.1.2 Constructia unei pompe cu transmisie

Schema partii mecanice a pompei cu transmisie, cu doi cilindrii, este reprezentata in fig. 2.3.

Ea se compune dintr-o frema robusta(batiu) de constructie sudata sau turnata pe care se monteaza: arborele cotit cu coroane dintate si biele. Frema este o constructie inchisa complet. Ea are capace etanse pentru vizitare si constituie si baia de ulei pentru tot mecanismul.

Miscarea de rotatie de la arborele motorului de actionare este transmisa

prin curele trapezoidale 12 la roate de transmisie 11, fixata cu pana pe arborele de antrenare 1 al pompei. Arborele 1 este montat in lagarele pe rulmenti 2 si are

Figura 2.3

35

pinioanele 3 (forjate dintr-o bucata cu arborele sau fixate pe acesta prin presare si cu pana), care angreneaza cu coroanele dintate 4 cu dantura in V, fixate pe arborele cotit 5 (montat si el in lagare 2). Arborele cotit are doua manetoane 6, decalate la 1800, pe care sint articulate bielele 7 prin lagarele 13. Celalalt capat al bielelor este articulat in capul de cruce 8, fixat la tija prelungitoare 9 si tija 10 a pistonului 14. Astfel miscarea de rotatie a arborelui cotit este transformata in miscare rectilinie-alternativa a pistonului. Capul de cruce este turnat din otel de calitate si este prevazut cu locasuri pentru introducerea presata a boltului si a capului bielei. In partea opusa bielei se insurubeaza tija pistonului si se asigura cu o contrapiulita. La partea superioara si inferioara a capului de cruce se fixeaza, prin suruburi, patine de fonta care aluneca pe glisiere tot din fonta, prin imbinare demontabila, in locasul fremei. Ungerea partilor in miscare se face prin barbotaj (la angrenaje), prin captare (la rulmenti, lagarele bielelor si capetele de cruce) si sub presiune (la pres-garnituri, rulmenti etc). Partea hidraulica cuprinde corpurile de pompa. Supapele, camasile, pistoanele si tijele lor, presgarniturile, domul si supapa de siguranta. Partea hidraulica este formata din doua sau trei corpuri de pompa din otel turnat, de constructie identica. Pentru presiuni mai mari decit 20000 kPa (200 daN/cm2), corppurile de pompa se construiesc din elemente din otel forjat, asamblate intre ele prin sudura. Corpurile de pompa (fig. 2.4) sunt fixate cu prezoane de placa frontala a batiului si legate intre ele prin colectoarele de aspiratie 9 si de refulare 10. Corpul de pompa este prevazut cu casetele 2 pentru supape, racorduri pentru colectoarele de apiratie si de refulare, si cilindrul 1 in care se introduce camasa cilindrului 6. Constructia corpului trebuie sa permita accesul usor la supape, la camasi si pistoane. Capacele cilindrilor si ale camerei supapelor se string cu prezoane masive de otel si etansaza pe corpul pompei prin garnituri de cauciuc pinzat. La constructiile moderne capacele sint insurubate. Fiecare capac are un miner pentru manipulare. La ambele extremitati ale cilindrului, la partea inferioara, sint prevazute orificii cu dopuri filetate, pentru scurgerea lichidului din cilindru.

Camerele de aspiratie 9 ale cilindrilor sint legate prin colectorul de aspiratie, plasat la partea inferioara a corpurilor de pompa.

Colectorul de aspiratie formeaza suportul prin care partea hidraulica se reazema de batiu. Camerele de refulare 10 ale cilindrilor sunt legate prin colectorul de refulare plasat la partea superioqara a corpurilor de pompa. Colectorul de refulare este in legatura cu conducta de refulare; el este prevazut cu locas pentru filtru pentru curatirea noroiului, cu amortizor de pulsatii ale

Figura 2.4

36

lichidului necesar pentru uniformizarea debitului si cu supapa de siguranta care protejeaza pompa de eventualele suprapresiuni.

Camasa cilindrului este piesa amovibila care se monteaza si se demonteaza usor in interiorul cilindrului. In camasa cilindrului functioneaza pistonul pompei. Dimensiunea nominala a camasii este diametrul intrior, respectiv diamentrul pistonului cu care lucreaza, exprimat in milimetri sau toli. Acest diametru poate avea valori diferite. Diametrul esterior al camasii corespunde cu diametrul interior al cilindrului. Dupa modul de fixare in corpul pompei, camasile se executa in doua tipuri: tip A, cu guler si tip B, fara guler (fig. 2.5).

Fixarea camasii in corpul pompei se realizeaza etans (fig. 2.6) prin presare axiala, cu ajutorul a patru suruburi 7, plasate in capacele cilindrilor. Etansarea exterioara a camasii 2 fata de interiorul corpului pompei 1 se realizeaza prin presarea celor doua garnituri inelare de cauciuc 3, separate intr-un inel distantier cu orificii 4, de catre gulerul camasii 5.

Etansarea intre camasa si cilindru este necesara pentru a se evita scurgerea fluidului si erodarea corpului pompei. Inelul distantier cu orificii 4 permite sesizarea eventualelor scurgeri de fluid care pot aparea prin orificiile de alarma 6. Camasile trebuie sa se demonteze si sa se inlocuiasca usor impreuna cu pistonul, atat in caz de uzura cat si in cazul cind e necesar sa se schimbe debitul si presiunea pompei. Camasile se executa in mod obisnuit prin forjare, din otel carbon de cimentare, cu muchiile si colturile tesite. Suprafetele interioare se slefuiesc(luciu de oglinda) pentru a reduce frecarea si uzura pistonului si se trateaza pentru durificare(minim 56 HRC). De regula, se cementeaza pe o adincime de 1,5-2,0 mm; se face si calire superficiala, cromare, etc. Se executa camasi moderne, cu partea interioara placata, prin turnare centrifugala, cu aliaje speciale, dure si rezistente la abraziune. Pistoanele sint de tip disc cu doua fete active. Dupa forma corpului si a modului de fixare a garniturilor de cauciuc, pistoanele sint cu mansoane vulcanizate (monobloc) sau cu mansoane demontabile. Pistonul cu manson vulcanizat (monobloc) este format dintr-un corp 1 de otel (fig. 2.7) pe care este vulcanizat mansonul de cauciuc 2, rezistent la produse

Figura 2.5

Figura 2.6

37

petroliere si la abraziune. Acest piston e folosit la presiuni mai mici de 15 Mpa (150 daN/cm2).

Pistonul cu mansoane demontabile (fig. 2.8) este folosit la presiuni mari de pina la 30 Mpa (300 daN/cm2 ). Are doua garnituri rezistente 2, cu insertie de pinza, montate pe corpul 1, prin presare cu talerul 3, fixat cu inelul de siguranta 4. Corpul metalic este cilindric si cu o flansa la mijloc de diametru egal cu diametrul nominal al camasii. La exterior, flansa este cementata sau calita superficial la duritatea 56 HRC si este prevazuta cu un canal circular a carui adincime indica uzura maxima admisa pentru corpul pistonului. Ambele tipuri de pistoane au la interior un locas (conicitate 1:12), in care se monteaza presat capul conic 5 al tijei pistonului si se asigura contra desurubarii cu cui spintecat sau contrapiulita. Piulita 6 este prevazuta cu un inel de fibra 7 care impiedica patrunderea impuritatilor din lichid la filet.

Tija pistonului(fig. 2.9) este masiva, cu un cap conic, lustruita si durificata la exterior. Este filetata la ambele capete pentru a face legatura intre piston si capul de cruce. Presgarnitura tijei(fig. 2.10) asigura etansarea tijei pistonului in capacul cilindrului. Trebuie sa reziste la presiunea din cilindru si la abraziunea noroiului. Garniturile de etansare 4, intre bucsele 5 si 6 din metal antifrictiune sunt montate pe tija pistonului 7, in corpul presgarniturii 1. Garnitura poate fi presata axial prin apasarea flansei 2 cind se string suruburile 3.

Figura 2.7 Figura 2.8

Figura 2.10 Figura 2.9

38

In timpul functionarii pompei, tija pistonului este udata continuu cu apa (printr-o teava de 12,7mm) pentru racire si spalare.

Tija pistonului este asamblata cu o tija prelungitoare, care se poate inlocui mai usor. Pentru a se evita intrarea noroiului sau apei in camera capului de cruce, pe tija prelungitoare se monteaza o presgarnitura mai simpla.

Supapele de aspiratie si refulare sunt identice si interschimbabile (fig.

2.11). Se compun dintr-un scaun conic si supapa 9 care are forma de disc, cu doua tije de ghidare 2 si 10 si ghidajul 7. Scaunul 1 este presat in locasul conic din corpul pompei 8, pe conicitate 1:6. Ghidarea supapei in locasul din capacul 11 se face la partea superioara prin tija 10. Corpul supapei 9 are la exterior un canal in care se monteaza garnitura de cauciuc 3, protejata deasupra de un taler de otel 4 asigurat cu un cui de siguranta 5. Intre supapa si capac este montat arcul elicoidal 6, care ajuta la inchiderea supapei.

Figura 2.11

Figura 2.12 Figura 2.13

39

Figura 2.14 1-arbore intermediar; 2,3-roti dintate; 4-arbore cotit; 5-bolt; 6-glisiera; 7-patina; 8-cap cruce; 9-biela; 10-

baia de ulei; 11-corp hidraulic; 12-supapa; 13-capac supapa; 14-camasa cilindrului; 15-felinar; 16-garnitura; 17-capacul cilindrului; 18-piston; 19-tija pistonului; 20-tija prelungitoare; 21-presgarnitura tijei

pistonului; 22-presgarnitura tijei prelungitoare; 23-conducta de aspiratie; 24-conducta de refulare; 25-amortizor pulsatii; 26-frema; 27-conducte ungere; 28-sanie;

Amortizorul de pulsatii ale fluidului (fig. 2.12) este format din corpul 1, aproape sferic, prevazut cu capacul 7 (prins cu suruburile 6) si cu flansa de fixare la colectorul de refulare. Capacul fixeaza si membrana de cauciuc 3 (care desparte interiorul corpului indoua compartimente: 4 pentru gaz inert si 5 pentru fluid). Gazul se introduce prin robinetul 8, iar presiunea se controleaza cu manometrul 2. Supapa de siguranta (fig. 2.13) este formata din corpul 1 in care este montat un piston de cauciuc 2, a carui tija 3 este fixata cu un cui calibrat 5 in dopul 8, prevazut cu garnitura de etansare 4. Corpul este inchis cu capacul 7. cuiul de siguranta 5 este executat dintr-un otel cu rezistanta de forfecare cunoscuta si cu diferite diametre(pe el e marcat diametrul si presiunea de rupere). Cind presiunea creste peste valoarea admisa, cuiul 5 se foarfeca si pistonul 2 se ridica, deschizind calea fluidului spre conducta de aspiratie prin orificiul 6. Ungerea prin presiune la pompele moderne se face prin 2 circuite, un circuit principal cu o pompa ce aspira ulei din baia pompei si un circuit secundar cu o a doua pompa care aspira ulei dintr-un rezervor (pentru ungerea tijelor si a presgarniturilor).

2.1.3 Tipuri de pompe cu pistoane fabricate in Romania

In Romania se construiesc trei familii de pompe cu pistoane: duplex cu dublu efect, triplex cu simplu efect si pompe cu plungere.

In fig 2.14 e reprezentata in sectiune longitudinala pompa 2PN-400. Pompele de noroi pot fi de motoare diesel sau electrice, formand grupuri motopompa.

40

Acestea au transmisii prin curele trapezoidale sau lanturi multiple, montate pe sanii de gabarite si greutati usor de transportat. Exista multe subansambluri tipizate, comune mai multor pompe. Pompele pentru transport si interventii, folosite la extractie, servesc la pomparea titeiului, a gazolinei, a apei de injectie sau la pomparea unor fluide speciale in timpul interventiei la sonde. La pompele folosite pentru produse petroliere, pistoanele obisnuite sunt inlocuite cu pistoane cu segmenti metalici, iar supapele sunt metalice. Cele mai folosite sint pompele I1-5x10; 2PI-65 si 3PP-160 (cu pistoane plonjoare).

Pompele cu pistoane plonjoare (fig. 2.15) reprezinta o constructie moderna. Au mai multe pistoane cu simplu efect, deci cu doua supape la fiecare cilindru. Pistoanele sunt cilindrii metalici lungi cel putin cat cursa. Pot functiona cu un numar mare de curse pe minut, ceea ce le permite sa fie cuplate direct cu motoarele de antrenare. Au un numar redus

de piese de uzura, gabarit redus(se pot monta pe camioane sau in skiduri specializate) si realizeaza presiuni mari(la agregate de cimentare, pentru injectie tehnologica sau reziduala apa sarata).

2.1.4 Calcule elementare privind pompale cu pistoane

Debitul mediu al unei pompe cu pistoane este cantitatea de lichid pompata in unitatea de timp printr-o sectiune transversala a curentului de lichid.

Debitul teoretic Qt al unei pompe duplex cu dublu efect neglijand obturarea ariei de catre tija pistonului:

Qt~ij πD2 /4 x cω/2,

unde D = diametrul pistonului c = lungimea cursei pistonului ω = viteza unghiulara a arborelui cotit i = nr pistoanelor pompei j = 2 (pentru dublu efect) Debitul real Qr este mai mic decit debitul teoretic, datorita pierderilor ce

au loc la aspiratie, in pompa si la refulare (neetanseitati, prezenta aerului in lichid, deschiderea si inchiderea supapelor cu intarziere etc)

Randamentul volumic: ηv = Qr/ Qt se ia 0,85…0,98, depinde de tipul si starea pompei.

Figura 2.15

41

Debitul real: Qr = Qt x ηv = ij πD2 /4 x c/2 ω ηv

Puterea teoretica\ hidraulica:

Pt=Qp [W],

Unde: p = presiunea pompare [N/m2] Q=debitul de fluid [m3/s]

Puterea la arborele de antrenare al pompei Pa este mai mica. Randamentul transmisiei este: ηt= Pa / Pt ηt se considera 0,92…0,98 In partea mecanica a pompei se produc alte pierderi, evidentiate de randamentul mecanic ηm al pompei (0,7…0,85). Astfel, puterea la arborele de antrenare Pa= Pt/ ηm si puterea motorului de antrenare Pm este:

Pm= Qt p / ηt ηm [W] Pierderile de energie specifica prin frecare sint proportionale cu patratul

vitezei lichidului in conducta de refulare si cu coeficientul de rezistenta hidraulica. Valorile acestui coeficient sunt in functie de natura rezistentei intampinate si de vascozitatea lichidului.

2.1.5 Exploatarea si intretinerea pompelor cu pistoane/plungere

Se bazeaza pe cunoasterea aspectului tehnic si a constructiei. La punerea in functiune se respecta si se executa in ordine urmatoarele operatiuni: -se controleaza nivelul uleiului din baie prin tija de nivel plasata in partea laterala. Nivelul uleiului trebuie sa fie intre reperele tijei de nivel -se examineaza, in cazul cand exista, daca ventilele de pe conducta de aspiratie sunt deschise -se verifica la manifoldul de refulare daca ventilul de pe conducta de refulare este inchis si ventilul de pe conducta de sterp este deschis -se verifica, in cazul cind exista, daca filtrul de pe conducta de aspiratie este curat; in caz contrar, se curata; -se verifica daca cuiul supapei de siguranta corespunde presiunii pistoanelor montate in pompa. Verificarea se face prin desurubarea capacului de protectie si citirea pe capul cuiului a presiunii corespunzatoare. La supapele cu arc se regleaza prin strangere sau desfacere surubul de reglaj corespunzator presiunii pistoanelor -se pune in functiune pompa, se examineaza daca lichidul este refulat pe conducta de sterp -se verifica intinderea curelelor -se verifica functionarea sistemelor de ungere prin ridicarea capacelor de la capetele de cruce, tije, angrenaj. In continuare se lasa ca pompa sa functioneze in gol timp de 10 min vara si 15-20 min iarna, pentru ca uleiul sa se fluidizeze suficient si sa fie astfel asigurate toate locurile de ungere.

42

-se deschide incet ventilul de refulare si treptat se inchide ventilul de sterp punand astfel pompa in sarcina; se observa manometrul; -se examineaza prin ascultare si control vizual prin capace functionarea normala si linistita a pompei. Daca apar semne anormale, pompa se opreste imediat facand operatiile invers, de scoatere din functiune. Se deschide incet ventilul de sterp, se inchide cel de pe refulare si apoi cel de pe aspiratie(daca exista).

Fenomene anormale in functionarea pompei, cauze si remedieri:

Neetanseitati de ulei. La scaparile de ulei de pe langa capacele arborilor, pe langa capacele de vizitare si de-a lungul cusaturilor de sudura se procedeaza la inlaturarea lor.

Scaparile de ulei de pe langa capacele exterioare ale arborilor intermediar si cotit se elimina prin strangerea suruburilor, sau examinarea si desfundarea gaurilor de readucere a uleiului in baie.

Scaparile de pe langa tija prelungitoare se datoreaza uzurii garniturilor din cutia de etansare care trebuie inlocuite. Inlocuirea acestora la unele pompe se face fara alte demontari (garniturile sunt compuse din segmenti), sau prin desfacerea tijei de la tija prelungitoare si retragerea acesteia la punctul mort din spate.

Neetanseitati de lichid. Daca cutia de etansare a tijei prezinta scapari, se strange flansa exterioara cu un dorn. Daca neetanseitatea persista se desurubeaza aceasta flansa si se schimba garniturile uzate:

-daca exista scurgeri de lichid pe linga filetul cutiei de etansare, se strange flansa interioara

-daca neetanseitatea persista, se desface acest capac impreuna cu caseta si se schimba garniturile uzate. In ambele cazuri se desface tija din tija prelungitoare dupa ce pistonul a fost retras la punctul mort din spate

-daca exista scapari de lichid pe la exteriorul flansei de fixare a cilindrilor pe placa frontala a fremei, se desfac suruburile prezoane ale acestei flanse, se retrage aceasta spre capul de cruce si se schimba garnitura dupa ce se demonteaza tija pistonului

-daca exista scapari de lichid pe la capacele supapelor sau cilindrilor, se strang suruburile de fixare sau se insurubeaza capacul. Daca neetanseitatea persista se desfac capacele si se schimba garniturile

-daca exista scapari de lichid pe la flansele colectoarelor de refulare sau aspiratie, sau a supapei de siguranta, sau a camerei de echilibru sau pe la flansele oricaror ventile de pe traseu, se strang suruburile. Daca neetanseitatea persista se desfac suruburile si se inlocuiesc garniturile. Garniturile flanselor de pe partea de refulare la presiuni mari, sunt inele metalice.

La schimbarea oricarei garnituri se examineaza atent locasul acesteia si suprafetele pieselor in contact pe unde a patruns uleiul sau lichidul.

Strangerea unui capac sau flansa se executa incet prin trecerea de la un surub la altul diametral opus. Suruburile nu se strang cand pompa este sub presiune si in functiune.

43

Incalzirile locale sunt cauzate de lipsa ungerii, neetanseitatilor sau stringerilor exagerate. Incalzirea se constata punind mina pe piesa cat mai aproape de suprafetele in miscare. Aceasta operatie se executa numai la piesele exterioare si aflata in nemiscare(pe la capace). Pentru piesele interioare se opreste si blocheaza sigur pompa. Daca rulmentii arborilor se incalzesc, se desfac putin suruburile capacelor si se pune pompa in functiune. Daca iese ulei inseamna ca ungerea este buna. Se lasa pompa sa functioneze si daca incalzirea cedeaza inseamna ca rulmentii au fost prea stransi si se pun garnituri mai groase la capace. Daca rulmentii bielelor incalzesc, sau a boltului capacului de cruce, sau patinele pe glisiere, se desface capacul mare din spatele pompei si capacele laterale de la capetele de cruce si se examineaza daca biela oscileaza exact in planul ei impreuna cu capul de cruce si tija. Abaterile mai mari sunt insotite de batai anormale. Daca abaterile sunt mici se pot pune adaosuri la capacele rulmentilor sau la glisiere, sau la patine (daca este cazul). Abaterile mai mari se elimina la uzina. Daca se constata incalzirea angrenajului dintat se observa pata de contact a dintilor si daca ungerea este in buna stare. Daca se constata luciu metalic spre virfuri sau in unghiul V, inseamna ca dantura nu a fost corect taiata. De asemenea, daca se constata pata de contact numai pe o ramura V, inseamna ca nu s-au calat sau fixat corect cele doua parti ale coroanei (daca coroana este compusa din doua parti). Daca se constata pata de contact (luciul metalic)spre virful sau spre fundul dintilor, inseamna ca nu s-a respectat cota cu tolerantele dintre axele arborilor sau neparalelismul lor. Remedierea unora dintre acestea se face prin introducerea de adaosuri la capace si deplasarea axiala a arborilor. Daca tija conducatoare sau tija pistonului se incalzeste, se examineaza daca ungerea este asigurata. Daca ungerea este buna se desface putin capacul de strangerea garniturilor. Daca incalzirea nu cedeaza inseamna ca tijele sunt strambe, filetele nu sunt centrice sau casetele de etansare sunt descentrate. Daca sunt incalziri locale se examineaza nivelul din baia de ulei, daca pompa de ungere este in functiune si daca conductele de aspiratie si de refulare nu sunt infundate. Se examineaza daca filtrele sunt curate. Infundarea conductelor se stabileste prin desfacerea usoara a unei piulite olandeze de pe traseu si punerea in functiune a pompei. Bataile si zgomotele anormale se datoreaza functionarii incorecte a pompei, slabirii imbinarilor si uzurilor. In functionare, la punctele moarte, mecanismul biela-manivela isi schimba sensul; pe o fata a pistonului se trece de la aspiratie la refulare. Daca se constata batai care provin din aceasta cauza, se va cauta sa se localizeze defectul. Pentru aceasta se deschid capacele, se roteste pompa manual prin tragerea de curele si se observa angrenajul, rulmentii bielei si arborilor, boltul capului de cruce si miscarea capului de cruce. Jocul mare la dantura si la boltul capului de cruce inseamna uzura acestora, jocurile mari in rulmenti inseamna de asemenea, uzuri. Cand capul de cruce are deplasari pe verticala inseamna uzuri ale patinelor, precum si uzuri ale tijelor si cutiilor de etansare. Toate aceste jocuri se masoara

44

cu atentie prin introducerea spionilor intre piesele in miscare. Unele uzuri se preiau prin intercalarea de adaosuri si prin strangeri de suruburi(la patine si glisiere). Uzurile mai mari necesita trimiterea pompei la uzina spre reparare. Cu aceasta ocazie se examineaza manual daca nu exista jocuri la suruburile de prindere ale celor doi arbori cotiti, sau daca nu este vreun surub rupt, piulite slabite, sau dispozitive de siguranta lipsa. Daca suruburile sau piulitele sunt slabite se strang si se asigura cu splinturi. Piulitele slabite din capul tijelor pistoanelor, uzurile partii conice a tijelor si pistoanelor si a filetului din capul de cruce sau tijei prelungitoare se manifesta prin batai. In aceste cazuri se strang piulitele si se inlocuiesc piesele uzate. Exista batai cauzate de supape si care au ca efect variatii brusce ale acului manometrului. Bataile supapelor se datoresc montajului sau functionarii incorecte a aspiratiei si supapelor defecte. In primul caz se examineaza si curata sorbul (filtrul) pompei si daca este deschis incomplet vreun ventil. Cand aspiratia pompei este strangulata pot apare batai ale supapei. De asemenea, pot aparea batai ale supapei cand conducta de aspiratie este lunga, cu diametrul mic, cu multe coturi si ventile. In acest caz se iau masuri de marirea diametrului conductei si simplificarea traseului sau se pun pistoane cu diametrul mai mic. La pomparea batalelor de scursori de titei pot apare batai si intreruperi de pompare, in special, cand acestea sunt incalzite. In acest caz in conducta de aspiratie si la piston, unele hidrocarburi usoare s-au volatilizat si gasindu-se in stare gazoasa intrerup coloana de lichid producand asa numitele lovituri de berbec. In acest caz se va reduce putin incalzirea si, mai practic, se va micsora inaltimea de aspiratie a pompei fata de nivelul din batal sau haba. Este recomandabil ca pompa sa fie plasata cel mult la nivelul lichidului sau sub el.

Lovitura de berbec este o unda de soc aparuta intr-un lichid ca urmare a variatiei bruste a debitului acestuia. Efectele pot fi distructive pentru sistemul de conducte in care se produce.

Cauzele de aparitie ale loviturii de berbec pot fi: - inchiderea/deschiderea rapida a vanelor - functionarea pompelor cu piston fara amortizoare de pulsatii - aparitia vaporilor in conductele de lichid

Poate fi prevenita prin: - operarea lenta a vanelor pentru a permite egalizarea presiunilor - folosirea amortizoarelor de pulsatii - folosirea vanelor de by-pass sau de egalizare - folosirea degazoarelor pentru lichide

Daca bataile supapelor nu se datoreaza acestor fenomene, se desfac capacele si se controleaza starea garniturilor, supapelor si scaunelor. Piesele uzate se inlocuiesc.

45

2.2 Pompe cu cavitati progresive(cu surub excentric)

2.2.1 Principiul de functionare

Pompele cu surub au doua elemente active: un rotor din otel si un stator din cauciuc. Rotorul este realizat sub forma unui surub cu un singur inceput. Profilul rotorului in sectiune transversala este un cerc, cu centrul pe o elice cilindrica. Statorul este o suprafata elicoidala cu doua inceputuri, cu profilul frontal compus din doua arce de cerc, de aceasi raza ca si rotorul, racordate cu doua segmente de dreapta.

Figura 2.16

Rotorul si statorul inchid o camera sub forma de lentila(Fig. 2.16), care este deplasata axial in miscarea de „angrenare“ a rotorului in stator: deplasare de un pas – stator la fiecare rotatie.

2.2.2 Materiale folosite in constructia pompelor cu cavitati progresive

Pentru ca uzura sa fie cat mai mica, chiar in prezenta unor particule solide in suspensie iar scaderile de debit sa fie nesemnificative chiar si dupa o functionare indelungata, se folosesc materiale rezistente la abraziune si coroziune(Fig. 2.17).

Figura 2.17

46

Rotoarele 1 se executa, in general, din otel inoxidabil si au suprafata de lucru placata cu crom. Elastomerul statorului 2 este ales in functie de caracteristicile fluidului vehiculat si de conditiile concrete de lucru ale pompei: fluidul vehiculat, temperatura acestuia si continutul de particule solide. In executia curenta, elastomerii folositi permit temperaturi de pana la cca 70oC. In executii speciale, se pot realiza statori din elastomeri pentru temperaturi de serviciu de pana la 170oC. Celelalte piese 3,5, care vin in contact cu fluidul vehiculat sunt acoperite prin zincare - la utilizari curente si din otel acoperit prin cromare dura sau sunt executate din oteluri inoxidabile - la utilizarea pentru fluide agresive(apa sarata).

2.2.3 Avantajele pompelor cu surub excentric(cavitati progresive)

Pompele cu surub vehiculeaza o gama foarte diversa de lichide si la diversi parametrii: debite de la cativa metri cubi pe ora la 60-70mc/ora, presiuni de la 6 la 100 bar. Pompele sunt cu autoamorsare si pot functiona cu intermitenta sau continuu. La pompele cu surub functionarea este deosebit de linistita, fara pulsatii. In aceste conditii, sasiul grupurilor de pompare poate fi relativ usor si poate fi fixat numai cu conexpanduri pe fundatie. La grupurile verticale, fixarea se poate face pe capacul rezervorului in care lucreaza pompa.

Utilizand un modul de antrenare format dintr-o simpla transmisie cu curele sau un motor electric alimentat prin intermediul unui variator de frecventa, parametrii grupului de pompare se pot acorda usor cu cerintele aplicatiei concrete.

Alunecarile mici dintre rotor-stator si elasticitatea mare a statorului fac ca eventualele particule solide din fluidul vehiculat sa produca uzuri mult mai mici decat la alte tipuri de pompe, asigurand durabilitati mari.

2.2.4 Fluidele vehiculate de pompele cu surub excentric

Pompele cu surub pot vehicula fluide diverse: lichide cu vascozitati diferite, neutre sau agresive, lichide cu continut de fibre sau granule solide. Pompele trebuie sa functioneze pline cu fluid. In cazul in care pompa functioneaza fara fluid, datorita frecarilor dintre stator si rotor, temperatura in stator creste rapid la valori care produc degradarea ireversibila a elastomerului(eventual a acoperirii rotorului). Elastomerul se degradeaza ireversibil in cca 2 minute de expunere la temperaturi mai ridicate decat temperatura maxima admisa(care nu este temperatura maxima de serviciu). Pentru evitarea unor asemenea situatii lichidele prea vascoase trebuie fluidizate prin incalzire, eventual incalzitoare electrice in rezervorul de unde se face aspiratia sau fir electric incalzitor. Totodata trebuie avute in vedere masuri de izolare termica a tubulaturii si camerei de aspiratie. De asemenea, obligatoriu,

47

pompele se prevad cu protectii la lipsa lichidului in aspiratie si la suprapresiuni in refulare. 2.2.5 Constructia grupurilor de pompare

Grupurile de pompare orizontale(Fig. 2.18) sunt dezvoltate pe un sasiu. Miscarea de rotatie se transmite pompei prin intermediul unui modul de antrenare. Reducerea turatiei se poate realiza fie prin transmisia prin curele fie printr-un reductor, in cazul in care motorul este cuplat direct cu acesta. De la modulul arborelui principal la capatul de antrenare al rotorului legatura este realizata o transmisie intermediara (planetara), formata din doua cuplaje cu o mobilitate unghiulara de cateva grade si un arbore de torsiune.

Grupurile de pompare verticale(Fig. 2.19) sunt destinate

pentru bazinele si rezervoarele de titei sau ape reziduale. Antrenarea rotorului se face printr-o transmisie cu curele sau reductor de turatie, modului arborelui principal si o prajina de pompare. Grupul vertical se fixeaza pe capacul rezervorului/ bazinului.

Dimensiunile si caracteristicile grupurilor de pompare se gasesc in cataloage. Specificatiile tehnice ale pompelor cu surub includ: - fluidul vehiculat: tipul, vascozitatea la temperatura de lucru, impuritati in suspensie - inaltimea de aspiratie; - presiunea nominala si presiunea maxima de refulare; - debitul la presiunea de lucru; - pozitia de montaj(orizontala sau verticala) Figura 2.19

Figura 2.18

48

2.3 Pompe cu roti dintate

Pompele cu roti dintate, cu angrenare exterioara(Fig. 2.20.a), sunt de regula construite dintr-o pereche de roti dintate cilindrice cu dinti drepti, etansate periferic de carcasa inchisa (cu exceptia zonelor de aspiratie si refulare) si lateral prin asa-numitii ochelari cu bucse. Fluidul care intra prin orificiul de aspiratie sub actiunea presiunii atmosferice, umple spatiile in crestere create prin iesirea dintilor din angrenare, fiind apoi transportat la periferia rotilor, in golurile spre orificiul de refulare. Linia de contact a dintilor rotilor aflati in angrenare permite izolarea celor doua zone cu presiuni diferite, prevenind astfel intoarcerea uleiului fluidului dinspre zona de refulare spre aspiratie.

Pe acelasi principiu, al transportului de fluid in interstitiile angrenajelor, sunt construite si pompele cu angrenare interioara(Fig. 2.20.b,c) sau pompele cu lobi(Fig. 2.20.d).

a. b.

c. d. Figura 2.20

49

O alta solutie constructiva este pompa cu paleti(Fig. 2.21), in care fluidul(poate fi si gaz, caz in care joaca rolul de compresor sau pompa de vid) este transportat de la aspiratie catre refulare de catre o serie de paleti oscillanti, montati in canalele longitudinale ale rotorului, care sunt mentinuti in contact cu carcasa prin intermediul unor arcuri dispuse pe fundul canalelor sau prin forta centrifuga. Figura 2.21

50

2.4 Pompe centrifuge

Pompele centrifuge sunt mult utilizate in prezent servind la pomparea apei din statiile de alimentare cu apa, in circuitele de racire la compresoare si motoare, la pomparea titeiului si apei sarate in santierele petroliere.

Fata de pompele cu piston prezinta anumite avantaje dar si unele dezavantaje.

Avantaje : - au o constructie mult mai simpla ; - au un debit continuu si uniform ; - la un debit egal au gabaritul si greutatea mult mai mici ; - avand turatii mari de functionare, motorul electric de antrenare se

cupleaza direct la axul pompei ; - pot pompa lichide murdare sau contaminate dar fara corpuri solide ; - debitul se regleaza usor ; - intretinerea este simpla si ieftina ;

Dezavantaje : - randament mai scazut(η = 0.6 – 0.6) - necesita la pornire umplerea cu lichid atat a pompei cat si a conductei de

aspiratie(amorsare) ; - inaltimea de aspiratie este mai mica ; - inaltimea de refulare mult mai mica la pompele cu un singur rotor ;

La pompele centrifuge, energia mecanica este transformata in energie potentiala prin intermediul unei roti cu pale, cu viteza unghiulara mare, care inlocuieste miscarea rectilinie-alternativa a pistonului. Lichidul este antrenat, sub actiunea fortei centrifuge, in timpul rotirii palelor, spre periferia rotorului, de unde este refulat sub presiune. Lichidul intra in corpul pompei, in directie axiala, in spatiul central, unde s-a produs depresiunea. Constructiv, pompa centrifuga(Fig.2.22) este alcatuita dintr-un rotor 2, prevazut cu palete curbe, care este fixat pe arborele pompei si antrenat de un motor electric. Figura 2.22

51

Datorita fortei centrifuge, lichidul aflat intre paletele rotorului este impins la periferia acestuia si in continuare dirijat de paletele directoare ale statorului 3, trece prin camera spirala 4 si ajunge in conducta de refulare 5. In acelasi timp, la centrul rotorului se creaza o depresiune datorita careia lichidul din conducta de aspiratie 1 intra in rotor si ciclul se repeta. Energia cinetica a lichidului la iesirea din rotor se transforma in energie potentiala in stator si in camera spirala si lichidul capata o anumita presiune hidrostatica care determina presiunea de refulare a pompei. In cazul in care se urmareste obtinerea unei presiuni mai mari se trece succesiv lichidul prin mai multe rotoare montate pe acelasi arbore. Pompele cu mai multe rotoare se numesc multietajate(Fig. 2.23)

In situatia in care este necesar un debit mai mare se pot monta mai multe pompe in paralel. Pompele centrifuge pot fi cu arborele de antrenare orizontal sau vertical. Ultimele(Fig. 2.24) pot fi introduse in puturi, scufundate sub nivelul lichidului si se numesc pompe submersibile.

Figura 2.23

Figura 2.24

52

2.4.1 Detalii constructive Carcasa pompei este in spirala la pompele cu un singur etaj(rotor) si cilindrica la pompele multietajate. Este confectionata din fonta sau din otel atunci cand trebuie sa reziste la presiuni mai mari de 9.8x105N/m2. In punctul cel mai inalt al carcasei se monteaza un robinet pentru evacuarea aerului iar in punctul cel mai coborat, un robinet de golire. Statorul, prin paletele sale, directioneaza convenabil lichidul. Statorul, imobil ca si carcasa, poate fi din fonta, otel sau alte materiale anticorosive. Unele pompe nu au stator, lichidul trecand direct in carcasa spirala. Rotorul este principalul organ mobil al pompei. Este format dintr-o serie de palete curbe, marginite de doua discuri, intregul ansamblu fiind un corp monolit. In functie de conditiile de lucru, este realizat din fonta, otel, bronz fosforos, etc. O atentie deosebita trebuie acordata echilibrarii rotorului, cea mai mica asimetrie putand determina vibratii periculoase in timpul functionarii. Echilibrarea trebuie sa fie perfecta, atat in jurul axei de simetrie cat si axial.

Rotorul, fixat pe arbore prin presare si pana metalica longitudinala, are rolul de a transmite puterea de la motor. Arborele este confectionat din oteluri speciale.

Lagarele pe care se sprijina arborele sunt fixate in carcasa si in exterior. Ele pot fi cu alunecare sau cu rulmenti.

Presgarniturile se monteaza pe arbore, in capacele frontale de aspiratie si refulare. Acestea trebuie sa impiedice atat patrunderea aerului cat si iesirea lichidului.

Principalele caracteristici ale pompelor centrifuge sunt: 1. Inaltimea de pompare – H, in m; 2. Puterea absorbita la axul pompei – P, in kW; 3. Debitul pompei – Q, in m3/s 4. randamentul pompei - η

Puterea absorbita la axul pompei este: P = QH/102η; Debitul este un parametru greu

de determinat in cazul pompelor centrifuge. De aceea, debitul se masoara experimental in intreprinderea constructoare. Pe baza lui se intocmeste diagrama curbelor caracteristice ale fiecarui tip de pompa(Fig. 2.25).

Figura 2.25

53

2.4.2 Intretinerea si exploatarea pompelor centrifuge.

Orice pompa este insotita de un certificat in care sunt mentionate principalele caracteristici ale acesteia. Dupa verificare si montare, pompa este supusa urmatoarelor probe:

- proba de presiune pentru verificarea etanseitatii tuturor imbinarilor; - probe de mers in gol, prin care se verifica sensul de rotatie al motorului si

functionarea fara zgomot si fara vibratii; - proba de sarcina, verificandu-se presiunea de refulare, depresiunea in

aspiratie, debitul, turatia, puterea absorbita si randamentul; La pornire este necesar ca pompa sa fie plina cu lichid. In cazul in care

aceasta cerinta nu este satisfacuta, operatorul trebuie sa completeze cu lichid pana la nivelul conductei de refulare, pentru eliminarea aerului. Daca pompa este legata la o conducta sub presiune, se va realiza pornirea cu robinetul de refulare inchis, apoi acesta se va deschide treptat, astfel incat sa fie complet deschis abia la atingerea turatiei de regim. In acest timp se urmaresc indicatiile manometrului montat pe conducta de refulare.

Daca pompa nu aspira lichid, se opreste si se verifica pentru inlaturarea defectiunilor. Functionarea fara debit de lichid in aspiratie sau cu debit insuficient, provoaca fenomenul de cavitatie, care poate duce la distrugerea pompei.

Cavitatia este fenomenul de aparitie a bulelor de vapori intr-o zona a unui current de lichid in care presiunea scade sub presiunea de vaporizare, urmata de implozia acestora in zonele in care presiunea este mai mare decat cea de vaporizare.

Cavitatia apare cand presiunea locala intr-un element de conducta sau pompa scade sub presiunea de vaporizare la temperatura de lucru. De obicei, zonele de presiune scazuta apar in aspiratiile pompelor si pot produce defecte severe pompelor, conductelor si altor echipamente(eroziunea rotorilor, rupere imbinari), cauzand totodata si reducerea debitului.

In cazul pompelor, cavitatia se recunoaste prin zgomot (ca si cand prin pompa ar trece pietre), fluctuatii de presiune, debit si curent absorbit de motor si vibratii excesive.

In situatia in care sunt pompate lichide calde, se va proceda la o incalzire treptata pana la temperatura de regim.

Reglarea debitului se poate realiza in doua moduri: fie prin modificarea turatiei, fie prin strangularea robinetului de refulare. Primul procedeu este mai putin utilizat deoarece nu toate pompele poseda un dispozitiv care sa permita reglarea turatiei motorului. Cel de-al doilea este frecvent utilizat datorita comoditatii. Prin inchiderea robinetului se realizeaza cresterea rezistentei in conducta de refulare, creste sarcina, ceea ce duce la scaderea debitului.

Oprirea se realizeaza prin inchiderea treptata a robinetului de refulare, dupa care se opreste motorul de antrenare.

54

2.5 Pompe combitube Pompa combitube este o pompă monoetajată cu tub pitot(Fig. 2.26).

Figura 2.26 Lichidul pătrunde în pompă prin conducta de aspiraţie, trece de etanşarea

mecanică 8(asupra etanşării mecanice acţionează numai presiunea de aspiraţie) şi intră la rotorul 4 unde este accelerat până la viteza de rotaţie a rotorului. Datorită vitezei de rotaţie a lichidului, acesta posedă energie cinetică. Un tub pitot static, în formă de aripă 5, este amplasat în interiorul rotorului şi are o deschidere circulară în apropierea peretului interior al rotorului. Lichidul pătrunde în tubul pitot cu viteză mare datorită forţei centrifuge creată de carcasa rotorului, iar energia cinetică a lichidului este transformată în presiune pe măsură ce lichidul trece de-a lungul secţiunii difuzorului tubului pitot. Acest proces are ca rezultat un flux continuu de lichid care iese cu presiune mare prin orificiul de evacuare al pompei 9.

Aplicaţii: Pompa combitube a fost conceputa pentru aplicaţii cu presiune mare şi

debit redus. Construcţia cu tub pitot produce o curgere stabilă, fără turbulenţe. Capacitatea pompei de a funcţiona cu debit minim o face potrivită pentru o gamă largă de aplicaţii din cadrul înfăşurătorii curbelor de performanţă.

Pompa combitube este utilizată într-o gamă largă de industrii incluzând industriile chimică şi petrochimică, de prelucrare a cauciucului şi maselor plastice, fabricile de hârtie, oţelării , industria de rafinare a zahărului , de prelucrare a cerealelor şi produselor alimentare, precum şi industria automobilelor. În cadrul acestor industriei extractive de petrol si gaze naturale pompa combitube este utilizată pentru injectia tehnologica sau reziduala de apa sarata. Pentru rezistenta la coroziune si eroziune, corpul pompei, rotorul si tubul pitot sunt realizate din otel inoxidabil de calitate.

55

Date tehnice: 1. Debit: până la 90 m³/h 2. Înălţime de refulare: până la 1.900 m 3. Turaţie: max. 6.800 rot/min 4. Temperatură: max. 200 °C 5. Presiune în carcasă: până la 160 bar 6. Etanşări arbore: etanşare mecanică Pompa este antrenata de motorul electric prin intermediul unui

multiplicator care furnizeaza turatia mare, necesara functionarii.