- •3.1 Будова, принцип дії і класифікація 53
- •Загальні відомості про гідромашини і компресори та їх класифікація
- •1 Основні параметри насосів
- •2 Динамічні насоси
- •2.1 Будова, принцип дії і класифікація
- •2.2 Робочі колеса відцентрових насосів
- •2.3 Рух рідини в каналах робочого колеса ідеального насоса
- •2.4 Рівняння Ейлера для турбомашин
- •2.5 Вплив обмеженого числа лопатей на тиск насоса
- •2.6 Баланс енергії і коефіцієнт корисної дії динамічної машини
- •2.7 Залежність подачі, напору і потужності насоса від частоти обертання вала
- •Згідно рівняння Ейлера для безударного режиму роботи насоса
- •2.8 Характеристика динамічного насоса
- •2.9 Відносні (відсоткові) характеристики
- •2.10 Вплив густини і в’язкості рідини на характеристику насоса
- •2.11 Перерахунок характеристик відцентрових насосів з води на нафту
- •2.12 Явище подібності у відцентрових насосів
- •2.13 Коефіцієнт швидкохідності. Класифікація коліс за коефіцієнтом швидкохідності
- •2.14 Гідравлічна система. Робота насоса на гідравлічну мережу
- •2.15 Паралельна робота відцентрових насосів
- •2.16 Послідовна робота відцентрових насосів
- •2.17 Кавітація. Визначення висоти всмоктування динамічного насоса
- •2.18 Регулювання роботи відцентрових машин
- •2.18.2 Регулювання зміною частоти обертання вала машини
- •2.18.3 Регулювання зміною зовнішнього діаметра робочого колеса
- •2.18.4 Інші способи регулювання
- •3 Об’ємні насоси
- •3.1 Будова, принцип дії і класифікація
- •3.2 Середня подача зворотно-поступальних насосів різних типів Середня теоретична подача зпн за один оберт кривошипного вала рівна об’єму , описаному його поршнями (плунжерами). За час t
- •3.3 Графіки миттєвих подач насосів різних типів
- •3.4 Пневмокомпенсатори
- •3.5 Розрахунок пневмокомпенсаторів
- •3.6 Тиск в робочій камері насоса при нагнітанні і всмоктуванні з пневмокомпенсатором
- •Підставивши значення у вираз (3.18), отримаємо
- •3.7 Індикаторна діаграма
- •3.8 Втрати енергії. Коефіцієнт корисної дії і характеристика зворотно-поступальних насосів
- •3.9 Класифікація клапанів об’ємних насосів
- •3.10 Основи теорії роботи клапана
- •3.11 Умови виникнення стуку клапана
- •3.12 Основи розрахунку зворотно-поступальних насосів
- •3.12.1 Розрахунок гідравлічної коробки насоса
- •3.12.2 Розрахунок штока насоса двохсторонньої дії
- •3.13 Регулювання режиму роботи зворотно-поступальних насосів
- •3.14 Випробування об’ємних насосів
- •3.15 Основні правила обслуговування об’ємних насосів
- •4 Турбобури
- •4.1 Будова і принцип дії турбобурів
- •4.2 Види турбобурів
- •4.3 Однорозмірна теорія осьових турбін
- •4.4 Плани швидкостей. Режим роботи турбіни
- •4.5 Полігон швидкостей. Кінематичні коефіцієнти турбін
- •4.6 Умови роботи турбобура на вибої
- •4.7 Характеристика турбіни
- •4.8 Ремонт і регулювання турбобура
- •5 Компресори
- •5.1 Область застосування і типи компресорних машин
- •За розміщенням циліндрів компресори об’ємної дії бувають: горизонтальні, вертикальні, прямокутні (кутові), опозитні, V-подібні, ш-подібні, зіркоподібні.
- •5.2 Поршневі компресори. Принцип дії, будова, класифікація
- •5.3 Основні параметри компресорів
- •5.4 Одноступеневий стиск в поршневому компресорі
- •5.4.1 Робочий процес в циліндрі компресора
- •5.5 Об’ємна витрата газу на вході одноступеневого компресора
- •5.6 Ступеневе стиснення газу в поршневому компресорі
- •5.7 Основи термодинамічного розрахунку нафтопромислового компресора
- •1 Вибір числа ступеней
- •2 Розподіл тисків по ступенях
- •3 Показник адіабати і газова постійна суміші
- •4 Визначення температур по ступенях
- •5 Вибір типу і схеми компресора
- •6 Коефіцієнти співвідношення об’ємів
- •7 Визначення об’ємного коефіцієнта
- •8 Визначення коефіцієнтів наповнення Значення коефіцієнтів наповнення визначається за формулою
- •9 Визначення секундних робочих об’ємів
- •10 Визначення параметрів приводу компресора
- •5.8 Шляхи вдосконалення поршневих компресорів
- •Висновки
- •Перелік рекомендованої літератури
2.18.4 Інші способи регулювання
В деяких випадках доцільно застосовувати змішаний спосіб регулювання відцентрових машин (ступенева зміна частоти обертання з регулюванням до необхідної подачі дроселюванням). Змішане регулювання зі ступеневою зміною частоти обертання з енергетичної сторони ефективніше, ніж просте дросельне регулювання.
Із рівняння Ейлера виходить, що питома енергія, котра подається потоку рідини лопатями робочого колеса відцентрової машини найбільша, коли гідродинамічний кут на вході 1=90. Закручування потоку, що поступає в робоче колесо, впливає на величину напору і при заданій характеристиці трубопроводу змінює подачу насоса. Звідси випливає можливість регулювання машини із застосуванням на вході лопатевого направляючого апарату (осьового чи радіального типів). Направляючі апарати слід розміщувати якомога ближче до входу в колесо (чим ближче тим краще). Тільки в цьому випадку досягається ефективне регулювання.
Характеристику багатоступеневого відцентрового насоса, що складається з однакових секцій, можна змінювати, виймаючи необхідне число ступеней, виходячи із очевидної умови
(2.55)
де K′ і K– шукане і номінальне число ступеней.
При зміні числа ступеней ККД насоса майже не змінюється.
Регулювання перепуском (дросельний перепуск) може застосовуватись для насосів (рис.2.28) з високим коефіцієнтом ns, які мають падаючу криву потужності і частина рідини може перепускатись по обвідній лінії (байпасу). Недоліком цього способу є зниження ККД і робота насоса в режимі сприятливому до кавітації.
Рисунок 2.28 – Регулювання відцентрової машини байпасуванням
3 Об’ємні насоси
3.1 Будова, принцип дії і класифікація
До об’ємних насосів відносяться: поршневі, плунжерні, діафрагмові, шестерінчасті, гвинтові та роторні. Найчастіше з них застосовуються поршневі та плунжерні зворотно-поступальні насоси (ЗПН). При зворотно-поступальному переміщенні поршня (плунжера) проходить циклічне наповнення, стиск і витіснення об’єму робочого середовища.
ЗПН класифікуються за наступними ознаками:
1) способом приводу: кривошипно-шатунні (ексцентрикові), прямої дії;
2) призначенням і родом перекачуваної рідини;
3) розміщенням геометричної осі робочого органу (поршня або плунжера): горизонтальні, вертикальні, кутові;
4) конструкцією робочого органу: поршневі – застосовують на низькі та середні тиски, плунжерні – на високі тиски;
5) числом поршнів (плунжерів): одно, дво, три та багатопоршневі (багатоплунжерні);
6) створюваним тиском: низького, середнього та високого тиску;
7) частотою ходів: тихохідні, середньої швидкості, швидкохідні;
8) дією: одно -, двосторонньої дії, диференційні.
Найважливішою ознакою ЗПН являється кратність дії (це кількість робочих камер). Використовується ЗПН максимально семикратної дії (в цих насосах графік миттєвих подач наближається вже до прямої лінії). Кратність дії можна збільшити за рахунок застосування насосів двосторонньої дії.
На рис. 3.1 показана схема однопоршневого насоса двосторонньої дії, а на рис. 3.2 – схема диференційного насоса.
В насосах односторонньої дії за один оберт кривошипного (ексцентрикового) вала кожний робочий орган виконує одне всмоктування і одне виштовхування рідини; в насосах двосторонньої дії – рідина всмоктується і виштовхується два рази; в диференційному насосі – рідина всмоктується один раз, а виштовхується двома порціями.
В диференційному насосі подача така ж, як і в насосі односторонньої дії, але рух рідини у вихідному патрубку більш рівномірний. Крім цього, зусилля на штоку постійне (незалежно від напрямку руху поршня) і вдвічі менше, ніж в насосі односторонньої дії (коли площа поршня меншого діаметра в двічі менша від площі поршня більшого діаметра).
1 – патрубок вхідний; 2 – клапан вхідний; 3 – клапан вихідний; 4 – патрубок вихідний; 5 – робоча камера; 6 – поршень; 7 – втулка циліндрова; 8 – шток; 9 – ущільнення штока; 10 – крейцкопф (повзун); 11 – шатун; 12 – кривошип; 13 – корпус
Рисунок 3.1 – Схема однопоршневого насоса двосторонньої дії
1 – диференційний поршень; 2 – ущільнення поршня
Рисунок 3.2 – Схема диференційного насоса
Недоліки диференційного насоса:
1) необхідність ущільнення диференційного поршня;
2) ускладнення конструкції.
Основні властивості ЗПН:
1) подача залежить від геометричних розмірів;
2) подача рідини відбувається порціями (нерівномірно);
3) в’язкість рідини не впливає на тиск;
4) мають здатність самовсмоктування рідини.
Однопоршневий насос двосторонньої дії (рис.3.1) складається з двох основних частин: гідравлічної і приводної (змонтованих на одній рамі). В гідравлічній частині є циліндр з поршнем 6, який штоком 8 і крейцкопфом 10 з’єднаний з кривошипно-шатунним механізмом. Для почергового з’єднання з місцями входу і виходу рідини кожна робоча камера 5 обладнана клапанами (вхідним 2 і вихідним 3).
При переміщенні поршня 6 в циліндровій втулці 7 зліва направо, об’єм лівої гідравлічної камери 5 збільшується, а тиск в ній зменшується. Тиск над вхідним клапаном 2 падає нижче тиску у вхідному патрубку 1. Під дією різниці тисків тарілка вхідного клапана піднімається над сідлом, відкриває доступ в циліндр рідині із вхідного патрубка. Вихідний клапан 4 при цьому закритий. При досягненні поршнем правого крайнього положення вхід рідини в ліву робочу камеру припиняється. Тиск під вхідним клапаном і над ним вирівнюється, клапан закривається, розділюючи камери насоса і вхідного патрубка. При зворотному ході поршня (з правого крайнього положення в ліве) тиск у лівій робочій камері підвищується внаслідок стиску рідини в замкненому об’ємі. Під дією цього тиску в циліндрі піднімається тарілка вихідного клапана 3, а закритий вхідний клапан 2 ізолює робочу камеру від області низького тиску у вхідному патрубку. Коли в лівій робочій камері проходить процес виштовхування рідини, то в правій камері відбувається процес всмоктування.
На рис.3.3 зображений двопоршневий буровий насос двосторонньої дії в перерізі. Він складається з приводної (механічної) і гідравлічної частин, змонтованих на загальній рамі.
Гідравлічна частина насоса складається з двох гідравлічних коробок, які з’єднані зі станиною і рамою насоса. В кожній гідрокоробці змонтовані змінні вузли і деталі: поршень 1, циліндрова втулка 2, клапан 5, шток 8, ущільнення штока 9 тощо. Циліндрова втулка закріплена в гідрокоробці кришкою 3 і коронкою 4 циліндричної чи конічної форми. Ущільнення циліндрової втулки 6 в гідрокоробці досягається гумовими і пластмасовими кільцями. Поршень насоса монтується на штоку своєю внутрішньою конічною поверхнею і жорстко закріплений на ньому гайкою й контргайкою. Торцевий отвір гідрокоробки в місці виходу штока герметизується ущільненням 9.
Клапани насоса – тарілчасті, конічні, підтискаються пружиною. Тарілка направляється двома циліндричними отворами в сідлі та кришці. Сідло запресоване в конічному отворі гідрокоробки. Ущільнення між сідлом і тарілкою досягається гумовою манжетою. Кожний клапан виконаний так, щоб до нього був вільний доступ для швидкого огляду чи демонтажу. Вхідні і вихідні клапани насоса однакові і взаємозамінні.
1 – поршень; 2 –втулка циліндрова; 3 –кришка; 4 –проставка; 5 – клапан; 6 – ущільнення циліндрової втулки; 7 – пневмокомпенсатор; 8 – шток; 9 – ущільнення штока; 10 – станина; 11 – трансмісійний вал; 12 – корінний вал; 13 – зубчаста передача; 14 – кривошипно-шатунний механізм; 15 – крейцкопф (повзун); 16 – направляючі станини; 17 – контршток
Рисунок 3.3 – Двопоршневий буровий насос двосторонньої дії
Всі ущільнення насоса виконані з гуми, пластмас чи інших еластичних матеріалів.
В зв’язку з безперервною зміною миттєвої подачі рідини і необхідністю забезпечення її рівномірного руху в маніфольді, використовується пневмокомпенсатор 7, змонтований на вихідному колекторі насоса.
Необхідним елементом являється запобіжний клапан, який монтується на вихідному патрубку насоса.
Приводний механізм насоса розміщений в станині 10, яка має верхню і декілька бокових кришок, призначених для огляду механізму і зручності його ремонту. Приводний механізм включає: ведучий (трансмісійний) 11 і ведений (корінний) 12 вали, вмонтований понижуючий редуктор 13, два кривошипно-шатунні механізми 14 і інші деталі.
Ведучий вал насоса приводиться в рух за допомогою трансмісійної передачі (пасової чи ланцюгової). Він змонтований на підшипниках і передає за допомогою зубчастої передачі обертовий момент корінному валу, який приводить в рух кривошипно-шатунні механізми.
Контршток 17, з’єднаний з крейцкопфом (повзуном) 15, що виконує зворотно-поступальний рух в направляючих 16 станини. Мащення зубчастої передачі відбувається розбризкуванням рідким маслом. Зустрічаються конструкції, в яких підшипники змащуються консистентним мастилом, а іноді підшипники, крейцкопфи і зубчасті передачі змащуються мастилом під тиском. Насос приводиться в рух за допомогою того чи іншого механічного приводу.
При однакових значеннях тиску Р і подачі Q ЗПН мають значно більшу питому металоємність (масу, що приходиться на одиницю потужності) ніж динамічні насоси (в основному, із-за великої маси приводної частини). Маса приводної частини ЗПН приблизно складає 70%…80% від маси насоса.
На рис.3.4 зображений трипоршневий буровий насос односторонньої дії в перерізі.
1 – колектор вхідний; 2 – клапан вхідний; 3 – гідравлічний затискач; 4 – клапан вихідний; 5 – колектор вихідний; 6 – циліндрова втулка; 7 – шток; 8 – подача мастильно-охолоджувальної рідини; 9 – контр-шток; 10 – крейцкопф (повзун); 11 – шатун; 12 – станина; 13 – трансмісійний вал; 14 – ексцентрик; 15 – пневмокомпенсатор
Рисунок 3.4 – Трипоршневий буровий насос односторонньої дії