Uch_posobie_Nurutdinova_R_G

СОДЕРЖАНИЕ

1.1 Общие сведения о гидромашинах и их классификации..…………………………………..7

2 Лопастные насосы……………………………………………………………………………….8

2.1Общие сведения……………………………………………………………………………….8

2.2Основные рабочие параметры насосов………………………………………………...........8

2.3Классификация лопастных насосов………………………………………………………...10

3 Центробежные насосы………………………………………………………………………….11

3.1Устройство и принцип действия центробежного насоса………………………………….11

3.2Основные детали центробежного насоса……………………………………………...........15

3.3Движением жидкости через каналы рабочего колеса

центробежного насоса…………………………………………………………………….............16

3.4Основные уравнения турбомашин Эйлера………………………………………………….18

3.5Составляющие части теоретического напора рабочего колеса………………………….....20

3.6Зависимость теоретического напора от подачи насоса……………………………………..21

3.7Влияние угла выхода из рабочего колеса на величину и составляющие части теоретического напора……………………………………………………………………............22

3.8Влияние конечного числа лопаток на величину теоретического напора………………....24

3.9Мощность и КПД центробежных насосов…………………………………………………...26

3.10Теоретическая и действительная комплексная рабочая характеристика

Центробежного насоса…………………..………………………………………………………...27

3.11Основы теории подобия……………………………………………………………………...30

3.12Универсальная характеристика центробежного насоса …………………………………...34

3.13Кавитация в центробежных насосах ………………………………………………………..35

3.14Работа центробежного насоса на трубопроводную сеть ………………………………….39

3.15Устойчивость работы центробежного насоса…………………………………………......41

3.16Совместная работа центробежных насосов на трубопровод……………………………..42

3.17Регулирование работы центробежных насосов…………………………………………....44

3.18Работа центробежных насосов на вязких жидкостях………………………………….......48

4 Осевые насосы…………………………………………………………………………………..50

4.1 Устройство и принцип действия осевого насоса…………………………………………....50

4.2 Основные показатели работы осевого насоса…………………………………………….....51

4.3 Рабочая характеристика осевого насоса…………………………………………………......52

4.4 Выбор насосов………………………………………………………………………………....53

5 Объемные насосы …………………………………………………………………………….....54

5.1 Классификация объемных насосов ……………………………………………………...…...54

6 Поршневые насосы……………………………………………………………………………....55

4

6.1Принцип действия и классификация поршневых насосов………………………………...55

6.2Идеальная и действительная подача поршневых насосов…………………………………58

6.3Закон движения поршня приводного насоса…………………………………………….....60

6.4Неравномерность подачи поршневых насосов…………………..........................................61

6.5Процессы всасывания и нагнетания жидкости в поршневом насосе…………………......64

6.6Графическое представление изменения напоров в цилиндре насоса………………….....67

6.7Условия нормальной работы поршневого насоса………………………………………….69

6.8Теоретический цикл работы поршневого насоса………………………………………......70

6.9Процессы всасывания и нагнетания с пневмокомпенсаторами……………………….…..71

6.10Расчет пневмокомпенсаторов………………………………………………………………74

6.11Мощность и КПД поршневого насоса……………………………………………………..77

6.12Испытание поршневого насоса…………………………………………………………......79

6.13Рабочие характеристики поршневых насосов……………………………………………..81

6.14Регулирование подачи поршневых насосов…………………………………………….....82

6.15Клапаны поршневых насосов……………………………………………………………….85

7 Роторные насосы………………………………………………………………………………...91

7.1 Шестеренные насосы………………………………………………………………………….91

7.2 Винтовые насосы……………………………………………………………………………...92

7.3 Пластинчатые насосы……………………………………………………………………........94

7.4 Радиально - и аксиально – поршневые насосы……………………………………………..96

8 Гидротурбины…………………………………………………………………………………...98

8.1Основные показатели гидротурбин…………………………………………………….........98

8.2Устройство и классификация турбин…………………………………………………..........99

8.3Турбина турбобура………………………………………………………………….………..102

8.4Движение жидкости в каналах турбины…………………………………………………....104

8.5Число оборотов ротора турбины………………………………………………………........105

8.6Определение вращающего момента гидротурбины……………………………………….106

8.7Коэффициенты турбинных решеток………………………………………………………..108

8.8Перепад давления в турбине турбобура……………………………………………………112

8.9Мощность и КПД турбин турбобура……………………………………………………….113

8.10Комплексная рабочая характеристика турбины турбобура……………………………...116

8.11Подобие гидравлических турбин………………………………………………………….117

9 Компрессоры……………………………………………………………………………….......119

9.1Классификация компрессоров……………………………………………………………....119

9.2Применение компрессоров в нефтяной и газовой промышленности…………………….120

9.3Основные рабочие параметры компрессоров……………………………………………...120

5

9.4Поршневые компрессоры и их классификация………………………………………….121

9.5Работа, совершаемая поршнем за один цикл……………………………………………..122

9.6Производительность и подача поршневого компрессора……………………………....125

9.7Многоступенчатое сжатие………………………………………………………………...126

9.8Мощность и КПД поршневого компрессора……………………………………………..128

9.9Ротационные компрессоры………………………………………………………………..129

9.10Лопастные компрессоры………………………………………………………………....131

9.11Подача лопастных компрессоров………………………………………………………..132

9.12Мощность и КПД лопастных компрессоров…………………………………………....134

9.13Рабочая характеристика лопастных компрессоров……………………………………..136

9.14Параллельная и последовательная работа лопастных компрессоров…………………137

9.15Регулирование лопастных компрессоров………………………………………………..138

9.16Особенности эксплуатации лопастных компрессоров………………………………….140

Список литературы……………………………………………………………………………..142

6

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОМАШИНАХ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Роль гидравлических машин в целенаправленной деятельности человека, как в прошлом, так и в настоящее время, очень велика. Известно, что люди еще в далеком прошлом применяли различные приспособления и механизмы для нужд водоснабжения, орошения и др.,

также известно применение различных водяных и ветряных двигателей для преобразования энергии потока воды (воздуха) в энергию двигателя.

В настоящее время, можно сказать, нет отрасли промышленности, в которой не использовались бы гидравлические машины. Гидравлические машины, в частности насосы самых различных конструкций и типоразмеров, широко применяются в нефтяной промышленности при бурении скважин, добыче нефти, сборе, транспорте и подготовке нефти.

Гидравлические машины - это машины, преобразующие механическую энергию двигателя в механическую энергию потока жидкости или, наоборот, механическую энергию потока жидкости в механическую энергию двигателя.

Гидравлические машины делятся на насосы и гидродвигатели (гидромоторы).

Насосами следует называть гидравлические машины, в которых механическая энергия преобразуется в энергию перекачиваемой жидкости. Здесь понятие жидкости представляется в широком смысле, т.е. к категории жидкости относятся и сильносжимаемые среды, т.е. газы. В

таком представлении о жидкой среде компрессоры также являются насосами,

предназначенными для перекачки газов.

Насосы, включая компрессоры, имеют много общего с гидродвигателями, т.к. в них совершается процесс, обратный процессу, происходящему в насосах, т.е. энергия жидкости

(газа) преобразуется в механическую энергию двигателя. Этим объясняется то, что конструктивное оформление насосов и гидродвигателей в принципе одинаковое.

Под гидроприводом следует представлять систему, в которой энергия жидкости (газа),

перекачиваемой насосами (компрессорами) используется для привода в действие гидродвигателя (пневмодвигателя). Механическая энергия двигателя используется для привода в действие различных механических систем.

Насосы делятся по принципиальному отличию в устройстве и принципу действия на динамические и объемные.

Динамическими называются насосы, в которых увеличение энергии жидкости осуществляется путем воздействия гидродинамических сил, приложенных к жидкости, в

незамкнутой рабочей камере, постоянно сообщающейся со входом в рабочую камеру и выходом из нее.

Объемными называют насосы, в которых увеличение энергии жидкости осуществляется за счет периодического вытеснения ее из замкнутой рабочей камеры при помощи вытеснителей.

7

К динамическим относятся лопастные, вихревые и струйные насосы, а к объемным насосам относятся поршневые, роторные и диафрагменные.

Гидродвигатели также делятся на динамические и объемные.

К динамическим гидродвигателям относятся турбины, которые делятся на радиальные,

радиально-осевые, осевые и тангенциальные.

К объемным гидродвигателям следует отнести все типы объемных насосов, т.к. они в принципе могут быть использованы в качестве гидродвигателей с определенными конструктивными особенностями, необходимыми для гидравлически наиболее целесообразного осуществления обратного процесса - преобразования энергии потока жидкости в энергию двигателя.

2 ЛОПАСТНЫЕ НАСОСЫ

2.1 Общие сведения

Лопастные насосы относятся к динамическим.

Увеличение энергии рабочей среды в них осуществляется путем воздействия гидродинамических сил в незамкнутой (постоянно сообщающейся со входом и выходом)

рабочей камере. Динамические насосы делятся на лопастные, насосы турбулентного трения и струйные.

Лопастные насосы имеют рабочее колесо (ротор), снабженное лопатками, которые взаимодействуют с обтекающей их жидкостью в процессе вращательного движения.

Насосы турбулентного трения - это насосы, в которых увеличение энергии жидкости осуществляется силами турбулентного трения. Принцип действия их заключается в следующем: жидкость, попадая в рабочую камеру насоса, увлекается в круговое движение посредством своеобразного «трения», создаваемого интенсивным перемешиванием жидкости между межлопаточными ячейками рабочего колеса, под действием центробежных сил по периферии колеса возникает циркуляционное вихревое течение, которое и определило название насоса.

В струйных насосах увеличение перекачиваемого потока жидкости происходит за счет энергии струй рабочей жидкости.

2.2 Основные рабочие параметры насосов

Основными рабочими параметрами насосов (показателями их работы) являются подача, создаваемый напор (давление), потребляемая насосом мощность, коэффициент полезного действия (КПД) и вакуумметрическая высота всасывания.

Подача может быть объемной и массовой, или весовой.

8

Объемная подача – это объем подаваемой насосом жидкой среды в напорный

трубопровод за единицу времени. Обозначается буквой Q и имеет размерность единицы

Теоретической подачей (QТ ) называют расход жидкости, поступающей в рабочую камеру. QT Q , т.к. часть количества жидкости расходуется на утечки.

Давление насоса определяется из зависимости, получаемой по уравнению Бернулли при наличии источника энергии (рисунок 2.1):

Рисунок 2.1

9

насоса - это разность давлений на выходе из насоса и входе в него:

P PН PВ .

P

Действительный напор насоса H это разность удельных энергий жидкости на

g

входе в насос из него. Напор насоса выражается в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Сумма действительного напора и гидравлических потерь в насосе составит

Сравнение полезной мощности с мощностью, учитывающей различные потери,

позволяет найти коэффициенты полезного действия (КПД) насоса по видам потерь:

или Г 0 МЕХ .

Вакуумметрическая высота всасывания характеризует допустимый вакуум на входе в насос, при котором обеспечивается нормальная работа насоса.

2.3 Классификация лопастных насосов

Лопастные насосы по направлению движения жидкости на выходе из рабочего колеса относительно оси вращения делятся на радиальные, в которых поток движется перпендикулярно оси вращения (центробежные насосы, рисунок 2.2), осевые - поток жидкости движется параллельно оси вращения (рисунок 2.3) и диагональные - поток движется наклонно к оси вращения под произвольным углом (рисунок 2.4).

10