Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин
Насосы объемного типа
Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу
«Гидравлические машины и компрессоры»
для студентов направления «Нефтегазовое дело»
Пермь 2008
Классификация поршневых и плунжерных насосов
Поршневые и плунжерные насосы относятся к типу объемных гидромашин. Объемные насосы разделяются по способу приведения в движение вытеснителей (поршней, плунжеров) на приводные, действующие с помощью кривошипно-шатунного механизма, и на прямодействующие, приводимые силовым гидроцилиндром, поршень которого соединяется с поршнем гидроцилиндра общим штоком.
По давлению нагнетания различают: низкого давления, среднего и высокого давления.
Поршневые и плунжерные насосы в соответствии с особенностями построения гидравлической части подразделяются на насосы одинарного (одностороннего) и двойного (двухстороннего) действия.
По расположению осей цилиндров подразделяются на горизонтальные, вертикальные и V-образные. В соответствии с числом рабочих цилиндров делятся на одноцилиндровые, двухцилиндровые, трехцилиндровые и т.д., т.е. многоцилиндровые.
Основные параметры и характеристики насосов
Основными параметрами насоса являются: подача (л/с, м3/ч), напор (м) и гидравлическая мощность (Вт).
Подачей насоса называется количество жидкости, перекачиваемой в единицу времени.
Напором насоса называют энергию, переданную насосом каждому килограмму перекачиваемой жидкости. Для высоконапорных насосов вместо напора принято приводить характеристику давления нагнетания.
Мощность, передаваемая на приводной вал насоса, за вычетом потерь внутри насоса, составляет гидравлическую мощность.
Одним из показателей совершенства насоса является коэффициент полезного действия (к.п.д.), которым называется отношение полезной мощности к потребляемой.
Кроме указанных параметров, насос характеризуется конструктивными показателями, основными из них являются: длина хода поршня, число двойных ходов в минуту, диаметр цилиндра.
На рисунке 1 представлена схема бурового насоса двойного действия У8 – 7М.
Буровой насос У8 – 7М:
1 – поршень; 2 – цилиндровая втулка; 3 – крышка цилиндра; 4 – упорный станок; 5 – нагнетательный клапан; 6 – корпус клапанной коробки; 7 – пневмокомпенсатор; 8 – сальниковое уплотнение штока; 9 – шток; 10 – корпус насоса; 11 – трансмиссионный вал; 12 - коренной вал; 13 – ведомая головка шатуна; 14 – шатун; 15 – ползун (крейцкопф); 16 – направляющие крейцкопфа; 17 – надставка штока.
На рисунке 2 представлена схема трехцилиндрового бурового насоса одинарного действия НБТ-600.
Буровой насос НБТ – 600
1 — всасывающий коллектор; 2 — крышка клапанной коробки; 3, 5 всасывающий и нагнетательный клапаны; 4 – крышка клапана;6 – пневмокомпенсатор; 7 — нагнетательный коллектор; 8 — цилиндровая втулка; 9 — шток; 10 – быстросъемный хомут; 11 — надшток; 12 — крейцкопф; 13 — шатун 14 — станина насоса; 15 —трансмиссионный вал; 16 — эксцентрик; 17 — коренной вал.
Принцип действия и устройство поршневого приводного насоса
Рисунок 3. Принципиальная схема поршневого насоса одинарного действия.
Поршневой приводной насос состоит из двух частей: гидравлической и приводной. В гидравлической части имеется цилиндр 1 с поршнем 2. Поршень связан посредством штока 3 с приводным кривошипно-шатунным механизмом (кривошип 12 радиуса r, шатун 11 длиной L, ползун 10, называемый крейцкопфом), назначение которого – преобразовать вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение ползуна 10.
Камеры гидравлической части насоса разделены между собой клапанами. Клапаны 5 и 6 устроены так, что пропускают жидкость в одном направлении и задерживают её при обратном движении. К всасывающему клапану 5 подводится приемный трубопровод 7, связывающий насос с резервуаром 8. От нагнетательного патрубка отходит напорный трубопровод 9.
При перемещении поршня в цилиндровой втулке в направлении от всасывающего клапана 5 к приводной части (на рис. 1 слева направо) объем гидравлической камеры 4 увеличивается, что сопровождается уменьшением в ней давления жидкости. Давление над всасывающим клапаном 5 падает ниже давления во всасывающем трубопроводе 7. Под действием разности давлений тарелка всасывающего клапана приподнимается над седлом, открывая доступ в цилиндр жидкости из всасывающего трубопровода. Нагнетательный клапан 6 при этом закрыт. Преодоление гидравлического сопротивления, возникающего во время протока жидкости, происходит в результате давления атмосферного воздуха на свободный уровень жидкости в резервуаре 8 (или геометрического столба жидкости в случае расположения резервуара выше насоса).
Поршень может перемещаться в цилиндре из одного мертвого положения в другое на длину хода, обозначаемую S. Движение поршня «от всасывающего клапана» называют ходом всасывания. При достижении поршнем мертвого положения поступление жидкости в цилиндр прекращается. Давление под всасывающим клапаном и над ним постепенно выравнивается, клапан закрывается, разобщая камеры насоса и всасывающего трубопровода.
При обратном ходе поршня (из правого мертвого положения в левое) давление в цилиндре увеличивается вследствие сжатия жидкости в замкнутом объеме. Под действием растущего давления в цилиндре приподнимается тарелка нагнетательного клапана.
Ход поршня из одного мертвого положения обратно в другое называется ходом нагнетания. Два следующих один за другим хода поршня считают одним двойным ходом.
Рисунок 4. Принципиальная схема поршневого насоса двойного действия.
На рис. 4 приводится схема поршневого насоса двойного действия. Этот насос отличается от рассмотренного устройством гидравлической части: в его цилиндре имеется два всасывающих и два нагнетательных клапана. В насосах двойного действия одновременно происходит всасывание и вытеснение жидкости в противоположных частях цилиндра, разделенных поршнем.