МИНОБРНАУКИ РОССИИ

УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности

КУРСОВАЯ РАБОТА

Гидравлические машины

Тема: Насосы шланговые,мембранные и с роликовыми вытеснителями. Телескопические, мембранные и сильфонные гидроцилиндры.

Зачетная книжка :081470

Исполнитель студент гр. МОН-08 ФБО (б) Новиков Н.С.

Ухта 2011

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрены основные понятия о гидравлических машинах, основные термины и определения гидравлических машин.

Перечислены основные свойства жидкостей, влияющих на работу гидравлических машин. Кратко описаны свойства объёмных машин, их устройство и приведены технические характеристики некоторых из них.

Так же указаны основные способы и устройства для испытаний различных гидравлических машин и определения их основных характеристик.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………….

1 Общее понятие о гидравлических машинах………………………………………

1.1 Главные параметры и характеристики гидравлических машин………………..

1.2 Характеристики насосов гидравлических машин……………………………….

1.3 Основные свойства жидкостей, перекачиваемых насосами и используемых в гидроприводе…………………………………………………………………………...

2 Насосы: шланговые, мембранные, с роликовыми вытеснителями……………….

3 Гидроцилиндры: телескопические, мембранные и сильфонные………………….

4 Испытание гидравлических машин…………………………………………………

Список использованных источников…………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Насосы – это универсальное оборудование, которое широко используется для перекачки различных типов жидкости. Традиционно насосы применяются для подачи воды, обеспечения циркуляции в системах отопления, орошения полей и других сферах. По сути, насосы являются незаменимым оборудованием, которое прочно вошло в нашу повседневную жизнь и присутствия которого мы, порой, просто не замечаем.

В зависимости от сферы применения, все насосы можно условно разделить на несколько групп. Первая из них – это дозировочные насосы, вторая – насосы промышленного назначения, третья – оборудование для обеспечения циркуляции жидкости. Также существуют бытовые скважинные насосы, техника для перекачки сточных вод и насосы специального назначения.

Насосы широко применяются в нефтяной промышленности, где все основные производственные процессы связаны с перемещением по трубопроводам различных жидкостей.Насосы применяются в бурении скважин, глубиннонасосной эксплуатации нефтяных месторождений, транспорте нефти и нефте­продуктов по магистральным трубопроводам, при технологических операциях на нефтеперерабатывающих заводах и нефтебазах.

Насосами перекачивается вода, нефть, нефтепродукты, глинистые и цементные растворы, как холодные, так и горячие жидкости.

1 Общее понятие о гидравлических машинах

1.1 Главные параметры и характеристики гидравлических машин

Гидравлическая машина состоит из двух сообщающихся цилиндров разного диаметра, закрытых поршнями и заполненных жидкостью. Если на поршни действуют силы F₁ иF₂, то для равновесия системы необходимо, чтобы создаваемые этими силами давления были одинаковыми, так как согласно закону Паскаля давление передается жидкостью во все стороны одинаково. Следовательно,

или

При равновесии силы, приложенные к поршням прямо пропорциональны площадям поршней. С помощью гидравлической машины можно малой силой уравновесить большую силу.

Объемной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее из рабочей камеры. Под рабочей камерой объемной гидромашины понимается ограниченное пространство внутри машины, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с местами входа и выхода жидкости.

Объемная гидромашина может иметь одну или несколько рабочих камер.

В соответствии с тем, создают гидромашины поток жидкости или используют его, их разделяют на объемные насосы и гидродвигатели.

В объемном насосе перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями. Под вытеснителем понимается рабочий орган насоса, непосредственно совершающий работу вытеснения. Вытеснителями могут быть поршни, плунжеры, шестерни, винты, пластины и т.д

По принципу действия, точнее, по характеру процесса вытеснения жидкости, объемные насосы разделяют на поршневые (плунжерные) и роторные.

В поршневом (плунжерном) насосе жидкость вытесняется из неподвижных камер в результате лишь возвратно-поступательного движения вытеснителей (поршней, плунжеров, диафрагм).

В роторном насосе жидкость вытесняется из перемещаемых рабо­чих камер в результате вращательного или вращателыю-поступа-телыюго движения вытеснителей (шестерен, винтов, пластин, поршней).

По характеру движения входного звена объемные насосы разделяют на вращательные (с вращательным движением входного звена) и прямодействующие (с возвратно-поступательным движением входного звена).

Объемный гидродвигателъ это объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена.

По характеру движения выходного (ведомого) звена объемные гидродвигатели делят на три класса:

-гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением выходного звена;

-гидромоторы с непрерывным вращательным движением выходного звена;

-поворотные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена.

Объемный гидропривод это совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жид­кости. Термин объемный гидропривод включает в себя понятие объем­ной гидропередачи, как части объемного гидропривода, состоящей из насоса, гидродвигателя (одного или нескольких) и связывающих их трубопроводов -гидролиний. Таким образом, гидропередача-это силовая часть гидропривода, через которую протекает основной поток энергии.

Под гидроаппаратурой понимаются устройства для управления потоком жидкости в гидроприводе, посредством которого осущест­вляется регулирование гидропривода. Последнее может быть ручным или автоматическим, а с другой стороны -механическим, гидравлическим, электрическим или пневматическим.

К общим свойствам объемных насосов, которые обусловлены их принципом действия и отличают их от насосов лопастных, относятся следующие.

1. Цикличность рабочего процесса и связанная с ней порционность и неравномерность подачи. Подача объемного насоса осуществляется не равномерным потоком, а порциями, каж­дая из которых соответствует подаче одной рабочей камеры.

2. Герметичность насоса, т. е. постоянное отделение напорного трубопровода от всасывающего (лопастные насосы герметичностью не обладают, а являются проточными).

3. Самовсасывание, т.е. способность объемного насоса создавать вакуум во всасывающем трубопроводе, заполненном воздухом, достаточный для подъема жидкости во всасывающем трубопроводе до уровня расположения насоса. Высота всасывания жидкости при этом не может быть больше предельно допустимой. Лопастные насосы без специальных приспособлений не являются самовсасывающими.

4. Жесткость характеристики, т. е. крутизна ее в системе координат Н (или р) по Q, что означает малую зависимость подачи насоса Q от развиваемого им давления. Идеальная подача сов­сем не зависит от давления насоса (характеристики лопастных насосов обычно пологие).

5. Независимость давления, создаваемого объем­ным насосом, от скорости движения рабочего органа насоса и ско­рости жидкости. В принципе при работе на несжимаемой жидкости объемный насос, обладающий идеальным уплотнением, способен создавать сколь угодно высокое давление, обусловленное нагрузкой, при сколь угодно малой скорости движениявытеснителей. Для получения высоких давлений с помощь лопастного насоса требуются большие частоты вращения колеса и большие скорости жид­кости.

По принципу действия различают три основных класса насосов: лопастные (насосы обтекания), вихревые (насосы увлечения) и объемные (насосы вытеснения).

К классу лопастных относятся насосы, у которых энергия двигателя передается жидкости в процессе обтекания лопастей колеса и их силового воздействия на поток.

К вихревым относятся насосы, у которых энергия двигателя преобразуется в энергию жидкости в процессе интенсивного обра­зования и разрушения вихрей при увеличении быстро движущимися частицами жидкости в ячейках колеса медленно движущихся ча­стиц жидкости в боковых или охватывающих верхнюю часть колеса каналах (вихревой эффект). При движении жидкости в колесе ви­хревого насоса между участками всасывания и нагнетания может также наблюдаться и центробежный эффект.

К объемным относятся насосы, в которых повышение энергии жидкости происходит в процессе вытеснения в напорный трубопро­вод жидкости из замкнутого рабочего пространства насоса поршнем, плунжером или мембраной, имеющими возвратно-поступательное движение, или при вытеснении жидкости зубьями шестерен, вин­тами, кулачками, вдвижными скользящими пластинами при вращательном движении (роторные насосы).

Условимся называть основными те из показателей, с помощью которых получают так называемую внешнюю характеристику, показывающую технологические возможности и энергетические потребности машин.

Насосы:

1. Подача объемная -отношение объема подаваемой жидкой среды ко времени. Эта величина обычно измеряется с помощью расходомера.

Подача массовая вычисляется по формуле

2. Полезная мощность насоса вычисляется по подаче и единичной полезной работе с помощью любой из двух формул:

3. Мощность насоса (потребляемая насосом). Она измеряется на ведущем звене насоса (на валу, приводном штоке).

5. К.п.д. насоса -отношение полезной мощности к мощности насоса:

В характеристике насоса указывают также вакуумметрическую высоту всасывания , которая численно равна вакууму (дефициту давления) во входном патрубке, выраженному в метрах столба перекачиваемой жидкости. Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания такая, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных показателей.

Гидравлические двигатели

1. Крутящий момент на валу двигателя ;

2. частота вращения вала (или угловая скорость);

3. мощность двигателя ;

4. гидравлическая мощность двигателя;

где -объемный расход жидкости через двигатель (пропускная способность);

5. К.П.Д. гидродвигателя;

.

Возможны следующие постановки расчета основных показа­телей:

1) В действующей машине при данном режиме нагружения с помощью приборов измеряют сомножители полезной и потребляемой мощностей, вычисляют к. п. д.;

2) при проектировании технологического режима опреде­ляют сомножители полезной мощности (для насоса -и, для гидродвигателя-и), а затем с помощью характеристик машин-число параллельно или последовательно включенных машин, к. п. д. и потребляемую мощность;

3) исходя из лимита потребляемой мощности и учитывая К.П.Д. машины, определяют возможную полезную мощность и ее сомно­жители.

Всасывающий трубопро­вод соединяется с резервуа­ром, из которого откачивает­ся жидкость, а по нагне­тательному трубопроводу жидкость подается в прием­ные емкости, которые могут быть расположены на раз­личном расстоянии от насо­са. Всасывающие трубопро­воды обычно имеют неболь­шую длину, которая опре­деляется допустимой поте­рей напора на всасывании насоса.

Для создания равномер­ного движения жидкости в трубопроводах поршневые насосы оборудуются воздушными колпаками. Обводная линия пред­назначена для пуска насоса.

В качестве привода насосов могут также применяться паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания [3]. Для создания равномер­ного движения жидкости в трубопроводах поршневые насосы оборудуются воздушными колпаками. Обводная линия пред­назначена для пуска насоса.

В качестве привода насосов могут также применяться паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания [3].

1.2 Характеристики насосов гидравлических машин

Объемный к. п. д. насоса. Объемные потери в насосе характе­ризуются объемным к. п. д., который показывает, насколько фак­тическая производительность насоса отличается от теорети­ческой (геометрической), и представляет собой отношение фактической производительности к теоретической.

При вращении вала насоса объем его камер изменяется, при­чем при рабочем ходе (цикле) этот объем уменьшается и запол­няющая его жидкость вытесняется; для гидравлического мотора объем камер при рабочем ходе увеличивается и жидкость, поступающая к нему от внешнего источника,

1 - всасывающий трубопровод; 2 - задвижка; 3 - нагнетательный трубопровод; 4 - задвижка на выходе насоса; 5 - обводной трубопровод; 6 - воздушный колпак; 7 - редуктор; 8 - электродвигатель; 9 - насос; 10 - задвижка на всасывающей линии

Рисунок 1.1 -Схема насосной установки

заполняет эти камеры. Изменение объема камер насоса или мотора за один оборот харак­теризует их рабочие объемы, а за единицу времени – теоретиче­скую (расчетную) производительность (подачу), которую часто также называют геометрической производительностью. Иначе расчетная производительность (подача) насоса – суммарное изменение объема камер насоса в единицу времени или произведение рабочего объема насоса на число оборотов вала в еди­ницу времени, причем под рабочим объемом насоса (или гидромотора) понимают изменение объема камер насоса за один оборот.

Следовательно, рабочий объем насоса является его расчетной производительностью за один оборот вала.

Не следует отождествлять число оборотов вала насоса (гидромотора) с числом рабочих циклов, поскольку в насосах (гидромоторах) некоторых конструкций рабочие элементы совершают за один оборот вала несколько рабочих циклов нагнетаний и всасываний. В соответствии с этим под одним рабочим циклом понимают разовое изменение объема рабочих камер от максимального значения до минимального.

Так как объемная производительность насоса находится при нормальных условиях работы в прямой зависимости от числа обо­ротов, то удобно выражать производительность насоса через его рабочий объем. Фактическая производительность насоса. Помимо расчетной (теоретической или геометрической), различают фактическую (по­лезную) производительность насоса, под которой понимают по­дачу жидкости насосом при определенных значениях перепада давления в камерах нагнетания и всасывания и вязкости жид­кости, а также числе оборотов и при прочих параметрах, влияю­щих на объемные потери жидкости в насосе. Величина этой про­изводительности будет меньше расчетной на величину объемных потерь жидкости, которые возникают в результате перетека­ния жидкости из рабочей полости в нерабочую или в атмосферу, а также в результате неполного заполнения рабочих камер жидкостью в процессе всасывания и в результате сжатия, в про­цессе нагнетания жидкости и деформации деталей насоса, опреде­ляющих размер рабочих его камер. Последние потери при­нято называть условными утечками или потерями на всасывании насоса.

Количественное сравнение непосредственных утечек жидкости с условными (будем называть их объемными потерями из-за не­полного заполнения рабочих камер насосов) показывает, что послед­ние могут составить в некоторых случаях 75% всех утечек в насосе.

Теоретическую производительность определяют расчетным пу­тем или измеряют при медленном проворачивании насоса и нулевом перепаде давления жидкости между полостями входа и выхода при нулевой разности уровней жидко­сти в заборном и сливном резервуарах.

Кавитация в насосе сопровождается пульсацией давления жидкости и шумом. Эти пульсации обусловлены обратным пото­ком жидкости из нагнетательной полости насоса, который сопро­вождается гидравлическими ударами и в результате чередующихся ударов – пульсацией давления в нагнетательной магистрали на­соса. Амплитуда этих пульсаций может при известных условиях достигать величины, вызывающей разрушение насоса.

Возможность возникновения кавитации можно уменьшить рациональным выбором режимов работы гидравлической системы и правильным конструктивным выполнением ее агрегатов, однако полностью исключить это явление можно лишь применением вспомогательных насосов подкачки, а также повышением давле­ния во всасывающей линии насоса. В частности, повышение давления во всасывающей линии насоса часто достигается путем применения специального эжектора, устанавливае­мого на сливной линии систем), с помощью которого можно повысить давление на входе в насос, используя скоростной напор жидкости, выходящей из сопла эжектора. Сливная магистраль гидросистемы в этом случае соединяется с эжекторным устройством, с помощью которого во всасывающий канал насоса может дополнительно поступить под избыточным давле­нием некоторое количество жидкости через канал, соединенный с соединенный с бачком.

Минимальное значение числа оборотов насоса определяется его герметичностью (утечками жидкости), а максимальное – на­дежностью заполнения рабочих камер жидкостью. При уменьше­нии числа оборотов его расчетная производительность пропор­ционально уменьшается, в то время как непосредственные утечки сохраняются при всех прочих равных условиях практически по­стоянными; в результате при известных числах оборотов полезная производительность и объемный к. п. д. насоса могут снизиться до нулевого значения.

Производительность насоса. Расчетная (теоретическая) про­изводительность насоса за один оборот (рабочий объем) равна объему, описываемому его поршнями.

Простейший поршневой насос состоит из рабочего цилиндра, снабженного двумя клапанами (всасывающим и нагнета­тельным), и поршня, совершающего возвратно-поступательное дви­жение. К цилиндру подводятся две трубы: всасывающая и нагнета­тельная (рисунок 1.2).

Всасывающая труба соединяет камеру цилиндра с резервуаром. При движении поршня вправо в камере вследствие увеличения ее объема создается разрежение. В месте соединения всасывающего трубопровода с насосом также создается разрежение. В связи с этим во всасывающем трубопроводе образуется перепад давления, под Действием которого жидкость перемещается к насосу. Вследствие разности давлений открывается всасывающий клапан и жидкость заполняет рабочую камеру цилиндра.

В начале всасывающего трубопровода давление может быть атмосферным или близким к атмосферному или определяться суммой атмосферного давления и давления столба жидкости над всасыва­ющим трубопроводом, если насос работает с подпором.

В процессе поступления жидкости в камеру цилиндра нагнета­тельный клапан остается закрытым. Цилиндр заполняется жид­костью до тех пор, пока поршень не займет крайнего правого поло­жения. При ходе поршня влево в цилиндре создается давление, под действием которого всасывающий клапан закрывается, а нагне­тательный клапан открывается и жидкость выталкивается в нагнетательную трубу.

В процессе возвратно-поступательного движения поршня жид­кость

перемещается по всасывающему трубопроводу в цилиндр насоса, а из него в нагнетательную трубу и дальше к месту потребления. Потребителями могут быть резервуары, паровые котлы, аппа­раты и др. Поршневые насосы можно классифицировать следующим образом.

1. По числу цилиндров:

а) одноцилиндровые;

б) двухцилиндровые;

в) трехцилиндровые:

г) многоцилиндровые.

2. По роду перекачиваемой жидкости:

а) нефтяные, для перекачки горячих нефтепродуктов;

б) дозировочные, для перекачки химических реагентов;

в) для перекачки сжиженных газов;

г) цементировочные, для перекачки цементного раствора и воды при цементировании скважин и др.

3. По конструкции поршня:

а) поршневого типа;

б) плунжерные (поршень представляет собой удлиненный полый цилиндр);

в) диафрагмовые (цилиндр отделен от клапанной коробки упругой диафрагмой);

г) с проходным поршнем.

4. По способу действия:

а) одинарного действия;

б) двойного действия;

г) с проходным поршнем.

1 – всасывающий клапан; 2 - рабочий цилиндр; 3 - нагнетательный клапан; 4 - нагнетательный трубопровод; 5 - поршень; 6 - всасывающий трубопровод; 7 - резервуар

Рисунок 1.2 - Простейший поршневой насос

5. По расположению рабочих цилиндров:

а) горизонтальные;

б) вертикальные.

6. По способу приведения в действие:

а) паровые прямодействующие (поршень насоса и поршень силового цилиндра закреплены на общем штоке);

б) приводные (работают от двигателя через соответствующие передачи и

кривошипно-шатунный механизм);

в) ручные.

Поршневые насосы могут также различаться по числу цилиндров.

1.3 Основные свойства жидкостей, перекачиваемых насосами и используемых в гидроприводе

Жидкостями называются жидкие (капельные) и газообразные тела, которые в отличие от твердых тел не обладают способностью сохранять свою форму. Жидкость приобретает форму резервуара, который она заполняет. Газ, закачанный в газгольдер, распростра­няется по всему его объему.

Капельные жидкости отличаются от газообразных весьма малой сжимаемостью и значительно большей плотностью.

Для сравнения плотности некоторых капельных и га­зообразных жидкостей приведены в таблице 1.1.

Большинство капельных жидкостей (вода, бензин, керосин, дизельное топливо и др.) практически несжимаемы, однако сжижен­ные газы (пропан и бутан) обладают значительной сжимаемостью.

Обычно все капельные жидкости называются несжимаемыми жидкостями, имеющими постоянную плотность, а газы -сжима­емыми жидкостями.

В некоторых случаях для упрощения решений задач гидродина­мики вводится понятие идеальной (невязкой) жидкости. Под идеаль­ной жидкостью в отличие от реальной подразумевают такую услов­ную жидкость, при движении которой не возникает напряжений внутреннего трения. Идеальная жидкость перемещается по трубам и каналам без сопротивлений (без потери энергии на трение).

Таблица 1.1 – плотности некоторых жидкостей

Вид жидкости	Плотность,
Вода	1000
Нефть	860
Бензин	700
Керосин	740
Сжиженный пропан при 0° С и давлении насыщения	528
Сжиженный бутан при 0° С	600