ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №12

ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ТА ПРИНЦИПУ ДІЇ АКСІАЛЬНО-ПОРШНЕВОГО НАСОСА. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ АКСІАЛЬНО-ПОРШНЕВОГО НАСОСА

12.1 Мета і задачі

12.1.1 Вивчити конструкцію та принцип дії аксіально-поршневого насоса.

12.1.2 Ознайомитись з основними параметрами аксіально-поршневих насосів, які застосовуються в бурінні і нафтогазовидобуванні.

12.1.3 Вивчити правила експлуатації і обслуговування аксіально-поршневих насосів.

12.1.4 Розрахувати основні параметри аксіально-поршневого насоса.

12.2 Обладнання, моделі, макети та плакати

12.2.1 Стенд аксіально-поршневого насоса.

12.2.2 Альбом конструкцій аксіально-поршневого насосів.

12.2.3 Фільми, плакати та інші матеріали.

12.2.4 Настанови з експлуатації і обслуговування аксіально-поршневого насосів.

12.3 Теоретичні відомості

Кінематичною основою аксіально-поршневих насосів і гідродвигунів є кривошипно-шатунний механізм, в якому циліндр переміщується паралельно своїй осі, а поршень рухається разом з циліндром і одночасно внаслідок обертання вала кривошипа переміщується відносно циліндра.

Насос (рис.12.1, а) складається з розподільного диска 1, блока, шо обертається 2, поршнів 3, штоків 4 і похилого диска 5, шарнірно з’єднаного з центральним шипом.

а)	б)

а – схема насоса; б – нерухомий розподільний диск; 1,5 – диски; 2 – блок, що обертається; 3 – поршень; 4 – щток; 6 – вал; 7 – вікно; 8 – отвір

Рисунок 12.1 – Аксіально-поршневий насос

В диску 1 (рис 12.1, б) виконані дугові вікна 7, через які рідина засмоктується і нагнітається поршнями. Між вікнами передбачені перемички, що відділяють порожнину всмоктування від порожнини нагнітання. При обертанні блока отвори 8 циліндрів з’єднуються або з порожниною всмоктування, або з порожниною нагнітання. При зміні напрямку обертання блока функції порожнин змінюються. Для зменшення протікань рідини торцеву поверхню блока ретельно притирають до диска 1. Диск 5 обертається від вала 6, а разом з диском обертається блок циліндрів.

В автоматично регульованому аксіально-поршневому насосі (рис. 12.2) регулятором подачі є шайба 3, з’єднана з валом 5 і поршнем 2. На поршень з однієї сторони діє пружина 1, а з другої – тиск в напірній гідролінії. При обертанні вала шайба переміщує поршні 4, які всмоктують робочу рідину і нагнітають її в гідролінію. Подача насоса залежить від кута нахилу шайби, тобто від тиску в напірній гідролінії, що змінюється від зовнішнього гідравлічного опору. Для насосів невеликої потужності подачу насоса можна також регулювати вручну, шляхом зміни нахилу шайби, для більш потужних насосів використовують спеціальний пристрій.

1 – пружина; 2 – поршень; 3 – шайба; 4 – плунжер; 5 – вал

Рисунок 12.2 – Автоматично регульований

аксіально-поршневий насос

Аксіально-поршневі гідродвигуни за будовою аналогічні насосам. Розрізняють аксіально-поршневі насоса і гідро двигуни з похилим блоком і похилим диском.

Нерегульований аксіально-поршневий насос-гідродвигун з похилим блоком (рис. 12.3). Блок 3 циліндрів отримує обертання від вала 1 через універсальний шарнір 2. Вал приводиться в рух від двигуна і опирається на три шарикопідшипника. Поршні 8 зв’язані з валом штоками 10, кулькові головки яких завальцовані в фланцевій частині вала. Блок циліндрів, що обертається на шарикопідшипнику 9, розміщений по відношенню до вала під кутом 30° і притиснений пружиною 7 до розподільного диску 6, який цим же зусиллям притиснений до кришки 5, через вікна в якій підводиться і відводиться робоча рідина. Манжетне ущільнення 11 в передній кришці перешкоджає витіканню масла з неробочої порожнини насоса.

1 – вал; 2 – шарнір; 3 – блок циліндрів; 4 – вікно; 5 – кришк; 6 – диск; 7 – пружина; 8 – поршень; 9 – шарикопідшипник; 10 – шток; 11 – ущільнення

Рисунок 12.3 – Нерегульований аксіально-поршневий насос-гідродвигун з похилим блоком

У такого насоса вісь блока циліндрів розміщена під кутом до осі ведучого вала, що і визначає його назву – з похилим блоком. На відміну від нього у аксіальних насосів з похилим диском вісь блока циліндрів співпадає з віссю ведучого вала, а під кутом до нього розміщена вісь диска, з яким шарнірно зв’язані штоки поршнів.

Аксіально-поршневі регульовані і нерегульовані насоси і гідродвигуни, широко використовуються в промисловості і відрізняються уніфікованою конструкцією качаючої секції. Опорами ведучого вала 1 (рис. 12.4) служать три шарикопідшипника: два радіально-упорних 13 і один радіальний 14. Від осевого переміщення внутрішні кільця підшипників утримуються двома пружинними кільцями 15, втулкою 3 і запірним кільцем 2. В передній кришці 16 встановлено манжетне ущільнення 17, що опирається на втулку 18. В сферичні гнізда фланця вала входять сім шатунів 11, які разом з центральним шипом 5 притиснуті до фланця вала штампованою пластиною 4. На шипі штифтом 10 зафіксований блок 7 циліндрів, зовнішня поверхня якого опирається на розподільний диск 8. Опорами шипа є з однієї сторони сферична головка, а з другої – бронзова втулка 9, запресована в диск.

1 – вал; 2 – кільце; 3,9,18 – втулки; 4 – пластина; 5 – шип; 6 – тарільчаті пружини; 7 – блок циліндрів; 8 – диск; 10 – штифт; 11 – шатун; 12 – поршень; 13, 14 – шарикопідшипники; 15– кільця; 16, 20 – передня і задня кришки; 17 – ущільнення; 19 – корпус

Рисунок 12.4 – Аксіально-поршневий уніфікований і нерегульований насос-гідродвигун

Всередині блоку циліндрів є сім поршнів 12, завальцьованих на шатунах. Попереднє притискання блока циліндрів до диска досягається пружинами 6. Коли вісь вала співпадає з віссю шипа (так як показано на рис. 12.4), поршні при обертанні вала не здійснюють зворотно-поступальний рух і не здійснюють всмоктування та нагнітання робочої рідини.

Розглянемо конструкції нерегульованого та регульованого насосів з однією і двома качаючими секціями, виконаними на базі описаної качаючої секції з похилим блоком.

У нерегульованого насоса (рис. 12.5) блок циліндрів повернений так, що вісь шипа утворює деякий кут з віссю вала.

.

1 – вал; 5 – шип; 7 – блок циліндрів; 8 – диск; 11 – шатун; 12 – поршень; 13, 14 – шарикопідшипники; 16, 20 – передня та задня кришки; 19 – корпус

Рисунок 12.5 – Нерегульований насос-гідродвигун

Тому при обертанні блока поршні всмоктують і нагнітають рідину через канали диска. При зміні розміру та напрямку нахилу блока циліндрів змінюються потужність і напрямок потоку робочої рідини. Якщо зафіксувати кут нахилу блока циліндрів, то насос стає нерегульованим. Описана конструкція дозволяє насосу працювати і в режимі гідродвигуна.

В регульованому насосі (рис. 12.6) є можливість зміни нахилу блока в процесі роботи. Корпус 14 насоса може бути повернений з допомогою цапфи 9 відносно нерухомого корпуса 3 на кут від 0 до 25°. Кількість перекачуваної насосом рідини при цьому пропорційна куту нахилу блока 11 циліндрів і частоті обертання вала 1 насоса. При такій конструкції досягається безступеневе регулювання потоку рідини незалежно від частоти обертання приводного двигуна.

1 – вал; 2, 13 – кришки; 4, 5, 6 – шарикопідшипники; 7 – фланець; 8– шатун; 9 – цапфі; 10 – поршень; 11 – блок циліндрів; 12 – розподільний диск; 14 – поворотний корпус; 15 – центральний шип

Рисунок 12.6 – Регульований аксіально-поршневий насос

Зусилля, яке необхідно прикласти до цапфи, може бути таким, що безпосереднє керування подачею насоса без використання підсилюючих пристроїв стає неможливим. При високому робочому тиску рідини насоси використовують з підсилювачами механічного та гідравлічного типів. Механічні підсилювачі можуть бути як з ручним так і з електричним керуванням. Гідравлічні підсилювачі обладнують безпосереднім або дистанційним керуванням. використовують також пристрої, які автоматично змінюють кут нахилу блока циліндрів в залежності від тиску в гідросистемі (регулятори постійної потужності або обмежувачі потужності).

Переваги аксіально-поршневих насосів і гідродвигунів: компактність, високий ККД при великому тиску, порівняно мала інерційність, значна енергоємність на одиницю маси (в деяких високооборотних конструкціях до 12 кВт/кг).

Недоліки цих насосів і гідродвигунів: необхідність в тонкій фільтрації робочої рідини, складність виготовлення і важко забезпечити значний срок служби деяких деталей (підшипника блока циліндрів у насосів с золотниковим розподілювачем).