МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ухтинский государственный технический университет
В. В. Соловьёв, Д. Г. Селиванов
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Курс лекций
Учебное пособие
Ухта 2011
УДК 621. 51 (075.8)
С 60
Соловьёв В. В.
Гидравлические машины. Курс лекций [Текст]: учеб. пособие / В. В. Соловьёв, Д. Г. Селиванов – Ухта: УГТУ, 2011. – 59 с.: ил.
ISBN 978-5-88179-658-7
Учебное пособие «Гидравлические машины. Курс лекций» предназначено для студентов дневного и заочного обучения специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» изучающих дисциплину «Гидравлические машины».
Пособие включает в себя десять лекций. В лекциях содержится краткая информация по принципу действия и теории расчета основных параметров различных гидравлических машин, используемая студентами при выполнении контрольных и курсовых работ.
Учебное пособие рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советомУхтинского государственного технического университета.
Рецензенты: Л. Н. Ахтимирова, заместитель директора общества с ограниченной ответственностью «Гелент», г. Ухта; В. П. Ларуков, начальник отдела обустройства нефтяных и газовых месторождений филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжениринг» ПечорНИПИнефть в г. Ухта.
© Ухтинский государственный технический университет, 2011
© Соловьев В. В., Селиванов Д. Г., 2011
ISBN 978-5-88179-658-7
Лекция № 1
1. Общие сведения о гидравлических машинах
1.1. Применение гидравлических машин в нефтяной и газовой промышленности
Гидравлические машины в технологических процессах, связанных с добычей и транспортом нефти и газа широко применяются:
1). При бурении скважин: насосы буровые (поршневые и плунжерные), насосы центробежные (шламовые, подпорные, вспомогательные); забойные двигатели (турбобуры и винтовые); элементы гидроуправления (гидроцилиндры, гидропневмоаккумуляторы и т.д.); гидропередачи (гидромуфты, гидротрансформаторы, гидротормозы).
2). Для подъёма жидкостей (нефти, воды и их смесей) из скважин: погружные штанговые насосы; погружные электроцентробежные насосы; погружные винтовые насосы; гидроприводные плунжерные насосы; струйные насосы эжекторного типа.
3) . Для внутрипромыслового , магистрального транспорта (нефти, воды и их смесей): центробежные насосы; поршневые и плунжерные насосы; винтовые насосы.
4). Для закачки жидкостей в пласт (поддержания пластового давления, гидроразрыва пластов): центробежные насосы; поршневые и плунжерные насосы.
5). Для цементирования скважин: поршневые и плунжерные, центробежные насосы, установленные на передвижных цементировочных агрегатах.
6). В системах гидропривода машин и комплексов: гидроцилиндры; шестерённые насосы и гидродвигатели; пластинчатые насосы и гидродвигатели; роторные аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы и гидродвигатели; поворотные гидродвигатели; гидроаппараты, регулирующие устройства и запорная арматура.
2. Классификация гидравлических машин
1). По принципу действия гидравлические машины делятся на 2-а класса:
Динамические. Их признаки:
а) наличие лопаточного аппарата, обтекаемого рабочей средой;
б) непрерывность потока в каналах машин;
в) взаимодействие гидродинамических сил с текучей средой.
Объёмные. Их признаки:
а) наличие рабочих камер (полостей), которые периодически сообщаются с входом и выходом из машины;
б) давление в рабочих камерах изменяется от начального на входе до конечного на выходе плавно (поршневой насос) или скачкообразно (шестерённый насос);
в) усилия на рабочих органах практически не зависят от скоростей омывающих их жидкостей.
2). По назначению:
- машины орудия (насосы) – воспринимают работу через приводной вал или шток и отдают её текучей среде;
- машины двигатели (гидромоторы, гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели и др.) – воспринимают энергию от потока жидкости и отдают её через выводной вал или шток;
- гидравлические передачи (гидромуфты, гидротрансформаторы и др.) – агрегаты составленные из объёмных или динамических машин орудий и машин двигателей;
- гидропривод – гидравлические системы, составленные из насоса, гидродвигателя и аппаратуры управления (турбобур или винтовой забойный двигатель, приводимые в движение буровым насосом и др.)
Кроме того, каждый из основных разделов классификации включает в себя множество подразделов.
Все типы гидравлических машин не имеющие клапанов являются обратимыми, то есть после некоторых преобразований конструкции могут использоваться как машины орудия, так и машины двигатели.
3. Принципиальная схема насосной установки
Принципиальная схема насосной установки и показана на рис. 1.1. Насос любого типа 3 служит для подъёма жидкости из нижнего резервуара или водоёма в верхний резервуар 9. Для измерения разряжения на всасывании служит вакуумметр 4, для измерения давления в линии нагнетания 8 – манометр 5. Регулирование подачи насоса может выполняться задвижкой 6, а производительность насоса измеряется счётчиком или расходомером 7. Для того, чтобы жидкость самотёком не вытекала из ёмкости 9 при остановленном насосе, на всасывающей линии установлен обратный клапан 1.
Рис.1.1. Принципиальная схема насосной установки:
1 – обратный клапан; 2 – всасывающий трубопровод; 3 – насос;
4 –вакуумметр; 5 – манометр; 6 – задвижка; 7 – расходомер (счётчик);
8 – напорный трубопровод; 9 – резервуар
4. Основные параметры гидравлических машин
Основные параметры насосов:
1) Подача – отношение объёма (объёмная подача Q, м3/с) или массы (массовая подача G, кг/с) подаваемой жидкости ко времени. При этом:
,
(1.1)
где ρ – плотность жидкости, кг/м3.
Действительная подача – количество жидкости, проходящее через напорный трубопровод в единицу времени, Qд, Gд. Измеряется счётчиками, расходомерами, мерниками. Теоретическая подача – количество жидкости перемещаемое рабочими органами насоса без учёта потерь в единицу времени, Qт , Gт.
2) Объёмный коэффициент полезного действия (к.п.д.) определяется из выражения
;
(1.2)
3) Напор насоса, Н, м, определяется по формуле
,
(1.3)
где z, p, v – соответственно отметка высоты, давление, скорость потока;
к, н – соответственно конечное (после насоса) и начальное (перед насосом);
g – ускорение свободного падения.
4) давление p, Па (Н/м2) определяется по формуле
.
(1.4)
5) полезная мощность насоса N, Вт, определяется по формуле
.
(1.5)
6) общий к.п.д. определяется по формуле
,
(1.6)
где Nп – мощность потребляемая насосом;
ηм , ηг , ηо – соответственно механический, гидравлический, объёмный к.п.д. (потери на трение, гидравлические и объёмные).
7) быстроходность насосов, для объёмных – это частота вращения вала n, об/с, для динамических – коэффициент быстроходности (при n заданной в об/мин)
.
(1.7)
Основные параметры гидродвигателей:
1) частота
вращения вала n
(или угловая скорость
);
2) крутящий момент М, Н·м;
3) мощность двигателя, Вт
;
(1.8)
4) перепад полного (статического и динамического) давления, Па
,
(1.9)
где обозначения те же, что и для насосов;
5) гидравлическая мощность гидродвигателя
;
(1.10)
6) к.п.д. гидродвигателя
.
(1.11)