Насоси та компресори - документ - стор

НАСОСИ І КОМПРЕСОРИ

Опорний конспект лекцій для студентів спеціальності 090602

ТЕТРАДЬ IIГІДРОМАШІНИ. ОСНОВИ ТЕОРІЇ

ЧАСТИНА 6. Поворотно-поступальні насоси

§ 6.1. ПРИНЦИП ДІЇ, ПРИСТРІЙ, ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Зворотно-поступальний насос відноситься до об'ємним насосів, принцип дії яких полягає в тому, що рідка середу поперемінно заповнює робочу (насосну) камеру і ви-тісняться з неї. Назва цього насосу дано за характером дві-вання робочих органів (поршнів, плунжерів, діафрагм). Су-ществуют і інші об'ємні насоси - роторні (з вращатель-ним) і крильчасті (зі зворотно-поворотним рухом робочих органів).

Для поперемінного повідомлення з місцями входу і виходу рідини насосна камера обладнана клапанами - усмоктув-ющим і нагнітальним (рис. 8.1, а). При русі робочого органу обсяг камери змінюється від мінімального VM (називаючи-ного обсягом мертвого або шкідливого простору) до максі-мального Vs + VM, де Vs- обсяг, описуваний робочим орга-ном за один хід довжиною S.

Зі збільшенням обсягу тиск в насосній камері умень-шается. Тому рідина під дією атмосферного тиску піднімається по трубі, відкриває всмоктуючий клапан і запов-няет камеру. При цьому закритий нагнітальний клапан ізольо-рует камеру від області високого тиску в відвідної труби. При виштовхує ході робочого органу в насосній камері створюється тиск, що перевищує тиск в відвідної труби. Нагнітальний клапан відкривається, а закритий всмоктуючий клапан ізолює камеру від області низького тиску в під-провідною трубі. ... .На відміну від динамічного об'ємний насос має здатність само- всмоктування, т. Е. За певних умов в ньому забезпечується самозаповнення трубопроводу, що підводить рідиною. Деякий час після запуску неза-нання рідиною насос може працювати як компресор, відкачуючи повітря. Але навіть при абсолютній герметичності системи досягається вакуум невеликий, і для поліпшення умов запуску насос, встановлений над рівнем рідини в видатковому резервуарі, зазвичай доводиться заповнювати рідиною, щоб до того ж оберегти деталі, що труться від сухого тертя.

Поршневі насоси, спосіб дії, індикаторна діаграма

Схема насоса з поршнем односторонньої дії і його теоретична діаграма тисків, звана індика-битим, дані на рис. 6.1.

При русі поршня вправо порожнину циліндра з сто-ку клапанної коробки збільшується і заповнюється жид-кісткою, що надходить з приймальні труби через всмоктують-щий клапан К1. При цьому тиск в клапанної коробці нижче атмосферного, що пояснюється гідравлічним со-спротивом всмоктуючого тракту, розташуванням по-поверхні усмоктуваної рідини нижче осі циліндра і низьким тиском над цією поверхнею.

Зміна тиску на протязі всього ходу поршня направо зобразиться лінією всмоктування 4-1.

У положенні / поршень змінює напрямок руху-ня на зворотне і всмоктувальний клапан автоматично за-покривається; в клапанної коробці відбувається різке підви-щення тиску до значення тиску подачі р2. Цей процес зображується вертикальною лінією 1-2. У момент, коли тиск підвищиться до р2. різниця тисків під клапаном і над ним долає вагу і натяг пружишься-ни напірного клапана К.2 і він відкривається. При рівномірний-ном русі поршня від точки 2 вліво відбувається подача рідини при постійному тиску р2. В крайньому лівому положенні поршень знову змінює напрямок руху. При цьому тиск в клапанної коробці різко падає по лінії 3-4. напірний клапан K2 закривається і відкривається всмоктуючий клапан К1. Діаграма тисків замикається.

Індикаторна діаграма показує, як змінюється тиск в циліндрі і клапанної коробці насоса на про-тяженіі двох ходів поршня. Площа індикаторної діа-грами вимірюється в Н-м / м 2 і, отже, представ-ляет собою роботу поршня за два ходу, віднесену до 1 м 2 його поверхні (див. § 6.4).

Дійсна індикаторна діаграма (рис. 6.2) від-Ліча від теоретичної, представленої на рис. 6.1, в основному, наявністю коливань тиску на початку усмоктув-ня і подачі. Ці коливання обумовлені впливом інер-ції клапанів насоса і прилипанием щільно притертих по-поверхонь їх до сідел. Тому, наприклад, в момент від-розриву, від сідла напірного клапана (точка 2) в клапанної коробці має бути підвищений тиск, що створює силу, здатну відірвати клапан від сідла і подолати його інерцію.

Мал. 6.1. Теоретична індика-торная Рис. 6.2. Дійсна індикаторна ..................... діаграма поршневого насоса діаграма поршневого насоса

Як тільки клапан відкривається, тиск в клапанної коробці різко знижується і клапан дає кілька шви-яких коливань в потоці рідини; при цьому він дроселі-рует потік, викликаючи коливання тиску в клапанної ко-боязка, що відбиваються на лінії подачі індикаторної діа-грами. На форму ліній всмоктування і подачі роблять помітний вплив також сили інерції рідини, поступу-нього в циліндр або йде з нього при нерівномірному русі поршня. Відхилення ліній нагнітання 1-2 і всмоктування 3-4 від вертикалі на дійсній індикаторної діаграмі залежить від пружності середовища, що перекачується (рідина з можливою наявністю газу) і пружних деформацій стінок робочих порожнин гідравлічної частини насоса.

Дійсні індикаторні діаграми знімають з насосів за допомогою індикаторів.

Класифікація зворотно-поступальних насосів

При спільності принципу дії і основних властивостей воз-Вратна-поступальні насоси дуже різноманітні по влаштуванню.

Мал. 6.3. Схеми гідравлічної частини зворотно-поступальних насосів

По розташуванню в просторі вони, як і інші насоси, діляться на горизонтальні і вертикальні.

За виконання робочого органу насоси бувають:

поршневі; ущільнення пов'язано з поршнем і щільно прилягає до обробленої поверхні циліндра (рис. 6.3, а);

плунжерні; плунжер полірований, ущільнювальний вузол пов'язаний з гідравлічною коробкою (рис. 6.3, б, в) або є щеле-ше ущільнення Щ великої протяжності (рис. 6.3, г);

діафрагмові; пружна діафрагма Д приводиться в рух механічно (рис. 6.3, д) або гідравлічно (рис. 6.3, е). В пос-Ледней випадку вона служить перегородкою, що розділяє перекачано ваемого рідину, що містить абразивні частинки, від чистої, що омиває труться деталі в насосній камері.

При бурінні свердловин і на нафтогазопромислу застосовують головним чином поршневі і плунжерні насоси. Існує межа зменшення діаметра поршня для штока даного діаметра через неможливість розмістити вузол ущільнення в вузькому коли-цевом просторі між стінкою циліндра і штоком. У Плунжерні насоси це завдання вирішується простіше, так як в нерухоме плунжерним ущільнення легко подавати мастило і його можна пери-одически підтягувати, компенсуючи зношування.

За кількістю поршнів або плунжеров разли-ють насоси: одно-, двох-, трьох- і многопоршневой (плунжерний), а за кількістю площин, в яких розташовані осі робочих органів - одно-, дво- і багаторядний. 1

Чим менше поршнів (плунжеров), тим простіше схема насоса і тим менше змінних деталей, що дуже важливо в умовах интен-сивного їх зносу. З іншого боку, збільшенням рядів, в кото-яких використані стандартні деталі, досягається підвищення подачі і рівномірності руху рідини в трубопроводах (див. §).

Істотний ознака пристрою насоса - число так-тов нагнітання і всмоктування за подвійний хід робочого органу (рід дії):

______________ 1 У термінах, що починаються зі слова «багато», допускається заміна слова на цифрову приставку (наприклад, «шестіплунжерний»).

- в насосі односторонньої дії (див. рис. 6.3, а, б) робочий орган виконує одне всмоктування і одне виштовхування, зраді-ня обсягу насосної камери Vs-FS, де F і S - відповідно площа і довжина ходу поршня (плунжера);

- в насосі двосторонньої дії (рис. 6.3, ж, і) рідина всмоктується і нагнітається два рази, так що в двох насосних камерах

де f - площа поперечного перерізу штока;

- в диференціальному насосі (рис. 6.3, з, г) рідина усмок-ється один раз (Vs = FS), a нагнітається - двома порціями:

При рівних S і F значення Vs в насосі двосторонньої дії більше, ніж в інших насосах, що є причиною найбільшого поширення цього виду насоса при невисоких тисках. Зі збільшенням тиску зростають зусилля в штоку і його діаметр, а площа F-f істотно зменшується. У ре-док не отримують зазначеного переваги насоси двосторонньої дії, а мають переваги насоси одностороннього дії: знижене число кла-панів (два в ряду замість чотирьох) і відсутність сальників. Як уже сказано, це має вирішальне значення в умовах швидкого зносу клапанів і сальників.

У диференціальному насосі (див. Рис. 6.3, з) обсяг Vs такий же, як в насосі односторонньої дії, але рух рідини в відвідної труби більш рівномірний. Крім того, в тій же мірі знижено зусилля по штоку. Якщо f = F / 2, то навантаження на шток однакова незалежно від напрямку руху-ня поршня. У цьому гідність диференціального насоса. Внаслідок не-статків - наявності сальника і непроточной «штоковой» камери, що є місцем накопичення опадів (піску, утяжелителя і т. П.) І ускладнення кон-струкції диференційний насос (див. Рис. 6.3, з) поширення неправдивих напів-чіл. Однак в свердловину виконанні плунжерний варіант диференціальних-ного насоса (див. Рис. 6.3, г) виявився найбільш економічним.

За характером руху ведучого ланки зворотно-поступальні насоси діляться на прямодействующие, вальні і поступально-поворотні.

У прямодействующім насосі провідною ланкою служить поршень в силовому циліндрі, що здійснює зворотно-поступальний рух. Силовий циліндр може бути паровим, пневматичним або гідравлічним.

У паровому або пневматичному насосі (рис. 6.4, а) впуск пари або стисненого повітря то в одну, то в іншу частину силового циліндра 2 і випуск його в атмосферу забезпечується золотником 1. При підході до крайнього положення поршень 3 перекриває випускний канал і зупиняється. Для зворотного ходу золотник повинен змінити становище.

Мал. 6.4. Схеми прямодействующім насосів

Управління Золотниками виконується по-різному. У дворядних насосів воно злиття у формі перехресного: золотник в одному ряду рухається за допомогою важеля передачі поршневим штоком іншого ряду і навпаки. Золотник з'єднується зі своїм штоком НЕ наглухо, а з поздовжнім зазором. Завдяки зазору при зміні напрямку руху в русі поршнів виникає пауза, що сприяє роботі клапанів. Однорядний насос зазвичай має допоміжний золотник, керуючий головним. ... ..У свердловину гідроприводних насосі (рис. 6.4, б) допоміжним золото-ником служить поршневий шток, на якому у верхній і нижній частинах робляться поздовжні канавки для проходу робочої рідини. В даний момент поршні-вая група рухається вниз. Коли канавка 1 повідомить порожнину 3 з областю ви-сокого тиску D, золотник 2 переміститься в верхнє положення, зупинить поршні, а потім відкриє вихід рідини з камери В. При подальшому под-Еме поршнів канавка 4 з'єднає порожнину 3 з областю низького тиску H. і золотник зміститься в нижнє положення. У цьому агрегаті насос 5 - діфферен-ціальний.

Існують однорядні гідроприводні насоси, призначені для цементування свердловин, що працюють на чистому маслі від регульованого сило-вого насоса. Не виключена можливість застосування таких насосів при бурі-ванні свердловин. ...... .Вальние насоси, ознакою яких є вра-щательное рух провідної ланки (вала), розрізняються механізмом передачі руху до робочих органів: кривошипний - з кривошипно-шатунним механізмом і кулачковий - з Кулач-ковим механізмом.

На відміну від прямодействующім насоса, що має постійного-ву швидкість руху поршня на більшій частині ходу, рух поршня вального насоса нерівномірне. Залежно від поло-ження кривошипа або кулачка швидкість поршня змінюється від нуля в мертвих точках до максимуму (у середини ходу). Відповід-ного змінюється витрата рідини в трубопроводах, приєднуючись-чих до робочої камері. Для вирівнювання подачі рідини кривошипи (або кулачки) в багаторядних насосах зміщені відно-сительно один одного на деякий кут. В дворядних на-сосах цей кут дорівнює 90 °, в трьохрядний - 120 °, в m - рядних -.

Залежно від розташування робочих органів п про відношенню до ведучого ланці разли-ють зворотно-поступальні насоси: односторонній (осі робочих органів паралельні і розташовані на одній стороні при-вода); опозитний (на одній осі з обох боків приводу); V-подібний (на двох пересічних осях на одній стороні приводу); зіркоподібний (на кількох пересічних осях).

Найбільш поширені однобічні кривошипні (рис. 6.5, а) насоси, приводний механізм яких складається з трансмісійного вала, що одержує обертовий момент через трансмісію від двигуна, зубчастого редуктора і корінного вала, пов'язаного з шатунами за допомогою власне кривошипів, ексцентриків, пальців або колін. Рідше використовується схема з чер-вячной передачею (рис. 6.5, в). Цей вид передачі зручний для приводу насоса від вала, розташованого вздовж осі насоса, на-приклад, на автомобілі.

У оппозитном насосі (рис. 6.5, г) навантаження на корінний вал і корінні підшипники менше, ніж в односторонньому насосі, так як зусилля, діючі за двома протилежними штокам, взаємно врівноважуються. При обертанні корінного вала 2 з ексцентриками 3 крейцкопфний рама 4 ковзає по трубчастим напрямних 1. зв'язує гідравлічні частини насоса. Оппозитная схема застосовується в сучасних поршневих когось компресорів, забезпечуючи істотне збільшення частоти ходів. У тихохідних насосах перевага схеми виявлено недостатньо-точно.

Для бесступенчатого регулювання довжини ходу плунжера в дозувальних насосах невеликої потужності служать різні механізми, вбудовані в приводную частина насоса. На рис. 6.5, б довжина ходу крейцкопфа 1 залежить від положення шарніра 2. кото-рий можна переміщати по дузі окружності 3.

Мал. 6.5. Схеми вальних насосів

В інших насосах регулюється ексцентриситет головки шатуна щодо осі корінного вала або довжина одного з важелів важільного механізму, який зв'язує корінний вал з хвостовиком плунжера.