Насосы и компрессоры

Кривенков С.В., Чернобыльский А.Г.

НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1 семестр

НАСОСЫ И КОМПРЕССОРЫ

Опорный конспект лекций для студентов специальности 090602

ТЕТРАДЬ I I ГИДРОМАШИНЫ. ОСНОВЫ ТЕОРИИ

ЧАСТЬ 6. ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ НАСОСЫ

§ 6.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, УСТРОЙСТВО, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Возвратно-поступательный насос относится к объемным насосам, принцип действия которых состоит в том, что жидкая среда попеременно заполняет рабочую (насосную) камеру и вы­тесняется из нее. Название этому насосу дано по характеру дви­жения рабочих органов (поршней, плунжеров, диафрагм). Су­ществуют и другие объемные насосы - роторные (с вращатель­ным) и крыльчатые (с возвратно-поворотным движением рабочих органов).

Для попеременного сообщения с местами входа и выхода жидкости насосная камера оборудована клапанами - всасыва­ющим и нагнетательным (рис. 8.1, а). При движении рабочего органа объем камеры изменяется от минимального V_M (называ­емого объемом мертвого или вредного пространства) до макси­мального V_s + V_M, где V_s - объем, описываемый рабочим орга­ном за один ход длиной S.

С увеличением объема давление в насосной камере умень­шается. Поэтому жидкость под действием атмосферного давления поднимается по трубе, открывает всасывающий клапан и запол­няет камеру. При этом закрытый нагнетательный клапан изоли­рует камеру от области высокого давления в отводящей трубе. При выталкивающем ходе рабочего органа в насосной камере создается давление, превышающее давление в отводящей трубе. Нагнетательный клапан открывается, а закрытый всасывающий клапан изолирует камеру от области низкого давления в под­водящей трубе. ….В отличие от динамического объемный насос обладает способностью само­всасывания, т. е. при известных условиях в нем обеспечивается самозаполнение подводящего трубопровода жидкостью. Некоторое время после запуска неза­полненный жидкостью насос может работать как компрессор, откачивая воздух. Но даже при абсолютной герметичности системы достигаемый вакуум невелик, и для улучшения условий запуска насос, установленный над уровнем жидкости в расходном резервуаре, обычно приходится заполнять жидкостью, чтобы к тому же предохранить трущиеся детали от сухого трения.

Поршневые насосы, способ действия, индикаторная диаграмма

Схема насоса с поршнем одностороннего действия и его теоретическая диаграмма давлений, называемая индика­торной, даны на рис. 6.1.

При движении поршня вправо полость цилиндра со сто­роны клапанной коробки увеличивается и заполняется жид­костью, поступающей из приемной трубы через всасываю­щий клапан К₁. При этом давление в клапанной коробке ниже атмосферного, что объясняется гидравлическим со­противлением всасывающего тракта, расположением по­верхности всасываемой жидкости ниже оси цилиндра и низким давлением над этой поверхностью.

Изменение давления на протяжении всего хода поршня направо изобразится линией всасывания 4-1.

В положении / поршень изменяет направление движе­ния на обратное и всасывающий клапан автоматически за­крывается; в клапанной коробке происходит резкое повы­шение давления до значения давления подачи р₂. Этот процесс изображается вертикальной линией 1-2. В момент, когда давление повысится до р₂, разность давлений под клапаном и над ним преодолевает вес и натяжение пружи­ны напорного клапана К.₂ и он открывается. При равномер­ном движении поршня от точки 2 влево происходит подача жидкости при постоянном давлении р₂. В крайнем левом положении поршень снова меняет направление движения. При этом давление в клапанной коробке резко падает по линии 3-4, напорный клапан K₂ закрывается и открывается всасывающий клапан К₁. Диаграмма давлений замыкается.

Индикаторная диаграмма показывает, как меняется давление в цилиндре и клапанной коробке насоса на про­тяжении двух ходов поршня. Площадь индикаторной диа­граммы измеряется в Н-м/м² и, следовательно, представ­ляет собой работу поршня за два хода, отнесенную к 1 м² его поверхности (см. § 6.4).

Действительная индикаторная диаграмма (рис. 6.2) от­личается от теоретической, представленной на рис. 6.1, в основном, наличием колебаний давления в начале всасыва­ния и подачи. Эти колебания обусловлены влиянием инер­ции клапанов насоса и прилипанием плотно притертых по­верхностей их к седлам. Поэтому, например, в момент от­рыва, от седла напорного клапана (точка 2) в клапанной коробке должно быть повышенное давление, создающее силу, способную оторвать клапан от седла и преодолеть его инерцию.

Рис. 6.1. Теоретическая индика­торная Рис. 6.2. Действительная индикаторная …………………диаграмма поршневого насоса диаграмма поршневого на­соса

Как только клапан открывается, давление в клапанной коробке резко снижается и клапан дает несколько быст­рых колебаний в потоке жидкости; при этом он дроссели­рует поток, вызывая колебания давления в клапанной ко­робке, отражающиеся на линии подачи индикаторной диа­граммы. На форму линий всасывания и подачи оказывают заметное влияние также силы инерции жидкости, поступа­ющей в цилиндр или уходящей из него при неравномерном движении поршня. Отклонение линий нагнетания 1-2 и всасывания 3-4 от вертикали на действительной индикаторной диаграмме зависит от упругости перекачиваемой среды (жидкость с возможным наличием газа) и упругих деформаций стенок рабочих полостей гидравлической части насоса.

Действительные индикаторные диаграммы снимают с насосов при помощи индикаторов.

Классификация возвратно-поступательных насосов

При общности принципа действия и основных свойств воз­вратно-поступательные насосы весьма разнообразны по устройству.

Рис. 6.3. Схемы гидравлической части возвратно-поступательных насосов

По расположению в пространстве они, как и другие насосы, делятся на горизонтальные и вертикальные.

По выполнению рабочего органа насосы бывают:

поршневые; уплотнение связано с поршнем и плотно прилегает к обработанной поверхности цилиндра (рис. 6.3, а);

плунжерные; плунжер полированный, уплотнительный узел связан с гидравлической коробкой (рис. 6.3, б, в) или имеется щеле­вое уплотнение Щ большой протяженности (рис. 6.3, г);

диафрагменные; упругая диафрагма Д приводится в движение механически (рис. 6.3, д) или гидравлически (рис. 6.3, е). В пос­леднем случае она служит перегородкой, разделяющей перекачи­ваемую жидкость, содержащую абразивные частицы, от чистой, омывающей трущиеся детали в насосной камере.

При бурении скважин и на нефтегазопромыслах применяют главным образом поршневые и плунжерные насосы. Существует предел уменьшения диаметра поршня для штока данного диаметра из-за невозможности разместить узел уплотнения в узком коль­цевом пространстве между стенкой цилиндра и штоком. В плунжерном насосе эта задача решается проще, так как в неподвижное плунжерное уплотнение легко подавать смазку и его можно пери­одически подтягивать, компенсируя изнашивание.

По числу поршней или плунжеров разли­чают насосы: одно-, двух-, трех- и многопоршневой (плунжерный), а по числу плоскостей, в которых расположены оси рабочих органов - одно-, двух- и многорядный. ¹

Чем меньше поршней (плунжеров), тем проще схема насоса и тем меньше сменных деталей, что очень важно в условиях интен­сивного их износа. С другой стороны, увеличением рядов, в кото­рых использованы стандартные детали, достигается повышение подачи и равномерности движения жидкости в трубопроводах (см. § ).

Существенный признак устройства насоса - число так­тов нагнетания и всасывания за двойной ход рабочего органа (род действия):

______________ ¹ В терминах, начинающихся со слова «много», допускается замена слова на цифровую приставку (например, «шестиплунжерный»).

- в насосе одностороннего действия (см. рис. 6.3, а, б) рабочий орган выполняет одно всасывание и одно выталкивание, измене­ние объема насосной камеры V_s - FS, где F и S - соответственно площадь и длина хода поршня (плунжера);

- в насосе двухстороннего действия (рис. 6.3, ж, и) жидкость всасывается и нагнетается два раза, так что в двух насосных камерах

V_S = FS +(F-f)S = (2F - /) S,

где f - площадь поперечного сечения штока;

- в дифференциальном насосе (рис. 6.3, з, г) жидкость всасы­вается один раз (V_s = FS), a нагнетается - двумя порциями:

V_s = (F-f)S + fS.

При равных S и F значение Vs в насосе двухстороннего действия больше, чем в других насосах, что является причиной наибольшего распространения этого вида насоса при невысоких давлениях. С увеличением давления возрастают усилие в штоке и его диаметр, а площадь F - f существенно уменьшается. В ре­зультате не получают указанного преимущества насосы двухстороннего действия, а имеют преимущества насосы одностороннего действия: сниженное число кла­панов (два в ряду вместо четырех) и отсутствие сальников. Как уже сказано, это имеет решающее значение в условиях быстрого износа клапанов и сальников.

В дифференциальном насосе (см. рис. 6.3,з) объем Vs такой же, как в на­сосе одностороннего действия, но движение жидкости в отводящей трубе более равномерное. Кроме того, в той же степени снижено усилие по штоку. Если f = F/2, то нагрузка на шток одинаковая независимо от направления движе­ния поршня. В этом достоинство дифференциального насоса. Вследствие не­достатков - наличия сальника и непроточной «штоковой» камеры, являющейся местом накапливания осадков (песка, утяжелителя и т. п.) и усложнения кон­струкции дифференциальный насос (см. рис. 6.3, з) распространения не полу­чил. Однако в скважинном исполнении плунжерный вариант дифференциаль­ного насоса (см. рис. 6.3, г) оказался наиболее экономичным.

По характеру движения ведущего звена возвратно-поступательные насосы делятся на прямодействующие, вальные и поступательно-поворотные.

В прямодействующем насосе ведущим звеном служит поршень в силовом цилиндре, совершающий возвратно-поступательное движение. Силовой цилиндр может быть паровым, пневматическим или гидравлическим.

В паровом или пневматическом насосе (рис. 6.4, а) впуск пара или сжатого воздуха то в одну, то в другую часть силового цилиндра 2 и выпуск его в атмосферу обеспечивается золотником 1. При подходе к крайнему положению поршень 3 перекрывает выпускной канал и останавливается. Для обратного хода золотник должен изменить положение.

Рис. 6.4. Схемы прямодействующих насосов

Управление золотниками выполняется по-разному. У двухрядных насосов оно перекрёстное: золотник в одном ряду движется при помощи рычажной передачи поршневым штоком другого ряда и наоборот. Золотник соединяется со своим штоком не наглухо, а с продольным зазором. Благодаря зазору при перемене направления движения в движении поршней возникает пауза, что благоприятствует работе клапанов. Однорядный насос обычно имеет вспомогательный золотник, управляющий главным. …..В скважинном гидроприводном насосе (рис. 6.4, б) вспомогательным золот­ником служит поршневой шток, на котором в верхней и нижней частях делаются продольные канавки для прохода рабочей жидкости. В данный момент поршне­вая группа движется вниз. Когда канавка 1 сообщит полость 3 с областью вы­сокого давления D, золотник 2 переместится в верхнее положение, остановит поршни, а затем откроет выход жидкости из камеры В. При последующем подъ­еме поршней канавка 4 соединит полость 3 с областью низкого давления H, и золотник сместится в нижнее положение. В этом агрегате насос 5 - дифферен­циальный.

Существуют однорядные гидроприводные насосы, предназначенные для цементирования скважин, работающие на чистом масле от регулируемого сило­вого насоса. Не исключена возможность применения таких насосов при буре­нии скважин. …….Вальные насосы, признаком которых является вра­щательное движение ведущего звена (вала), различаются меха­низмом передачи движения к рабочим органам: кривошипный - с кривошипно-шатунным механизмом и кулачковый - с кулач­ковым механизмом.

В отличие от прямодействующего насоса, имеющего постоян­ную скорость движения поршня на большей части хода, движение поршня вального насоса неравномерное. В зависимости от поло­жения кривошипа или кулачка скорость поршня изменяется от нуля в мертвых точках до максимума (у середины хода). Соответ­ственно изменяется расход жидкости в трубопроводах, примыка­ющих к рабочей камере. Для выравнивания подачи жидкости кривошипы (или кулачки) в многорядных насосах смещены отно­сительно друг друга на некоторый угол. В двухрядных на­сосах этот угол равен 90°, в трехрядных - 120°, в m – рядных - .

В зависимости от расположения рабочих орга­нов п о отношению к ведущему звену разли­чают возвратно-поступательные насосы: односторонний (оси ра­бочих органов параллельны и расположены на одной стороне при­вода); оппозитный (на одной оси по обе стороны привода); V-образный (на двух пересекающихся осях на одной стороне привода); звездообразный (на нескольких пересекающихся осях).

Наиболее распространены односторонние кривошипные (рис. 6.5, а) насосы, приводной механизм которых состоит из трансмиссионного вала, получающего вращающий момент через трансмиссию от двигателя, зубчатого редуктора и коренного вала, связанного с шатунами посредством собственно кривошипов, эксцентриков, пальцев или колен. Реже используется схема с чер­вячной передачей (рис. 6.5, в). Этот вид передачи удобен для привода насоса от вала, расположенного вдоль оси насоса, на­пример, на автомобиле.

В оппозитном насосе (рис. 6.5, г) нагрузка на коренной вал и коренные подшипники меньше, чем в одностороннем насосе, так как усилия, действующие по двум противолежащим штокам, взаимно уравновешиваются. При вращении коренного вала 2 с эксцентриками 3 крейцкопфная рама 4 скользит по трубчатым направляющим 1, связывающим гидравлические части насоса. Оппозитная схема применяется в современных поршневых ком­прессорах, обеспечивая существенное увеличение частоты ходов. В тихоходных насосах преимущество схемы выявлено недоста­точно.

Для бесступенчатого регулирования длины хода плунжера в дозировочных насосах небольшой мощности служат различные механизмы, встроенные в приводную часть насоса. На рис. 6.5, б длина хода крейцкопфа 1 зависит от положения шарнира 2, кото­рый можно перемещать по дуге окружности 3.

а

Рис. 6.5. Схемы вальных насосов

В других насосах регулируется эксцентриситет головки шатуна относительно оси коренного вала или длина одного из рычагов рычажного механизма, связывающего коренной вал с хвостовиком плунжера.

1. Водокольцевые вакуумные насосы и компрессоры

   Документ
   ... : servo@ / Водокольцевые вакуумные насосы и компрессоры Прайс-лист с 10.01. ... компрессора хлорно-жидкостный водокольцевой ХЖК-600/1,5 10,0 2,5 276946 372526 4.Насосы ... 1. Агрегат в сборе (вакуум-компрессор с алюминиевым колесом, маслоотделитель, патрубок ...

2. Особенности эксплуатации поршневых компрессоров

   Документ
   ... привода к насосам) и охлаждающей воды. После остановки машинист осматривает и обтирает компрессор. Компрессор, работающий на ... ' Недостаточное количество масла в картере Остановить насос и компрессор. Про верить соединения во всасывающем ...

3. История существования гидравлических машин насчитывает несколько тысячелетий. Первый насос был поршневым, появился, по-видимому, за несколько веков до нашей эр

   Документ
   ... ). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они ... . Список используемой литературы. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов ...

4. Руководство по системе управления

   Руководство по системе
   ... RitCompressori Задержка между пуском насосов и пуском компрессоров. 25 1 сек 30 ... 126 RitPompaOFF Задержка выключения насосов после выключения компрессоров 120 1 “ “ 30 ... 124 RitCompressori Интервал между пуском насосов и компрессора 25 0 360 1 sec 30 ...

5. ВНТП 3-85 Дата введения 1986-03-01

   Документ
   ... максимальному давлению, развиваемому источником давления (насосом, компрессором и т.п.), или давление, на ... систем водоснабжения технологических установок и компрессоров, охлаждение насосов и компрессоров, приготовление технологических растворов, ...

Другие похожие документы..