Молчанов А. Г., Чичеров В. Л. Нефтепромысловые машины и механизмы, Учебник для техникумов. 2-е изд
Название
Молчанов А. Г., Чичеров В. Л. Нефтепромысловые машины и механизмы, Учебник для техникумов. 2-е изд
страница
1/8
Дата публикации
27.04.2013
Размер
0.97 Mb.
Тип
Учебник
userdocs.ru > Военное дело > Учебник
НАЗЕМНЫЕ И СКВАЖИННЫЕ НАСОСЫ ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ И ИХ ПРИВОДЫ
Молчанов А. Г., Чичеров В. Л. Нефтепромысловые машины и механизмы, Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, 308 с.
Рассмотрены теоретические основы и даны практические рекомендации по применению объемных и динамических (стационарных и скважинных) насосов, их приводов, поршневых и лопастных компрессоров, оборудования для текущего и капитального ремонта скважин и воздействия на нефтяные пласты. Второе издание (1-е изд.— 1976 г) дополнено описанием оборудования, машин и механизмов новых типов.
Для учащихся нефтяных техникумов, обучающихся по’специальности «Эксплуатация нефтяных и газовых скважин» и «Оборудование нефтяных и газовых промыслов».
Табл. 24, ил. 168, список лит. 10 назв.
Рецензент—канд. техн, наук Ю. ^ Г.Абдуллаев(ВНИИ)
§ I. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ
Насос —- это гидравлическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии двигателя, приводящего его в действие, в механическую энергию перекачиваемой жидкости.
По принципу действия, как и любые гидромашины, насосы подразделяются на гидродинамические (турбонасосы) и гидростатические (объемные).
Основные особенности указанных групп насосов следующие.
Издательство «Недра», 1981
5. Максимально развиваемый напор ограничен.
К динамическим насосам относят центробежные, вихревые, осевые, лопастные; к объемным — поршневые, плунжерные, диафрагменные, шестеренчатые, шиберные. Особенности тех и других насосов обусловливают области их применения.
Насосы динамического действия применяют для перекачивания больших объемов чистых маловязких жидкостей: подъем жидкости из скважины, перекачивание ее по трубопроводам и т. д.
§ 2. ^ ПРИНЦИП РАБОТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ
В поршневом насосе, перекачивающем жидкость, происходит поочередное заполнение жидкостью рабочих камер и ее вытеснение в результате соответственно увеличения или уменьшения их объема.
Поршневые насосы состоят из механической и гидравлической частей.
Гидравлическая часть служит для преобразования механической энергии поршня или плунжера в механическую энергию жидкости. Механическая часть предназначена для преобразования движения входного звена привода в возвратно-поступательное движение поршня или плунжера.
Простейший поршневой насос (рис. 1.1, а) состоит из цилиндра 4, поршня 5, соединенного при помощи штока 6 с приводной частью насоса 7, всасывающего 2 и нагнетательного 1 клапанов, размещенных в клапанной коробке 3.
Пространство, ограниченное поршнем, стенками цилиндра и клапанной коробкой, называется рабочей камерой насоса. Объем рабочей камеры обусловлен положением поршня: минимальный соответствует левому предельному положению поршня и называется объемом мертвого пространства, максимальный — предельному правому положению поршня. Разница между максимальным объемом и объемом мертвого пространства называется полезным объемом рабочей камеры.
При движении поршня вправо (ход всасывания) объем рабочей камеры увеличивается, а давление в ней уменьшается. Перекачиваемая жидкость под действием атмосферного давления открывает всасывающий клапан и заполняет рабочую камеру. В это время нагнетательный клапан закрыт. Таким образом, при ходе всасывания рабочая камера связана с всасывающим патрубком и изолирована от нагнетательного патрубка.
При обратном ходе поршня в рабочей камере создается давление, превышающее давление в нагнетательном патрубке, нагнетательный клапан открывается и жидкость, по объему соответствующая полезному объему рабочей камеры, вытесняется. Во время нагнетательного хода рабочая камера насоса
связана с нагнетательным патрубком (клапан ^ 1 открыт) и изолирована от всасывающего (клапан 2 закрыт).
В зависимости от условий работы, свойств перекачиваемой жидкости и назначения поршневые насосы отличаются устройством и конструкцией деталей.
В основу классификации поршневых насосов положены следующие признаки:
1. По способу приведения в действие:
а) приводные, в которых поршень приводится в движение шатунно-кривошипным механизмом от отдельно расположен ного двигателя, присоединенного к насосу при помощи той или иной передачи;
б) прямого действия, в которых возвратно-поступательное движение поршня насоса обеспечивается либо бескривошипной паровой машиной, либо от гидравлического (пневматического) цилиндра, представляющих вместе с насосом один агрегат;
2. По роду органа, вытесняющего жидкость:
а) поршневые (рис. Т.1, а, в, г], имеющие поршень в форме диска;
б) плунжерные (рис. 1.1, б], поршень которых выполнен в виде длинного цилиндра (плунжера);
в) диафрагменные (рис. 1.1, д, е, ж], в которых объем ра бочей камеры образован стенками клапанной коробки и пере мещающейся диафрагмой. В зависимости от конструкции диаф- рагьга может быть пассивной (рис. 1.1, д, е> или активной (рис. 1.1, ж).
3. По способу действия:
а) одинарного действия (рис. 1.1, а, б);
б) двойного действия (рис. 1.1, б);
в) дифференциальные (рис. 1.1, г).
4. По расположению цилиндра:
5. По числу цилиндров:
6. По роду перекачиваемой жидкости:
б) горячие (для перекачки горячих жидкостей);
в) буровые (для перекачки промывочных растворов при бу рении скважин и др.);
г) специальные (кислотные и др.).
7. По быстроходности рабочего органа:
а) тихоходные, с числом двойных ходов поршня (плунжера) в минуту 40—80;
б) средней быстроходности, с числом двойных ходив поршня (плунжера) в минуту 80—150;
в) быстроходные, с числом двойных ходов поршня (плун жера) в минуту 150—350.
Помимо этого насосы по подаче делятся на малые (диаметр поршня D 150 мм). По развиваемому давлению различают насосы малого, среднего и высокого давлений,
§ 3. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ
Одним из конструктивных вариантов насоса одинарного действия является плунжерный, или скальчатый, насос (рис. 1.1, б). При перемещении плунжера 8 в цилиндре 4 изменяется объем рабочей камеры, в результате чего происходит всасывание в рабочую камеру или вытеснение из нее жидкости через клапаны 2 и 1, как у насоса одинарного действия.
Насосы двойного действия (рис. 1.1, в) позволяют увеличить равномерность подачи без существенного усложнения конструкции. Насос имеет две рабочие камеры — слева и справа от поршня 5, две клапанные коробки -3, каждая из которых имеет всасывающие 1 и нагнетательные 2 клапаны. Всасывающий и напорный патрубки общие для двух камер.
При движении поршня влево жидкость из всасывающего патрубка поступает в правую полость, а жидкость, находящаяся в левой полости, вытекает в нагнетательный патрубок. При движении поршня вправо всасывание происходит в левой полости, а нагнетание — из правой, т. с. каждая камера работает как
насос простого действия.
Дифференциальный насос (рис. 1.1, г] имеет также две камеры. Левая камера имеет всасывающий 2 и нагнетательный I клапаны, правая вспомогательная камера клапанов не имеет. При движении поршня 5 вправо в левой камере происходит всасывание — жидкость через всасывающий клапан 2 поступает из всасывающего патрубка в левую рабочую камеру. Нагнетательный клапан 1 при этом закрыт, а жидкость, вытесняемая из правой вспомогательной рабочей камеры, поступает в нагнетательный патрубок. При ходе поршня влево жидкость вытесняется через нагнетательный клапан 1 во вспомогательную камеру 9, объем которой увеличивается, а оставшаяся часть жидкости идет в нагнетательный патрубок. Таким образом, независимо от направления движения поршня происходит подача жидкости.
Диафрагменные насосы (рис. 1.1, д, е, ж) отличаются от рассматриваемых конструкций наличием диафрагмы ^ 10, образующей вместе с корпусом и клапанами рабочую камеру насоса.
Работа диафрагменного насоса (рис. 1.1, д, е) аналогична работе насоса одинарного действия: при движении плунжера 8 вправо происходит изменение объема рабочей камеры, диафрагма прогибается, перекачиваемая жидкость поступает через всасывающий клапан в рабочую камеру. При движении плунжера влево объем рабочей камеры уменьшается и перекачиваемая жидкость через напорный клапан вытесняется в нагнетательный патрубок.
В зависимости от конструкции насоса различаются «пассивные» и «активные» диафрагмы. В первом случае (рис. 1.1,д, е) диафрагма предназначена только для разделения перекачиваемой жидкости и жидкости, передающей энергию от плунжера. При этом перепад давлений на диафрагме минимальный и обусловлен потерями энергии на ее деформацию. Во втором случае (рис. 1.1, ж) диафрагма передает усилие от штока 6 на жидкость и находится под давлением, развиваемым насосом.
Малая прочность диафрагм и их низкая усталостная прочность обусловливают применение «пассивных» диафрагм.в насосах, работающих при высоких давлениях и малом числе качаний, и «активных» диафрагм в насосах, обеспечивающих низкие давления при большом числе качаний (топливные системы ДВС).
§ 4. ЗАКОН ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЯ НАСОСА
Закон движения поршня насоса обусловлен кинематикой кривошипно-шатунного механизма (рис. 1.2, а).
Вал кривошипа приводится во вращение двигателем с постоянной угловой скоростью со. При повороте кривошипа на угол а поршень переместится от крайнего левого положения В’ на величину
Из прямоугольных треугольников ВАС и САО следует, что
ВС = ВA cos Р; СО = ОA cos a, откуда
Из треугольника ВАО по теореме синусов следует
г sin се = / sin р\ откуда
При движении поршня (рис. 1.2, б) от левого крайнего положения В’ скорость его увеличивается и достигает максимума при вертикальном положении кривошипа (угол а = л/2). При дальнейшем перемещении поршня к правому крайнему положению скорость его убывает и равна нулю при а = я. При повороте кривошипа на угол п описанный процесс возрастания и убывания скорости по абсолютной величине повторяется, но направление скорости при этом противоположное.
Закон изменения ускорения (рис. 1.2, в) поршня характеризуется косинусоидальной зависимостью, т. е. максимальное ускорение соответствует углу поворота кривошипа а = 0, при увеличении а оно убывает и в момент достижения поршнем максимальной скорости становится равным нулю. При дальнейшем повороте кривошипа скорость движения поршня уменьшается, ускорение становится отрицательным и достигает своего минимального значения при остановке поршня в крайнем правом положении, после чего поршень начинает разгоняться и весь процесс повторяется.
§ 5. ГРАФИКИ ПОДАЧИ ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ
Насос одинарного действия. Изменение подачи насоса обусловлено неравномерностью движения поршня (см. § 4). В нормально работающем насосе жидкость безотрывно следует за поршнем. При прохождении поршнем пути dx объем перемещенной жидкости будет равен dQ = Fdx (здесь F — площадь поршня), так как
График работы насоса будет представлять синусоиду (рис. 1.3, а).
Насос двойного действия. За один оборот кривошипа насоса жидкость вытесняется в напорный трубопровод дважды. Если не учитывать объема штока в одной из полостей насоса, то график подачи жидкости будет образован двумя положительными частями двух синусоид (рис. 1.3, б).
Двухцилиндровый насос двойного действия. Кривошипы двухцилиндровых насосов двойного действия смещены на 90° по отношению друг к другу. График подачи насосом жидкости будет образован четырьмя синусоидами (рис. 1.3, в). Харак- терно что пулевых значений подачи насоса за полный оборот вала насоса при этом нет, т. е. жидкость поступает в нагнетательный трубопровод непрерывно.
Трехцилиндровый насос одинарного действия. Кривошипы насоса расположены под углом 120° один по отношению к другому поэтому суммарная подача всех трех цилиндров будет характеризоваться графиком, полученным в результате сложения трех синусоид, сдвинутых па 120° по отношению друг
Важнейший показатель, характеризующий насос объемног действия,— степень неравномерности его подачи, отражающая отношение максимальной подачи к средней за один оборот кри-
Рис. 1.3. Подача жидкости поршневыми насосами
вошипа. Степень неравномерности К может быть определена как отношение максимальной ординаты графика Qmas к высоте прямоугольника, равновеликого по площади к этим графикам QCp (см. рис. 1.3, а),
Неравномерность подачи насосов двойного действия с большим числом цилиндров определяется аналогичным образом. Коэффициент неравномерности подачи жидкости для некоторых насосов имеет следующие значения:
Одноцилиндровый насос одинарного действия 3,14
То же, двойного действия 1,57
Двухцилиндровый насос двойного действия 1,1
Трехцилиндровый насос одинарного действия 1,047
Пятицилиндровый насос одинарного действия 1,021
Поршневые насосы с нечетным числом цилиндров более совершенны, так как обеспечивают более равномерную подачу жидкости. Увеличение числа цилиндров больше трех нерационально, поскольку достигаемый эффект незначителен, а конструкция насоса резко усложняется.
