Методические указания для студентовзаочников составлены согласно программе дисциплины "Гидромашины и компрессоры" для высших учебных заведений по специальности 17. 02. 00
 Скачать 406.74 Kb.
|
|
1.7. Применение насосов Программа. Области применения различных насосов. Работа насоса в гидравлической системе. Определение давления насоса по условиям перекачивания жидкости. Выбор типа, марки насосов по подаче и давлению. Совместная работа насосов. Основные правила эксплуатации насосов. Меры по охране труда и внешней среды. Литература:[1, с. 133-160], [2, с. 56-62; 71-94; 144-165], [3, с. 175- 204], [4, с. 95-133], [5, с. 5-6; 49-50; 77-89; 164-170; 194-198; 211-213]. Методические указания. Результатом изучения данной темы должна являться полная готовность студента к выбору насоса и правильной его эксплуатации, приспособленияк меняющимся условиям перекачивания жидкости. Для определения режимов работы насоса нужно вспомнить из курса 12 гидравлики вопросы расчета простых и сложных трубопроводов, уметь строить характеристики потребного напора в трубопроводе в зависимости от расхода жидкости. Разбирая правила эксплуатации насосов, надо опираться на полученные теоретические знания, ибо в них можно найти ответ на большинство практических вопросов. Обратить внимание на порядок пуска и остановки насосов, объяснить разные требования, предъявляемые при этом к насосам лопастным и объемным. Контрольные вопросы. 1. Какие насосы применяют для добычи нефти и бурения скважин, перекачивания нефти по трубопроводам, закачки воды в пласты? 2.Где применяются роторные насосы? 3. Чем определяется режим работы насоса в гидравлической системе? 4. Какой режим работы насоса называется оптимальным? 5. Из каких составляющих суммируется потребный напор в гидросистеме? 6. В каких случаях применяют параллельное И последовательное соединение нескольких насосов при работе на гидросистему? 7. Какой из методов регулирования подачи центробежного насоса является самым экономичным? 8. В чем заключается дроссельное регулирование насоса и какие его недостатки? 9. Назовите особенности запуска центробежного и объемного насосов? 10. В чем заключаются особенности остановки центробежного насоса? 11. Что может случиться при внезапной остановке центробежного насоса? 12. Каковы отличительные особенности эксплуатации динамических и объемных насосов? 13. Назовите мероприятия по предотвращению загрязнения окружающей среды от утечек при перекачке насосом нефти и нефтепродуктов? 1 .8. Гидродвигатели. Программа. Основные технические показатели гидродвигателей: полезная мощность на валу или на штоке, потребляемая (гидравлическая) мощность и к.п.д. гидродвигателя. Виды гидродвигателей. Турбобуры. Устройство и принцип действия. Элементы устройства. Виды турбобуров. Литература: [1, с. 3-4; 9-10; 52-57], [5, с. 225-227;246-249], [7, с. 62- 68] Методические указания. При изучении данной темы необходимо понять принцип действия всех видов гидродвигателей, выделить из них те, которые применяются 13 или могут быть использованы в технологических процессах бурения нефтяных и газовых скважин. Особое внимание следует уделить устройству турбобуров, их отличительным особенностям в зависимости от назначения. Нужно научиться различать турбобуры по типу турбин, конструкции опор, диаметру корпуса и числу секции. В устройстве турбобура нет лишних деталей, поэтому ничто не должно быть оставлено без внимания. Контрольные вопросы. 1. Что такое гидравлический двигатель? 2. От каких параметров текучей среды зависят основные показатели гидродвигателей: крутящий момент, мощность на валу, мощность на выходном штоке силового гидроцилиндра, частота вращения вала. 3. Что называется турбобуром? 4. Почему турбобур выполняется многоступенчатым? 5. Что такое ступень и секция турбобура? 6. Что входит в ротор и статор турбобура? 7. Чем воспринимается крутящий момент в статоре турбобура? 8. Как крепятся детали на валу и в статоре турбобура? 9. Чем фиксируется ротор относительно статора? 10. Как регулируется взаимное положение лопастных систем ротора и статора? 11. Что используется в качестве опор вала турбобура? 12. Какие устройства применяются для уплотнения выхода вала из корпуса турбобура и для защиты опор качения от по- падания абразива? 13. Для чего служит шпиндель турбобура? 14. Перечислите виды турбобуров. 1.9. Гидромеханика турбин турбобуров. Программа. Геометрические элементы осевой решетки лопастей. Движение жидкости в турбине. Планы скоростей и их изменение с частотой вращения вала. Режимы работы обтекания лопастей турбины. Безударный режим. Кинематические коэффициенты турбин и их связь с формой лопастных решеток. Классификация лопастных решеток прямоточных турбин. Литература: [1, с. 57-69], [5, с. 227-238] Методические указания. Знакомство с данной темой следует начать с изучения терминов, встречающихся при характеристике решеток лопастей статора и ротора. Знание терминов и их условных обозначений в дальнейшем значительно облегчит рассмотрение вопросов гидромеханики турбин. При изучении действия потока на турбину нужно внимательно проследить за изменением 14 скорости жидкости в лопастной системе, помня при этом, что в прямоточной турбине жидкость движется вдоль оси и вокруг нее. Очень внимательно следует разобраться, на одном примере, с планом скоростей в турбине и с условиями обтекания лопастей статора и ротора жидкостью, после чего попробовать построить и проанализировать полигоны скоростей для разных режимов, а в дальнейшем и для разных типов турбинных решеток. Контрольные вопросы. 1. Перечислите геометрические элементы решетки лопастей? 2. Что такое угол входа и угол выхода потока в решетке статора и ротора? 3. Что называется углом атаки потока? 4. Какой режим обтекания лопастей ротора и статора называется безударным? 5. По какому уравнению оп- ределяется момент действия потока на все поверхности ступени ротора? 6. Что называется коэффициентом осевой скорости, коэффициентом активности и коэффициентом циркуляции? 7. Как можно классифицировать лопастные решетки прямоточных турбин? 1.10. Характеристики турбин и турбобуров Программа. Характеристика турбины при постоянном расходе жидкости. Теоретический анализ характеристики. Связь коэффициента циркуляции с формой кривых перепада давления и к.п.д. Подобие в гидравлических турбинах. Критерии гидродинамического подобия в турбинах. Формулы подобия, их применение для перестроения характеристик при изменении расхода жидкости. Параметры характеристик турбин турбобуров. Влияние вязко-пластичных свойств промывочной жидкости на характеристику турбины. Характеристика турбобура. Отличие характеристик турбобура и турбины. Влияние трения в опорах турбобура. Средства изменения нагрузочной характеристики турбобура. Литература: [1, с.69-85], [5, с.236-246] . Методические указания. Характеристики турбин турбобуров отображают взаимосвязи между основными техническими показателями. Установить эти взаимосвязи можно двумя путями: по результатам испытаний и приближенно - расчетным путем, используя ранее полученные знания законов гидромеханики турбин. При проработке данной темы, прежде всего, необходимо изучить методику построения комплексных характеристик, а 15 также научиться анализировать полученные зависимости для различных условий, обращая особое внимание на режимы подобных турбин. Рассматривая подобие в гидравлических турбинах, важно понять, что в иных условиях использовать характеристики можно только для турбин одной и той же серии. Каждая турбина характеризуется лишь одним размером, например, средним диаметром. Любой размер рабочей полости и ее конструктивных элементов пропорционален этому характерному размеру, причем коэффициент пропорциональности одинаков для всей серии турбин. Очень удобными для практического пользования являются безразмерные характеристики, при построении которых служат координаты, соответствующие различным безразмерным комплексам физических величин, поэтому необходимо ясно представлять назначение, физический смысл и возможности применения этих комплексов. Основные из множества критериев, величина которых соответствует наиболее эффективному использованию турбобура, представляют его определяющие параметры. Получив четкое представление о характеристиках турбин в различных их выражениях, можно переходить к изучению характеристик турбобура. При этом нужно помнить, что характеристика турбобура отличается от характеристики его турбины вследствие механических потерь на трение. Особенно это различие ощутимо в турбобурах с резинометаллическими подшипниками, на что следует обратить особое внимание. Рассматривая средства изменения нагрузочной характеристики турбобура, нужно проанализировать режимы работы системы турбобур- долото на устойчивость, рассмотрев при этом малые отклонения параметров режима. Контрольные вопросы. 1. Как строятся кривые зависимости момента, перепада давления, а также мощности и к.п.д. от частоты вращения вала? 2. Как теоретическим путем можно построить линии момента, давления и к.п.д. турбины? 3. Ка- ково влияние вязко-пластичных свойств жидкости на характеристику турбины? 4. Для чего нужны безразмерные характеристики серии турбин? Как они строятся? 5. Каким путем делается переход от естественных координат к безразмерным и обратно? 6. Какие параметры характеризуют турбины турбобуров? 7. Из каких сил суммируются нагрузки на пяту турбобура? 8. Как определяется гидравлическая осевая сила от перепада давления жидкости? 9. Какие факторы определяют характеристику системы турбобур-долото-забой? 10. При каком условии можно считать, что пята полностью разгружена? 11. Что называется механической 16 характеристикой долота? 12. Что характеризует устойчивый режим работы турбобура? 13. Какие способы существуют для изменения нагрузочной характеристики турбобура? 1.11. Объемные гидродвигатели. Программа. Виды и принцип действия гидроцилиндров, поворотных гидродвигателей, гидромоторов. Устройство одновинтового забойного гидромотора, геометрия рабочих органов и кинематика. Характеристика гидромотора при постоянном расходе жидкости. Технические показатели существующих забойных гидромоторов. Литература: [1, с. 160-169], [3, с. 307-356] Методические указания. В объемных гидродвигателях движущей силой выходного звена является сила гидростатического давления рабочей жидкости, поэтому разобравшись в устройстве того или иного гидравлического двигателя нужно правильно определиться с суммарными площадями поверхностей исполнительного звена, на которые давит жидкость, а так же - с рабочими объемами гидродвигателей. Первые влияют на величину усилия выходного звена при одном и том же перепаде давления, а вторые - на угловую скорость при одинаковой подаче жидкости. Определенную трудность представляет изучение сложного механизма винтового двигателя, по своему устройству, в какой-то мере, напоминающего одновинтовой насос типа Муано. Данному вопросу нужно уделить максимум внимания, попытаться сделать сравнительную оценку с турбиной турбобура, в частности, по характеристикам обоих двигателей. Контрольные вопросы. 1. Назовите объемные гидродвигатели, применяющиеся при бурении скважин. 2. Чем определяется скорость движения штока силового гидроцилиндра? 3. Как определить необходимое давление рабочей жидкости В гидроцилиндре по заданной нагрузке выходного звена (штока, плунжера)? 4. Как рассчитать угловую скорость вала моментного гидроцилиндра и гидромотора. 5. Можно ли роторный гидромотор использовать в качестве насоса? 6. Как определить вращающий момент на валу гидромотора? 7. Как можно определить рабочий объем у винтового забойного двигателя. 8. От чего зависит перепад давления в винтовом забойном двигателе. 9. По каким уравнениям строятся теоретические характеристики забойных двигателей при постоянном расходе жидкости? 17 10. В чем сходство и разница характеристик винтового двигателя и турбины турбобура? 1.12. Гидродинамические передачи Программа. Назначение, главные свойства и схема устройства гидродинамического трансформатора (ГДТ). Характеристика ГДТ размерная и безразмерная. Схема устройства и характеристика гидродинамической муфты. Устройство и характеристика ГДТ. Построение совместной характеристики двигателя с ГДТ. Литература: [I, с.85-95], [3. с. 240-262 ], [5, с. 249-253]. Методические указания. Так как гидродинамические передачи представляют собой комбинацию двух гидродинамических машин - лопастного насоса и турбины, объединенных в круге циркуляции жидкости, то их изучение значительно упрощается, если имеется полная ясность по ранее проработанным темам 1.1.- 1.3 и 1.8 - 1.10 данной программы дисциплины. Контрольные вопросы. 1. Какие трансмиссии применяются для приспособления двигателя к изменяющимся условиям нагрузки исполнительных механизмов и машин? 2. Что отличает гидродинамические передачи от известных трансмиссий? 3. Как определяется к.п.д. любой трансмиссии? 4. Что такое коэффициент трансформации крутящего момента? 5. Какие свойства присущи гидродинамическим передачам? 6. Что такое гидравлическая муфта и гидротрансформатор, в чем их конструктивная разница? 7. Какое назначение реактора в гидротрансформаторе? 8. Что такое разрезной реактор, его назначение и в каких гидродинамических передачах он применяется? 9. Что называется тяговым режимом противовращения и стоповым моментом работы гидропередачи? 10. Какие характеристики гидротрансформатора называются прозрачными и непрозрачными? 11. Как получают безразмерную характеристику гидропередачи и каково её назначение? 12. В какой последовательности строится характеристика агрегата двигатель-гидротрансформатор? 1.13. Объемный гидропривод. Программа. Назначение объемного гидропривода, его составные части. 18 Принципиальные схемы гидропривода с замкнутой и разомкнутой циркуляцией, с дроссельным и объемным регулированием. Гидроаппараты объемного гидропривода. Применение объемного гидропривода в буровом оборудовании. Литература: [1, с. 169-180], [3, с. 358-400]. Методические указания. Гидроприводом называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством гидравлической энергии, т.е. энергии капельной жидкости. Гидропривод бывает магистральный, аккумуляторный и насосный. В буровом и нефтепромысловом оборудовании, в основном, применяется последний, поэтому на него и следует сосредоточить внимание. Так как источником подачи рабочей жидкости в этом приводе является насос, а исполнительным двигателем служит гидроцилиндр или гидромотор, то всестороннее знание их безусловно необходимо. Кроме этого, знакомясь с гидроприводами, нужно изучить так же гидроаппараты, гидропреобразователи, кондиционеры рабочей жидкости и гидроемкости, которые являются составными частями гидропередачи в целом. После знакомства с устройством перечисленного оборудования следует выучить их условные обозначения на гидросхемах, а затем приступить к разбору типовых схем, обращая внимание на те, которые находят или могли бы найти применение в буровом оборудовании. Контрольные вопросы. 1. Что входит в состав насосного объемного гидропривода? 2. В чем заключаются преимущества гидравлического привода в сравнении с иными известными приводами? 3. Каковы недостатки гидропривода? 4. Какое назначение гидравлических направляющих распределителей? 5. Чем определяется линейность и позиционность распределителей. 6. Какие виды управления применяются в распределителях? 7. Каково назначение предохранительного, обратного, переливного, редукционного клапанов? 8. Для чего служат делители и сумматоры потока? 9. Что такое гидравлический дроссель и для чего он применяется? 10. Для чего служит гидравлический замок? 11. Где по схеме и в каких случаях лучше устанавливать фильтры механической очистки жидкости? 12. В каких случаях применяется замкнутая и разомкнутая системы циркуляции жидкости? 13. В чем заключается сущность дроссельного и объемного регулирования гидропривода? 14. Где в буровом и нефтегазопромысловом оборудовании применяется и может быть применен гидропривод? 19 2. КОМПРЕССОРЫ 2.1. Основные технические показатели и виды компрессоров Программа. Объемный и массовый расход газа (воздуха). Производительность компрессоров. Расчетные выражения удельной работы, полезной мощности и внутреннего к.п.д. компрессора в различных термодинамических процессах сжатия газа. Мощность компрессора. Виды компрессоров. Литература: [1, с. 181-186], [2, с. 183-185], [6, с. 175-178] Методические указания. Изучая эту тему, все время необходимо помнить, что компрессорные машины перекачивают газ, который при сжатии существенно уменьшается в объеме и может изменять свою массу. Рассматривать показатели компрессорных машин можно по аналогии с техническими показателями насосов, но лишь с разницей, что работа изменения давления определяется не по разности конечного и начального давления, а интегралом. При этом следует выявить всю сложность процесса сжатия, заключающуюся в наличии теплообмена газа с окружающими поверхностями и изменчивости состояния газа в различных частях потока. Процесс сжатия газа в действительности можно несколько схематизировать, принять его происходящим: по политропе, адиабате, изотерме. Анализируя эти три процесса, нужно выявить наиболее экономичный процесс, к которому следует стремиться, и наиболее неэкономичный, которого необходимо избегать. Контрольные вопросы. 1. Чем отличается массовая подача компрессора от массового расхода газа (воздуха) на входе? 2. Что такое объемная (стандартная) подача сухого газа 3. Как математически описывается уравнение состояния идеального газа Клайперона? 4. Чем отличается адиабатический процесс сжатия от изотермического? 5. По какому процессу происходит сжатие в компрессоре при реальных условиях? 6. Какое различие между показателями: мощность компрессора и мощность на валу компрессора? |