Методические указания для студентовзаочников составлены согласно программе дисциплины "Гидромашины и компрессоры" для высших учебных заведений по специальности 17. 02. 00
 Скачать 406.74 Kb.
|
|
2.2. Поршневые компрессоры (ПК) Программа. Классификация. Типы ПК и характерные схемы. Рабочие органы кривошипного компрессора. Разновидности компрессоров, применяемых при бурении и освоении скважин. Установки свободно-поршневых дизель- компрессоров. Литература: [1, с.212-229], [2, с.204-206; 225-236], [6, с.19б-209]. Методические указания. В начале изучения данной темы необходимо прежде всего понять принцип действия поршневых компрессоров и лишь после этого переходить к их классификации по типам, схемам и другим конструктивным признакам. Далее надо выделить из всего разнообразия компрессоров конструкции, получившие наиболее широкое распространение при бурении нефтяных и газовых скважин на промыслах, и на их основе изучить особенности выполнения основных узлов и деталей. Контрольные вопросы. 1. В чем сходство и различие поршневого кривошипного насоса и поршневого компрессора? 2. Чем определяется тип компрессора? 3. Какие типы компрессоров находят применение при бурении скважин? 4. Какие схемы поршневых компрессоров наиболее распространены при бурении скважин? 5. В чем заключаются преимущества и недостатки СПДК? б. Что такое оппозитивный компрессор? 7. Перечислите разновидности клапанов поршневых компрессоров. 8. Из каких элементов состоят сальниковые уплотнения поршневых компрессоров? 2.3. Теория действия поршневых компрессоров Программа. Одноступенчатое сжатие. Рабочий процесс в цилиндре компрессора. Методы расчета объемного расхода на входе и производительности компрессора. Расчет мощности одноступенчатого компрессора. Ступенчатое сжатие в ПК. Назначение и схема ступенчатого сжатия. Номинальное распределение давлений по ступеням. Мощность компрессора при ступенчатом сжатии. Влияние изменения начального и конечного давления на работу компрессора. 21 Литература: [1, с. 229-250], [2, с. 207-225], [6, с. 178-196], [8, с. 10- -32]. Методические указания. Если чередование этапов рабочего процесса в поршневом компрессоре такое же, как и в поршневом насосе, то состояние сжимаемой поршнем среды в этих машинах различное. Газ при сжатии существенно меняет свой объем и температуру, поэтому на эти особенности следует за- острить внимание. Если подробно разобраться с теоретической (схематизированной) индикаторной диаграммой, а затем - с действительной, то все последующие вопросы, связанные с определением параметров, не будут представлять трудности. Особо следует обратить внимание на понятие "вредный объем", его существенное влияние на величину подачи компрессоров, использование газа "вредного объема" для регулирования подачи и для привода компрессоров со свободно плавающими поршнями (СПДК). Необходимость ступенчатого сжатия возникает сама собой, после полного представления о конечной допустимой температуре и ограничивающей величине "мертвого " (вредного) пространства на увеличение степени сжатия в одной ступени. При изучении этих вопросов нужно уметь доказать необходимость ступенчатого сжатия, его экономическую целесообразность, научиться определять распределение давлений по ступеням. Контрольные вопросы. 1. Что такое "мертвое" пространство, чем и как определятся его величина? 2. Что такое коэффициент объемного расхода газа на выходе? 3. Какие факторы влияют на изменение состояния газа на пути до входа в цилиндр компрессора? 4. Какие коэффициенты учитывают изменение состояния газа на пути входа в цилиндр? 5. Какой экономический эффект получается в многоступенчатом процессе сжатия при наличии промежуточных холодильников? 6. Как определяется конечная температура сжатия в одной ступени? 7. Как находится степень повышения давления в многоступенчатом компрессоре? 2.4. Роторные компрессоры Программа. Общие сведения. Устройство и принцип действия компрессоров основных типов. Особенности винтовых компрессоров сухого и мокрого сжатия. Характеристика винтового компрессора. 22 Винтовые насос-компрессоры, применяемые в буровых установках. Литература: [1, с. 250-256], [2, с. 266-274] Методические указания. При изучении роторных компрессоров следует обратить внимание на их достоинства и возможные области применения. Устройство и принцип действия этих компрессоров очень схожи с аналогичными типами насосов. Из всего разнообразия роторных компрессоров нужно выделить винтовые, получающие в последнее время широкое распространение, разобрать их подробно, согласно вопросам программы. Контрольные вопросы. 1. На какие группы подразделяются роторные компрессоры? 2. Чем конструктивно отличается пластинчатый компрессор от пластинчатого насоса? 3. Каковы достоинства жидкостно-кольцевого компрессора? 4. Для каких целей устанавливается зазор между роторами в коловратных комп- рессорах? 5. Как осуществляется синхронизация вращения роторов в коловратных компрессорах? 6. В чем конструктивное отличие винтовых компрессоров от винтовых насосов? 7. Чем отличаются винтовые компрессоры сухого сжатия от компрессоров мокрого сжатия? 8. Как определяется рабочий объем винтового компрессора? 2.5. Применение компрессоров Программа. Функции и область применения компрессоров различных типов. Выбор компрессора с учетом технологических, экономических и экологических требований. Методы регулирования компрессоров. Основные сведения об эксплуатации. Меры по охране труда и окружающей среды. Литература: [1, с. 266-286], [2, с. 236-242: 252-259], [6, с. 218-224]. Методические указания. Данная тема является завершающей в изучении раздела "Компрессоры" и опирается в своем раскрытии на знания вышеизложенной тематики. Необходимо разобрать те процессы промышленности, где используются компрессорные машины, выделив из них производственные процессы, связанные с бурением нефтяных и газовых скважин. 23 При изучении этой темы надо обратить внимание на методику выбора компрессора для конкретных условий, методы регулирования компрессоров и правила их эксплуатации. Важно ознакомиться с основами автоматизации компрессорных машин. Контрольные вопросы. 1. Какие исходные данные служат для выбора компрессора? 2. По сумме каких видов затрат средств производится сравнительная оценка при выборе компрессора? 3. Какие существуют методы регулирования компрессоров? 4. Какой из методов регулирования поршневых компрессоров наиболее распространен? 5. Как регулируются роторные компрессоры? 6. Какие работы необходимо провести перед пуском поршневого компрессора? 7. Как производить загрузку многоступенчатого центробежного компрессора? 8. Каковы тенденции и перспективы развития компрессоров при бурении скважины? При эксплуатации нефтегазовых месторождений? При сборе и подготовке газа? 3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ Контрольная работа № 1 Задание 1. Центробежный насос, характеристика которого дана в табл. 3.1.1 откачивает воду из артезианской скважины в резервуар, в котором поддерживается постоянный уровень Н (рис.3.1,а). Длины трубопроводов: всасывающего – l 1 , нагнетательного – l 2 ; диаметры соответственно – d 1 и d 2 При работе с постоянным числом оборотов n определить: 1. Глубину h , на которой установится уровень воды в скважине, если ее дебит составляет Q ? 2. Наименьшее число оборотов насоса, которое обеспечит от- сутствие переполнения скважины при заданном дебите. При расчетах принять коэффициенты гидравлического трения и суммарные коэффициенты местных сопротивлений для всасывающего и нагнетательного трубопроводов равными соответственно: λ 1 = 0,02 и λ 2 = 0,025; ∑ξ 1 = 4 и ∑ξ 2 = 6. Данные для решения задачи выбрать па таблице 3.1.2. 24 Таблица 3.1.1. Q, л/с 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Н, м 22 20,5 20,6 20,2 21,5 20 18 15 11 Таблица 3.1.2. Вариант Н, м Q, л/с l 1, м l 2, м d 1, мм d 2 ,мм n,об/мин 0 12 6 10 10 75 50 1450 1 10 8 8 12 100 75 1450 2 8 10 6 16 100 75 950 3 16 4 10 12 75 50 950 4 14 6 8 14 75 50 750 5 12 8 6 20 100 75 750 6 10 14 8 18 150 100 1950 7 8 12 10 16 150 100 2950 8 6 10 12 14 100 75 1450 9 12 8 20 10 100 75 750 L 2 ,d 2 L 1 ,d 1 Н L,d h 300 Рис. 3.1. а б 320 25 Задание2. Центробежная установка (рис.3.1, б ), состоящая из двух одинаковых насосов, характеристика каждого из которых дана в табл.3.2.1. забирая воду из водоема с относительной отметкой уровня +300 м питает резервуар с отметкой +320 м. Длина напорного трубопровода l , а его диа- метр d. В случае переполнения резервуара установка работает на аварийный водопровод (автоматически закрывается задвижка 1 и открывается задвижка 2) и должна обеспечить расход Q А при напоре на станции Н А При расчетах принять коэффициент гидравлического трения λ = 0,02, а местные потери и общие потери во всасывающих и соединительных трубах принять равным 10% от потерь по длине в нагнетательном трубопроводе. Частота вращения вала насоса n, об/мин. Требуется: 1. Сделать трубопроводную обвязку насосной станции на случай последовательной работы насосов и каждого из них самостоятельно на напорный трубопровод. 2. Построить характеристику мощности насоса 3. Определить подачу насосной станции при параллельной и последовательной совместной работа насосов на резервуар при заданной частоте вращения вала. 4.Сравнить какое соединение насосов - параллельное или пос- ледовательное - выгоднее при работе с заданным числом оборотов на резервуар? 5. Выяснить, сможет ли один насос при заданном числе оборотов вала удовлетворить требованиям работы на аварийный водопровод и если нет, то как должны работать насосы в этом случае - параллельно или последовательно? 6. Какое должно быть число оборотов вала насоса, чтобы он один удовлетворил требованиям работы на аварийный трубопровод? Данные для решения задачи выбрать по табл. 3.2.2. Таблица 3.2.1 Характеристика насоса Q, л/с 0 2 4 6 8 10 Н, м 37,5 39 36 29 30 10 η, % 0 55 63 68 64 49 N, кВт 26 Таблица 3.2.2. Вариант l, м d, мм Q А , л/с Н А , м n , об/мин 0 2200 150 8 35 1600 1 2000 150 7 40 1600 2 1500 100 6 50 1450 3 1200 130 10 30 750 4 1000 50 16 10 2950 5 1200 50 14 20 2950 6 1500 75 12 30 750 7 1800 75 10 20 950 8 1600 100 8 40 1450 9 1000 50 8 36 2950 Задание 3 [9]. Объемный насос подает смазочное масло имеющее относительную плотность δ = 0,8 и кинематическую вязкость ν к подшипникам коленчатого вала по системе трубок, состоящей из пяти одинаковых участков, каждый из которых длиной l 1 = 0,5 м и диаметром d 1 . Магистральный маслопровод в системе трубок имеет длину 2 м и диаметр d (рис.3.2, а ) . Давление на выходе из трубок в подшипники считать одинаковыми и равными 0,1 МПа. Местными потерями и скоростными напорами пренебречь. Каждый из подшипников должен получать смазочного масла не менее Q n Определить: 1. Подачу объемного насоса. 2. Давление, развиваемое насосом, приняв его характеристику в координатах Q - Н Н вертикальной прямой. 3. Мощность на валу насоса, если его к.п.д. равен 0,8. Данные для решения задачи представлены в табл.3.3 Таблица 3.3. Вариант v , сСт d 1 , мм d , мм Q n , см 3 /с 0 6 4 4 8 1 8 4 6 10 2 10 6 6 16 3 12 6 8 20 4 14 8 10 22 5 16 8 10 24 6 18 10 12 30 7 20 10 12 32 8 22 10 12 36 9 8 4 6 12 27 Задание 4 [9]. Для подъема груза массой G со скоростью V используются два одинаковых параллельно работающих силовых гидроцилиндра диаметром D (рис.3.2, б). Расстояние между осями гидроцилиндров l. При укладке груза его центр тяжести может смещаться от среднего положения на а = 0,25 м. Для предотвращения перекашивания груза используют регулируемые дроссели, установленные к каждому из гидроцилиндров. Диаметр напорного трубопровода равен 12 мм, плотность рабочей жидкости ρ = 180 кг/м 3 Пренебрегая потерями напора по длине трубопровода, трением и утечками в гидроцилиндрах, определить: 1. Каким должен быть коэффициент сопротивлений одного из дросселей, чтобы груз поднимался без перекашивания?Считать при этом, что второй дроссель открыт полностью и его коэффициент сопротивления равен нулю. 2. Подачу и давление, развиваемые при этом. Данные для задачи представлены в таблице 3.4. Таблица 3.4. Вариант G , кг. V , м/с D, мм l , м 0 10000 0,1 80 4 1 12000 0,08 100 5 2 16000 0,06 120 4 3 18000 0,04 120 5 4 20000 0,04 140 4 5 10000 0,15 100 8 6 12000 0,14 90 7 7 14000 0,12 80 6 8 16000 0,1 100 5 9 8000 0,2 100 8 l 1 , d 1 l 1 , d 1 l 1 , d 1 l G Рис. 3.2. а б 28 Контрольная работа № 2. Задание 1. При расходе воды Q на тормозном режиме турбина имеет вращающий момент М 0 и перепад давления Δp 0 , а на холостом – частоту вращения вала n х и перепад давления Δp х Числовые значения к заданию представлены в таблице 3.5. Требуется: 1. Построить характеристику турбины для заданного расхода (считать линии давления и вращающего момента - прямые). 2. По нескольким точкам, представляющим режим турбины, пост- роить характеристику турбины, снабженную перепускным клапаном ограничивающим период давления в турбине Δp кл , исходя из условия, что любой режим турбины характеризуется определенными значениями безразмерных комплексов n / м , n а, n / n [1, стр.73-71; 84-85). Комплексная характеристика турбины должна включать кривые изменения М, Δp , N, Q, η в зависимости от частоты вращения вала n. 3. Свести в таблицу показатели экстремального режима для двух рассмотренных случаев. Таблица 3.5. Варианты Показатели 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q , л/с 20 25 30 32 34 37 28 26 24 22 М 0 , кНм 2,65 2,95 3,04 3,1 3,15 3,17 3 2,9 2,8 2,7 Δp , МПа 2 3 3,6 3,5 3,4 3,2 3 2,8 2,6 2,6 n x , об/мин 950 980 1030 1060 1100 1180 990 980 970 960 Δp х , МПа 8 9 10 10 9 8,5 9 9,5 10 9,5 Δp кл , МПа 4 4,4 4,8 4,3 4,5 4,3 4,2 4,1 4 4 Задание 2.По исходным данным (табл.3.6) для турбины турбобура: расход жидкости G, плотность жидкости р, диаметр турбины D, относительная длина лопастей l/D, частота вращения при безударном режиме n б , коэффициент активности m а , выходной угол α 1л = 30°, вращающий момент турбины М к Необходимо: 1. Построить полигон скоростей для безударного режима; 2. Сделать эскиз турбинной решетки, принимая направление средневекторной скорости по хорде профиля лопасти; 29 3. Определить коэффициент циркуляции; 4. Вычислить вращающий момент в ступени и необходимое число ступеней. Таблица 3.6. Варианты Данные 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q , л/с 20 24 28 32 36 40 44 48 50 22 p ,кг/м 3 1200 1200 1200 1200 1200 1000 1000 1000 1000 1000 D , мм 117 117 140 140 180 250 180 200 200 117 l/D 0,12 0,14 0,14 0,12 0,12 0,13 0,13 0,14 0,14 0,12 n σ об/мин 500 540 600 640 700 700 660 640 700 520 m a 0,7 0,6 0,55 0,52 0,54 0,56 0,58 0,6 0,55 0,7 М к кНм 0,6 1 1,4 3 3,4 4 3,4 3,6 3,8 0,6 Задание 3. Одноступенчатый поршневой компрессор всасывает в единицу времени V воздуха при температуре t, °С и при давлении 0,1 МПа. Определить: 1. Предельное значение давления, до которого можно сжимать воздух, если относительная величина вредного объема компрессора равна a; 2. Температуру воздуха в конце политропного сжатия при пре- дельных значениях давления. 3. Теоретическую мощность привода для изотермического, ади- абатного и политропного сжатия с показателем политропы n при предельном конечном давлении. Данные к задаче представлены в таблице 3.7. Таблица 3.7. Варианты Показатели 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V , м 3 /ч 420 360 320 240 180 420 480 540 460 360 t , С 0 0 13 17 23 30 33 37 43 47 27 a , % 3 6 9 10 8 12 14 15 5 8 n 1,2 1,3 1,1 1,4 1,2 1,3 1,2 1,3 1,4 1,3 30 Задание 4. Поршневой компрессор производительностью Q сжимает воздух от давления 0,1 МПа до давления Р. Сжатие воздуха, начальная температура которого равна t, происходит по политропе с показателем 1,3. Средние потери давления между ступенями принять равными 5 %. Механический к.п.д. компрессора - 0,8. Требуется: 1. Обосновать число ступеней компрессора, определить температуру воздуха в конце сжатия при наличии промежуточных холодильников с полным отводом образовавшегося при сжатии тепла и без охлаждения. 2. Рассчитать мощность на валу компрессора при наличии промежуточных холодильников. 3. Нарисовать возможные схемы данного компрессора. Данные для решения задачи взять из табл.3.8. Таблица 3.8. Варианты Показатели 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q , м 3 /ч 600 420 360 300 240 180 240 300 420 540 P, МПА 0,6 1,2 1,8 3,6 6 15 8 10 12 16 t , С 0 10 20 30 40 30 20 10 50 40 30 31 ЛИТЕРАТУРА Основная: I. Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры. М,, Недра, 1982 Дополнительная: 2. Абдурашитов С.А., Тупиченков А.А., Вершинин И.М., Тененгольц С.М. Насосы и компрессоры. М.: Недра, 1974. 3. Башта Т.Н., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы. М.: Недра, 1982 4. Бадеке К., Градевальд А., Хандт X. и др. Насосы. Справочное пособие. Перевод с немецкого В.В.Малюшенко, М.К. Бобка М.: Машиностроение, 1979. 5. Ибатулов К.А. Гидравлические машины и механизмы в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1972. 6. Молчанов А.Г., Чичеров В.Л. Нефтепромысловые машины и механизмы. М.: Недра, 1983. 7. Муравьев В.М. Спутник нефтяника. М.: Недра, 1977. 8. Храпач Г.К. Эксплуатация компрессорных установок. М.: Недра, 1973. 9. Сборник задач по машиностроительной гидравлике. Под ред. И.И.Куколевского и Л.Г.Подвидза. М.: Машиностроение, 1974 10.Черкасский В.В. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.:Энергия, 1977. 32 ГИДРОМАШИНЫ И КОМПРЕССОРЫ Программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Гидромашины и компрессоры» для студентов очной и заочной форм обучения специальности 17.02.00 (МОП) Составители: доцент, к.т.н. Двинин А.А. доцент, к.т.н. Безус А.А. Подписано к печати Бум.писч. №1 Заказ № Уч. - изд. л. Формат 60х84/ 16 Усл. печ. л. Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж экз. Издательство “Нефтегазовый университет” Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Тюменский государственный университет” 625000, г.Тюмень, ул.Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства “Нефтегазовый университет”, 625000, Тюмень, ул.Володарского, 38 |