Принцип действия поршневого насоса известен более двух тысяч лет

• Название: Принцип действия поршневого насоса известен более двух тысяч лет
• Дата: 11.10.2022
• Размер: 175 Kb.
• Имя файла: bibliofond.ru_887155.rtf
• Тип: Документы; #726787
• страница: 3 из 4

⁴÷0,99⁶ - к.п.д. ползуна и кривошипно-шатунного механизма;

η_5м = 0,99²÷0,99⁴ - к.п.д. уплотнения штока и поршня.

Подставляя принятые значения коэффициентов в формулу получаем значение величины механического к.п.д. насоса:

h_мн = 0,99·0,99²∙0,99²∙0,99⁵∙0,99² = 0,886

Коэффициент полезного действия трансмиссии равен

η_мт = 0,99³∙0,99²∙0,99⁶ = 0,895.

К.п.д. насосного агрегата составляет:
η_ма = η_мтη_мт = 0,895∙0,886 = 0,793.
Общий к.п.д. насосного агрегата равен:
η_на = η_оη_гη_м = 0,97∙0,98∙0,793 = 0,75
Мощность приводного двигателя насоса составляет:
N_д = N_нп/η_на = 510: 0,75 = 680 кВт.
.2 Расчет на прочность гидравлической части насоса
При расчете штока поршня влиянием сальника пренебрегаем и считаем, что оба его конца защемлены. Шток рассчитывается на сжатие-растяжение. При определении нагрузки в качестве расчетного выбирают наиболее ослабленное (в резьбовой части штока со стороны, противоположной поршню).

Напряжение сжатия:
s₁ = 1,3Р_сж / f_сж,
где 1,3 - коэффициент, учитывающий влияние предварительной затяжки гайки; Р_сж - усилие, действующее на поршень; f _сж - площадь ослабленного сечения.
Р_сж = р_max F,
где р_max = 10·10⁶ Па - максимальное давление.

F = π D²/4 - площадь поршня, м².

Диаметр поршня D = 0,2 м.

F = 3,14∙ 0,2²/4 = 0,0314 м², тогда получаем

Р_сж = 10∙10⁶∙0,0314 = 0,314∙10⁶ Н = 0,314 МН.

Внутренний диаметр резьбы штока М68х4 равен 63,1 мм.
F_сж = πd²/4 = 3,14∙0,063² / 4 = 3,14∙0,004 /4 = 0,314∙10^-2 м²
Получаем:

σ₁ = 1,3∙0,314/0,314∙10^-2 = 130 МПа.

Для стали 40Х после термообработки НВ 197…235 σ_т = 650 МПа.

Коэффициент запаса прочности составляет:
n = σ_т /σ₁ = 650: 130 = 5,0

При расчете штока на растяжение в ослабленном сечении (это сечение в резьбовой части М64х3, где он соединяется с поршнем) усилие растяжения будет меньше усилия сжатия при том же давлении, так как
Р_сж = р _max F,
где р_max - максимальное давление в нагнетательной линии насоса, Па;

F - площадь поршня, м².

Усилие растяжения (в Н) Р_р = р_max(F - f)

(f - площадь рабочего сечения штока, м²).

f = 3,14d²/4, где d = 0,07 м

f = 3,14∙0,07² /4 = 0,0038 м²
Р_р = р_max (F - f) = 10∙(0,0314 - 0,0038) =0,276 МН
Напряжение растяжения штока в ослабленном сечении:
σ₂ = Р_р /f,
где f = πd² /4

Внутренний диаметр резьбы М64х3 со стороны поршня равен 60,3 мм. Подставим эту величину в формулу, получим:

f = 3,14∙0,063² /4 = 0,0031 м²

σ₂ = 0,276/ 0,0031 = 89 МПа

Коэффициент запаса прочности на растяжение равен:
n_p = σ_т / σ_р = 600/ 89 = 6,74
Коэффициент запаса прочности как в случае расчета на сжатие, так и в случае расчета на растяжение должен быть n≥ 5.

Необходимо проверить шток на продольный прогиб. Для этого определяем гибкость штока: λ = l / i

Здесь l = 1,34 м - длина штока; i - радиус инерции сечения штока

i = d /4 (d = 0,07 м - диаметр штока).

λ = 1,34 ∙ 4/ 0,07 = 76,6

Если λ < 105, то критическое напряжение (МПа) определяется по формуле

σ _кр = 335 - 0,62λ

σ_кр = 335 - 0,62∙76,6 = 287,5 МПа.

Коэффициент запаса прочности по устойчивости составляет:
n = σ_крf /Р_сж
При расчете штока за максимальную принимается нагрузка Р_сж, действующая на шток (в МН)
Р_сж = К_п р_нF/η_5м
где, К = 1,15 ÷1,2 - коэффициент запаса, учитывающий вероятность превышения давления в случае несработки предохранительного клапана насоса; р_н = 10 МПа - давление насоса; F = 0,0038 м², η_5м = 0,96÷0,98 - к.п.д. уплотнения штока и цилиндра.

Р_с = 1,15∙10∙0,0038/0,96 = 0,376 МПа,

тогда n = 275,6∙0,0038/0,376 = 2,8

n = 2,8, что >2, следовательно допустимо.
.3 Расчет приводной части
Детали приводной части насоса рассчитывают по наибольшему крутящему моменту.

Усилие сжатия Т_с, действующее вдоль оси шатуна раскладывается на усилие Р_с по оси штока и N_с, перпендикулярное к ней.

Величина усилия сжатия, действующего вдоль оси шатуна.
Т_{с max} = Р_с/ соsβ _max
Силы, действующие на параллели ползуна.
Р_п = N_c ± G,
где N_{c -} составляющая силы, действующей вдоль шатуна_, Н
N_c = T_c sin β;
G - вес ползуна (половина веса шатуна и штока) в Н, знак плюс берется, когда N_с действует вниз, знак минус - когда эта сила действует вверх;
sinβ_max = R / L R = 0,2 м - длина кривошипа
L = 1,19 м - длина шатуна

sinβ_max = 0,2: 1,19 = 0,1681 β_max = 9⁰ 40¹

cos β_max = 0,9858

Определим усилие, действующее вдоль оси штока,
Р_с1= Р_с / η_м4 = 0,376∙ 0,95 = 0,396 МН
Усилие вдоль оси шатуна Т_с.max = P_c / cos β_max = 0,396 / 0,9858 = 0,402 МН

Максимальная составляющая силы, действующей на ползун,
N_cmax = T_c.max sin β_max = 0,402 ∙ 0,1681 = 0,068 МН или 68 кН
Вес ползуна равен половине веса шатуна и штока

Вес шатуна равен 6,46 кН

Вес штока составляет 0,4 кН,

Тогда вес ползуна равен 6,86 / 2 = 3,43 кН. G = 3,43 кН

Удельная нагрузка на параллели (в Па)
р_н = Р_п /bl,
где b = 0,245 м - ширина накладки, и l = 0,44 м - длина накладки.

Удельная нагрузка на параллели равна
р_н = (N_c + G) / bl = (68 + 3,43) / 2∙0,245∙0,44 = 0,33 МПа
р_н £ 0,5 МПа, что соответствует требованиям к прочности ползунов буровых насосов.