Ответы по 3му разделу НАСОСЫ. Вопросы по разделу 3 Классификация объемных насосов

• Название: Вопросы по разделу 3 Классификация объемных насосов
• Дата: 08.06.2022
• Размер: 0.99 Mb.
• Имя файла: Ответы по 3му разделу НАСОСЫ.docx
• Тип: Документы; #578175

Вопросы по разделу 3
1. Классификация объемных насосов.

Использование объемных гидромашин в нефтяной промышленности при выполнении самых различных технологических процессов обусловлено их конструктивно-эксплутационными особенностями. Так, при проводке и бурении нефтяных и газовых скважин применяют поршневые и плунжерные насосы, поскольку они способны развивать высокое давление и более устойчивы к перекачиванию абразивных жидкостей. Плунжерные насосы устанавливают на специализированных передвижных агрегатах для выполнения технологических процессов гидроразрыва пласта, кислотной обработки призабойной зоны скважины, промывки скважин и др.

Рациональная область применения винтовых насосов по полям подач и давлений лежит в пределах соответственно 10 л/с и 2,5 МПа. В этой области данный тип насосов, как правило, экономичнее центробежных и вихревых и в тоже время значительно дешевле проще ВПН, при этом стандартом не предусмотрено ограничение по роду перекачиваемой жидкости.

Объемные насосы делятся на:

В возвратно-поступательных насосах вытеснители совершают только прямолинейное движение. По виду вытеснителей они бывают поршневые, плунжерные и диафрагменные.

В роторных насосах вытеснители совершают либо вращательное движение, либо одновременно вращательное и возвратно-поступательное движение. В свою очередь роторные насосы, вытеснители которых совершают вращательное движение, бывают шестеренные и винтовые, а насосы с вращательным и возвратно-поступательным движением - пластинчатые (шиберные), радиально- и аксиально-поршневые.

Крыльчатые насосы — это ручные насосы, играющие вспомогательную роль.

Конструктивные особенности возвратно-поступательных насосов (такие как наличие клапанов) определяют их свойства: неравномерность подачи, ограниченная скорость движения вытеснителя, а также необходимость преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение.

Вследствие того, что в роторных насосах происходит перемещение рабочих камер с жидкостью из полости всасывания в полость нагнетания, эти насосы отличаются от насосов возвратно-поступательных отсутствием всасывающих и нагнетательных клапанов. Эти и некоторые другие конструктивные особенности роторных насосов обусловливают их более высокую быстроходность, непосредственную связь с двигателем, большую равномерность подачи, обратимость, т.е. способность работать в качестве гидромоторов при подводе к ним жидкости под давлением. Однако роторные насосы способны работать лишь на неагрессивных жидкостях, обладающих смазывающими свойствами, и более вязких, чем вода.


2. Возвратно-поступательные насосы. Классификация. Принцип действия.

В возвратно-поступательных насосах силовое взаимодействие рабочего органа с жидкостью происходит в неподвижных рабочих камерах, которые попеременно сообщаются с областями всасывания и нагнетания.

Основной конструктивной особенностью всех возвратно-поступательных насосов является клапанное распределение жидкости в них. То есть в них для обеспечения переключения неподвижной рабочей камеры насоса используются всасывающий и напорный клапаны. Обычно эти клапаны самодействующие, т.е. открываются под действием перепада давления, а закрываются пружинами. Чаще всего используются тарельчатые или конические клапаны.

В зависимости от конструкции вытеснителя возвратно-поступательные насосы делятся:

1) на поршневые — вытеснителем является поршень;

2) плунжерные — вытеснителем является плунжер;

3) диафрагменные — вытеснителем является гибкая диафрагма (мембрана).

Из названных наибольшее распространение получили поршневые насосы, поэтому иногда всю группу возвратно-поступательных насосов называют поршневыми насосами.

Возвратно-поступательные насосы также делятся по способу привода вытеснителя на прямодействующие и вальные.

В прямодействующем насосе ведущее звено напрямую связано с вытеснителем и, так же как и он, совершает возвратно-поступательное движение. Примером такого насоса может служить простейший садовый насос.

У вального насоса ведущее звено — это вращающийся вал. В связи с этим в приводе такого насоса требуется тот или иной механизм, преобразующий вращательное движение вала в возвратнопоступательное движение. Таким механизмом может быть кулачковый или кривошипно-шатунный механизм.

В поршневых насосах, как и во всех гидромашинах, возникают все три вида потерь: объемные, гидравлические и механические.
3. Подача, графики подач, неравномерность подачи.

Подача в текущий момент равна произведению скорости поршня  на его площадьS.

Так как S = const, то подача, так же, как и скорость  изменяется по синусоиде:

. (2.19)

Для бесконечно длинного шатуна:  (2.20)

Подача для одноцилиндрового насоса будет неравномерна, пульсирующая: ход нагнетания такого насоса через 180 град. поворота кривошипа будет чередоваться с ходом всасывания.

Механизм подачи при  : .

Отношение  характеризует неравномерность подачи, где .

Для однопоршневого насоса одностороннего действия неравномерность подачи:

 (2.21.)



Рис. 2.8. График подачи поршневого насоса.

1. 
   Насосы многократного действия
   

Рассмотрим способы выравнивания подачи:

Насосы двойного (двухстороннего) действия.

С редняя теоретическая подача:

или

, (2.22)

где  - площадь штока.

Пренебрегая площадью штока ( ), можно записать:

.

Рис. 2.9. Схема насоса Неравномерность подачи такого насоса:

двойного действия. 



Рис. 2.10. Подача насоса двойного действия.

Кроме насосов двойного действия применяют насосы тройного действия (строенный насос одностороннего действия), а также насосы четверного и шестикратного действия (соответственно сдвоенный и строенный насосы двойного действия).

Для насоса тройного действия:



Q

Qmax

0.5Qmax

60 120 180 240 300 360 γ

2. 
   Насосы с дифференциальным поршнем:
   

При правильном выборе геометрии ( ), неравномерность подачи такого насоса:

.



Рис. 2.12. Схема дифференциального насоса.

3. 
   Воздушные колпаки насосов
   

Д ля выравнивания подачи применяют также воздушные колпаки, представляющие собой цилиндрической или иной формы сосуд, в верхней части которого находится воздух, сглаживающий, благодаря сжимаемости, пульсации подачи.

Рассмотрим колпак на нагнетательной системе. Вследствие изменения объёма воздуха от  до и наоборот, объём жидкости в колпаке изменится в обратном отношении. Воздушный колпак принимает объём жидкости при возрастающей подаче, и возвращает этот объём при убывающей подаче. В соответствии с этим давление в колпаке уменьшается отPmin до Pmax. Так как объём воздуха в колпаке может быть относительно большим, то при уменьшении его на величину  , изменение объёма не сопровождается заметным изменением давления, т.е. при достаточном воздушном объёме колпака, давление в нём во время работы сохраняется практически постоянным, и жидкость поступает в трубопровод под постоянным напором.

Степень неравномерности давления в колпаке характеризуется:

,

.

При  движение жидкости в нагнетательном трубопроводе считают установившемся.

Аналогично рассуждение и для колпака на всасывающей системе, только в этом случае давление в колпаке изменяется по ходу поршня в противоположном порядке. Степень неравномерности для них при  принимается .

Расчёт колпаков сводится, в основном, к определению его размеров, при которых степень неравномерности не превосходит заданной величины.

Приняв процесс сжатия воздуха изотермическим:

,

и далее

,

где  ,

.

Поскольку  , а , то можно записать:

или  (2.25)

При наличии воздушных колпаков на обоих: входе и выходе, можно считать, что насос перекачивает жидкость из всасывающего колпака в нагнетательный преодолевая разность давлений между ними.

Практически принимают:

- для насосов одинарного действия:

(2.26)

- для насоса двойного действия:

(2.27)

+- для насоса тройного действия:

(2.28)

Вследствие неравномерности движения поршня жидкая среда поступает в напорный трубопровод неравномерно, т.е. в течение хода поршня подача насоса изменяется. Поэтому поршневые насосы характеризуются средней подачей и подачей, соответствующей какому-то положению поршня или углу поворота кривошипа.

Неравномерность подачи является одним из основных недостатков поршневых насосов, так как при этом в проточной части насоса и в трубопроводах (всасывающем и напорном) перекачиваемая среда имеет неустановившееся движение, в результате чего возникает инерционный напор, который периодически изменяет давление под поршнем, что приводит к ухудшению работы установки.

Для устранения инерционного напора и создания более равномерного движения в трубопроводах перед поршневыми насосами и после них устанавливаются герметически закрытые резервуары, частично заполненные воздухом – воздушные колпаки.


4. Процессы всасывания и нагнетания поршневого насоса. Условия нормальной работы. Пневмокомпенсаторы.

Процессы всасывания и нагнетания

Рассмотрим процессы всасывания и нагнетания в поршневом насосе одностороннего действия. Обозначим давление в цилиндре в период всасывания, выраженное в метрах перекачиваемой жид­кости, рх/р, где р —плотность жидкости, в период нагнетания ру/р, давление на поверхности жидкости в месте ее забора ра/р, в нагне­тательном трубопроводе Рк/р

Всасывание. Движение жидкости во всасывающем трубопрово­де происходит вследствие разности давлений pа/y на поверхности жидкости рх/у в цилиндре в период всасывания. Эта разность дав­лений называется вакуумметрической высотой всасывания

Hвак=(Ра—Рх)/р

Геометрическая высота Hг.в всасывания поршневого насоса — расстояние по вертикали от верхнего уровня жидкости в резервуа­ре или другом приемнике до оси цилиндра для горизонтальных на­сосов или до верхнего положения поршня для вертикальных насосов.

Вакуумметрическая высота всасывания затрачивается: на подъ­ем жидкости к насосу, т. е. на преодоление геометрической высоты всасывания; на сообщение жидкости скоростного напора, опреде­ляемого по формуле v2/(2g); на преодоление гидравлических со­противлений во всасывающем трубопроводе hс.в; на преодоление сил инерции жидкости hи.B; на преодоление сопротивления всасы­вающего клапана hB.K.

Можно написать следующее равенство:

(Ра—Рх)/р = Hг.в + v2/(2g) + hс.в + hи.B + hB.K

Для определения характера изменения давления в рабочей камере в процессе всасывания найдем из этого равенства ра/р = ра/р —

— [Hг.в + v2/(2g) + hс.в + hи.B + hB.K]
Числовое значение давления на поверхности жидкости ра/р не зависит от положения поршня в цилиндре. Геометрическая высота всасывания постоянна для насосов. Так как скорость жидкости, гидравлические сопротивления, силы инерции и сопротивление кла­пана изменяются в процессе всасывания, то изменяется и давление в рабочей камере.

Минимальное давление в рабочей камере создается в начале всасывания, когда поршень должен вывести из состояния покоя всю жидкость во всасывающем трубопроводе и преодолеть сопро­тивление подъема всасывающего клапана. Давление возрастает к концу всасывания, так как поршень замедляет движение, а жид­кость, стремясь двигаться с прежней скоростью, давит на поршень. Максимальное давление в камере создается в том случае, когда поршень доходит до крайнего положения в цилиндре и на мгно­вение останавливается.

При большой высоте установки насоса, значительных гидравли­ческих сопротивлениях во всасывающем трубопроводе, увеличен­ной частоте вращения вала давление в камере будет иметь отрица­тельное значение. На практике это означает либо отрыв жидкости от поршня, сопровождающийся гидравлическим ударом, либо не­способность насоса обеспечить подъем жидкости в цилиндр и пере­качивать ее. Для предотвращения этих явлений в каждом конкрет­ном случае принимают специальные меры: уменьшают высоту ус­тановки насоса и частоту вращения вала, увеличивают диаметр всасывающей трубы, устраняют излишние гидравлические сопро­тивления (уменьшают число задвижек, колен, сокращают длину всасывающего трубопровода), устанавливают газовый колпак.

Таким образом, вакуумметрическая высота всасывания склады­вается из геометрической высоты всасывания, скоростного напора при входе жидкости в насос и потерь напора на линии всасывания. Вакуумметрическая высота всасывания зависит от температуры перекачиваемой жидкости: чем выше температура, тем меньше высота всасывания. В заводских каталогах предельную вакууммет-рическую высоту всасывания указывают при определенной темпе­ратуре жидкости.

На значение предельной высоты всасывания оказывает влияние частота вращения вала, т. е. скорость движения поршня. Чем больше скорость, тем меньше предельная высота всасывания насоса.

Если упругость насыщенного пара перекачиваемой жидкости при ее рабочей температуре оказывается больше давления в рабо­чей камере в период всасывания, то жидкость при всасывании на­чинает кипеть, образуется пар, который заполняет рабочую каме­ру. Далее жидкость отрывается от поршня и насос перестает вса­сывать, поэтому насос устанавливают ниже уровня перекачиваемой жидкости («под залив»).

Нагнетание. В процессе нагнетания давление в рабочей камере также непрерывно изменяется. Давление, создаваемое поршнем в цилиндре насоса в период нагнетания, расходуется на: подъем жидкости на геометрическую высоту нагнетания Hг.н; преодоление давления в нагнетательном трубопроводе рк/р; преодоление гид­равлических сопротивлений в нагнетательном трубопроводе hс.н; преодоление сил инерции жидкости, находящейся в цилиндре и трубопроводах, hи.н ;создание выходного скоростного напора v2/(2g); преодоление сопротивления нагнетательного клапана hк.н

Таким образом: ру/р=pк/р + Hг.н+ hс.н + v2/(2g) + hк.н + hи.н

Давление в нагнетательном трубопроводе при любом положе­нии поршня, а также геометрическая высота нагнетания для дан­ной установки насоса постоянны. Остальные члены равенства в пе­риод нагнетания изменяются в зависимости от положения поршня в цилиндре.

В начале процесса нагнетания давление максимальное, затем оно снижается и достигает минимума в конце процесса. При зна­чительной длине нагнетательного трубопровода и большой частоте вращения вала насоса не исключена возможнеть отрыва жидкости от поршня. При этом возникает гидравлический удар в насосе, что совершенно недопустимо. В каждом конкретном случае принимают меры предотвращения отрыва жидкости от поршня: увеличение геометрической высоты нагнетания, сокращение длины нагнета­тельной трубы и увеличение ее диаметра, уменьшение частоты вра­щения насоса, установка нагнетательного газового колпака.

В нагнетательном и всасывающем трубопроводах поршневого насоса одностороннего действия жидкость движется с переменной скоростью, которая возрастает от нуля до некоторого максималь­ного числового значения, а затем снова падает до нуля. Некоторый промежуток времени после этого жидкость находится в покое, а затем цикл повторяется. Колебания скорости сопровождаются изме­нением ускорения движения жидкости, появлением инерционных сил, изменением гидравлических сопротивлений.

Условия нормальной работы

Главным условием нормальной работы насоса является неотрывное движение жидкости за поршнем, а это будет в том случае, если напор всасывания   будет величиной положительной и превышающей   упругость насыщенных паров перекачиваемой жидкости, а именно:



Учитывая, что напор всасывания насоса   имеет минимальное значение в начале хода поршня (рисунок 6.19) при S=0 и V=0, важными факторами, определяющими нормальную работу насоса будут геометрическая высота всасывания Н_в и число двойных ходов поршня n, на которые можно воздействовать при монтаже и выборе двигателя.

Критическая высота всасывания определяется из условия равенства нулю гидравлических потерь и скоростного напора при V=0 и   , тогда из уравнения Бернулли для процесса всасывания имеем:



Допускаемая высота всасывания должна быть меньше критической



Предельное число двойных ходов поршня определяется при тех же условиях: V=0, p_В=P_t; если расшифровать   ,



 Если насос откачивает воду при нормальных условиях (р₀=10⁵ Па, t=20⁰С), то допускаемая высота всасывания приблизительно равна 5-6 м.

Для обеспечения нормальной работы поршневого насоса необходимо иметь:

1) наименьшую геометрическую высоту всасывания и возможно короче подводящий трубопровод с малым числом местных сопротивлений;

2) при перекачке легко испаряющихся жидкостей возможность работы насоса с подпором;

3) при больших значениях инерционного напора возможность снижать число двойных ходов поршня или установить гасители инерционного напора - пневмокомпенсаторы.

Пневмокомпенсаторы

Пневмокомпенсаторы служат для выравнивания пульсации давления, которое вызывается колебаниями подачи жидкости из-за неравномерной скорости движения поршней в насосах.

Пневмокомпенсатор представляет собой закрытый сосуд, заполненный сжатым азотом. При подаче жидкости объём газа в нём уменьшается и в результате этого начальное давление газа возрастает до рабочего давления насоса. При работе насоса, объём газа в пневмокомпенсаторе периодически изменяется в пределах изменения подачи насоса за один двойной ход. Давление в пневмокомпенсаторе стабилизируется по мере приближения начального давления газа к рабочему давлению насоса, при этом достигается максимально возможное выравнивание пульсации давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.

Для предохранения газа от утечек и растворения прокачиваемой жидкости пневмокомпенсаторы снабжаются разделителем диафрагменного или поршневого типа.

Диафрагменный компенсатор, широко использованный в отечественной и зарубежной практике бурения, состоит из толстостенного сферического корпуса, крышки, штуцера и эластичной диафрагмы. Корпус изготовляется из стального литья и после механической обработки имеет гладкую внутреннюю поверхность. Для такелажирования при монтаже и ремонте корпус снабжается проушинами. При одинаковой энергоёмкости пневмокомпенсатора, его сферическая форма, по сравнению с цилиндрической, придаёт ему компактность и меньшую массу.

Диафрагма, отделяющая верхнюю газовую полость от жидкости, поступающей через штуцер, имеет сферическую форму с горловиной, уплотняемой в проточках корпуса и крышки. Крышка затягивается шпильками, ввёрнутыми в корпус. Диафрагма изготовляется из прорезиненной ткани и при полной разрядке пневмокомпенсатора плавно прилегает к внутренней его поверхности. Образование складок и деформирование диафрагмы при этом нежелательны вследствие возможных потерь эластичности, особенно при низкой температуре. Отверстия пневмокомпенсатора перекрываются конусным утолщением диафрагмы.

Металлическая шайба и диск из прорезиненной ткани устраняют возможность выдавливания диафрагмы в отверстие штуцера и способствуют плотному прилеганию конуса диафрагмы к штуцеру при вытеснении жидкости из пневмокомпенсатора во время остановок насоса. На крышке установлен угловой вентиль для зарядки пневмокомпенсатора сжатым газом. Пневмокомпенсаторы заряжают сжатым азотом, доставляемым в баллонах, давление газа контролируется монометром, снабжённым вентилем. Монометр включается с помощью вентиля перед пуском насоса для контроля начального давления в пневмокамере. При работе насоса вентиль закрывается, поэтому монометр предохраняется от поломок, вызываемых пульсацией давления в пневмокамере. Из насоса жидкость поступает в пневмокомпенсатор через штуцер, затягиваемый шпильками, которые одновременно служат для крепления компенсатора к фланцу нагнетательного коллектора насоса.


5. Индикаторная диаграмма и неисправности поршневого насоса.

Индикаторная диаграмма поршневого насоса показывает значе­ние давления в цилиндре для любого положения поршня. Диаграм­ма дает возможность определить среднее индикаторное давление, мощность насоса и работу, затрачиваемую на перемещение жидко­сти за один оборот вала. По индикаторной диаграмме можно су­дить о степение исправности насоса.

Индикаторные диаграммы строят в прямоугольных координа­тах: давление— объем (р—V) или давление — ход поршня (р—s)

На горизонтальной оси в принятом масштабе откладывают ход поршня или описываемый им объем, а на вертикальной — соответ­ствующие значения давления в рабочей камере также в определен­ном масштабе.



Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого насоса представляет собой прямоугольник 1—2—3—4 (рис. 4). В ней не учтены изменения давления в процессах всасывания и нагнетания, а также утечки жидкости из-за несвоевременного открытия и за­крытия клапанов. Во вре­мя движения поршня впра­во происходит процесс вса­сывания при постоянном давлении р1 — линия 1—2. В начале движения поршня из крайнего положения вле­во давление в цилиндре должно повыситься мгно­венно до р2 — линия 2—3. Нагнетание жидкости при постоянном давлении р2 из­ображается линией 3—4. При мгновенном подъеме всасывающего клапана дав­ление падает до p1 — линия 4—1.

Действительная индика­торная диаграмма поршне­вого насоса существенно отличается от теоретической. Линия по­вышения давления 2—6 при ходе поршня влево несколько откло­нена от линии 2—3 вследствие того, что в цилиндре может быть воздух или пары перекачиваемой жидкости, при сжатии которых уменьшается объем, а также в результате того, что из-за запазды­вания посадки всасывающего клапана часть жидкости уходит во всасывающий трубопровод.

Точка 6 соответствует наибольшему давлению, создаваемому поршнем в цилиндре в момент подъема нагнетательного клапана и преодоления поршнем инерционных сил жидкости. Далее давление несколько понижается в период нагнетания — линия 6—4.

В левом крайнем положении поршня давление падает не по ли­нии 4—1, а с некоторым замедлением по линии 4—5. Это объясня­ется тем, что посадка нагнетательного клапана запаздывает и часть жидкости поступает из нагнетательного трубопровода в ци­линдр. Всасывание начинается только при понижении давления до значения, соответствующего точке 5. Падение давления в начале всасывания вызвано необходимостью преодолеть инерцию жидко­сти и сопротивление всасывающего клапана. Далее в процессе вса­сывания давление повышается — линия 5—2.

Для получения индикаторной диаграммы используют поршне­вой индикатор, который соединяют с цилиндром или рабочей каме­рой насоса. В последнее время для снятия диаграмм начали приме­нять электронные приборы и устройства.

ЕСЛИ КОРОТКО ТО: Индикаторная диаграмма насоса показывает как меняется давление в цилиндре и клапанной коробке за 2 хода поршня. Площадь индикаторной диаграммы – работа поршня за цикл
НЕИСПРАВНОСТИ:

1. Насос не создает номинального напора при номинальном числе ходов

Причина неисправности:

а)неисправны приемные или

сливные клапаны насоса, под клапаны попали посторонние предметы

б)неисправна прокладка клапанной решётки насоса

в)изношены или сломаны уплотнительные кольца гидравлических поршней

Рекомендуемый способ устранения неисправности:

а)осмотреть клапаны, очистить, при необходимости притереть, проверить подъём клапанов и жёсткость пружин

б)заменить прокладку

в)заменить кольца

2. Появление стуков в насосе

Причина неисправности:

а)слабина в узле крепления штока на поршне (металлический стук при смене хода)

б)сильный износ подшипников, втулок, пальцев поршней и уплотнителей

в)поломка пружин клапанов, большой подъём клапанов

г)гидравлические удары в насосе

Рекомендуемый способ устранения неисправности:

а)остановить насос, закрепить поршень на штоке

б)отремонтировать или заменить изношенные детали

в)заменить пружины, отрегулировать подъем клапанов

г)отрегулировать количество воздуха в воздушных колпаках; устранить подсос воздуха или парообразование перекачиваемой жидкости

3. При открытии клапана свежего пара паровой прямодействующий насос не запускается

Причина неисправности:

а)закрыт какой-либо из кранов отработавшего пара, б)давление свежего пара недостаточно, в)оба золотника находятся в среднем положении, г)сильно зажаты и перекошены сальники

Рекомендуемый способ устранения неисправности:

а)проверить систему, открыть клапаны

б)поднять давление пара

в)вывести золотники из среднего положения

г)отдать сальники, устранить перекосы

4. Появление стуков в паровом цилиндре

Причина неисправности:

а)большая величина хода поршней (отсутствие паровой подушки)

б)наличие воды в цилиндрах

в)износ поршневых колец или канавок поршня

Рекомендуемый способ устранения неисправности:

а)проверить и отрегулировать парораспределение насоса

б)продуть цилиндры

в)заменить кольца, отремонтировать поршень
6. Характеристика поршневого насоса и регулирование режимов работы.

Важнейшие характеристики поршневых насосов: зависимости подачи от напора при постоянной частоте вращения Q= f (n), к.п.д. от подачи ɳ = f (Q), а также мощности от частоты вращения (числа двойных ходов поршня), от подачи n напора N=f(n); N = f(Q); N=f(H). Они, как правило, представлены графически в формулярах.


Характеристика поршневого насоса Q= f(H) изображена на рис. 2.34, а. Подача поршневого насоса при постоянной частоте вращения приводного двигателя теоретически не зависит от напора. Поэтому теоретическая характеристика представляет собой изображенную пунктирную прямую линию QT. В действительности при увеличении напора увеличиваются протечки через зазоры, поэтому подача несколько уменьшается и реальная характеристика представляет собой монотонно нисходящую кривую Q = f(H).

Подача поршневого насоса, как и любого другого объемного насоса, изменяется пропорционально часто те вращения вала приводного двигателя насоса. Ха рактеристика при любой частоте вращения (числе двойных ходов поршня) имеет вид кривой, изображенной на рис. 2.34, a, но проходит в зависимости от частоты вращения выше или ниже ее.

К.п.д. поршневого насоса ɳ = f(Q), (рис. 2.34, б) минимален при малых подачах и растет с увеличением подачи, однако в диапазоне изменения подач от 40 до 140% номинальной изменяется незначительно. Кривая ɳmax относится к прямодействующим насосам большой подачи при малых напорах (Q=100-300 м3/ч; Н=40-60 м вод. ст.).

Кривая nmin относится к быстроходным насосам малой подачи при больших напорах (Q = 25-80 м3/ч; Н = 100-500 м вод. ст.).

Зависимости мощности от частоты вращения (числа двойных ходов поршня), от подачи и напора N = f2 (n); N = f2 (Q); N = f3 (H) изображены на рис. 2.34, в и свидетельствуют, что мощность поршневого насоса линейно зависит от частоты вращения, от подачи и напора. Характеристики каждого конкретного насоса приведены в формуляре насоса.

Поршневые насосы обладают свойством сухого всасывания и большой высотой всасывания. Напор поршневых насосов ограничивается только мощностью приводного механизма и прочностью конструкций самого насоса. Насос может работать с практически одинаковой подачей в большом диапазоне изменения напоров.
Регулирование работы поршневого насоса

Регулирование работы поршневого насоса, заключающееся а регулировании подачи и создаваемого давления, можно обеспечить следующим образом:

Изменением площади поперечного сечения поршня. Для этого поршневой насос имеет комплект цилиндровых втулок с различными внутренними и постоянным наружным диаметрами, которые вставляются внутрь клапанной коробки и закрепляются лобовой крышкой поршневого насоса. При этом имеется соответствующий комплект поршней различного диаметра. Чем меньше диаметр поршня, тем меньше подача насоса и, соответственно, больше развиваемое давление. Недостаток этого способа регулирования заключается в том, что для изменения параметров работы насоса требуется его остановка и разборка части гидравлической коробки. Тем не менее, этот способ регулировки применяется на длительный срок работы насоса.

Изменением числа двойных ходов поршня или оборотов приводного вала за счет:

-установки перед насосом коробки перемены передач (недостаток - ступенчатость регулирования и громоздкость конструкции);

-изменения частоты вращения привода с двигателем внутреннего сгорания (недостаток - при плавном регулировании можно изменять частоту вращения ДВС лишь на 20 %, не меняя мощности привода);

-изменения частоты вращения электродвигателя постоянного тока (это возможно в широких пределах, но, к сожалению, постоянный ток в промышленности применяется в основном на транспорте);

-изменения частоты вращения электродвигателя переменного тока (для этого необходимы вентильный каскад, каскад Кремера, каскад генератор - двигатель; однако эти приспособления ведут к удорожанию работы поршневого насоса).

Изменение числа оборотов кривошипного вала - удобный способ регулирования, но на практике используется несколько вариантов в комплексе, что позволяет плавно менять подачу поршневого насоса.

3. Применением насоса без нагнетательного клапана в штоковой камере, что позволит уменьшить почти в два раза подачу поршневого насоса. При этом насос двойного действия будет работать как насос дифференциального действия; давление и степень неравномерности подачи не изменяются. Этот способ регулирования на практике применяется редко, при закачивании глубоких скважин, когда требуется уменьшить подачу насоса до минимума для уменьшения гидравлических сопротивлений движения жидкости в затрубном пространстве.

4. Изменением длины хода поршня (это возможно только в специальных дозировочных насосах)

ЕСЛИ КОРОТКО ТО:

1. Изменение площади поперечного сечения поршня.

2. Изменение числа оборотов

2.1. Установка коробки передач.

2.2. Изменение частоты ДВС

2.3. Изменение частоты вращения электродвигателя

постоянного тока

2.4. Изменение частоты вращения электродвигателя

переменного тока

3. Убрать нагнетательный клапан в штоковой камере

насоса-подача уменьшится в 2 раза.


7. Высота всасывания поршневого насоса.

Р ис. 2.6 Поршневой насос со всасывающим и нагнетательным трубопроводами.

1 – нагнетательный клапан,

2 – цилиндр,

3 – поршень,

4 – шатун,

5 – кривошип,

6 – приводной вал,

7 – расходный бак,

8 – всасывающий клапан,

9 – всасывающий трубопровод,

10 – нагнетательный трубопровод,

11 – напорный бак,

12 – обратный клапан.

Жидкость от уровня в резервуаре 7 до цилиндра поднимается под действием разности давлений Pо – Pвх,

где Pо – атмосферное давление,

Pвх – давление в рабочей полости цилиндра при всасывании.

Под действием этой разности давлений открывается всасывающий клапан 8, а также преодолеваются силы сопротивления во всасывающем трубопроводе, сила инерции столба жидкости во всасывающем трубопроводе и цилиндре насоса, обусловленные ускорением поршня.

Рассматриваемые насосы являются самовсасывающими, то есть в них обеспечивается самозаполнение подводящего трубопровода рабочей(перекачиваемой) жидкостью.

Необходимое абсолютное давление во всасывающем патрубке насоса зависит от высоты всасывания Нвс и потерь напора во всасывающей магистрали: сетке, обратном клапане, самом трубопроводе и т.д.

Допускаемая теоретическая(вакууметрическая) высота всасывания(без учёта потерь):



где Ро – давление окружающей среды, Па,

- давление на входе в насос, Па,

- плотность, кг/куб.м.,

- скорость на входе в насос, м/с.

Давление на входе в насос должно быть  > , где - давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.

Видно, что пренебрегая давлением паров жидкости и возможностью выделения из неё растворенного воздуха, а также сопротивлением всасывающей магистрали, предельная высота всасывания для воды будет равна:



С учётом гидравлических потерь во всасывающем трубопроводе  , высота всасывания определяется:



Высота нагнетания определяется:



где  - гидравлические потери в нагнетательном трубопроводе.
8. Роторные и роторно-поршневые насосы. Пластинчатые, шестеренные и винтовые насосы.

Шестерѐнчатый насос. Принцип работы

Шестерѐнчатый насос с внешним зацеплением работает следующим образом.

Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит еѐ во

вращательное движение. При вращении шестерѐн насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счѐт этого из всасывающей трубы в полость всасывания поступает рабочая жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерѐн, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок колодцев в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерѐн, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен.

Достоинства:

• высокий напор;

• простота конструкции и высокая надѐжность;

• возможность перекачивания вязких жидкостей;

• способность работать при высокой частоте вращения;

• лучшая равномерность подачи в сравнении с поршневыми насосами;

• реверсивность – возможность менять направление перекачивания при изменении

направления вращения шестерней.

Недостатки:

• невысокая производительность (не более 0,1 м3/ч); • нерегулируемость рабочего объѐма.

Винтовые насосы

В связи с рядом преимуществ винтовые машины в последнее время стали применяться все чаще, вытесняя шестеренные.

Винтовой насос является машиной, в которой вытеснители в форме выступов винта совершают вращательное движение относительно своих осей, а перемещение рабочих камер происходит вдоль оси вращения ротора.

Постепенно впадины винтов, заполненные жидкостью, смещаются вправо и замыкаются смежными выступами. При дальнейшем вращении винта впадины передвигаются вправо, увлекая за собой заключенную в них рабочую жидкость до тех пор, пока эта жидкость не вытолкнется в напорную полость Б. Этот процесс протекает непрерывно и равномерно при постоянной скорости вращения ротора насоса. Благодаря непрерывности процесса перемещения жидкости достигается бесшумная работа винтовых насосов, равномерная подача жидкости и отсутствие пульсации крутящего момента.

Винтовые насосы могут иметь два, три и более винтов. Один из них обычно является ведущим, а остальные — ведомыми. Профиль нарезки винтов принято делать циклоидальным для уменьшения зазоров между винтовыми поверхностями. Нарезка винтов может быть однозаходной или двухзаходной в зависимости от требуемого шага винта. Передаточное отношение между ведущим и ведомым винтами равно единице.

Неприятным явлением в винтовых насосах является возникновение осевых сил на винтах, которые при высоких перепадах давлений достигают больших значений. Для устранения этого недостатка к торцам винтов из напорной полости подводится жидкость под давлением. Благодаря этому на винтах создается усилие, обратное по знаку основному. Диаметры разгрузочных поршней берутся такими, чтобы усилие разгрузки равнялось основному осевому усилию.

Винтовые насосы могут использоваться и как гидромоторы с некоторыми конструктивными изменениями в разгрузке подпятников. Если же винтовые гидромоторы реверсивные, то в них предусматривается разгрузка винтов в обоих направлениях.

Основными достоинствами

малый момент инерции ротора (он самый минимальный по сравнению с другими типами машин), компактность, надежность, бесшумность, равномерность подачи жидкости, отсутствие пульсации крутящего момента, а также возможность работы при высоких скоростях вращения ротора (до 2000 рад/сек], что позволяет обходиться без механического редуктора между приводным двигателем и насосом.

Недостатки

невозможность простьми способами изменять производительность насоса или скорость вращения гидромотора, как это делается, например, в аксиальных роторно-поршневых машинах. Кроме того, изготовление винтовых гидромашин в настоящее время сложно в технологическом отношении.

Пластинчатые

Работа пластинчатого насоса основана на вытеснении жидкости из рабочего объема с помощью пластины.