2.3. Тепловой расчет регулирующего тормоза

Таблица 5.1

*Примечание. Табл. из Ильский А.Л., Шмидт А.П. “Буровые машины и механизмы” – М.: Недра, 1989 г.,

3. Контрольные вопросы.

3.1. Как определить усилие натяжения набегающего конца тормозной ленты ?

3.2. Как определить усилие натяжения сбегающего конца тормозной ленты ?

3.3. Как определить усилие на тормозном рычаге лебедки ?

3.4. Какова методика проверочного расчета тормозной ленты ?

3.5. Как определить количество теплоты, выделяемой на поверхности тормоза ?

3.6. Как определить количество воды, необходимой для охлаждения тормоза ?

Тема 6. Подача бурового насоса

1. Цель работы: ознакомиться с методикой и закрепить навык расчета: объемной подачи, геометрических характеристик, мощности насосов для подачи бурового раствора.

2. Вводная часть.

Насос одностороннего действия работает следующим образом (рис. 6.1 а). Через трансмиссию 1 от двигателя вращение передается коренному валу с кривошипами 2, на которых смонтированы шатуны 5, соединенные с ползунами 4. Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение коренного вала в возвратно-поступательное ползуна 4, штока 5 и поршня 6. Поршень движется в цилиндре 7, в нижней части которого расположен всасывающий 10, а в верхней нагнетательный 8 клапаны. Полость всасывающего клапана через трубопровод соединена с приемным резервуаром, наполненным раствором, а нагнетательного — с напорной линией.

При движении поршня вправо в рабочей камере 9 создается разряжение (рис. 6.1 б), в результате которого возникает разница давления под и над клапаном, последний открывается и в камеру засасывается раствор. В этот период нагнетательный клапан закрыт под действием разности давлений над и под клапаном, так как в нагнетательном трубопроводе давление выше, чем в рабочей камере.

При ходе поршня влево в камере повышается давление, всасывающий клапан закрывается. Как только давление внутри камеры станет выше давления во всасывающем трубопроводе, нагнетательный клапан откроется, так как давление в. камере будет выше давления в нагнетательном трубопроводе. Происходит выталкивание жидкости из камеры. Затем цикл повторяется.

Нетрудно заметить, что скорость поршня во время хода меняется от нуля в мертвой точке до максимума. Наибольшую скорость поршень имеет, когда кривошип перпендикулярен к шатуну. Поскольку нагнетание жидкости происходит за счет вытеснения ее из рабочей камеры поршнем, очевидно, количество жидкости, вытесняемой в единицу времени — подача насоса, — будет изменяться по тому же закону, что и скорость поршня, как показано на графике (рис. 1, в). Если обозначить ход поршня через S, его площадь через F, то объем жидкости У_ц , вытесненной из камеры при ходе влево, V_ц = F*S (1)

Идеальная подача одной камеры поршневого насоса (в м³/с)

Q’_ни = V_ц * n / 60 (2)

где n — число двойных ходов коренного вала в 1 мин.

Для многопоршневого насоса одностороннего действия идеальная подача (в м³/с): Q_ни = К* F*S*n / 60 (3)

К — число камер насоса.

Насосом двустороннего действия называется такой насос, в котором в каждом цилиндре имеются две рабочие камеры 5 и 8 (рис. 6.1): передняя 5, как у насоса одностороннего действия, и задняя 5, расположенная за поршнем 6. Объем этой камеры меньше, чем передней, так как в ней расположен шток 2 поршня, занимающий часть ее объема. Она также имеет всасывающий 1 и нагнетательный 4 клапаны, а шток 2 уплотнен сальником 3.

Если поршень движется вправо, то в левой (передней) полости создается разряжение, в результате которого всасывающий клапан 1 открывается и камера заполняется раствором, а из правой камеры (задней) жидкость в это время вытесняется в нагнетательный коллектор 7 движущимся поршнем 6. Всасывающий клапан 1 в ней закрыт, так как давление в этой камере выше, чем во всасывающем трубопроводе 9, а нагнетательный клапан 4 открыт. Очевидно, подача из задней камеры такого насоса будет меньше, чем насоса одностороннего действия: Q”_ни = (2F – f)*S*n / 60 (4)

Действительная подача насоса всегда меньше идеальной вследствие того, что происходят утечки через еще незакрытые клапаны, неплотности клапанов и поршней, в связи со сжимаемостью нагнетаемой жидкости, содержанием в ней газа, состоянием пар цилиндр — поршень, клапанов и т. д.

Фактическая подача может быть определена для каждого отдельного случая при конкретных условиях работы насоса по формуле Q_н = Q_ни* _о (5)

где Q_ни — идеальная подача с учетом фактического числа ходов поршней в 1 мин; _о — коэффициент объемной подачи.

Учитывая основные условия, влияющие на объемную подачу, можно вычислить коэффициент объемной подачи из выражения

_о = 1 – k_г*[ (1 - Г*Р_о / Р_п)(Р_н – Р_п) + Г(Р_о / Р_п – Р_о / Р_н)] (6)

где k_г— коэффициент, зависящий от конструктивного исполнения гидравлической части насоса, который выбирается в зависимости от диаметра поршня D:

- коэффициент сжимаемости жидкости:

- для воды = 47,5*10^-5 МПа^-1;

- для бурового раствора 40*10^-5 МПа^-1;

Г – доля газа в жидкости; Р_н, Р_п – абсолютное давление на выходе бурового и подпорного насосов, МПа; Р_о – атмосферное давление, МПа.

3. Примеры решения.

3.1. Пример 1

3.2. Пример 2

3.3. Пример 3

3.4. Пример 4

3.5. Пример 5