Билет 4

Патрубок (точка в гидравлической системе, в которой установлен насос), из которого насос забирает жидкость, называется всасывающим, патрубок, в который нагнетает, — напорным. Патрубки могут находиться на разной высоте, при этом часть энергии насос тратит на преодоление разницы гидростатических давлений между высотой напора z₁ и высотой всаса z₀ (это может быть и отрицательная величина).

Напор насоса H — это приращение механической энергии единицы массы жидкости между его выходом и входом. Обычно мерой энергии служит высота столба перекачиваемой жидкости (имеющей удельный вес γ при ускорении свободного паденияg): для i-й точки с давлением p_i и скоростью жидкости v_i

соответственно, напор насоса

Подача — количество жидкости, подаваемое насосом за единицу времени. Может рассматриваться массовая подача G или объёмная подача Q, G = γQ.

Мощность N — потребление насосом энергии за единицу времени. Полезная мощность N_h — это приращение энергии всего потока жидкости в насосе:  . Внутренняя мощность насоса N_i — это его полная мощность за исключением потерь на трение механических частей насоса, т. е. мощность, сообщаемая жидкости в виде тепловой и механической энергии.

Соотношение полезной и подведённой мощности — это коэффициент полезного действия насоса η = N_h/N. При этом следует наблюдать за размерностью величин: если, например, напор выражен в метрах, а подача в килограммах в секунду, то мощность в киловаттах вычисляется по формуле:

N[кВт] = G[кг]H[м]102η[безразм.]. Потери в насосе могут быть гидравлическими (затраты на преодоление гидравлических сопротивлений внутри насоса), объёмными (сокращение подачи насоса по сравнению с подачей рабочего органа) и механическими (трение деталей насоса о жидкость — внутренние механические потери, трение их друг об друга в подшипниках и т. д. — внешние). Учитываются, соответственно, гидравлическим КПД η_г, объёмным η_об и механическим, разделяющимся на внутренний и внешний, η_м=η_мiη_мe. η=η_гη_обη_м; N_i = Nη_мe.

Минимальный избыточный напор всасывания H_0u min над давлением парообразования жидкости p_s — запас механической энергии жидкости на входе в насос, необходимый для того, чтобы в насосе не возникла кавитация. Избыточный напор всасывания определяется как

где p_0a — давление на входе в насос, отнесённое к уровню оси насоса. На практике величину необходимого кавитационного запаса насоса принимают с некоторым коэффициентом запаса φ = 1,2…1,4. Допустимая высота всасывания определяется с учётом давления на поверхности жидкости в резервуаре, откуда она забирается, p_b и сопротивления (в линейных единицах) всасывающих трубопроводов h_c как

Для открытых сосудов p_b — это атмосферное давление, для закрытых сосудов с кипящей жидкостью  .

Билет 5

Полезную, или теоретическую, мощность насоса N (кВт) определяют как произведение весовой подачи на напор:

где pg— удельный вес жидкости, Н/м³; Q— объемная подача насоса, м/с; H— напор, развиваемый насосом, м.

Полезная (или теоретическая) мощность насоса Nп всегда меньше затрачиваемой мощности или мощности, подводимой к валу насоса N, так как в насосе неизбежно возникновение потерь энергии:

Общие потери (гидравлические, объемные и механические), возникающие при передаче энергии перекачиваемой жидкости, учитывает полный коэффициент полезного действия.

Гидравлическими потерями называют потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости от входа в насос до выхода из него. Эти потери энергии учитываются гидравлическим КПД

где Н— требуемый напор насоса; h— потери напора внутри насоса.

В современных насосах КПД = 0,8...0,95.

Объемными потерями называют потери энергии, возникающие в результате утечки жидкости из нагнетательной части насоса во всасывающую. Например, через рабочее колесо выходит жидкость в количестве Qк, основная часть которой по ступает в напорный патрубок насоса, а другая часть возвращается на всасывание через зазоры в уплотнении между корпусом насоса и колесом. При этом теряется часть энергии. Эти потери оценивают объемным КПД насоса:

где Q — подача насоса; Qк  — расход жидкости, проходящей через колесо насоса, в современных насосах 0,9...0,98.

Потери энергии, возникающие вследствие трения в подшипниках, сальниках, а также вследствие трения наружной поверхности рабочего колеса о жидкость, называют механическими потерями. Эти потери учитываются механическим КПД:

где N— мощность, подводимая к валу насоса; Nтр — потери мощности на преодоление сопротивления трения.

Механический КПД может составлять 0,95...0,98. Полный КПД насоса представляет собой произведение всех трех коэффициентов полезного действия:

и характеризует совершенство конструкции насоса и степень его изношенности.

Максимальный КПД крупных современных насосов достигает 0,9 и более, а КПД малых насосов может составлять 0,6...0,7.

На КПД насоса влияет коэффициент быстроходности. Общий характер этого влияния показывают кривые, приведенные на рис.  из которых следует, что максимальные КПД соответствуют диапазону ns = 140...220 об/мин, причем существенное влияние оказывает подача Q, т. е. размер насоса. С ростом подачи Q увеличивается и КПД насоса.

Влияние быстроходности на характеристики (а)

При непосредственном соединении вала насоса с валом электродвигателя мощность Nдв (кВт) электродвигателя

где К— коэффициент запаса, учитывающий случайные перегрузки двигателя; при мощности двигателя до 2 кВт рекомендуется принимать коэффициент К равным 1,5; от 2 до 5 кВт— 1,5...1,25; от 5 до 50 кВт- 1,25.. 1,15; от 50 до 100 кВт-1,15...1,05; более 100 кВт- 1,05.

Если вал насоса соединен с валом двигателя редуктором или ременной передачей, то мощность двигателя Nдв = KN/h пр , где h пр— КПД привода или редуктора.

БИЛЕТ 6

Буровой насос — насос, применяемый на бурильных установках с целью обеспечения циркуляции бурового раствора в скважине. Для промывки используется высокое давление, которое создаёт этот насос. Буровой насос бывает двух-и трёхцилиндровый. Основное предназначение бурового насоса - это обеспечить циркуляцию бурового шлама и предотвратить его оседание в процессе бурения, а также подъём разбуриваемой породы на поверхность. Буровой насос очищает забой и скважину от породы.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К БУРОВЫМ НАСОСАМ

Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину промы­вочной жидкости с целью: очистки забоя и ствола от выбуренной поро­ды (шлама) и выноса ее на дневную поверхность; охлаждения и смазки долота; создания гидромониторного эффекта при бурении струйными долотами; приведения в действие забойных гидравлических двигателей.

Исходя из назначения и условий эксплуатации, к буровым насо­сам предъявляют следующие основные требования:

•                подача насоса должна быть регулируемой в пределах, обеспечи­вающих эффективную промывку скважины;

•                мощность насоса и количество насосов должно быть достаточным для промывки скважины и работы забойных гидравлических дви­гателей;

•                скорость движения промывочной жидкости на выходе из насоса должна быть равномерной для устранения инерционных нагрузок и пульсаций давления,

вызывающих осложнения в бурении, до­полнительные энергетические затраты и усталостные разрушения;

•                насосы должны быть приспособлены для работы с абразиво- и ма­слосодержащими коррозионно-активными промывочными ра­створами различной плотности;

•                узлы и детали, контактирующие с промывочным раствором, дол­жны обладать достаточной долговечностью и быть приспособлен­ными к удобной и быстрой замене при выходе из строя;

•                крупногабаритные узлы и детали должны быть снабжены устрой­ствами для надежного захвата и перемещения при ремонте и тех­ническом обслуживании;

•           узлы и детали приводной части должны быть защищены от промы­вочного раствора и доступны для осмотра и технического обслу­живания;

•           насосы должны быть приспособлены к транспортировке в собран­ном виде на далекие и близкие расстояния и перемещению воло­ком в пределах буровой;

•           конструкция насосов должна допускать правое и левое расположе­ние приводных двигателей;

•                надежность и долговечность насосов должны сочетаться с их эко­номичностью и безопасностью эксплуатации.