Билет 13

Клапаныпредназначены для периодического разобщения ра­бочей камеры насоса от простран­ства всасывания и нагнетания,

 при этом обеспечивается движе­ние жидкости в одном опреде­ленном направлении.

Клапан - один из важнейших узлов, дефекты в работе которо­го сильно отражаются на подаче и надежности работы насоса.

Клапаны, устанавливаемые на всасывающей и на нагнетательной частях насоса, обычно выполняют­ся одинаковыми. По принципу действия они подразделяются на самодействующие (автоматичес­кие) и принудительные действия. Самодействующие клапаны от­крываются давлением жидкости на их нижнюю поверхность, а зак­рываются под действием собствен­ного веса или совместного дей­ствия веса и давления пружины. Клапаны принудительного дей­ствия приводятся в движение от вала насоса через передаточный механизм. Самодействующие кла­паны в зависимости от рода дви­жения подразделяются на подъем­ные и откидные или шарнирные. Подъемные клапаны в свою оче­редь выполняются тарельчатыми, кольцевыми и шаровыми.

Применение клапанов того или иного типа зависит главным образом от рода перекачиваемой жидкости и числа ходов поршня.

Наибольшее распространение в нефтяной промышленности по­лучили насосы, снабженные та­рельчатыми (рис. 1.13) и шаровы­ми клапанами, причем последние применяют преимущественно в скважинных насосах.

БИЛЕТ 14

Коэффициент подачи поршневых насосов, факторы на него влияющие

Действительная подача насоса Qд всегда меньше теоретической  Qт. Это обусловлено несколькими факторами.

а) утечками жидкости через уплотнения штока или поршня в атмосферу; б) перетоком жидкости через уплотнения поршня внутри цилиндра; в) утечками жидкости в клапанах вследствие их негерметичности и запаздывания закрывания; г) подсосом воздуха через уплотнения сальника; д) дегазацией жидкости в цилиндре насоса вследствие снижения давления в рабочей камере;  е) отставанием жидкости от движущегося поршня.

Утечки, перечисленные в пп. а), б) и в) учитываются коэффициентом утечек ηу, явления, перечисленные в пп. г), д) и е) - коэффициентом наполнения ηн.

Произведение коэффициентов утечек и наполнения называется коэффициентом подачи η, который характеризует отношение действительной подачи насоса к теоретической:

                (1.7)

Коэффициент подачи зависит от качества уплотнений, степени их изношенности, свойств перекачиваемой жидкости и режима работы насоса. В реальных условиях коэффициент подачи колеблется от 0,85 до 0,98.

Подачей насоса называется количество жидкости, нагнетаемое насосом за единицу времени.

Средняя теоретическая подача поршневого насоса определяется суммой объемов описываемых поршнями в единицу времени.

Примем следующие обозначения:

F - площадь сечения поршня или плунжера в м²; S - длина хода поршня в м; n - число двойных ходов поршня в минуту; V - объем, описанный поршнем за один ход в м³;. Q -  теоретическая подача насоса в м³/с.

Подача насоса простого действия

При ходе всасывания в цилиндре освобождается объем:

V = F · S м³>.

Этот объем заполняется всасываемой жидкостью. При ходе нагнетания этот же объем жидкости нагнетается в напорный трубопровод, следовательно V - теоретическая подача насоса за один двойной ход поршня.

Теоретическая подача насоса в 1 секунду:

              (1.4)

Подача насоса двойного действия

При ходе поршня вправо (см. рис. 1.1, в) в левую камеру поступает объем жидкости, равный F · S, а при обратном в правую камеру поступает объем (F — f) · S, где f -  площадь сечения штока, уменьшающая полезный объем цилиндра.

Тогда при одном двойном ходе теоретический объем жидкости, поступающей в насос и нагнетаемый им, составит:

F · S + (F - f) · S = F · S + F · S - f · S = (2 · F - f) · S.

При этом теоретическая подача насоса двойного действия:

            (1.5)

Подача трехпоршневого насоса простого действия

Подача такого насоса, состоящего из трех насосов простого действия, равна:

              (1.6)

БИЛЕТ 15

По условию неразрывности потока несжимаемой жидкости можно записать, что мгновенная подача насоса равна

 ,

где F и V - площадь и скорость поршня, а индексами «в» и «н» обозначены соответствующие величины в подводящем и напорном трубопроводах.

Из уравнения неразрывности и рисунка 6.13 следует, что мгновенная подача насоса представляет собой синусоиду.

На рисунке 6.14 представлены схема и график подачи однопоршневого насоса одностороннего действия, из которого видно, что за ход нагнетания мгновенная подача изменяется от нуля (при   ) до   (при   ) и снова падает до нуля (при   )

Рисунок 6.14

 

Неравномерность подачи насоса можно оценить сравнением максимальной подачи со средней - это отношение называется коэффициентом неравномерности подачи:

 ,

где средняя подача - это высота прямоугольника, равновеликого площади синусоиды мгновенной подачи за один оборот кривошипа

 .

Площадь синусоиды соответствует объему, описываемому поршнем за один ход:

 .

Так как     а   , то

 .

Следовательно:

 ,

т.е. Q_CP соответствует идеальной подаче со средней скоростью движения поршня. Коэффициент неравномерности подачи однопоршневого насоса одностороннего действия равен

 ,

т.е. максимальная мгновенная подача в 3,14 раза больше средней подачи.

Рассмотрим график подачи двухпоршневого насоса одностороннего действия (рисунок 6.15 а). В таком насосе для обеспечения более равномерной подачи необходимо сдвинуть поршни на ход, т.е. кривошипы должны иметь сдвиг на 180.

Тогда степень неравномерности подачи составит

 .

Для однопоршневого насоса двухстороннего действия (рисунок 6.15б) степень неравномерности подачи   , так как средняя подача составляет   меньше, чем предыдущего.

Рисунок 6.15 a

График подачи трехпоршневого насоса изображается в виде трех синусоид, сдвинутых относительно друг друга на 120 (рисунок 6.16).

 

Рисунок 6.15 б

 

Для получения суммарной мгновенной подачи необходимо сложить ординаты синусоид на участках, где они накладываются друг на друга.

Степень неравномерности подачи равна (при   или при   )

 .

График подачи насоса, имеющего четыре рабочих камеры строится из условия, что кривошипы двух цилиндров расположены под   (рисунок 6.17).

После получения суммарной мгновенной подачи (верхняя линия на графике рисунка 6.17) определяем степень неравномерности подачи (максимум мгновенной подачи при   ).

 .

 

Рисунок 6.16

 

Рисунок 6.17

 

Сравнение степени неравномерности подачи поршневых насосов с тремя и четырьмя камерами показывает преимущества нечетного числа камер. Так повторяется и при дальнейшем увеличении числа камер. Дальнейшее увеличение числа рабочих камер усложняет конструкцию и мало влияет на уменьшение степени неравномерности подачи. Поэтому больше пяти камер в стационарных насосах не делают.