Винтті сорғылардың құрылымын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: студенттерге винтті сорғылардың жұмыс істеу принциптерін түсіндіре отырып, олардың қолдану ортасы мен құрылымын сипаттау.

Винтті сорғыға көлемді класты гидравликалық машиналардың барлық қасиеттері тән болып келеді. Сонымен бірге олардың басқа көлемді гидравликалық машиналардан ерекшелендіріп тұратын артықшылықтарын да атап өткен жөн. Бұл артықшылықтарға клапандардың болмауын және инерциялық күштердің пайда болуын тежейтін энергияның гидравликалық шығын көздері, біркелкі берілістерді жатқызуға болады. Ең ақырында бұған барынша лайланған сұйықтық пен жабысқақтығы жоғары сұйықтықты айдау мүмкіндігін, радиалды габариттерді де қосуға болады. Винтті сорғылар сазды және цемент ерітінділерін, майды, пасталарды, кремдер мен басқа да сұйықтықтарды өткізе (тасымалдай) алады.

Винтті сорғының айқын бір қасиеті оның көп түрлі болып келетіні.

Қолданыстағы винтті сорғыларды ортақ құрылымдық белгілеріне, мысалы, винттерінің санына қарай жеке-жеке топтарға бөлуге болады. Жұмыс істейтін винттердің жалпы санына қарай бір винтті, екі және үш винтті сорғылар кеңінен қолданылады.

Бір винтті сорғылар су мен мұнайды төтелдерден (скважинадан) шығару үшін мұнай-газ өндіретін кәсіпорындарда кеңінен пайдаланылады.

Мұнай-газ өндіретін кәсіпорындарда винтті сорғылар сорғылы және газ шығаратын жүйелерді майлау жүйелерінде, мұнай сақтаудың технологиялық процестерінде және мұнай базаларында, гидрожетекті машиналарда, жерасты төтелдердің (скважиналардың) күрделі жөндеу агрегаттарының механизмдерінде қолданылады.

БІР ВИНТТІ СОРҒЫЛАР

Кәсіпорындарда бір винтті сорғылардың құрылымдық типтерінің көптеген түрлері пайдаланылады. Бір винтті сорғының құрылысы және оның пайдаланылу саласы көпшілік жағдайда сорғының жұмыс органдарының планетарлық қозғалыстарын орындайтын құрылымдық құралдарына байланысты болады. Жұмыс органдарының планетарлық қозғалыстары олардың және жетекті біліктің (корпустың) арасына шарнирлі карданды білікті, муфтаны, бұрылу шарнирін орнату арқылы жүргізілуі мүмкін.

Бір винтті сорғының көптеген құрылысында винттің планетарлық қозғалысында жетекші біліктің айналу механизмі екі әмбебап шарнирмен және оларды біріктіретін карданды білікпен біріледі. Бірақ бұл механизмде бір шарнирмен, муфтамен, икемді байланыспен (троспен) берілетін немесе жетекті білік винтпен қатты байланыстырылған түрде берілетін бірқатар конструкциялары да болады.

Құрылымдық орындалуына қарамай-ақ бір винтті сорғылардың әрекет ету принципі бұрынғыдай қала береді. 1-суретте екі шарнирлі бір винтті сорғы берілген.

1-сурет – Бір винтті сорғының схемасы

Сорғының негізгі бөліктері (1-сурет) корпус 1, сауыт 2, винт 3, Кардан-Гуктің әмбебап шарнирі 4 (немесе эксцентрикті муфта), жетекті білік 5, подшипниктер 6 және тығыздағыш 7 (уплотнение) болып табылады. Жетекші білік пен винттің арасында орналасқан келте құбыр (патрубок) сорғыш камера болып табылады. Винт пен сауыт 2-суретте берілген.

2-сурет – Винтті сорғының винті мен сауыты

Бір бұрандалы, дөңгелек қималы винт карданды қосылыстар көмегімен жетекші білікпен айналады. Сауыттың ішкі қуысы винтке қарағанда екі есе үлкен болып келеді. Винт айналған кезде онымен сауыттың ішкі қабатында (О нүктесі – сауыт осі) сорылған сұйықтық герметикалық түрде тұйықталатын бос қуыс пайда болады (2, а-сурет) және одан әрі винтті айналдырғанда оның осінің бойымен айдау камерасына ығыстырылады. Сонымен бірге, сору камерасында вакуум пайда болады, оның әсерімен сұйықтықтың жаңа порциясы сорғыға сорылады. Мұнда винтті сорғылардың өздігінен сора алатын қасиетін айта кеткен жөн. Олардың сору биіктігі 6-8 м жетеді, бұл кейбір жағдайда аса маңызды рөл ойнауы мүмкін.

Винттің кез келген бұралуы R радиусын дұрыс айналу шеңберін көрсетеді, О₁ ортасы О₂ винт осіне е эксцентри­ситеті шамасына жылжытылады (2, б-сурет). Винттің жоғары қабаты аbсd синусоид осінің бойымен бір мезгілде айналады. Винттің бір толық айналымында пайда болған синусоидтар t адымының шамасына қарай ось бойымен орналасады. Сорғы жұмыс істеп тұрғанда винт күрделі қозғалыстар жасайды. Ол өзінің осінің айналасында айналады, ал оның осі қарама-қарсы бағытта r=е радиусымен шеңбер жасап айналады. Винтті осылай айналдыру үшін оны Кардан-Гук шарнирі арқылы немесе эксцентрикті муфта арқылы жетекті білікке бекітіледі. Сауыттың көлденең қимасы (2, в-сурет) R радиусының екі жарты шеңберімен пайда болады, олар өзара тік сызықтармен біріктіріледі, ұзындығы осы 4е жарты шеңберлерінің ортасының арасындағы қашықтыққа тең болады. Т сауытының винтті қабатының адымы 2t винтінің екі еселенген адымына тең болып келеді.

Винтті айналдырған кезде оның кез келген қимасы жоғарғы шеткі жағынан төменге дейін ай тәріздес кеңістік құра отырып, сауыттың тиісті көлденең қимасына араласып кетеді.

Ай тәріздес қуыстардың екі көлденең қимасының жиынтық алаңы сауыт пен винттің қималарының аудандарының айырмашылығына тең болып келеді. Өйткені, винт осьтік бағытта айналған кезде араласпайды, онда ойық шұңқырларын толтырған сұйықтық t винтінің ойығының адымына сәйкес ось бойымен айналады. Көрініп тұрғандай, сауыт пен винт қабатында тұйықталып қалған сұйықтық біліктің бір айналымында Т=2t адымының шамасына осьтік бағытта орналасады.

Осылайша, көлденең ағыс қимасының ауданын біле аламыз:

F = 4e ^. 2R= 4eD, (1)

мұнда D – винт диаметрі және Т-ға тең, біліктің бір айналымында сұйықтықтың осьтік орналасуының шамасы (жұмыс көлемі q)

q = FT = 2Ft = 8eDt (2)

және теоретикалық берілісі Q_т біліктің n айналу жиілігі кезінде:

Q_т = 4eDTn = 8еDtn. (3)

ПӘК η_к көлемінде сорғының нақты берілісі мынадай болып келеді:

Q = 8eDtnη_к (4)

ЕКІ ВИНТТІ СОРҒЫЛАР

Екі винтті сорғылар, әдетте, тік бұрышты немесе винттердің трапециялы профильді түрінде кездеседі. Винттердің мұндай құрылысы айналу кезінде бір винттің жоғарғы қабаты басқа винттің жоғарғы қабатымен байланысқа түсуіне мүмкіндік бермейді, сол себепті олардың арасында саңылау болады. Жоғары және төмен қысымды камералар арасында саңылаулардың болуынан бұл сорғыларды шартты түрде герметикалық емес деп атайды. Алайда тіпті әртүрлі қысымдағы екі қуыс арасында жіңішке саңылау болса да, оның ұзындығы бойынша аса үлкен гидравликалық кедергілер пайда бола алады, бұл іс жүзінде осы қуыстар арасынан сұйықтықтың ағып кетуін болдырмайды. Дәл сол себепті саңылаудан сұйықтық ағып кетпеу үшін винттің ұзындығын арттырады, сонымен бірге, ойықтар адымын да азайтады. Осылайша сорғының шығу қысымы да байланысты болатын гидравликалық кедергілер шамасына қарай лабиринтті тығыздау жүргізіледі. Винттердің қызып кетпеуі үшін олар осьтік бағытта сенімді түрде бекітіледі.

Екі винтті үйлесімді айналдыру үшін, олардың арасында ілінісуді болдырмау үшін, сорғыларда винт біліктеріне орнатылған екі бірдей тістегеріштен тұратын тісті беріліс қолданылады. Әдетте, тістегеріштер сорғы корпусының сыртында болады және автономды түрде майланады.

Сорғының сыртына шығарылған үйлесімді тістегеріштер мен подшипниктер және винттердің арасындағы саңылаулар механикалық қоспалармен лайланған сұйықтықты айдап шығару үшін екі винтті сорғыларды пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл винттің абразивті тозуын да болдырмайды.

Осьтік күштерден роторларды түсіру екі винтті сорғыларда гидростатикалық қысымдармен ең алдымен қарама-қарсы жақтан ойықтар бағыты әртүрлі болып келетін винттерге сұйықтықты жіберу арқылы жүргізіледі. Сонымен бірге осы мақсатта арнайы каналдар бойынша жоғары қысыммен сорылатын жақтан біліктің бүйірлік қабаттарына да жіберіледі. Каналдар сорғының корпусында немесе винттің білігінде орындалады.

Екі винтті сорғының есептік берілісін де мынадай формула бойынша аса дәлдікпен анықтауға болады:

, (5)

мұнда D_с және D_і – винттің сыртқы және ішкі диаметрлері;

t – винттің адымы;

n – біліктің айналу жиілігі.

Суретте екі винтті сорғы берілген.

Жетекші біліктің 2 айналу бағыты және ойықтардың әртүрлі бағыттарында винттердің орналасуы 4,5 сорғы корпусының шеткі қуыстары соратын, ал ортаңғы қуысы – айдайтын болып беріледі. Сол себепті роторлар осьтік күштерден түсіріледі, ал сору қуысы жағындағы сальниктер 6 айдалатын сұйықтықтар қысымына ұшырамайды. Винттер өзара және сауытпен байланысқа түспейтін жағдайда болады.

Сорғының корпусында жоғары тұтқырлықты мұнайды айдау кезінде бумен жылыту үшін кертікті (зарубашечное) кеңістік болады.

Екі винтті сорғылар мұнай, мұнай өнімдерін, сілтілерді, қышқылдарды, суды, шайырды (смола) айдап құю үшін кеңінен қолданылады.

3-сурет – Екі винтті сорғы:

1,8 – подшипниктер; 2 – жетекті білік, 3 – корпус; 4,5 – винттер;

6 – сальникті білікті тығыздағыш; 7 – үйлестіруші тістегеріштер;

КК – кертікті (зарубашечное) кеңістек

ҮШ ВИНТТІ СОРҒЫЛАР

Винтті сорғылардың винттерінің ойықтар (нарезки) профилі қалыпты қималар осіне көлбеу болып келеді. Осындай геометриялық үлгіде ойықтар сорғы сауытында винттердің жеткілікті ұзындығымен ұштаса отырып, сору камерасынан айдап шығаратын камералардың теоретикалық герметикалық бөлімшелерімен қамтамасыз етіледі.

Үш винтті сорғыларда бір жетекші винт пен екі симметриялы орналасқан жетектегі винт болады. Олар сұйықтықты бір жақтан да, екі жақтан да жібереді.

4-суретте сұйықтықты бір жақтан жіберетін үш винтті сорғы берілген. Ортаңғы винт 1 жетекші, ал екі бүйіріндегі 4 – жетектегі болып табылады.

4-сурет – Үш винтті сорғы

Винттердің ойықты бөліктері сауыт 5 болады, олар кішігірім саңылаулы подшипниктерде айналады.

Сорғы жұмыс істеген кезде пайда болатын осьтік күштердің әсерінен винттерді босату үшін жетекші винттің бүйірінде түсіру поршені 2 қарастырылған, ал жетектегі винттердің бүйірінде түсіру стакандары 3 орналастырылады. Сорғының айдайтын саласынан сұйықтық винттер білігінің бүйірінен винттердің радиалды және осьтік каналдары бойынша жіберіледі (4-суретте пунктирлі сызықтармен белгіленген).

Жетекші винт жетектегі винттермен салыстырғанда көлемдірек болып келеді, өйткені оған жұмыс процесінің негізгі жүктемесі түседі.

Винттердің ойықтарының геометриялық арақатынасы жұмыс органдарының герметикасын қамтамасыз етіп қана қоймайды, сонымен бірге, жетекші винттен жетектегі винтке айналу моментінің берілмей қалуына қарай да таңдалып алынады. Жетектегі винттер пайдалы жұмыстармен айналыспайды, тек сұйықтықтың айдау камерасынан сору камерасына ағуын болдырмайтын тығыздағыш ретінде қолданылады және қалыпты жұмыс процесінде жетекші винтпен өзара әрекет ету нәтижесінде емес, айдалатын сұйықтықтың қысымы арқылы айналысқа түседі. Өйткені жетектегі винттердің функциялары герметизация кезінде ғана көрініс береді, оларда айналу моменттері болмайды және аса ұзақ мерзімділігімен ерекшеленеді. Сорғылардың айналымы минутына 18000 айналымға дейін жетіп отырады.

Герметикалығын қамтамасыз ету үшін сору және айдау камераларының арасына тұрақты қалқалар қою қажет, сол үшін L винттің төменгі ұзындығы L›1,25t болуы тиіс, мұнда винттің адымы t болады. 15…20 МПа артқан қысымды сорғылар үшін винттің ұзындығы L=(6…8)t болып келеді.

5-сурет - Сауыттағы винттер қимасы

Винттер айналған кезде олардың ойықтарын толтырған сұйықтық үдемелі түрде жетекші винттің бір айналымында бір адымның шамасына орын ауыстырады. Соған сәйкес жетекші винттің бір айналымында үш винтті сорғының берілісі каналдар көлеміне тең болады, онда сұйықтық бір адым шегінде винттер бойымен ағатын болады. Бұл көлем сауыт мен винт денесі (5-сурет) және винттер адымы t арасындағы бос ауданмен анықталады және (F-f)·t тең болады. Демек, есептік өнімділігі n айналымында минутына мынаған тең болады:

Q_т = (F-f)·t·n, (6)

мұнда F және f – винттер корпусының кертіктерінің (расточек) көлденең қимасының аумағы және винттер қимасының аумағы.

Үш винтті сорғы үшін ағыс қималарының аумағы төмендегідей:

. (7)

Үш винтті сорғылардың есептеулері кезінде түпкі шамалар ретінде барлық басқа да көлемдері берілетін жетектегі винттердің сыртқы шеңберінің диаметрі d_с болып шығады. Винттердің жекелеген параметрлері арасындағы барынша ұтымды арақатынастар төмендегідей болып келеді:

D_і = d_с; (8)

, (9)

мұнда D_і және D_с — жетекші винттің ойықтарының ішкі және сыртқы диаметрлері.

6-суретте сұйықтықты екі жақтан жіберетін үш винтті сорғының құрылысының біреуі көрсетілген. Жетекші және жетектегі винттердің қарама-қарсы бағыттағы екі ойығы болады. Сұйықтықты сору корпустың шетінде, ал айдау – ортасында жүргізіледі.

Жетектегі винттер толықтай осьтік күштен босатылады. Елеусіз ғана осьтік күштер жетекші винтте ғана болады. Винттердің тірек күші сорғы корпусына қойылған және оған бекітілген екі өзара ауыстырылып тұратын сауыттар болып табылады.

Жетек жағынан алып-салмалы шарикті подшипник орналасады, оны жетекші винттер осьтік бағытында ұстап отырады. Сорғының корпусында бумен жылыту үшін кертікті кеңістік болады.

Q

6-сурет - Сұйықтықты екі жақтан жіберетін сорғы:

1 – жетекші винт; 2,3 – қосалқы винттер; 4 – сауыт; 5 – корпус;

6 – білікті тығыздағыш; 7 - подшипник

ВИНТТІ СОРҒЫНЫҢ НЕГІЗГІ ПАРАМЕТРЛЕРІ

Винтті сорғының берілісі оның жұмыс органдарының көлеміне және сорғы білігінің айналым санына, сонымен бірге, айдалатын сұйықтықтың айдалу қысымы мен тұтқырлығына байланысты. Сорғы берілісінің тұрақты айналым саны кезіндегі айдау қысымы мен тұрақты тұтқырлыққа тәуелділігі сорғының арынды сипаттамасы деп аталады.

Сорғының жұмыс процесінде айдалатын сұйықтық винт пен сауыттың арасындағы бос кеңістікті толтырады. Өйткені винт осьтік бағытта айналғанда орын ауыстырмайды, ал кесінділердің ойықтарын толтыратын сұйықтық t винт кесіндісінің адымына сәйкес орын ауыстырады. Осылайша жетекті біліктің бір айналымында винт сауыттағы камераны екі рет жабады, яғни статордан сұйықтықтың екі порциясын ығыстырып шығарады. Сол себепті винт кесіндісі мен сауытта тұйықталып, айдалған сұйықтық винттің екі адымына немесе сауыттың бір адымына тең шамадағы осьтік бағытқа орналасады. Сорғының қалыпты жұмысы кезінде сұйықтық сауыттың барлық бос тұрған көлденең қималарын толтырады.

Осылайша, сұйықтық ағынының көлденең қимасының ауданы мынаған тең:

, (10)

мұнда D – винт қимасының диаметрі.

Сорғының жетегінің бір айналымында сұйықтықтың осьтік орын ауыстыруы Т-ға тең болса, жетекті біліктің бір айналымындағы сорғының теориялық берелісінің шамасын анықтаймыз:

. (11)

Егер Т, е және D шамалары сантиметрмен берілген болса, онда q өлшем бірлігі см³/айн болады.

Сорғыларда сұйықтықтың айдау қуысынан сору қуысына өтетін бір бөлігінің шамасы Q_ағу деп белгіленеді. Сонда нақты беріліс:

(12)

Минутына білік айналымының саны n болғанда:

, м³/сағ. (13)

Сорғы білігінің қуаты келесі формула бойынша анықталады:

, кВт, (14)

мұнда Q – сорғының берілісі, м³/сағ;

Н – сорғының айдау қысымы, м;

- сорғының толық ПӘК-і;

- сұйықтықтың меншікті салмағы.

Толық ПӘК әрбір сорғы үшін оның сипаттамасында беріледі. Техникалық сипаттамасында берілген айналымдар санын арттыруға болмайды, өйткені мұнда көлемдік ПӘК елеулі түрде азаяды.

Сұйықтықтың өзгермейтін тұтқырлығы және өзгермейтін айдау қысымы кезінде айналымдардың есептік санының төмендеуі Q берілісінің және N білік қуатының азаюына әкеледі, сонымен бірге Q₁ берілісінің және N₁ қуатының жаңа шамалары бұл жағдайда шамамен мына формулалар арқылы есептелуі мүмкін:

(15)

мұнда Q – сорғының берілісі, м³/сағ;

- сұйықтық тұтқырлығы, м²/с;

Q₁ – өзгермейтін тұтқырлық кезіндегі сорғының берілісі, м³/сағ;

- көлемді ПӘК.

(16)

мұнда N₁ – сұйықтықтың өзгермейтін тұтқырлығы кезіндегі сорғы

білігінің қуаты, кВт;

N – сұйықтықтың тұтқырлығы кезіндегі сорғы білігінің қуаты,

кВт;

- толық ПӘК;

- көлемді ПӘК.

Винтті сорғылардың сору биіктігі жұмыс органының ұзындығына байланысты 7,6-8 м шегінде өзгеріп отырады.

Бақылау сұрақтары:

1. Винтті сорғылардың қандай қасиеттері бар?

2. Бір винтті сорғының теоретикалық берілісі қалай есептеледі?

3. Винтті сорғының теоретикалық берілісі қалай есептеледі?

4. Винтті сорғының қосалқы винттері қандай функцияларды орындайды?

5. Винтті сорғының қосалқы винттері қалай айналады?

№6 зертханалық жұмыс