книги из ГПНТБ / Николич А.С. Поршневые буровые насосы
.pdfизнашивание носит усталостный характер, причем а = 2-^5 (мак
симально до 9). |
|
|
|
|
|
|
Формула (46) при а=1, 0 не противоречит |
зависимости, полу |
|||||
ченной 1 |
после многих, |
тщательно проведенных |
опытов и |
справед |
||
ливой для абразивного |
изнашивания |
|
|
|
||
|
|
|
w - cffi,pEs, |
|
|
(47) |
где w — объемный износ в см3 ; cw — коэффициент пропорциональ |
||||||
ности, |
определяемый |
экспериментально в см4 /кгс; |
р— давление |
|||
на поверхности |
трения в кгс/см2 ; Ss — суммарный |
путь |
трения. |
|||
Для |
расчетов |
изнашивания боковой поверхности |
поршня коэф |
|||
фициент cw должен определяться при трении резины об абразивножидкостную прослойку.
|
Зависимость (47) при сс=1 дополняет |
формулу |
(46), так как |
||||||||
включает |
еще одно |
переменное |
2,s, характеризующее |
длину пути |
|||||||
трения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для расчета долговечности уплотнений, ведущим видом изна |
||||||||||
шивания |
которых |
является |
усталостное |
вырывание |
материала, |
||||||
выдавливаемого в |
зазор, в |
результате |
исследования2 |
получена |
|||||||
полуэмпирическая |
зависимость |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
с = р И ' п , |
|
|
|
|
(48) |
|
где |
с—коэффициент |
работоспособности |
уплотнения; |
р — пере |
|||||||
пад |
давления в уплотнении |
в кгс/см2 ; |
п — число двойных • ходов |
||||||||
вытеснителя в 1 мин; t — время |
безотказной |
работы |
уплотнения |
||||||||
(ресурс) |
в ч; т — эмпирический |
коэффициент |
(1/т = 0,33). |
||||||||
Величина nt=N/Q0, |
где N — общее |
число |
циклов нагружения |
||||||||
манжеты до ее повреждения. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Коэффициент работоспособности с по тем же данным для раз |
|||||||||||
личных видов уплотнений имеет следующие значения. |
|
||||||||||
> |
|
Манжеты по ГОСТ 6969—51 |
|
|
2800 |
|
|||||
|
|
Манжеты по ГОСТ 14896—69 (МН5334—64 |
|
|
|
||||||
|
|
до 1. 07. 71 г.) |
|
|
|
|
3600 |
|
|||
|
|
Шевронные |
манжеты |
по ГОСТ 9041—59 |
. . . |
3000 |
|
||||
|
|
Кольца круглого сечения по ГОСТ 9833—61 |
. . . |
2500 |
|
||||||
Зависимость (48) и приведенные значения величины с спра ведливы для уплотнений, работающих на чистых жидкостях.
Сопоставляя выражение (48) с формулой (46), нетрудно обна ружить, что в обоих случаях величина износа пропорциональна давлению в степени k, где k — целое число. Для уплотнительных манжет k = m= 1/0,33 = 3, что можно рассматривать как частное
1 |
X р у щ о в |
М. М., |
Б а б и ч е в М. А. Абразивное изнашивание. М., |
изд-во «Наука», 1970. |
|
||
2 |
М а к а р о в |
Г. В. |
Уплотнительиые устройства. М.— Л., «Машинострое |
ние», |
1966. |
|
|
112
значение а из формулы (46), справедливое применительно к уп лотнениям, так как величина т = 3 находится в пределах а = 2 - т - 5 ,
действительных в |
общем случае, к |
которому |
относится фор |
мула (46). |
|
|
|
Сопоставление |
выражения (48) и |
формулы |
(46) подтверждает |
усталостный характер изнашивания уплотнительных манжет, на блюдающийся в форме вырывания резины в уплотняемом зазоре..
Наблюдениями установлено, что при давлении нагнетания про мывочной жидкости свыше 100 кгс/см2 основным видом изнашива ния резино-металлических поршней в 'буровых насосах является усталостно-абразивное изнашивание резины в уплотняемом зазоре. Время работы до отказа поршня по ГОСТ 11267—65 с учетом влия
ния абразивов при этом определяется по формуле |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
c=k0p(ntf'3\ |
|
|
|
|
|
|
(49) |
|
где |
c=4000-f-6000 — коэффициент |
|
работоспособности |
поршня |
||||||||
(с = 6000 для поршней, тщательно |
изготовленных |
в лабораторных |
||||||||||
условиях, с = 4 0 0 0 — при массовом |
выпуске на |
разных |
заводах); |
|||||||||
р—давление |
нагнетания |
в кгс/см2 ; |
п — число |
двойных |
ходов |
|||||||
поршня |
в 1 мин; t — время |
работы |
до |
отказа |
поршня |
в ч; ko — |
||||||
общий |
коэффициент |
условий работы, |
определяемый |
перемноже |
||||||||
нием частных |
коэффициентов, |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
К = PiPiQiQiMJHjrjiTtTi, |
|
|
|
(50) |
|||||
где |
Р 1 |
| 2 — группа |
коэффициентов |
|
запаса |
работоспособности; |
||||||
Qi,2 — коэффициенты, характеризующие влияние |
качества |
смен |
||||||||||
ных деталей; |
Mi, 2 и |
— коэффициенты, характеризующие |
соот |
|||||||||
ветственно 'Влияние |
содержания абразивов и свойств |
промывоч |
||||||||||
ного раствора и конструктивных особенностей уплотнительных уст ройств.
Система коэффициентов Р ,Q, М, Т охватывает наиболее су щественные факторы, влияющие на срок службы уплотнений.
Для правильного применения системы коэффициентов необхо димо обоснованно принимать в расчет частные коэффициенты в со четании с условиями, складывающимися в эксплуатации.
Значения частных коэффициентов и краткие замечания о ме тодах их определения приведены в табл. 10.
Влияние отдельных факторов определено по результатам экс периментов как отношение срока службы уплотнения, работающего под воздействием изучаемого фактора, к сроку службы в отсут
ствие его проявлений при прочих равных |
условиях. |
Указанные |
в табл. 10 числовые значения большинства |
коэффициентов уста |
|
новлены по результатам опубликованных работ. |
|
|
Система коэффициентов и их значения не являются |
окончатель |
|
ными. С появлением новых усовершенствований уплотнительных устройств система может быть дополнена новыми коэффициента ми. Зависимости, определяющие величину коэффициентов, могут
113
Т а б л и ц а Ю
Система коэффициентов для характеристики условий эксплуатации при расчете долговечности подвижных уплотннтельных устройств поршневого бурового насоса
Группа |
|
Частные |
Обозначе |
Кратная характеристика и величина |
|
|||||||||||
факторов |
коэффициенты |
ние |
|
частных |
коэффициентов |
|
|
|
||||||||
Запас |
работо |
Надежности |
Pi |
Для |
литых |
резнно-металлических уп |
||||||||||
способности |
материала |
|
лотнений |
( Р = 1 , 0 ) |
|
|
|
|
||||||||
Р=РХР2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для резнно-металлических уплотне |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ний, |
изготовленных |
компрессионным |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
методом |
( Р 2 = 1 , 3 ) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
Степени ответ |
Р- |
Для глубокого разведочного и экс |
|||||||||||
|
|
|
ственности |
|
плуатационного бурения |
|
( Р 3 = 1 , 1 ) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Для |
структурного бурения (Р 2 = |
1,05) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Для геофизического бурения |
( Р 3 = 1 , 0 ) |
||||||||
Качество смен |
Нефтетеплостон- |
Qi |
При |
набухании в нефти за 6 |
суток |
|||||||||||
ных |
деталей |
кости резины |
|
при *=70°С |
не более 5% |
(Q1 |
= 1,0) |
|||||||||
Q=QlQ. |
|
|
|
|
|
При |
набухании в нефти за 6 суток |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
при |
/=70 °С |
не |
более |
80% |
(1< |
||||
|
|
|
|
|
|
|
« ? ! < 1 , 5 ) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Твердости соп |
|
При |
твердости |
Ны |
детали выше твер |
||||||||
|
|
|
ряженной |
с уп |
|
дости Я а |
абразива (Q2 =1,0) |
|
||||||||
|
|
|
лотнением |
дета |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ли |
|
|
|
|
# а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При 1< — - <l,5(Q . ,= l,0-f 1,2) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
При — |
> |
1,5 (Qa=l , 2) |
|
|
|
||||
Свойства |
про |
Вида |
очистки |
|
При |
работе |
на чистой воде |
( М 1 = 1 , 0 ) |
||||||||
мывочного |
раст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вора |
М=МгМг |
|
|
|
|
При |
гидроциклонной |
очистке |
(Мх— |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
= |
1,18) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При желобнон очистке |
(М1 =1,93) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
Mo. |
При |
применении гематита |
или |
магне |
||||||
|
|
|
Вида |
утяжели |
|
тита |
(М 2 =1,12) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
теля |
|
|
При применении барита и отсутствии |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
зерен |
кварца |
в |
промывочной |
жид |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
кости (М 2 =1,0) |
|
|
|
|
|
||||
114
Группа факторов
Конструктивные
особенности
уплотнений
Т=Т{Г,Т3ТЛ
Частные коэффи |
Обозначе |
циенты |
ние |
Центрирования |
Ух |
н величины уп |
|
лотняемого за |
|
зора |
|
Распределения |
|
давления на |
|
поверхности |
|
трения |
|
Регулирования |
|
уплотнения в |
|
работе (для |
|
уплотнения што |
|
ка) |
|
Защиты от |
|
абразива |
|
Продолжение табл. 10
Кратная характеристика н величина частных коэффициентов
Для оптимального зазора больше раз мера зерен абразива (Т",=1,0)
Для увеличенных зазоров (в зависи мости от величины 1,0<7,<;1,5)
Полное напряжение сжатия у уплот няемого зазора (Т2 =1,0)
Оптимальное распределение напряже ния сжатия у уплотняемого зазора (Го=0,6)
Нерегулируемое уплотнение (Т 3 =1,0)
Регулируемое уплотнение с восстанов лением частично утраченной рабо тоспособности (Т3—6,8)
Отсутствие защиты от абразива =1,0)
Полная защита от абразива (7^4=0,65 н ниже)
быть уточнены по данным теоретических и экспериментальных ис следований. Применение формулы (49) и системы коэффициентов наиболее эффективно для пересчетов долговечности поршней при изменении влияния одного-двух действующих факторов п извест ном неизменном значении остальных коэффициентов.
В качестве примера практического применения формулы (49) для расчетов
можно привести следующие |
значения общего коэффициента |
условии работы. |
1. Промывочный раствор |
на комовой глине, утяжеленный |
магнетитом или |
гематитом, температура до 80° С, УЩР, примесь нефти, очистка желобная, 5—10% раздробленных зерен кварца — /г0 = 2,3.
2.Те же условия, утяжелитель — барит — /г0 = 2,0.
3.Неутяжеленный промывочный раствор на бентонитовом глинопорошке, гидроциклонная очистка, температура до 80° С, примесь нефти, йе более 5% раз
дробленных зерен кварца размером до 0,1 мм — fto=l,25. 4. Водопроводная вода — /г0 =1,0.
Значения (/?/)0 '3 3 приведены в табл. 11.
Формула (49) строго справедлива при неизменной величине зазора между цилиндровой втулкой и фланцем металлоарматуры поршня, что в первом приближении отвечает условиям эксплуата-
115
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 11 |
|
|
Значения |
( a t ) 0 , 3 3 |
|
|
|
|
|
п, об/мин |
|
|
t, ч |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
|||||
20 |
8,4 |
9,3 |
10,0 |
10,6 |
11,2 |
30 |
9,6 |
10,6 |
11,5 |
12,2 |
12,8 |
40 |
10,6 |
11,7 |
12,6 |
13,4 |
14,1 |
50 |
11,5 |
12,6 |
13,6 |
14,4 |
15,2 |
60 |
12,2 |
13,4 |
14,4 |
15,3 |
16,1 |
70 |
12,8 |
14,1 |
15,2 |
16,1 |
17,0 |
•80 |
13,4 |
14,7 |
15,9 |
16,9 |
17,8 |
90 |
13,9 |
15,3 |
16,5 |
17,5 |
18,5 |
100 |
14,4 |
15,9 |
17,1 |
18,2 |
19,1 |
200 |
18,2 |
20,0 |
21,5 |
22,9 |
24,1 |
300 |
20,8 |
22,9 |
24,7 |
26,2 |
27,1 |
400 |
22,9 |
25,2 |
27,1 |
28,8 |
30,4 |
500 |
24,7 |
27,1 |
29,2 |
31,0 |
32,7 |
•600 |
26,2 |
28,9 |
31,1 |
33,0 |
34,8 |
700 |
27,6 |
30,4 |
32,7 |
34,8 |
36,6 |
S00 |
28,9 |
31,7 |
34,2 |
36,3 |
38,3 |
ции, поскольку цилиндровые втулки, как правило, заменяют вслед ствие различных повреждений, наступающих прежде, чем диамет
ральный износ достигает предельной величины. |
|
|
|||||||
По |
данным |
многолетних наблюдений |
за |
расходом |
запасных |
||||
частей |
к насосам (см. рис. 1,6), |
|
средний |
срок |
службы |
поршня |
|||
и цилиндровой |
втулки |
связаны |
соотношением |
|
|
||||
|
^цп = |
Х Ц Е / П > |
Г Д Е ^цв = |
1,7, |
^ п = |
(~7 |
\ |
• |
|
Оптимальный режим эксплуатации поршня
Работа поршневого бурового насоса сопровождается изнаши ванием боковой поверхности эластичных поршневых колец при их трении в среде абразивосодержащей промывочной жидкости о ци линдровую втулку и усталостным вырыванием уплотнительной ре зины в зазоре между фланцем поршня и цилиндровой втулкой. Эти два процесса взаимосвязаны.
Благодаря высокой твердости //=1400-4-2000 кгс/мм2 длительно непритупляющихся выступов микрорельефа упрочненной, напри мер бормрованием поверхности, с которой взаимодействуют рези новые уплотнительные кольца поршня, цилиндровая втулка может рассматриваться как контртело с закрепленным абразивом.
116
Пр-и преобладающей роли абразивного изнашивания справед
лива зависимость |
(47). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Путь, |
пройденный |
поршнем |
при действии |
давления нагнета |
||||||||||||
ния |
в цилиндре |
определяется |
по формуле |
(29). |
|
|
|
|
|
|||||||
|
Подставляя |
результат |
(29) |
в уравнение |
(47), |
получаем |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
pt = |
Rjn, |
|
|
|
|
|
|
(51) |
|
где |
р — давление |
нагнетания |
в |
кгс/см2 ; |
t |
— долговечность |
уплот |
|||||||||
нения в |
ч; |
R\ = wl\20scw |
— постоянная |
величина для |
определен |
|||||||||||
ной |
среды, |
типа, |
материала |
поршня и |
цилиндровой |
втулки, |
ха |
|||||||||
рактеризующая |
предел |
сопротивления |
изнашиванию |
поршневой |
||||||||||||
уплотнительной |
резины |
абразивной прослойкой |
и |
шероховатостя |
||||||||||||
ми контртела; п — число двойных ходов поршня в 1 мин. |
|
|
||||||||||||||
|
Если ведущим видом является абразивно-усталостное изнаши |
|||||||||||||||
вание с вырыванием |
поршневой |
резины в уплотняемом |
зазоре |
при |
||||||||||||
наличии |
абразивно-жидкостной |
прослойки, то справедлива |
зави |
|||||||||||||
симость |
(49). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Приводя |
выражение |
(49) |
к |
виду, аналогичному |
формуле |
(51), |
|||||||||
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р Л 3 3 |
= |
£ 2 / „ 0 - 3 3 |
, |
|
|
|
|
|
(52) |
|
где |
р—давление |
|
нагнетания |
в |
кгс/см2 ; |
t—долговечность |
уплот |
|||||||||
нения; R2 |
= c/k0—постоянная |
величина для |
определенных |
условий |
||||||||||||
эксплуатации и типа поршня, характеризующая предел со противления усталостно-абразивному изнашиванию резины в уп лотняемом зазоре, причем влияние абразивной прослойки и шеро
ховатостей контртела учитывается |
коэффициентом |
k0; п — число |
|||||
двойных ходов поршня в |
1 мин. |
|
|
|
|
||
В |
системе безразмерных |
логарифмических |
координат |
In — , |
|||
|
|
|
|
|
|
|
^0 |
In — уравнения (51) и |
(52) |
изображаются |
прямыми |
1,1 и 2.1 |
|||
Ра |
|
|
|
|
|
|
|
(рис. |
38). |
|
|
и 2.1 определяет |
|
|
|
Точка Л] пересечения |
прямых /./ |
время, в те |
|||||
чение которого одновременно исчерпываются пределы сопротивле ния уплотнения поршня усталостному вырыванию резины в уплот няемом зазоре и истиранию боковой поверхности уплотнительных колец при работе насоса с давлением нагнетания р\.
Точка А\ характеризует оптимальный режим, при котором в данных условиях эксплуатации общий фонд работоспособности поршня используется наиболее полно.
После того как число я, двойных ходов поршня в 1 мин будет уменьшено до величины я2 , прямые, изображающие графически уравнения (51) и (52), смещаются из положений /./ и 2.1 в поло жения соответственно 1.2 и 2.2.
117
Оптимальный режим характеризуется при этом точкой Ао сме щенной относительно точки А\, параллельно оси абсцисс. Ресурс при том же давлении нагнетания pi увеличивается от t\ до t2 в соответствии с равенством
|
-А = А . . |
(53) |
|
При применении |
насоса |
с большей длиной |
хода Sj = 2/'i>S2 = |
= 2л2 уменьшается |
величина |
коэффициента Ri |
в уравнении (51), |
которое изображается графически прямой 1.3, смещенной относи
тельно прямой 1.2 |
в сторону начала |
координат. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оптимальный |
режим |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эксплуатации |
|
поршня |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(точка |
А3) |
|
в |
этих |
усло |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
виях характеризуется дол |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
говечностью (3 н более |
||||||||
\ / |
. / \ |
f j V ? |
|
|
|
|
|
|
высоким |
давлением |
|
на |
|||||
|
|
|
|
|
|
гнетания рз. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
давлении |
нагне |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тания, |
|
|
превосходящем |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оптимальную |
величину, |
|||||||
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ведущим |
|
видом |
износа |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
уплотнений |
является |
ус |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
талостно-абразивное |
|
из |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нашивание |
резины |
в |
уп |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лотняемом |
зазоре. |
|
При |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
давлении |
нагнетания |
ни |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
же |
оптимального |
преоб |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ладает |
абразивное |
изна |
||||||
0,5 |
|
1,0 |
|
1,5 |
Ю |
|
1,5 |
t/tD |
шивание |
боковой |
поверх |
||||||
Рис. |
38. |
График для |
определения |
опти |
ности |
поршневых |
уплот- |
||||||||||
ннтельных |
колец. |
|
|
|
|||||||||||||
мального |
режима |
одновременного |
износа |
Величина |
коэффициен |
||||||||||||
поршня |
по боковой |
поверхности |
(/) |
и в |
|||||||||||||
опорной |
части у уплотняемого |
зазора |
(5). |
тов |
Ri |
и Rz, |
постоянных |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для |
частных условий |
|
экс |
|||||
плуатации, определяется экспериментально. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Соблюдение оптимальных размеров поршневых колец по длине, |
|||||||||||||||||
предупреждающее |
возникновение |
излишнего |
трения |
в |
опорной |
||||||||||||
части |
поршневых |
колец, способствует |
повышению |
|
долговечности |
||||||||||||
цилиндро-поршневой пары. Чрезмерное повышение температуры на
поверхности резины при высоком давлении |
нагнетания |
250 кгс/см2 |
и более предупреждается снижением числа |
двойных ходов поршня |
|
до 30—40 в 1 мин. Материал и размеры опорного кольца |
выбирают |
|
так, чтобы они отвечали условиям граничного трения и обеспечи вали максимальную долговечность цилиндро-поршневой группы.
118
|
Физико-механические свойства |
|
|
||||
|
уплотнительной |
резины |
|
|
|||
Вопрос о том, какие физико-механические или иные показатели |
|||||||
свойств резины определяют эксплуатационные качества |
подвиж |
||||||
ных уплотнений поршневого бурового насоса, в |
настоящее |
время |
|||||
недостаточно изучен. Абразивная |
износостойкость, |
по-видимому, |
|||||
не определяется |
однозначно прочностью |
или твердостью |
резины |
||||
и оцениваются опытным путем, лучше всего на натурных |
образцах |
||||||
при их сравнительных испытаниях. |
|
|
|
|
|
||
При выборе резиновых изделий для различных |
условий |
рабо |
|||||
ты можно руководствоваться данными табл. 12. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
Т а б л и ц а |
12 |
|
||
Влияние среды |
на эксплуатационные |
качества |
уплотнений |
из резины |
|||
|
|
Рабочая среда—про |
|
Окружающая |
|||
|
|
мывочная |
жидкость |
|
|||
|
|
|
|
|
среда тран |
||
Теплостойкость резины |
|
|
спортирование |
||||
на угле |
на водной |
|
и монтаж при |
||||
|
|
|
температуре |
||||
|
|
водородной |
основе |
минус 10—45 °С |
|||
|
|
основе |
|
|
|
|
|
Теплостойкая на основе синтетнчес- |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
|
|
|
Морозостойкая |
на основе натураль- |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
|
П р и м е ч а н и е . Эксплуатационные |
качества: |
++высокие, |
средние, |
||||
— плохие. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Стандартизация размеров деталей |
|
|
||||
|
цилиндро-поршневой |
группы |
|
|
|||
Цилиндро-поршневая группа бурового насоса состоит из ци линдровой втулки / (см. рис. 27) и работающего в ней поршня 2 двустороннего действия. Поршень перемещается поступательно внутри цилиндровой втулки в пределах между двумя крайними положениями, соответствующими мертвым точкам кривошипноползунного механизма. Расстояние s между двумя крайними по ложениями называется длиной хода поршня.
Длина хода поршня представляет собой одни из наиболее характерных показателей, определяющих типоразмер поршневого насоса, и относится к основным величинам, регламентируемым государственными стандартами. Для длин хода поршня так же,
119
как и для мощностей, подач и давлений нагнетания поршневых насосов, оптимальным является ряд R10 по ГОСТ 8032—56 со зна менателем 0,8. Использование этого ряда позволяет предупредить излишнее расходование средств на освоение производства и эксплуатацию большого числа типоразмеров насосов, мало отли чающихся друг от друга по длине хода поршня. В соответствии
с ГОСТ 12052—66 установлен следующий |
размерный |
ряд длин |
|
хода |
поршня (плунжера): 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80; 100; |
||
125; |
160; 200; 250; 320; 400; 500 мм. Из них к поршневым буровым |
||
насосам по ГОСТ 6031—66 относятся |
размеры |
250—320— |
|
400—500 мм. |
|
|
|
Для поршневых насосов общего применения по ГОСТ 12052—66 установлены следующие величины номинального диаметра порш ня, плунжера или штока: 6; 10; 12; 16; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 55: 60; 70; 80; 90; 100; НО; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250;
280:320; 360; 400; 450; 500 мм.
Впоршневых буровых насосах по ГОСТ 6031—66 применяются
сменные поршни в интервале диаметров 110—210 мм (табл. 13),
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 13 |
Диаметры цилиндровых |
втулок по |
рекомендациям |
|||
|
|
Американского нефтяного института |
|||
дюймы |
мм |
ДЮЙМЫ |
мм |
||
4 |
3/4 |
120,65 |
7 |
|
177,80 |
5 |
|
127,00 |
7 |
1/4 |
184,15 |
5 |
1/4 |
133,35 |
7 |
1/2 |
190,50 |
5 |
1/2 |
139,7 |
7 |
3/4 |
196,85 |
5 |
3/4 |
146,05 |
8 |
|
203,20 |
6 |
|
152,4 |
8 |
1/4 |
209,55 |
6 |
1/4 |
158,75 |
8 |
1/2 |
215,9 |
6 |
1/2 |
165,10 |
9 |
1/4 |
234,95 |
• 6 3/4 |
171,45 |
|
|
|
|
включая все размеры, оканчивающиеся на нуль. Предельные от клонения внутреннего диаметра цилиндровых втулок установлены
по |
Л4, наружного диаметра |
фланца |
стандартного |
поршня — по |
||||
Ш4, |
чистота |
рабочей поверхности цилиндровых втулок |
не |
ниже |
||||
V 8, твердость — не ниже HRC60 после термической |
обработки на |
|||||||
глубину не менее 2,5 мм с нагревом токами высокой |
частоты. За |
|||||||
правочную фаску делают с обеих сторон по рис. 27. |
|
|
|
|
||||
|
Лучший |
материал — сталь |
с повышенным содержанием |
угле |
||||
рода и хрома в слоях, прилегающих к внутренней |
рабочей поверх |
|||||||
ности, и среднеуглеродистая |
сталь — в |
остальной |
части |
попереч |
||||
ного сечения. Способ изготовления — центробежная |
огливка. При |
|||||||
повышенной коррозионной активности промывочного раствора ре комендуется сталь, содержащая никель.
120
Нормаль API Std.7 (США) на цилиндровые втулки включает диаметры, приведенные в табл. 13. Размеры заправочной фаски соответствуют указанным на рис. 23, в.
Учитывая широкое применение дизельных двигателей с гидро динамическими трансформаторами, позволяющими осуществлять бесступенчатое изменение подачи насоса при постоянной мощности,
целесообразность введения ряда |
с диаметрами, оканчивающимися |
на 0 и 5, заслуживает серьезного |
технико-экономического анализа. |
Введение более частого ряда позволит ступенчатое изменение по
дачи при переходе на следующий |
размер ограничить 10%, умень |
|
шив величину ступени приблизительно в два раза |
по сравнению |
|
с существующей в настоящее время, но увеличит |
номенклатуру |
|
деталей. |
|
|
ГОСТ 11267—65 для поршней |
установлены три исполнения, |
|
каждое из которых определяется наибольшим диаметром d цент рального конусного отверстия в металлоарматуре и соответствую щим диапазоном номинальных диаметров D.
I |
исполнение |
d = 5 2 + 0 ' 0 5 |
мм. |
D=110— 160мм |
II исполнение |
d=62,17+ 0 , 0 5 |
мм, |
D=120—200мм |
|
III |
исполнение |
d=70,08+0 '0 8 |
мм, |
D = 140—210мм |
Длина цилиндровой втулки складывается из следующих раз меров:
Ьц.в = 5 + |
А . + 2(/.зап + £ э.ф). |
(54) |
где s — длина хода поршня |
в мм; L n — длина трущейся |
поверх |
ности поршня в мм; L3 a n=10-M5 мм — запас длины, учитывающий смещение цилиндровой втулки после подтягивания изношенного уплотнения при нежестком креплении и неточность соблюдения глубины завинчивания штока поршня с цилиндрической резьбой в
шток ползуна при сборке; L 3 ф — длина заходной |
фаски, |
равная |
8 мм по ГОСТ 11267—65. |
|
|
Наибольший диаметр поршня и длина его хода |
часто |
исполь |
зуются для обозначения типоразмера насоса, например 73/4"Х18", являясь определяющими его важнейшими показателями.
ШТОК И ЕГО УПЛОТНЕНИЕ
Шток соединяет ползун 7 (рис. 39), перемещающийся в своих направляющих 5, с поршнем 1 и приводит поршень в движение в гидравлическом цилиндре.
Шток испытывает в работе циклическую знакопеременную на
грузку: сжимающее |
осевое усилие p = pF— при |
движении поршня |
|
в направлении бесштоковой насосной камеры |
(стрелка А) и ра |
||
стягивающее P=p(F |
— f) |
при движении поршня в направлении |
|
штоковой насосной камеры |
(стрелка Б). |
|
|
121