6.4 Контрольні запитання

6.4.1 Яке призначення компенсатора ЗПН?

6.4.2 Які застосовуються типи пневмокомпенсаторів на поршневих насосах?

6.4.3 Як визначається середній об’єм повітря пневмокомпенсатора для ЗПН?

6.4.4 Як визначається ступінь пульсації тиску ЗПН?

6.4.5 Яка пульсація тиску є допустимою для поршневих насосів?

6.4.6 Як впливає кратність дії насоса на розміри пневмокомпенсатора?

6.4.7 Як на практиці зменшують пульсацію подачі і тиску насоса?

6.4.8 З якою метою встановлюють штуцер в пневмокомпенсаторі?

6.4.9 Як змінюється об’єм пневмокомпенсатора при збільшенні кратності дії насоса?

Практичне заняття № 7 аналіз схем та розрахунок клапанів зворотно-поступальних насосів

7.1 Мета і завдання

7.1.1 Аналіз схем та конструкцій клапанів зворотно-поступальних насосів (ЗПН).

7.1.2 Вивчення принципу дії та кінематики клапанів.

7.1.3 Розрахунок клапанів ЗПН.

Тривалість заняття – 2 години.

7.2 Теоретичні відомості

Клапани відносяться до основних вузлів гідравлічної частини ЗПН. Основні вимоги до клапанів наступні:

– забезпечення повної герметичності, підвищеної зносостійкості та безвідмовної роботи;

– невеликий гідравлічний опір;

– безударна посадка тарілки на сідло;

– доступність огляду та швидкої заміни зношених деталей.

Клапани сучасних ЗПН виключно самодіючі. Вони відкриваються і закриваються під дією перепаду тиску рідини. За кінематикою клапани поділяються на:

– кулькові з шістьма степенями вільності (завдяки обертанню кульки і можливості відхилення від осі сідла);

– підйомні з двома степенями свободи (переміщення вздовж і обертання навколо осі клапана).

Кулькові клапани (рис. 7.1, а) використовують у тихохідних насосах. Їх переваги – простота і компактність конструкції (найчастіше застосовуються в свердловинних насосах). В потужних швидкохідних насосах кулькові клапани не використовуються, тому що кульки будуть мати велику масу (виникатимуть значні інерційні сили, що призведе до збільшення запізнення відкриття і закриття). У великих насосах найбільш поширені підйомні клапани, які можуть бути ваговими (рис. 7.1, б і в) або пружинними (рис. 7.2, г).

а	б
в	г

а – кульковий; б – кільцевий; в – тарілчастий; г – тарілчастий пружинний

Рисунок 7.1 – Схеми клапанів зворотно-поступальних насосів

Вагові клапани застосовують тільки тоді, коли висока температура чи корозійність перекачуваної рідини виключають тривалу роботу пружини. У всіх інших випадках ставлять пружину. При переході поршнем (плунжером) крайніх положень тарілка завжди запізнюється з посадкою на сідло клапана (при цьому частина рідини перетікає через клапан у зворотному напрямку і умови посадки тарілки на сідло погіршуються). Пружина служить для зменшення цього запізнення. За будовою підйомні клапани поділяються на тарілчасті (рис. 7.1, в) та кільцеві (рис. 7.1, б). Тарілчасті клапани можуть бути з плоскими чи конічними сідлами; з верхнім, нижнім чи двома направляючими (для точної посадки тарілки на сідло); з притиранням тарілки до сідла (для чистих рідин) або з гумовим чи поліуретановим ущільненням (розміщених на тарілці або на сідлі). В кільцевому клапані (рис. 7.1, б) рідина протікає по зовнішніх і внутрішніх стінках кільця (він забезпечує більшу витрату), але із-за складної конфігурації використовується рідко.

Вхідні і вихідні клапани ЗПН використовуються однаковими і взаємозамінними.

На рис. 7.2 представлено клапан бурового насоса, який складається з сідла, тарілки з направляючими штоками, ущільнення, елементів кріплення та пружини.

Ущільнююча поверхня конічна з кутом нахилу30 … 60⁰.

1 – сідло; 2 – тарілка; 3 – ущільнення; 4 – гайка; 5 – пружина

Рисунок 7.2 – Клапан бурового насоса

Конструкції тарілчастих клапанів ЗПН представлені на рис. 7.3.

1 – сідло; 2 – тарілка; 3 – ущільнення; 4 – пружина; 5 – втулка направляюча; 6 – хрестовина направляюча

Рисунок 7.3 – Конструкції клапанів ЗПН

Теорія дії та кінематика клапанів ЗПН

На рис. 7.4 показані діаграми руху вхідного і вихідного клапанів з розгорнутою індикаторною діаграмою. Початок руху кожного з клапанів зміщено відносно крайнього положення поршня на деякий кут ( ).

Рисунок 7.4 – Діаграма руху клапанів

Розглянемо умови відкриття вихідного клапана. На початку ходу поршня вхідний клапан продовжує опускатися, при цьому рідина виштовхується з камери в отвір сідла. Безпосередньо перед посадкою тарілки клапана під його опорною поверхнею утворюється прошарок рідини, що витісняється з клапанної щілини в обидві сторони (рис. 7.4). Оскільки цей прошарок чинить опір руху клапана, то тиск в робочій камері починає зростати ще до повної посадки вхідного клапана (точки 1 і 2).

Інтенсивність зростання тиску залежить від пружності рідини, що перекачується, податливості стінок робочої камери, наявності газу в рідині тощо. Відкриття вихідного клапана відбувається в момент, коли тиск в камері перевищить тиск рідини над клапаном. Якщо опір невеликий, то цей момент може співпадати з моментом посадки вхідного клапана або навіть його випереджати.

Аналогічні дії виникають на початку всмоктування рідини тільки з тими відмінностями, що в камері проходить спад тиску. Початок зниження (точка 4) випереджає закриття вихідного клапана, а вхідний клапан відкривається у фазі .

Хоча клапани конструктивно однакові, відкриваються вони з різним запізненням в часі, що пояснюється різницею в об’ємах і у вмісті газу рідини, що стискається та розширюється, а також впливом кінцевої довжини шатуна на швидкість поршня.