Міністерство освіти і науки молоді та спорту України
Івано- Франківський національний технічний університет нафти і газу
Кафедра: НГО
Лабораторне заняття №7 вивчення конструкцій зворотно-поступальних насосів. Пуск і регулювання режиму роботи поршневого насоса
Виконав:
Ст. гр. НО-09-2
Озаришин Д.А
Перевірив:
М. Івано- Франківськ
2012
ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №7
ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ЗВОРОТНО-ПОСТУПАЛЬНИХ НАСОСІВ. ПУСК І РЕГУЛЮВАННЯ РЕЖИМУ РОБОТИ
ПОРШНЕВОГО НАСОСА
7.1 Мета і задачі
7.1.1 Вивчити класифікацію поршневих насосів.
7.1.2 На діючих установках і стенді вивчити конструкцію приводних насосів: однопоршневого односторонньої дії і двопоршневого двосторонньої дії.
7.1.3 Ознайомитись з основними параметрами поршневих насосів (ГОСТ 17398-82).
7.1.4 Вивчити правила експлуатації і обслуговування поршневих насосів.
7.1.5 Ознайомитись з правилами пуску поршневого насоса і регулювання режиму його роботи.
Тривалість заняття – 2 год.
7.2 Обладнання і прилади
7.2.1 Повнорозмірні діючі установки на базі однопоршневого насоса односторонньої дії, двопоршневого насоса двосторонньої дії.
7.2.2 Повнорозмірний взірець двопоршневого насоса двосторонньої дії 9Гр.
7.2.3 Фільми, плакати та інші матеріали.
7.2.4 Деталі і вузли поршневих насосів.
7.2.5 Манометри та мановакууметри.
7.2.6 Настанови з експлуатації і обслуговування поршневих насосів і насосних установок.
7.3 Теоретичні відомості
Поршневі насоси відносяться до об`ємних зворотно-поступальних насосів, принцип дії яких полягає в тому, що рідина поперемінно заповнює робочу камеру і витискається з неї.
Назву цим насосам дано згідно з характером руху робочого органу – поршня.
Насосна камера обладнана вхідним і вихідним клапанами, що дозволяє перемінно з`єднувути її з вхідним і вихідним трубопроводами.
Основними робочими органами гідравлічної частини поршневих насосів є циліндр і поршень, який рухається зворотно-поступально.
При русі поршня об’єм камери змінюється від мінімального Vmin до максимального Vmах. Тиск в насосній камері зменшується і рідина переміщається по вхідній лінії, відкриває вхідний клапан і заповнює камеру. При цьому закритий вихідний клапан ізолює камеру від вихідного трубопроводу. При зворотному ході поршня в камері створюється тиск, який перевищує тиск у вихідному трубопроводі. Вихідний клапан відкривається, а закритий вхідний клапан ізолює камеру від вхідного трубопроводу.
Поршневі насоси класифікуються:
1 За розміщенням осей циліндрів: на горизонтальні; вертикальні; V-подібні.
2 За числом циліндрів: одноциліндрові; двоциліндрові; багатоциліндрові.
3 За розміщенням циліндрів від осі вала: на односторонні; опозитні.
4 За типом конструкції: на вальні; прямодіючі.
5 За дією: на односторонньої; двосторонньої; диференціальної дії.
Основним класифікатором ЗПН є кратність дії (кількість робочих камер). На практиці найчастіше застосовуються насоси чотири- і трикратної дії.
Насос складається з двох частин: гідравлічної і приводної (рис.7.1).
В склад гідравлічної частини входять:
корпусні деталі: а) гідрокоробка з елементами ущільнення; б) вхідний колектор; в) вихідний колектор;
пневмокомпенсатор;
запобіжний клапан;
циліндрові втулки; поршні; клапанні групи; штоки; ущільнюючі елементи.
В склад приводної частини входять: станина; кришка; трансмісійний вал; вал з кривошипами (ексцентриками); шатуни; крейцкопфи; понижуючий редуктор.
1 – вхідний патрубок; 2 – зливна лінія запобіжного клапана;
3 – запобіжний клапан; 4 – вихідний трубопровід;
5 – пневмокомпенсатор; 6 – вихідний колектор; 7 – поршень;
8 – шток; 9 – ущільнення штока; 10 – шатун; 11 – кришка
станини; 12 – трансмісійний вал; 13 – зубчаста передача;
14 – кривошипний (ексцентриковий) вал; 15 – станина;
16 – рама; 17 – крейцкопф; 18 – контршток; 19 – ущільнення контрштока; 20 – гідрокоробка; 21 – клапани;
22 – вхідний колектор
Рисунок 7.1 – Схема поршневого насоса двосторонньої дії
Головною особливістю поршневих насосів є властивість жорсткості їх характеристик. Жорсткість характеристики насоса виражається в тому, що при надійному ущільнені робочих камер його подача практично не залежить від робочого тиску і визначається при постійній частоті обертання в основному розмірами робочих органів і близька до ідеальної подачі.
Основні переваги поршневих насосів полягають в тому, що вони самовсмоктуючі, створюють високий тиск і забезпечують порівняно високу висоту всмоктування. Недолік поршневих насосів – нерівномірність тиску і подачі через наявності кривошипно-шатунного механізму та велика маса.
1 – вхідний патрубок; 2 – зливна лінія запобіжного клапана; 3 – запобіжний клапан; 4 – вихідний трубопровід; 5 – пневмокомпенсатор; 6 – вихідний колектор; 7 – клапани; 8 – поршень; 9 – шатун; 10 – кришка станини; 11 – трансмісійний вал; 12 – зубчаста передача; 13 – кривошипний (ексцентриковий) вал; 14 – станина; 15 – рама; 16 – крейцкопф; 17 – конртшток; 18 – ущільнення контрштока; 19 – шток; 20 – гідрокоробка; 21 – вхідний колектор
Рисунок 7.2 – Схема поршневого насоса односторонньої дії
Два послідовних ходи поршня називаються одним ходом. Кількість ходів в одиницю часу називається частотою ходів поршня. Хід поршня, коли йде наповнення циліндра рідиною, називається всмоктуванням. Хід, коли проходить витіснення рідини, називається нагнітанням.
Об’єм циліндра, що описується в результаті руху поршня в межах одного ходу, називається робочим об’ємом.
Рисунок 7.3 – Характеристика поршневого насоса
При бурінні свердловин застосовуються двопоршневі насоси двосторонньої дії і трипоршневі насоси односторонньої дії.
На рис. 7.4 зображений двопоршневий буровий насос двосторонньої дії в перерізі. Він складається з приводної (механічної) і гідравлічної частин, змонтованих на загальній рамі.
Гідравлічна частина насоса складається з двох гідравлічних коробок, які з’єднані зі станиною і рамою насоса. В кожній гідрокоробці змонтовані змінні вузли і деталі: поршень 1, циліндрова втулка 2, клапан 5, шток 8, ущільнення штока 9 тощо. Циліндрова втулка закріплена в гідрокоробці кришкою 3 і коронкою 4 циліндричної чи конічної форми. Ущільнення циліндрової втулки 6 в гідрокоробці досягається гумовими і пластмасовими кільцями. Поршень насоса монтується на штоку своєю внутрішньою конічною поверхнею і жорстко закріплений на ньому гайкою й контргайкою. Торцевий отвір гідрокоробки в місці виходу штока герметизується ущільненням 9.
Клапани насоса – тарілчасті, конічні, підтискаються пружинами. Тарілка направляється двома своїми штоками, що входять в циліндричні отвори сідла та кришки. Сідло запресоване в конічному отворі гідрокоробки. Ущільнення між сідлом і тарілкою досягається гумовою манжетою. Кожний клапан виконаний так, щоб до нього був вільний доступ для швидкого огляду чи демонтажу. Вхідні і вихідні клапани насоса однакові і взаємозамінні.
1 – поршень; 2 –втулка циліндрова; 3 –кришка; 4 –коронка; 5 – клапан; 6 – ущільнення циліндрової втулки; 7 – пневмокомпенсатор; 8 – шток; 9 – ущільнення штока; 10 – станина; 11 – трансмісійний вал; 12 – корінний вал; 13 – зубчаста передача; 14 – кривошипно-шатунний механізм; 15 – крейцкопф (повзун); 16 – направляючі станини; 17 – контршток
Рисунок 7.4 – Двопоршневий буровий насос двосторонньої дії
Всі ущільнення насоса виконані з гуми, пластмас чи інших еластичних матеріалів.
В зв’язку з безперервною зміною миттєвої подачі рідини і необхідністю забезпечення її рівномірного руху в маніфольді, використовується пневмокомпенсатор 7, змонтований на вихідному колекторі насоса.
Необхідним елементом є запобіжний клапан, який монтується на вихідному колекторі насоса.
Приводний механізм насоса розміщений в станині 10, яка має верхню і декілька бокових кришок, призначених для огляду механізму і зручності його ремонту. Приводний механізм містить: ведучий (трансмісійний) 11 і ведений (корінний) 12 вали, вмонтований понижуючий редуктор 13, два кривошипно-шатунні механізми 14 і інші деталі.
Ведучий вал насоса приводиться в рух за допомогою трансмісійної передачі (пасової чи ланцюгової). Він змонтований на підшипниках і передає за допомогою зубчастої передачі обертовий момент корінному валу, який приводить в рух кривошипно-шатунні механізми.
Контршток 17, з’єднаний з крейцкопфом (повзуном) 15, що виконує зворотно-поступальний рух в направляючих 16 станини. Змащування зубчастої передачі відбувається розбризкуванням рідким маслом. Зустрічаються конструкції, в яких підшипники змащуються консистентним мастилом, а іноді підшипники, крейцкопфи і зубчасті передачі змащуються мастилом під тиском. Насос приводиться в рух за допомогою того чи іншого механічного приводу.
При однакових значеннях тиску Р і подачі Q ЗПН мають значно більшу питому металоємність (масу, що приходиться на одиницю потужності) ніж динамічні насоси (в основному, із-за великої маси приводної частини). Маса приводної частини ЗПН приблизно складає 70%…80% від маси насоса.
На рис. 7.5 зображений трипоршневий буровий насос одно-сторонньої дії в перерізі.
1 – колектор вхідний; 2 – клапан вхідний; 3 – гідравлічний затискач; 4 – клапан вихідний; 5 – колектор вихідний; 6 – циліндрова втулка; 7 – шток; 8 – подача мастильно-охолоджувальної рідини;
9 – контршток; 10 – крейцкопф (повзун); 11 – шатун; 12 – станина; 13 – трансмісійний вал; 14 – ексцентрик; 15 – пневмокомпенсатор
Рисунок 7.5 – Трипоршневий буровий насос односторонньої дії
На рис. 7.6 зображений триплунжерний насос одно-сторонньої дії ЗПН-32 в перерізі.
1 – колектор вхідний; 2 – клапан вхідний; 3 – гідравлічна коробка; 4 – кришка; 5 – натискний гвинт; 6 – клапан вихідний; 7 – кришка; 8 – фланець; 9 – ущільнення плунжера; 10 – корпус; 11 – направлення крейцкопфа; 12 – крейцкопф; 13 – шатун; 14 – зубчасте колесо; 15 – кришка; 16 – шестірня; 17 – ущільнення; 18 – плунжер
Рисунок 7.6 – Триплунжерний насос односторонньої дії ЗПН-32