Нефтегазопромыслове оборудование (стр. 12 )

В точке А соприкасаются три окружности: образующая γ и две начальных – подвижная β и неподвижная α. Пусть е - эксцентриситет. Радиусы окружностей равны соответственно: е; z2 e; z1 e, причем, как признак героторного механизма,

z1 = z2 + 1,

где z2 – любое натуральное число, отличное от нуля. В данном случае z2 = 3, z1 = 4.

а

Ш2

Ш1

Рис. 8.2. Построение героторного механизма

с передаточным отношением 3 : 4

При качении окружности γ внутри α образуется гипоцикло­ида Н1 с z1 ветвями (ABCD), а внутри β – гипоциклоида H2 с z2 ветвями (EFG). Н1 и H2 очерчивают «скелеты» венца и ше­стерни, находящиеся в зацеплении.

Заставим окружность β катиться внутри α. Зубья шестерни находятся в постоянном контакте со скелетом венца. Кроме того, имеется еще z1 – я точка контакта К на впадинах зубьев (рис. 8.2, б), благодаря чему внутри венца образуется z1 разобщённых ячеек, площадь которых изменяется от максимальной (CFG на рис. 8.2, а) до нуля (точки А, Е, К сливаются в одну, см. там же).

Планетарное движение окружности β внутри α - сумма двух движений: относительного вращения с угловым перемещением φотн вокруг 02 и переносного вращения противоположного напра­вления φпер вокруг 01, причём . Абсолютное угловое перемещение шестерни

,

т. е. за один оборот шестерни в одном направлении её ось совершает z2 оборотов в другом направлении. При этом каждая ячейка z1 раз циклически изменяет её объём.

Очертим гипоциклоиды H1 и H2 огибающими Ш1 и Ш2 мно­жества окружностей М некоторого радиуса r, центры которых расположены на этих гипоциклоидах (рис.8.2, в). Скелеты шестерни и венца обрели контуры, соприкасающиеся в z1 точках, разобщающих полость венца на z1 ячеек.

Полученными контурами образуем многозаходные винтовые поверхности винта и обоймы с таким расчетом, чтобы на длине одного шага обоймы Т взаимное положение контуров изменялось так же, как при вращении плоской шестерни Ш2 в венце Ш1 за один цикл изменения объема ячейки. С этой целью поворачиваем в одном направлении контур шестерни Ш1 на один оборот, а кон­тур шестерни Ш2 на z1 / z2 оборота, что обеспечивает описанное выше планетарное смещение одного контура относительно дру­гого 1.

Между винтом и обоймой образуется zt полостей, которые последовательно при вращении винта:

1) сообщаясь с одним торцом, увеличиваются в размере, затем

2) остаются изолированными и, перемещаясь, сохраняют объем, после чего

3) достигают другого торца. и сокращаются до нуля.

При вращении винта вокруг О2 его ось вращается вокруг О1 (см. рис. 8.2, в). Передача движения может быть осуществлена двойным карданным сочленением, эксцентриковой муфтой или с помощью упругих элементов в роторе и статоре.

_______________ ……При вращении Ш1 вокруг О1 изменяется положение этого контура относи­тельно контура Ш2 так же, как при противоположном переносном вращении φпер контура Ш2 вокруг центра О1 неподвижного контура Ш1.

Рис. 8.3. Героторный механизм 1 : 2

Винтовой героторный механизм пре­дельного типа, в котором z2 = 1, z1 = 2, использован в насосе Муано (рис. 8.3, а). В этом механизме гипоциклоида H1 и соответствующие огибающие шестерни Ш1 превращаются в пря­мые линии длиной 4е, а гипоциклоида H2 - в точку.

При вращении винта центр его сечения совершает в обойме возвратно-поступательное движение (рис. 8.3, б). Площадь каж­дой из двух лунообразных ячеек в обойме изменяется от нуля до 4eD. Шаг обоймы Т равен удвоенному шагу винта 2t (рис. 8.3, б). Изменение положения ячеек вдоль оси обоймы показано на рис. 8.3, г. Если большие оси каждого поперечного сечения механизма отложить параллельно друг другу по длине обоймы так, чтобы точки А сечений образовали прямую линию А - А, то получится плоская фигура, изображенная на рис. 8.3, д. Вращение винта сопровождается продольным перемещением изоб­раженного профиля (пунктирная линия на рисунке). Жидкость, заполняющая полости (шлюзы) /, //, /// обоймы, переносится от одного торца к другому, так что рабочий объем насоса q = 8eDt.

Обойма обычно бывает упругой, изготовленной из резины, но в принципе может быть также жесткой (металлической, керами­ческой).

Между винтом и обоймой по линиям их теоретического кон­такта в действительности существует зазор, позволяющий смеж­ным полостям сообщаться между собой. Для уменьшения этого эффекта длину винта и обоймы при высоких перепадах давления жидкости увеличивают до нескольких шагов обоймы, так что пере­пад давления на один шаг составляет в среднем, в зависимости от материала, от 0,2 до 0,7 МПа. С увеличением длины насоса усложняется изготовление рабочих органов с точностью, обеспе­чивающей равномерное нарастание давления жидкости вдоль винта. Если перепад давления на отдельном участке обоймы чрез­мерно возрастает, то это приводит к интенсивному местному износу винта.

Для повышения стойкости при истирании поверхность винта хромируют (толщина слоя около 0,1 мм), а также укрепляют нагреванием токами высокой частоты и борированием.

Особенность героторной гидромашины с упругой обоймой - приспособленность к работе на загрязненных жидкостях, что объясняется особенностью ее кинематики. На линии контакта винта и обоймы возникает трение качения, причем благодаря непрерывному изменению положения этой линии при вращении винта поток жидкости удаляет абразивные частицы из упругой поверхности обоймы. Эта особенность позволяет использовать одновинтовой насос для откачки жидкости из нефтяных скважин.

Одновинтовые непогружные насосы выпускают с подачей от 0,6 до 60 м3/ч при давлении до 2,5 МПа. К. п. д. этих насосов - в пределах [20], коэффициент подачи .

Трехвинтовой насос, наиболее распространенный из винтовых, состоит из центрального ведущего винта, являюще­гося ротором, и двух ведомых винтов - замыкателей, заключенных в обойму (рис. 8.4). Винты двухзаходные, в поперечном сечении имеющие вид двузубых шестерен, профиль зубьев которых очерчен по циклоидам. При вращении винтов жидкость, заполняющая со стороны всасывания полости, образованные между нарезками винтов и обоймой, оказывается отсеченной от входной камеры А и перемещенной вдоль оси к выходной камере Б.

Длина винтов зависит от перепада давления в насосе. На один шаг t приходится перепад в 2 - 3 МПа, так что для давления 15 - 20 МПа длина винтов равна .

Рабочий объём насоса q равен объёму каналов, по которым жидкость движется вдоль винтов в пределах одного шага:

,

где a – коэффициент, зависящий от геометрии зацепления винтов (для стандартного насоса ); - диаметр ведомого винта. Коэффициент подачи равен [2].

В этом насосе возникает значительное осевое усилие, прижимающее винты к подпятникам. Для его восприятия под пяты винтов подводится жидкость под рабочим давлением. Насосы больших размеров выполняют с двусторонним подводом жидкости и выходной камерой, расположенной посредине. Винты имеют по две нарезки противоположного направления, благодаря чему ведущие винты полностью разгружены от осевых усилий, а на ведущий винт действует лишь небольшое усилие [20].

Рис. 8.4. Трёхвинтовой насос

ГОСТ 20883 – 75 распространяется на трёхвинтовые насосы, предназначенные для перекачивания жидкостей без абразивных примесей. Пример условного обозначения насоса с односторонним подводом жидкости, с подачей 25 м3/ч и давлением до 4 МПа: «Насос 3В 16/40 ГОСТ 20883 – 75».

Д в у х в и н т о в о й н а с о с выполняется обычно с прямоугольной резьбой, что упрощает изготовление, но не обеспечивает герметичность и гидравлическую передачу крутящего момента. Винты такого насоса связаны посредством зубчатой пары. Двухвинтовые насосы согласно ГОСТ 20572 – 75 выпускаются на небольшие подачи. Они применяются для перекачивания нефтепродуктов, эмульсий, смол, битумов, сырых нефтей с содержанием газа, морской воды и песка [20].

§ 8.3. РОТОРНО – ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ НАСОСЫ

В эту группу входят роторно-поршневые с рабочими органами в виде поршней или плунжеров и шиберные насосы с рабочими органами в виде пластин (пластинчатый насос) или шиберов фи­гурного профиля (фигурно-шиберный насос).

Роторно-поршневые насосы бывают двух видов - аксиально-поршневые и радиально-поршневые.

В аксиально - поршневом насосе ось вращения ротора парал­лельна осям рабочих органов или составляет с ними угол, не превышающий 45°. Различают насосы с наклонным блоком (рис. 8.5, а) и с наклонным диском (рис. 8.5, б). Насос первого вида состоит из многоцилиндрового блока (барабана) 1, поршни 2 которого связаны при помощи шатунов 3 с наклонным диском 4, выполняющим роль кривошипа возвратно-поступательного на­соса.