Нефтегазопромыслове оборудование (стр. 13 )

Рис. 8.5. Роторно – поршневые насосы

По углу γ наклона диска определяется длина хода поршней в цилиндрах, а следовательно, и рабочий объём насоса:

,

где z – число поршней; F – площадь поршня; DД – диаметр окружности заделки шатунов в диске.

Силовая и кинематическая связь цилиндрового блока с приводным валом осуществляется различными средствами. Наиболее распространена связь с помощью двойного карданного сочленения, обеспечивающего приближенное равенство угловых скоростей блока и вала.

В насосах второго типа ведущее звено и ротор расположены на одной оси. Поршни (плунжеры) опираются непосредственно на наклонный диск через сферические головки (рис. 8.5, б) или гидростатические башмаки, скользящие по диску.

В обеих схемах применяется торцовое распределение жидкости через серпообразные окна а и b в золотнике 5 (рис. 8.5, а, в) и отверстия 6 в донышках цилиндров блока. При работе насоса торец цилиндрового блока скользит по поверхности золотника, цилиндры попеременно соединяются с окнами а и b золотника и через них - с подводящей и отводящей магистралями. Суще­ствуют также сферические золотники, допускающие некоторую несоосность скользящих поверхностей. В нейтральных положе­ниях цилиндров отверстия 6 в донышках цилиндров перекрываются перемычками, ширина s которых несколько превышает размер отверстий t.

Наиболее распространенное число цилиндров равно 7 - 9, диаметры цилиндров – 10 - 50 мм, а рабочие объемы – 5 - 1000 см3. Обычная частота вращения вала насосов средней мощ­ности составляет 1 - 2 тыс. об/мин, а в отдельных машинах - до 30 тыс. об/мин. ГОСТ 17699 -72 определены основные пара­метры нерегулируемых аксиально-поршневых насосов, рассчи­танных на давление до 16 МПа. Существуют насосы, предназна­ченные для более высоких давлений - до 55 МПа. Мощность некоторых насосов достигает 3,5 МВт при подаче свыше 500 м3/ч. Коэффициент подачи у большинства насосов достигает 0,97 - 0,98, а общий КПД - 0,95 [2].

Схема радиально-поршневого насоса представлена на рис. 8.5, г. Цилиндровый блок (ротор) 1 имеет несколько (до де­вяти) радиальных цилиндров 2. Поршни 3, входящие в эти ци­линдры, наружными концами упираются во внутреннюю поверх­ность статора 4 или вставленного в него кольца, увлекаемого во вращение силами трения. Ротор установлен в корпусе эксцен­трично. На оси ротора имеются полости 6 и 7, разделенные пере­городкой 5. При вращении ротора поршни, скользящие по дуге ab, отодвигаются от центра ротора и всасывают жидкость из полости 6. При движении поршней по дуге bа жидкость выталки­вается в полость 7 и далее к нагнетательному патрубку насоса.

Для увеличения подачи насоса цилиндры располагают в несколько (до шести) рядов. Эксцентриситет регулируют смещением барабана вручную или при помощи электромагнитной или гидра­влической системы. Эти насосы более громоздки, чем аксиально-поршневые, имеют более высокие моменты инерции вращающихся частей, поэтому они более тихоходны, вследствие чего их применение предпочтительно при значительных крутящих моментах и малых частотах вращения вала (до 5 об/мин и ниже). Насосы с описанным цапфовым распределением обычно рассчитаны на давления до 25 МПа.

Существуют также аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы с неподвижными цилиндрами и клапанным и клапанно-щелевым1 распределением, приводимые в движение наклонным диском или эксцентриком и рассчитанные на давления до 100 МПа. Эти насосы необратимого действия.

Шиберный насос состоит из цилиндрического статора с под­водящим и отводящим патрубками и эксцентрично, как в радиально-поршневом насосе, расположенного ротора, в котором имеются радиальные пазы с находящимися в них шиберами - пластинами, роликами или фигурными шиберами (рис. 8.6, а, б, в, г). Эти элементы легко перемещаются в пазах, прижимаясь к статору силой инерции, пружинами или давлением жидкости, подводимой изнутри. При вращении ротора шиберы поочередно отсекают порцию жидкости в рабочих камерах между ними и вытесняют ее в выходную камеру.

Рис. 8.6. Шиберные насосы

________________ ////////1 Со всасыванием жидкости через бесклапанные окна (щели) в стенках ци­линдра. Подробнее см. [2, с. 168, 265].

Подвод и отвод жидкости осуществлен так, чтобы в замкнутой камере не происходило сжатия жидкости (см. рис. 8.6, б). Ци­линдрические ролики ставят вместо пластин для уменьшения трения.

Для перекачивания вязких жидкостей служит насос, замыка­телем которого является шибер, прижимаемый к овальному ро­тору под действием перепада давления жидкости ∆р (рис. 8.6, д).

В шиберном насосе двукратного действия (рис. 8.6, е) ротор и статор расположены соосно, но контур полости в статоре про­филирован и имеются две пары окон - входных А и выходных Б. Поскольку рабочие камеры расположены диаметрально, то ра­диальные силы, действующие на ротор, уравновешены, а подшипники ротора разгружены.

Рабочий объём шиберного насоса определим, рассматривая площадь поперечного сечения M – M, через которое со скоростью проходят жидкость и пластины. Суммарный объём жидкости и пластин за один оборот насоса

,

где b – длина пластины; ω – угловая скорость вала. Из этого объёма вычтем объём пластин , где s и z – толщина и число пластин. Тогда рабочий объём

.

В насосе двукратного действия рабочий объём в два раза больше найденного.

Основные параметры всех шиберных насосов определены ГОСТ 14058 – 68, а пластинчатых насосов – ГОСТ 13167 – 73 (на давление 6,2 МПа) и ГОСТ 21111 – 75 (на 16 МПа). Частота вращения вала этих насосов равна 500 – 3000 об / мин, к. п. д. пластинчатого насоса средней мощности 0,85 [2].

ГЛАВА 9. НАСОСЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТИПОВ

§ 9.1. ВИХРЕВЫЕ НАСОСЫ

Способ действия вихревого насоса

Конструктивная схема вихревого насоса показана на рис. 9.1. Рабочее колесо а с плоскими радиальными ло­пастями б, образующими криволинейные каналы в, охва­тывается отводом г. Внутренний выступ к, входящий в от­вод и охватывающий каналы в рабочего колеса, служит для разделения потоков всасывания д и подачи е.

В жидкости, заполняющей межлопастные каналы в, при вращении рабочего колеса развиваются центробежные силы. Они вызывают непрерывное движение жидкости из межлопастных каналов через цилиндрическое сечение πD2b2 в отвод г.

Ввиду неразрывности течения жидкость непрерывно втекает в межлопастные каналы из отвода г через плоское кольцевое сечение . Таким образом, в отводе образуется вихревое течение, показанное на левой проек­ции на рис. 9.1 штриховой стрелкой.

Кроме того, в отводе г возникает переносное тангенци­альное течение, обусловленное тем, что массы жидкости, выбрасываемые из каналов в в отвод, обладают тангенци­альной скоростью . Следовательно, принцип работы вих­ревого насоса состоит в том, что энергия жидкости, проте­кающей через межлопаточные каналы рабочего колеса, повышается за счет действия центробежных сил в ней; жидкость с повышенной энергией выносится вихревым по­током в отвод и вытесняется далее в напорный патрубок е. Взамен вытесняемой жидкости происходит непрерывное всасывание ее через патрубок д.

Основы теории

Теоретические (без учета потерь) значения основных па­раметров - давления и подачи вихревого насоса - могут быть получены из уравнения количества движения.

Пусть q - расход через межлопаточные каналы на еди­нице длины отвода, м3/( ); с2u - среднее значение тан­генциальной составляющей абсолютной скорости на выходе из межлопаточных каналов в отвод, м/с; c0 – средняя скорость потока в отводе, м/с.

Рис. 9.1. Конструктивная схема вихревого насоса:

а - рабочее колесо; б - лопасти рабочего колеса; в - межлопастные каналы; ………………………..г - отвод; д - всасывающий патрубок; ж - вал рабочего колеса; ………………………………………………..к - разделитель потока

Рис. 9.2 К расчёту давления, развиваемого вихревым насосом

Если полагать приближенно ось отвода прямолинейной, то по схеме на рис. 9.2 уравнение количества движения для потока, выходящего из колеса в отвод,

,

Следовательно,

. (9.1)

Из (9.1) видно, что давление в отводе нарастает в направлении движения пропорционально длине отвода.

Интегрирование (9.1) даёт теоретическое повышение давления на длине l отвода

.

Теоретическое повышение напора на длине l отвода

. (9.2)

Расход в сечении отвода , поэтому (9.2) приводит к следующему уравнению теоретической характеристики вихревого насоса: