книги / Поршневые буровые насосы

Подставляя наибольшие числовые значения ?Ч(=1,63 и рк=0,8, после преобразований находим:

стука. Формула (92) справедлива для тарельчатых клапанов не­ больших размеров (диаметром 80—100 мм) и относительно легких кольцевых клапанов (диаметром до 190 мм) при числе двойных ходов поршня до 250 в 1 мин. Иногда на практике в пределах ука­ занных границ наблюдается стук клапанов, рассчитанных по при­ веденной методике. Несовпадение результатов расчета и экспери­ мента объясняется упрощениями, положенными в основу выводов, не учитывающих всех действующих факторов.

Особенно осторожно нужно использовать формулы для расче­

Физически оно означает, что клапан должен садиться на свое седло под действием пружинной нагрузки и силы веса, вытесняя находящуюся под ним жидкость, что замедляет скорость посадки тарелки.

Если, наоборот, произведение ускорения d v jd t поршня на его площадь Fu будет больше произведения ускорения d v jd t клапана на его площадь fK, то клапан садится на седло с большой ско­ ростью.

Условие (93) одновременно означает, что клапан садится с по­ ложительным перепадом давления, т. е. давление р\ под тарелкой •больше давления р2 на тарелку сверху. В противоположном слу­ чае ничто не тормозит клапан при его закрытии, и он садится со стуком.

Собственное ускорение клапана, согласно второму закону Ньютона, без учета сопротивления среды определяется выраже­ нием

шатуна.

Путь поршня

xs = г Ç1 — cos ф + -sin2 •

Скорость

vn = по ^sin ф + — sin2 ф^ .

Ускорение

В связи с тем что величина угла (p=œt мала, у мертвой точки можно принять cos(ü/.= l и cos2(o/=l. Тогда

Всоответствии с условием (93) и с учетом выражений (94) и

(96)находим

Дальнейшие эксперименты показали, что условие Чарного не вполне точно определяет физические параметры безударной по­ садки клапана.

В. И. Зайцевым установлено, что возможны три вида кривых движения клапана при посадке (рис. 51): с ускорением (/), с по­ стоянной скоростью (2) и с замедлением (3).

Стук возникает при посадке клапанов с ускорением, а посадка с постоянной скоростью и замедлением стук исключает.

Вводя при анализе уравнений (101) и (102) дополнительное

чить условие посадки клапана с постоянной скоростью в следую­ щем виде:

в результате введения требования посадки клапана с постоянной

Кривая посадки клапана без стука располагается в области В, находящейся между кривой 2 (см. рис. 51), отвечающей частоте

формуле (103).

Безопасное число оборотов [я] вала насоса в 1 мин можно оп­ ределять по формуле

2 + / Т

3 /р где *= “2+р" •

По результатам экспериментов р= 6 и, следовательно, i » l ‘,65. Тогда расчетная формула, полученная В. И. Зайцевым, пре-

обретает вид:

где «кр определяется по формуле (103).

Сопоставление методов расчета клапанов

Представляет интерес сопоставление рассматриваемых методик расчета клапанов по точности получаемых при их применении результатов.

Расчеты по формулам (84) и (86) получены на основе изуче­ ния одного и того же физического явления стука клапанов. В обо­ их случаях формулы представляют собой результат обработки экспериментов, в которых «граница стука» определялась на слух при нарушении нормального режима работы клапана опытного насоса путем увеличения числа двойных ходов поршня в 1 мин, диаметра поршня или длины его хода, сверх допустимых норм, в пределах которых стука клапанов данных размеров и конструкции не наблюдалось.

Разница двух методов расчета заключается в том, что в них рекомендуется принимать неодинаковые параметры или их соот­ ношения в качестве отличительного признака наступающего в ра-

боте клапанов критического режима при его определении расчет­

ным путем.

Таким образом, одно и то же явление характеризуется неоди­ наковыми показателями. При этом для выявления предпочтитель­ ного метода расчета необходимо определить, какая из двух фор-

В табл. 16 число двойных ходов поршня в 1 мин, при котором наблюдался стук клапанов пст, помещено в графе 2. В графе 3 приведена величина допустимого числа двойных ходов поршня в 1 мин, рассчитанная по формуле (84), в которой максимальный подъем клапанов взят по результатам опытов Г Берга. В графе 4 приведено отношение

В графах 6 и 7, 8 и 9 приведены величины, характеризующие аналогично двум предыдущим точность соответствующих методов расчета по формулам (106) и (100).

6 графе 10 указана величина дк, определенная по расчетной формуле (86), и отношение A6= W^maxОтношение максимального отклонения Дтах к средней величине отклонения Дср характери­ зует неточность расчета по сравниваемым методикам в сопоста­ вимых показателях.

Из табл. 16 видно, что наиболее неточные результаты, харак­ теризуемые величиной отношения Д т ах/Д Ср = 1,49, дает расчет по формуле (100), затем с отношением Дшах/ДСр соответственно рав­ ным 1,41 и 1,32 — по формулам (106) и (86).

Результаты расчета, наиболее близкие к опытным (с величиной ОТНОШ еНИЯ Дтах/ДСр=1,18) дает формула (84), лучше других апроксимирующая систему экспериментальных данных помещенных в графе 3 табл. 16. Поэтому использование формулы (84) следует считать предпочтительным в практических расчетах клапанов раз­ личных типов.

Получаемые расчетные значения допустимого числа двойных ходов поршня в 1 мин всегда меньше предельного, при котором наблюдается стук, изменяясь в пределах (0‘,67—0,85) пст. Следо­ вательно, использование формулы (84) позволяет получить некото­ рый запас, предупреждающий появление стука клапанов в за­ проектированной машине. Если этот запас не нужен конструктору, точно знающему условия работы насоса в эксплуатации, то зна­ чения произведения пктях могут быть соответственно увеличены

до 1000—1100. Следует отметить, что для однотипных клапанов •формула (86) сохраняет необходимую точность. В этом нетрудно убедиться, сопоставив величину Кк для тарельчатых клапанов № 1 и № II (табл. 15), изменяющуюся в пределах 0,37—0,42. Однако для разнотипных клапанов величина ).и изменяется в более широ­ ких пределах: 0,37—0,71, что оставляет преимуществобольшей точности за формулой (84).

Формула (106), выведенная с учетом физических условий по­ стоянства скорости посадки клапана и положительного перепада давления, может быть рекомендована для дополнительной провер­ ки результатов расчета по формуле (84).

Приведем пример проверочного расчета клапана поршневого бурового насоса, показанного на рис. 54, а.

dnp= 0 , 0 7 4м, диаметр пружинной проволоки dnn=0,007 м, число рабочих витков 2=9, высота пружины в свободном состоянии 0,195 м, начальное сжатие Л0= =0,091 м, усилие пружины при закрытом клапане 46,6 кгс, при открытом 55 кгс. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна г//ш =0,225.

Y = 1200 кгс/м3.

Высоту подъема клапана определяем по формуле (73), раскрывая скобки

Тогда

hu = A sin Ш — АВ cos (о/.

Подставляя известные числовые значения, получим