книги / Нефтепромысловые машины и механизмы

§ 8. Процесс нагнетания

Рассмотрим процесс нагнетания приводного насоса одинарного действия. При нагнетательном ходе поршня всасывающий клапан закроется, давление в цилиндре возрастет до величины противодавле­ ния в напорном трубопроводе, нагнетательный клапан откроется и выталкиваемая поршнем жидкость будет поступать в напорный трубопровод.

воде, расходуется на подъем жидкости на геометрическую высоту нагнетания hB, на преодоление всех гидравлических сопротивлений в нагнетательном трубопроводе

2 У2

« • - я ш 2^

и в нагнетательном клапане /гкл, на изменение скорости v движения жидкости перед поршнем на ее скорость vBв выходном сечении трубы

Следует иметь в виду, что напорный трубопровод обычно имеет значительную длину, поэтому существенное значение приобретает потеря напора на трение в указанном трубопроводе, входящая в выражение

роховатости внутренней поверхности трубы и вязкости перекачивае­ мой жидкости; I — длина трубопровода в м\ v — средняя скорость движения жидкости в трубопроводе в м!сек\ d — внутренний диаметр трубы в м\ g — ускорение силы тяжести в м/сек2,.

В процессе нагнетания при отсутствии воздушного колпака (см. § 9) может произойти отрыв жидкости от поршня. Это видно из анализа уравнения (I. 15), из которого видно, что все члены правой

учитывающего силы инерции, который положителен в первой поло­ вине хода, но становится отрицательным во второй его половине (w — отрицательно, так как cos ф приобретает отрицательное значе­ ние). В первой половине хода столб жидкости движется с поршнем ускоренно. Однако во второй половине хода, когда поршень замед­ ляет свое движение, жидкость может оторваться от поршня, если сопротивления движению жидкости в напорном трубопроводе ока­ жутся недостаточными для замедления ее движения. При этом последующее соприкосновение столба жидкости с поршнем может сопровождаться сильным ударом.

Следует учесть, что силы инерции при нагнетании влияют в боль­ шей степени, чем при всасывании, так как обыкновенно длина напор­ ного трубопровода, а следовательно, и масса жидкости, находящаяся в нем, в несколько раз больше, чем при всасывании. При наличии воздушного колпака на напорной л и н и и движение жидкости за кол­ паком можно считать равномерным, пренебрегая силами инерции жидкости, неравномерно движущейся между поршнем и колпаком, ввиду малого расстояния между ними. Тогда разрыва столба жидкости не произойдет. Как и в процессе всасывания, при нагнетании вели­ чина р н должна быть всегда больше упругости pt паров перекачивае­ мой жидкости.

§ 9. Воздушные колпаки и определение их размеров

В результате переменной скорости движения поршня приводного насоса жидкость во всасывающем и нагнетательном трубопроводах движется неравномерно. При этом возникают силы инерции жидко­ сти, для преодоления которых необходимо развивать дополнительное давление. В особенности это относится к насосам одинарного и двой­ ного действия, отличающимся большой степенью неравномерности; у них могут возникать гидравлические удары, двигатель нагружается неравномерно. Для устранения или смягчения этих явлений приме­ няют воздушные колпаки на нагнетательных и всасывающих трубо­ проводах.

Воздушный колпак представляет собой цилиндрический сосуд, частично наполненный сжатым воздухом, служащим упругим аморти­ затором, смягчающим неравномерность движения поршня.

Сущность действия напорного колпака заключается в следующем. В период работы насоса, когда подача жидкости превышает среднюю, избыток жидкости заполняет колпак и сжимает находящийся в нем воздух, а уровень жидкости в колпаке повышается. В период, когда

в колпаке расширяется и выталкивает избыток жидкости в напор­ ный трубопровод, а уровень жидкости в кол­ паке снижается. В результате этого в напор­ ном трубопроводе поддерживается постоян­ ная скорость движения жидкости, соответ­ ствующая средней. Уровень жидкости в кол­ паке колеблется, и чем меньше колебания давления в колпаке, тем равномернее дви­ жение жидкости в трубопроводе за колпа­ ком. Поэтому в воздушном колпаке нужен достаточный, объем сжатого воздуха. Жид­ кость движется неравномерно лишь на участке между колпаком и рабочей каме­ рой. Поэтому колпак устанавливают как можно ближе к рабочей камере (рис. 12).

Аналогично напорному колпаку действует колпак па всасывающем трубопроводе. В ре­ зультате изменения давления в воздушных колпаках полностью не достигается равно­ мерное движение жидкости в трубопроводе. Колебание давления зависит от объема воз­ духа в колпаке. На практике ограничива­ ются такими размерами колпака, при кото­ рых колебание давления воздуха не превы­ шает 1—2,5%. При больших давлениях часть

воздуха в колпаке может раствориться в перекачиваемой жидкости и уноситься ею в напорный трубопровод. В результате происходит уменьшение объема воздуха в колпаке. Убыль воздуха пополняют из баллонов или при помощи компрессора.

В последние годы в колпаках начали помещать резиновые диа­ фрагмы, препятствующие соприкасанию жидкости с воздухом и, сле­ довательно, растворению последнего в жидкости. Применяют также резиновые баллоны, заполненные сжатым воздухом и помещенные

ввоздушном колпаке; это позволяет уменьшить его габариты. Для контроля за давлением воздуха в напорном колпаке приме­

няют манометр, а на всасывающем колпаке — вакуумметр. За уров­ нем жидкости в колпаке при невысоких давлениях наблюдают через мерное стекло. Однако при перекачке нефти и нефтепродуктов приме­ нение мерных стекол небезопасно, так как в колпаке образуется смесь воздуха и нефтяных паров, которая может быть при опреде­

ленных условиях взрывоопасной. Поэтому при перекачке нефте­ продуктов следует применять пробные краны.

Размеры воздушного колпака определяют, исходя из следующих соображений. Давление воздуха в воздушном колпаке при работе насоса изменяется от ртах до а объем его изменяется соответ­ ственно ОТ Ут1п до Ушах.

Степень неравномерности давления в колпаке определяется отно­ шением

g __ Ртах— Pmin Рср

Как было указано раньше, принимают б = 0,01 -f- 0,025. Вследствие того, что воздух, заключенный в воздушный колпак,

в течение всего времени работы насоса соприкасается с жидкостью постоянной температуры, можно принять, что состояние воздуха в колпаке изменяется по закону изотермического сжатия и расшире­

Величина избыточной подачи У' равна количеству жидкости, задерживающейся в колпаке в периоды работы насоса, когда факти­ ческая подача больше средней. Она может быть определена из графи­ ков подачи насоса (см. рис. 8) и измеряется площадью одной из сину­ соид, расположенной выше линии средней подачи.

В результате получим для разных типов насосов величину V'.

Насос

Эти же величины относятся и к всасывающим колпакам.

Для дифференциального насоса получим: для напорного колпака

Воздушным колпакам придают цилиндрическую форму. Для* того чтобы нижняя их часть во время работы насоса была заполнена жидкостью, объем колпаков увеличивают и принимают равным

VB— 1,5 Vop.

Высоту колпака определяют из выражения

Н в

4УВ nDi

где D B— внутренний диаметр колпака.

§ 10. Работа и индикаторная диаграмма

Как известно, работа есть произведение силы на путь. Применительно к поршневому насосу простого действия работу А

(произведение силы на путь), совершаемую за один оборот кривошип­ ного вала или двойной ход поршня, можно выразить

А = у FsHn,

где F — площадь поршня; 5 — длина хода поршня; Н п — полный или манометрический подъем жидкости в м, который может быть определен с помощью приборов; у — удельный вес жидкости.

Рассмотрим схему, изображенную на рис. И . Манометр, устано­ вленный за напорным клапаном насоса, учитывает высоту подъема

htl и сопротивления в напорной линии. Вакуумметр учитывает высоту

с воздушным пространством напорного и всасывающего воздушных колпаков, ho равняется разности между высотами уровней жидкости в этих колпаках.

Зная выражение для определения работы, можно найти гидра­ влическую или полезную мощность (в л. с.) насоса простого действия:

Работу, произведенную насосом, можно определить и при помощи прибора — индикатора (рис. 13а), который при подключении к насос­ ному цилиндру вычерчивает индикаторную диаграмму (рис. 136).

Индикатор состоит из цилиндра с хорошо пригнанным к нему поршеньком, находящимся под действием помещенной сверху пру­ жины. Индикатор соединяют с рабочей полостью цилиндра трехходо­ вым краном. Пространство над поршеньком соединено с атмосферой. На штоке поршенька закреплен карандаш, который прикасается к бумаге, обернутой вокруг барабана, и вычерчивает диаграмму. Барабан соединяют при помощи шнура со штоком или плунжером насоса, при движении которого барабан поворачивается. Если соеди­ нить цилиндр индикатора при помощи трехходового крана с атмосфе­ рой, то при работе насоса на бумаге будет прочерчиваться горизон­ тальная линия А — В (рис. 136), соответствующая атмосферному давлению. При переключении крана на цилиндр насоса в начале хода всасывания давление в цилиндре насоса и соответственно под

поршеньком индикатора снизится вследствие разрежения (давление всасывания) до точки С; при движении штока насоса барабан повер­ нется и карандаш прочертит горизонтальную линию С —D, Вначале обратного хода поршня (ход нагнетания) давление в цилиндре повы-

сится до давления нагнетания и поршенек индикатора передвинется вверх, вычертив вертикальную линию D — Е. Затем при ходе штока барабан повернется и карандаш прочертит горизонтальную линию EF. Накопец, в начале хода всасывания вследствие разрежения

вызваны сопротивлениями при проходе жидкости через клапаны. Отклонения боковых линий диаграммы от вертикали вызваны запаз­ дыванием закрытия клапанов при перемене хода поршня вследствие попадания в цилиндр воздуха.

на валу насоса от двигателя, вследствие механических потерь в насосе, которые учитываются механическим к. п. д. насоса т)Мех» т. е-

Отношение полезной мощности к мощности, переданной двигате­ лем на вал насоса, называют полным к. п. д. насоса т]Нас.

изготовления и размеров т]Нас = 0,6 -г 0,85.

Насос соединяется с двигателем при помощи муфты, клииоременной передачи, редуктора и т. п., в которых имеются свои потери,