книги / Нефтепромысловые машины и механизмы
..pdfФормула (I. 28) применима для одноцилиндрового насоса. |
Для |
|
многоцилиндровых насосов суммарная тангенциальная сила |
Ттах |
|
может быть найдена |
графически подобно графикам |
по |
дачи.
Для определения сил, действующих на передачи приводной частп насоса, обратимся к рис. 17.
Обозначим Р' — силу, действующую на начальной окружности
радиуса R зубчатой передачи, Р " — силу, действующую на |
ободе |
|||||||
шкива радиуса |
i?i. |
|
|
|
|
|
|
|
Силы Р' и Р " можно определить из следующих равенств: |
|
|||||||
р |
« |
р* |
|
р ' _т |
|
г |
? |
|
|
|
-Lmax |
|
|
||||
|
|
|
|
P't __Р’ ri |
|
|
||
|
|
|
|
Лз R i ’ |
|
|
||
|
|
|
где гг — радиус начальной окружности |
|||||
|
|
|
шестерни |
трансмиссионного вала; т]3—- |
||||
|
|
|
к. п. д. зубчатой передачи. |
можно |
||||
|
|
|
Определив Р, Pi, |
|
Р \ |
Р " , |
||
Рис. 17. Расчетная схема при- |
сделать проверочный расчет следующих |
|||||||
водной части |
насоса. |
основных |
деталей |
приводной |
части |
|||
|
|
|
насоса: |
|
|
|
|
|
по силе Р можно рассчитать шток на продольный изгиб и растяже ние;
по силе P i может быть рассчитан шатун на растяжение и сжатие, а также палец крейцкопфа и сочленения головки шатуна;
по силе Р ' можно рассчитать зубчатую передачу; по силе Р " рассчитывается передача от двигателя;
по силам Pi, Р ' и Р " можно рассчитать коленчатый (кривошип ный) и трансмиссионный валы на изгиб и кручение.
Расчет указанных деталей по приведенным силам имеется в кур сах деталей машин.
§ 13. Типы и конструкции поршневых насосов, применяемых в нефтяной промышленности
Как указывалось в § 1, поршневые насосы широко применяют во всех отраслях нефтяной промышленности. Рассмотрим некоторые наиболее употребительные конструкции насосов.
Буровые насосы применяют для закачки глинистого раствора в бурящиеся скважины. Эти насосы работают в тяжелых условиях и в результате наличия песка в циркулирующем растворе цилиндро вые втулки, поршни и клапапы относительно быстро изнашиваются. В связи с этим в конструкции насоса предусмотрена возможность быстрой замены этих изнашиваемых деталей. Обычно применяемые
Кприемному каналу клапанной коробки крепятся приемная труб»,
содной стороны и воздушный колпак с другой. Напорный трубопро вод присоединяют к фланцу напорного канала, с которым также сооб щается предохранительный клапан. Корпус приводной части состоит из литой чугунной рамы и картера. На коренном валу закреплены*
Рис. 20. Клапанная коробка насоса БВ-60.
эксцентрики, на которых посажены роликовые подшипники нижних головок шатунов, а верхние головки шатунов снабжены игольчатыми подшипниками. Коренной вал опирается на три роликовых сфериче ских подшипника. Крейцкопфы снабжены баббитовой заливкой
и работают |
в стальных направляющих втулках, запрессованных |
в расточке |
картера. |
Подшипники и крейцкопфы смазываются при помощи шестерен ного масляного насоса, который приводится в действие от коренного
НАСОСЫ ПОРШНЕВЫЕ .I .ЛГ
Рис 21 Дозировочный насос НД2-70 с двумя секциями дозаторов. План.
вала и подает смазку в места трения по трубкам. К картеру приводной части прикреплен масляный фильтр, а к клапанной коробке — холо дильник для масла.
Дозировочные насосы РПН-1 и РПН-2 применяют на нефтепере рабатывающих заводах для дозировки химических реагентов, тре буемых при технологических процессах. Эти насосы вертикальные одно- и двухцилиндровые плунжерные с регулированием длины хода, рассчитанные на давление до 500 am и на разную подачу.
Рис. 22. Дозировочный насос НД2-70. Боковой вид и разрез по плунжеру.
На нефтяных промыслах для дозировки деэмульгаторов, вводи мых в скважины в целях деэмульсации нефти, применяют дозировоч ные насосы НД2-70 (рис. 21 и 22).
Насос НД2-70 в отличие от насосов РПН-1 и РПН-2 имеет две секции с шестью дозаторами (плунжерами) в каждой, благодаря чему
можно им обслужить 12 скважин. |
Максимальная |
подача насоса |
|
1 м 2!сутки, |
напор до 70 am. |
на общей раме |
1 и приводятся |
Дозаторы |
секции смонтированы |
в движение от качающегося вала 2. Качание вала осуществляется рычагом 3 и концевым шатуном 22. соединенным с коленчатым валом редуктора 23. Редуктор имеет в качестве привода электродвигатель 24 с клиноременной передачей 4. Электродвигатель с редуктором смонтированы на раме 5, скрепленной с рамами насосных секций. На рис. 22 виден механизм управления дозатором. При повороте маховичка 6 нижняя опора 7 шатуна 25 перемещается по дозирующей
каретке 26. При этом изменяется угол качания балансира 27 и соот ветственно длина хода плунжера 8, в результате чего изменяется подача деэмульгатора.
Плунжер соединен с балансиром при помощи малого шатуна 12 с пальцами 13 ж14 и перемещается в сальниках. Верхний сальник 15 имеет набивку 16, зажимаемую гайкой 17; нижний сальник 18 состоит из стакана с кожаными манжетами 19, зажимаемыми гай кой 20. К цилиндру 21 дозатора присоединены предохранительный клапан 9, нагнетательный клапан 11 и всасывающий клапан 10.
Деэмульгатор поступает к насосу самотеком по 2" коллектору, от которого ответвлены трубопроводы, присоединенные к всасываю щим клапанам дозаторов. К нагнетательным клапанам присоединены напорные трубопроводы, направленные к скважинам. Концы этих трубопроводов с запорными вентилями и распылителями присоеди няют к воздухопроводам.
Паровые прямодействующие насосы. Паровыми прямодействую щими называются насосы, имеющие привод непосредственно от паро вой машины. Поршень гидравлического цилиндра соединен с порш нем паровой машины общим штоком, а промежуточные передачи отсутствуют. Паровые прямодействующие насосы изготовляют с од ним (симплекс) или двумя (дуплекс) гидравлическими цилиндрами двойного действия. Эти насосы могут быть горизонтальными и вер тикальными. В нефтяной промышленности широко применяются на нефтеперерабатывающих заводах преимущественно горизонталь ные и большей частью двухцилиндровые насосы.
Прямодействующие насосы могут быть не только паровыми. Рабочим агентом для двигателя насоса может служить сжатый воз дух или жидкость.
К прямодействующим насосам, приводимым в действие жидкостью, находящейся под давлением, относятся гидропоршневые насосы, при меняемые в нефтедобыче.
Несмотря на неэкономичность паровых прямодействующих насосов, их довольно широко применяют на предприятиях с развитым паро вым хозяйством, так как они имеют ряд достоинств, к которым отно сятся простота устройства, малое число движущихся частей, надеж ность работы, пожарная безопасность, простота ухода в эксплуата ции, удобство автоматического регулирования.
Эти насосы очень удобны при перекачке нефтепродуктов, вязкость которых сильно меняется в зависимости от температуры; при повыше нии вязкости перекачиваемой жидкости насос автоматически умень шает число ходов и, уменьшая подачу, развивает большее давление, расходуемое на продавливание вязкой жидкости.
Для работы парового насоса требуется непрерывная подача све жего пара в паровой цилиндр при постоянном давлении, причем это давление должно быть больше давления жидкости в гидравлическом цилиндре. Таким образом, паровая машина должна работать без
расширения пара и выпускать его из цилиндра в конце хода под полным давлением, что делает работу машины неэкономичной. Однако в том случае, когда отработанный в насосе пар используют для технологических коммунально-бытовых нужд, экономичность машины повышается. Движение поршня прямодействующего насоса не подчиняется какому-либо определенному закону, обусловленному конструкцией привода, как это, например, характерно для привод ного насоса с кривошипно-шатунным механизмом. Изменение ско рости движения поршня зависит от изменения сопротивлений, встре чаемых поршнем со стороны перекачиваемой жидкости, а также сопро тивлений, вызываемых трением движущихся частей.
На диаграмме движения порш ней двухцилиндрового (сдвоенно го) парового прямодействующего
насоса |
(рис. |
23) |
по оси |
абсцисс |
|
||
отложено время, а по оси орди |
|
||||||
нат — путь, |
проходимый поршня |
|
|||||
ми. Поршни движутся с почти |
|
||||||
постоянной |
скоростью |
на |
|
протя |
|
||
жении |
большей |
части |
их |
хода. |
Рис. 23. Диаграмма движения порш |
||
В мертвых |
положениях |
поршни |
ней двухцилиндрового парового пря |
||||
некоторое время находятся |
|
в по |
модействующего насоса. |
||||
кое до |
начала |
возвратного |
хода. |
|
Благодаря такой паузе в движении поршней клапаны могут спо койно опускаться на седла, что дает возможность увеличить высоту подъема клапана по сравнению с клапанами приводных насосов.
Вследствие почти постоянной скорости поршня на большей части хода, а также потому, что поршень движется благодаря давлению пара, обладающего упругостью, преодоление сил инерции жидкости в трубопроводе происходит плавно, без значительного изменения давления. Поэтому воздушные колпаки могут быть небольших размеров, а в ряде конструкций насосов их вообще не применяют.
На диаграмме движения поршней видно, что длина хода поршня I меньше длины хода поршня II. Изменение длины хода зависит от регулирования парораспределительного механизма и от сопротивле ний. Число ходов паровых прямодействующих насосов зависит от давления пара и сопротивлений, преодолеваемых при движении поршня. В результате этого подача насоса легко регулируется из менением числа ходов путем дросселирования пара при впуске его в паровую часть насоса.
Парораспределение в двухцилиндровом паровом прямодействую щем насосе (рис. 24) осуществляется при помощи золотникового механизма. Золотник одного из паровых цилиндров связан через систему рычагов со штоком поршня второго цилиндра, а золотник второго парового цилиндра также связан со штоком поршня первого
цилиндра. Золотники насосов выполняют плоскими или цилиндри ческими. На рис. 24 и 25 изображены плоские золотники. Золотнико вое зеркало имеет пять каналов, четыре из которых сообщаются с паро вым цилиндром. Крайние каналы ев' (рис. 25) служат для подвода свежего пара к передней и задней полостям цилиндра, а средние
Рис. 24. Схема сдвоенного прямодействую |
Рис. 25. Схема положений порш |
щего насоса двойного действия. |
ней и золотников при парораспре |
|
делении в сдвоенном насосе. |
июнь I I пока находится в мертвом |
положении. Золотник же пер |
вого цилиндра открыл паровыпускной канал в' в одной полости цилипдра и паровыпускной канал а в другой полости. Когда поршень I (рис. 25, б) перекроет паровыпускной канал а и, продолжая дви гаться, сожмет пар, оставшийся в верхней полости цилиндра, обра зуется паровая подушка, способствующая плавной остановке поршня.
Поршень I |
передвигает золотник второго цилиндра, пар поступает |
в верхнюю |
полость этого цилиндра, и поршень I I двигается вниз, |
передвигает |
золотник первого цилиндра в среднее положенно |
(рис. 25, в). |
При дальнейшем движении поршня I I золотник первого |
цилиндра впускает свежий пар в верхнюю полость этого цилиндра и поршень I начинает двигаться вниз.
Выше было указано на невысокую экономичность парового пря модействующего насоса. Для повышения экономичности такого насоса применяют насосы компаунд, у которых одному гидравличе скому цилиндру соответствуют два паровых цилиндра, различных по диаметру. У насоса компаунд свежий пар подводится в течение всего хода поршня к малому цилиндру (высокого давления). Отрабо танный в нем пар не выпускают в атмосферу, а перепускают в паровой цилиндр большего диаметра (низкого давления), где после соверше ния полезной работы он выпускается в атмосферу или в конденсатор. В насосах компаунд экономится до 30% пара. Однако вследствие громоздкости их применяют редко.
На рис. 26 в качестве примера парового прямодействующего насоса показан насос НПН-6, предназначенный для перекачки холодных нефтепродуктов или воды.
Этот насос двухцилиндровый, двойного действия, рассчитан на подачу 11—22 м*!ч с давлением нагнетания до 20 кГ/см2. Давление свежего пара (в золотниковой коробке) до 12 кПсм2, противодавление пара до 0,5 кГ/см2. Паровые цилиндры отлиты каждый отдельно, а гидравлические — в одном блоке. В каждой из четырех рабочих камер гидравлической части имеется по одному всасывающему и одному нагнетательному клапану тарельчатого типа с пружинной нагрузкой. Седла запрессованы в конические гнезда клапанных коробок. Гидравлические поршни имеют чугунные уплотнительные кольца и работают в чугунных втулках, вставленных в цилиндры.
Парораспределение осуществляется двумя плоскими золотниками, связанными рычажным парораспределительным механизмом со што ками цилиндров. Поршни паровых цилиндров имеют по два чугунных уплотнительных кольца. Паровые цилиндры смазываются лубрика тором, устанавливаемым на среднике (средней литой части насоса, к которому прикрепляются цилиндры — гидравлические и паровые), или паровыми масленками, устанавливаемыми на золотниковых коробках.
Насос НТ-45 завода «Борец» (рис. 27, 28) относится к приводным трехплунжерным и предназначен для перекачки нефтепродуктов по магистральным нефтепроводам. Насос приводится в действие дизелем и л и электродвигателем через редуктор, соединенный с насо сом и двигателем зубчатыми муфтами. Насос рассчитан на подачу 45 л!сек при 75 двойных ходах в минуту и на напор 60 кГ!см2\ потре бляемая мощность 440 л. с. Гидравлические цилиндры отлиты из высококачественного чугуна, каждый отдельно. В передней рабочей камере каждого цилиндра имеются три всасывающих и три нагнета тельных клапана, в задней рабочей камере — четыре всасывающих и четыре нагнетательных клапана. Клапаны тарельчатые с пружин ной нагрузкой.