Поршневі насоси

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Поршневі насоси можна назвати одним з прадавніх винаходів людства. Ще грецький винахідник Ктесибій в III ст. до н.е. застосував при гасінні пожежі насос, що мав два поршні. Відтоді поршневі насоси зазнали безліч змін, але їх принцип залишився незмінний.

Розвиток народного господарства і підвищення добробуту людей вимагає збільшення промислового, сільськогосподарського і побутового водопостачання, одним з основних джерел якого підземні води. У більшості країн світу зараз експлуатується лише незначна частина запасів підземних вод. Зараз у зв'язку із скороченням ресурсів поверхневих вод використання підземних вод для різних цілей значно збільшується.

Велике народногосподарське значення має також створення високонапірної і високопродуктивної техніки для нафтовидобутку. Гостру необхідність в такій техніці для водовідливу шахт випробовує гірничодобувна промисловість. Збільшується об'єм буріння свердловин для здобичі мінеральних вод. Для проведення відкачувань рідини з таких свердловин(глибина яких досягає 1000 м і більше) потрібні високонапірні насоси.

Завдяки простоті і надійності роботи поршневі насоси знайшли широке застосування в нафтовій, газовій і нафтохімічній галузях промисловості, усі основні технологічні процеси яких пов'язані з перекачуванням по трубопроводах різних рідин -- нафти, нафтопродуктів, скраплених газів, води, глинистих розчинів, хімічних реагентів та ін.

У бурінні нафтових і газових свердловин поршневі насоси знайшли виняткове застосування. Вони використовуються для створення циркуляції глинистого розчину або води у свердловині.

Нині у нас в країні і за кордоном використовуються багато всіляких технічних засобів для штучного підйому рідини, розроблені для різних умов експлуатації, які відрізняються конструктивно і за принципом дії.

1. Загальні відомості про поршневі насоси

1.1 Класифікація поршневих насосів

Поршневі насоси служать для перетворення механічної енергії двигуна в механічну енергію рідини, що перекачується. Вони повідомляють рідини, що проходить через них, енергію, необхідну для подолання сил опорів, що виникають в самому насосі, по довжині трубопроводу, в місцях зміни перерізу потоку та напрямки руху рідини, а також для подолання сили інерції і статичної висоти, на яку потрібно підняти рідину.

Поршневі насоси можна класифікувати таким чином.

1. За способом приведення в дію:

а) приводні, в яких поршень приводиться в рух шатунно-кривошипним механізмом від окремо розташованого двигуна, приєднаного до насоса при допомоги тієї чи іншої передачі;

б) прямої дії, у яких поршень насоса отримує зворотно-поступальний рух за допомогою штока безпосередньо від поршня бескрівошіпной парової машини, складовою разом з насосом один загальний агрегат;

в) ручні.

2. За родом органу,що витісняє рідину:

а) поршневі, поршень яких має форму диска;

б) плунжерні, поршень яких виконаний у вигляді довгого циліндра;

в) діафрагмові, в яких перекачується рідина відділена від плунжера або поршня діафрагмою, а циліндр заповнений робочою рідиною - маслом або емульсією. Ці насоси призначені для перекачування рідин, що містять тверді частинки.

3. За способом дії:

а) одинарної дії;

б) подвійної дії;

в) диференціальні;

4. За розташуванням циліндра:

а) горизонтальні;

б) вертикальні.

5. За числом циліндрів:

а) одноциліндрові;

б) двоциліндрові;

в) трициліндрові;

г) багатоциліндрові.

6. За родом рідини, що перекачується:

а) звичайні (для перекачування холодної води);

б) гарячі (для гарячих рідин);

в) кислотні;

г) бурові (для перекачки глинистих розчинів) та ін

7. За швидкохідністю робочого органу:

а) тихохідні, з числом подвійних ходів поршня (плунжера) в хвилину 40 - 80;

б) середньої швидкохідності, швидкість обертання корінного вала яких становить 80 - 50 об/хв;

в) швидкохідні, з числом подвійних ходів поршня в хвилину 150 - 350.

Крім цього насоси по величині подачі діляться на малі (діаметр поршня D від 50 мм), середній ( D = 50 Г· 150 мм) і великі ( D > 150 мм).

За величині розвивається тиску розрізняють насоси малого, середнього та високого тисків.

1.2 Будова поршневих насосів і принцип їх дії

Він складається з циліндра 6, поршня 2 щільно приганяє до стінок циліндра і рухається зворотно-поступально, і двох регулюючих клапанів - всмоктуючого 3 і нагнітального 5. Знизу до корпусу приєднаний всмоктуючий трубопровід 4 з приймальною сіткою 1, оберігає насос від попадання в нього сторонніх предметів.

При повороті кривошипа по стрілці зі від 0° до 180° поршень переміщається у бік збільшення об'єму циліндра і утворює розріджений простір. Всмоктуючий клапан 3 відкривається і рідина по всмоктувальній трубі , під дією атмосферного тиску, спрямовується з басейну в циліндр насоса. При зворотному ході поршня з правого крайнього положення вліво, що відповідає повороту кривошипа від 180° до 360°, всмоктуючий клапан закривається, а нагнітальний клапан 5 відкривається і рідина виштовхується в нагнітальний трубопровід .

Дія поршневого насоса за один оборот корінного вала можна розчленувати на його складові: процес всмоктування, при якому відбувається підйом рідини з нижнього резервуара в циліндр насоса, і процес нагнітання, при якому рідина витісняється з циліндра з енергією, достатньою для подолання всіх видів опору на напірній стороні насоса.

1.3 Переваги і недоліки поршневих насосів

Поршневі насоси застосовні для перекачування тільки чистих рідин, це пояснюється наявністю клапанів в конструкції поршневого насоса. Наявність домішок у перекачується рідини може привести до виходу з ладу клапанів насоса. При зворотно-поступальному русі виникають великі сили інерції, тому середня швидкість руху поршня обмежується значеннями 0,5-1 м/с. Поршневі насоси забезпечують переривчасту подачу рідини. Мають великі габарити по Порівняно з відцентровими, це пояснюється складністю їх конструкції, при цьому поршневі насоси здатні забезпечувати великі напори. Їх подача не залежить від напору, що дозволяє застосовувати їх в якості насосів дозаторів. ККД поршневих насосів вище ніж у відцентрових.

Отже, до переваг поршневих насосів можна віднести:

· незалежність подачі від напору;

· високий ККД ;

· тихохідні ;

До недоліків:

· висока вартість;

· складність конструкції;

· складність регулювання подачі;

· чутливість до механічних домішках;

· переривчаста подача робочої рідини;

1.4 Сфера застосування поршневих насосів

поршневий діафрагмовий насос

Застосування поршневих насосів в нафтогазовидобувній промисловості

Перекачування нафти / нафтопродуктів, витягання нафти зі свердловини, нагнітання води в пласт та ін. Поршневі насоси високого тиску можуть застосовуватися для: чищення, зняття покриттів, зняття іржі, різання, розбирання в якості універсальної технології. Можуть бути ефективно видалені наступні матеріали: багатошарові пресовані покриття, пористі покриття, асфальт, вільні шари фарби, каучук, смола. За допомогою абразивних водоструминних технологій можуть розрізати:

· сталеві конструкції ;

· резервуари ;

· трубопроводи;

· залізобетон;

· скло;

· кераміка;

Застосування поршневих насосів в хімічній промисловості

Для перекачування складних і агресивних середовищ. Для очищення устаткування(таких як фільтри, посудини, резервуари, теплообмінники і трубопроводи) на хімічному виробництві, при переробці, перевезенні і зберіганні хімічних речовин. Перевезення небезпечних хімічних речовин, є іншою проблемою для хімічної промисловості - для її вирішення, ми пропонуємо спеціальні насоси для транспортування в'язких і тістоподібних хімічних речовин, абразивних хімічних речовин з різною завантаженістю твердими частками і агресивних хімічних речовин.

Застосування поршневих насосів для знезараження

Знезараження -- це зменшення кількості небезпечних речовин(радіоактивні речовини, важкі метали, хімікати) до гранично допустимих. Основним матеріалом, що видаляється, можуть бути забруднення, системи покриття або ізоляційні матеріали. Дезактивація може бути потрібна не лише на об'єктах ядерної промисловості, але і на промислових(хімічних), військових об'єктах.

Використання поршневих насосів у складі різних насосних систем

Поршневі насоси використовуються у складі різних насосних систем, які застосовуються :

· у нафтовидобувній промисловості в системах ППД(підтримка тиску пласта);

· повернення під тиском токсичних рідин у свердловину;

· при виконанні сервісних робіт на нафтових свердловинах;

· у системах осушення газу;

· у установках по зняттю окалини(металургія)

· у гідравлічних пресах;

· у гідроприводах кувальних машин, підйомників і ін.

· у екструдерах;

· у установках лиття під тиском;

· у системах водоструминного очищення високого тиску;

· у системах водоструминного різання високого тиску;

Перекачувані рідини в поршневих насосах:

Метанол, етанол, скраплений природний газ, карбамід, розчин аміачної селітри, морська вода, гліколь, дизельне паливо, сира нафта, різні кислоти і луги, діоксид вуглецю, фосфати і інші.

2. Конструктивне виконання поршневих насосів

2.1 Кривошипно-поршневий насос

Поршневі насоси з кривошипно-шатуновим приводом почали використовуватися в глибокій старовині і нині знаходять широке застосування для переміщення різних рідин.

На малюнку 1 зображена схема кривошипно-поршневого насоса. Відповідно до малюнка насос складається з кривошипного механізму 1, пальця кривошипа 2, шатуна 3, штока поршня 4, поршня 5, робочої камери 6, всмоктуючого 7 і нагнітального 8 клапанів. Для перекачування рідини є нагнітальний і всмоктуючий трубопроводи. Всмоктуючий трубопровід обладнався сітчастим фільтром і зворотним клапаном.

Малюнок 1 - Кривошипно-поршневий насос

1-кривошипний механізм; 2-палец кривошипа: 3-шатун; 4-шток поршня; 5-поршень; 6-робоча камера; 7-всмоктуючий клапан; 8-нагнітальний клапан.

За один оборот валу кривошипа(подвійний хід поршня) насос здійснює один такт всмоктування і один такт нагнітання.

При русі поршня 5 управо в робочій камері 6 створюється вакуум, внаслідок чого рідина під дією атмосферного тиску підніматиметься по всмоктуючому трубопроводу і заповнюватиме робочу камеру. При цьому всмоктуючий клапан 7 буде відкритий, нагнітальний 8 - закритий. Процес всмоктування проходитиме до тих пір, поки поршень не займе крайнього правого положення. Після початку руху поршня вліво закриється всмоктуючий клапан, а нагнітальний відкриється, тиск в робочій камері збільшиться, при цьому рідина витіснятиметься з робочої камери в напірний трубопровід. Процес продовжиться до тих пір, поки поршень не займе крайнього лівого положення, потім починається новий цикл роботи. Таким чином, подання насоса носить циклічний, нерівномірний характер. Для згладжування нерівномірності подання використовують повітряні ковпаки і насоси подвійної дії.

2.2 Поршневий насос подвійної дії

Насоси подвійної дії складніше по пристрою, але забезпечують більше рівномірне подання рідини. У цих насосів камери з клапанами розташовуються по обидві сторони циліндра, тому рух поршня або плунжера у будь-яку сторону є робочим циклом. Такт всмоктування в одній камері відповідає такту нагнітання в іншій і навпаки.

Відповідно до малюнка 2 в поршневому насосі двосторонньої дії циліндр має дві робочі камери 8 і 9, в яких встановлені дві пари клапанів 2 і 3. Поршневий насос двосторонньої дії при режимі, що встановився, працює таким чином.

При русі поршня 4 управо в лівій робочій порожнині 8 відбувається процес всмоктування через лівий всмоктуючий клапан 2 і процес нагнітання через правий нагнітальний клапан 3. При зворотному русі поршня рідина з лівої порожнини витісняється, а в праву - засмоктується. Таким чином, за один повний цикл в напірний трубопровід поступає дві порції рідини. Для згладжування поштовхів і пом'якшення гідравлічних ударів влаштовують пневмогідроаккумулятори 7 (повітряні ковпаки).



Малюнок 2 - Поршневий насос двосторонньої дії

1-всмоктуючий трубопровід; 2-всмоктуючий клапан; 3-нагнітальний клапан; 4-поршень; 5-шток; 6-напірний трубопровід; 7-напірний повітряний ковпак; 8 - ліва робоча порожнина; 9 - права робоча порожнина циліндра.

2.3 Диференціальний насос

Для підвищення рівномірності подання і спрощення конструкції знаходять застосування диференціальні насоси, в яких подання рідини здійснюється в два прийоми.

Відповідно до малюнка 3 диференціальний насос має дві робочі камери. У робочій камері 3 встановлені всмоктуючий 2 і нагнітальний 8 клапанів.

В процесі роботи диференціального насоса при ході плунжера 4 вліво закривається всмоктуючий клапан 2, а рідина, проходячи через нагнітальний клапан, що відкрився, 8, поступає через відвідний трубопровід 7 в праву робочу камеру 6, а також в напірний патрубок 10. При ході плунжера 4 управо відбувається одночасно процес всмоктування і витіснення рідини з правої робочої камери 6 в напірний трубопровід 10. Така схема роботи дозволяє здійснювати більше рівномірне подання за наявності всього двох клапанів.



Малюнок 3 - Диференціальний насос

1- всмоктуючий трубопровід; 2 - всмоктуючий клапан; 3 - ліва робоча камера; 4 - плунжер: 5 - шток: 6 - права робоча камера; 7 - відвідний трубопровід; 8 - нагнітальний клапан; 9 - повітряний ковпак; 10 - напірний патрубок

2.4 Поршневий насос з прохідним поршнем

Насоси з прохідним поршнем широко використовуються для підйому води зі свердловин і колодязів на дачних і присадибних ділянках. Відповідно до малюнка 4, поршневий насос з прохідним поршнем складається з робочого циліндра 6, усередині якого поміщений прохідний поршень 3. Поршень дугою сполучений з штангою поршня 5, яка наводиться в зворотно-поступальний рух вручну або спеціальним механізмом. У нижній частині робочий циліндр закінчується всмоктуючим трубопроводом 1, в якому змонтований всмоктуючий клапан 2. До верхньої частини циліндра приєднаний напірний трубопровід 7. При підйомі прохідного поршня всмоктуючий клапан відкривається, і рідина поступає в порожнину циліндра. При опусканні поршня всмоктуючий клапан 2 закривається, тиск в циліндрі підвищується, внаслідок чого відкривається нагнітальний клапан 4 і рідина через наскрізний отвір в поршні переміщається в простір над ним. При черговому підйомі поршня одночасно зі всмоктуванням відбувається подання рідини в напірний трубопровід.

Малюнок 4 - Поршневий насос з прохідним поршнем

1- всмоктуючий трубопровід; 2 - всмоктуючий клапан; 3 - прохідний поршень; 4 - нагнітальний клапан; 5 - штанга поршня; 6-робочий циліндр; 7 - напірний трубопровід

Прикладом використання поршневих насосів з похідним поршнем може служити водорозбірна колонка, представлена на малюнку 5.



Малюнок 5. Водорозбірна колонка

2.5 Трьохциліндровий насос

Для підвищення рівномірності подання, збільшення продуктивності і надійності роботи в різних галузях народного господарства широко використовуються трьохциліндрові насоси.

Відповідно до малюнка 6 трьохциліндровий насос складається з трьох однакових насосів одинарної дії із загальним колінчастим валом 3.

Рис 6 - Трьохциліндровий насос

1- поршень; 2 - циліндр; 3 - колінчастий вал; 4 - кривошипи; 5 - резервуар

Кривошипи 4 зрушені один відносно одного на кут 120о. Таким чином, за кожну третину обороту колінчастого валу засмоктується і видається одна порція рідини, чим досягається більше рівномірне подання. При цьому коефіцієнт нерівномірності подання складає д=1.05.

2.6 Діафрагмовий насос

Діафрагмові насоси використовуються при ремонті міських і селищних водопроводів і каналізації для відкачування води з колодязів, камер, траншей і тому подібне. Діафрагмові насоси часто застосовуються для перекачування рідин, сильно забруднених різними домішками : піском, мулом, абразивними матеріалами. Використовують ці насоси для переміщення хімічно активних рідин.

Діафрагмовий насос по прийнятій класифікації є об'ємним насосом, працюючим органом якого являється гнучка пластина (діафрагма), закріплена по краях. Пластина згинається під дією важільного механізму, або спеціального поршня.

Відповідно до малюнка 7 діафрагмовий насос складається з діафрагми 1, яка починає прогинатися під дією зворотно-поступального руху плунжера 2 в циліндрі, який заповнений спеціальною рідиною. При русі плунжера рідина, проходячи через спеціальні отвори, прогинає діафрагму. Зусилля діафрагми передається перекачуваній рідині, яка знаходиться в робочій камері 6, забезпеченою всмоктуючим 5 і нагнітальним 7 патрубками. Залежно від положення діафрагми здійснюється такт всмоктування і нагнітання.

Діафрагмові насоси широко використовуються як бензонасоси на автомобільних двигунів. Відповідно до малюнка 8 діафрагмовий бензиновий насос складається з діафрагми 1, виконаною з еластичного матеріалу(гума, тканина, просочена лаком), яка герметизує робочу камеру 2, постачанню всмоктуючим 4 і напірним 5 патрубками з клапанами 3 і 6. Діафрагма сполучена з штоком важільного механізму 7.

Малюнок 7 - Діафрагмовий насос

1-діафрагма; 2-плунжер; 3-шток поршня; 4-всмоктуючий патрубок; 5-всмоктуючий клапан; 6-робоча камера; 7-нагнітальний клапан; 8-напірний патрубок.

Малюнок 8 - Схема діафрагмового бензинового насоса

1-діафрагма; 2-робоча камера; 3-всмоктуючий клапан; 4-всмоктуючий патрубок; 5-напірний патрубок; 6-напірний клапан; 7-важільний механізм.

Висновок

В результаті даної роботи я розповів про будову поршневих насосів, описав їх принцип дії та написав характеристику поршневих насосів за числом циліндрів, за розташуванням циліндра, за способом дії, за родом органу, що витісняє рідину та за іншими ознаками.

В роботі також досліджено тему конструкцій поршневих насосів. Наведені основні конструкції поршневих насосів : кривошипно-поршневий насос, поршневий насос подвійної дії, диференціальний насос, поршневий насос з прохідним поршнем, трьохциліндровий насос, діафрагмовий насос.

Область застосування поршневих насосів є досить широкою. Поршневі насоси застосовуються від використання в нафтовидобувній промисловості для перекачування нафти або нафтопродуктів, витягання нафти зі свердловини, нагнітання води в пласт до систем водоструминного різання високого тиску.

У бурінні нафтових і газових свердловин поршневі насоси знайшли виняткове застосування. Вони використовуються для створення циркуляції глинистого розчину або води у свердловині.

Оскільки у нафтовій промисловості немає жодної ділянки, де не використовувалися б насоси, подальше поліпшення їх техніко-економічних показників залишається основною проблемою нафтової промисловості. Збереження при роботі високого коефіцієнта корисної дії або повне використання встановленої потужності розглянутих гідравлічних машин є одним з найважливіших завдань обслуговуючого персоналу. Вона може бути виконана тільки при хорошому знанні теорії і правил експлуатації насосів.

Список використаної літератури

1. Хабаров В.Е. Устройство, конструктивные особенности и техниские характеристики поршневых насосов: учебно-метод. пособие.- / В.Е. Хабаров; ФГОУ ВПО Ставроп. гос. аграр. ун-т.- Ставрополь: Изд-во СтГАУ "Агрус", 2006.- 27с.

2. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учеб. для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. -М.: Машиностроение, 1982. - 400 с.

3. Кулінченко, В. Р. Гідравліка, гідравлічні машини і гідропривід : підручник / В. Р. Кулінченко. -- Київ: ІНКОС, Центр навчальної літератури, 2006. - 616 с.

4. Пилипец В.И. Насосы для подъёма жидкости: Учебное пособие. - Донецк: Дон ГТУ, 2000. - 244 стр.

5. Пилипец В.И. Погружные насосы с гидроприводом: Учебное пособие. - Донецк: Дон ГТУ, 1998. - 95 стр.

6. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.:Химия, 1971. - 784 с.

7. Семидуберский, М. С. Насосы, компрессоры, вентиляторы : учебник / М. С. Семидуберский. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1974. - 232 с.

Размещено на Allbest.ru

...