Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Эксплуатация нефтегазопромыслового оборудования

Эксплуатация нефтегазопромыслового оборудования

Правила монтажа, принцип работы и эксплуатации нефтегазопромыслового оборудования. Технология технического обслуживания наземного оборудования и подземного ремонта скважин. Расчеты и выбор наземного и скважинного оборудования; предотвращение аварий.

Рубрика Производство и технологии
Вид методичка
Язык русский
Дата добавления 19.04.2022
Размер файла 5,9 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение, задачи решены верно

Оценка 4 - записаны основные формулы и их пояснение, задачи решены верно, но с неточностями

Оценка 3 - записаны основные формулы без пояснения, 2 задачи решены не верно, ответы на вопросы не точные

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение или записаны частично, задачи решены не верно

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Практическое занятие 65

Тема: Гидравлический расчет поршневого насоса

Цель работы: закрепить вычислительные навыки по расчетам поршневого насоса

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. Изучить теоретический материал

2. Записать необходимые формулы

3. Решить задачи

4. Ответить на вопросы

Методические указания по выполнению задания

Основным рабочим элементом поршневого насоса является цилиндр, в котором двигается поршень. Поршень совершает возвратно-поступательные движения за счет кривошипно-шатунного механизма, чем обеспечивается последовательное изменение объема рабочей камеры. За один полный оборот кривошипа из крайнего положения поршень совершает полный ход вперед (нагнетание) и назад (всасывание). При нагнетании в цилиндре поршнем создается избыточное давление, под действием которого всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и перекачиваемая жидкость подается в нагнетательный трубопровод. При всасывании происходит обратный процесс, при котором в цилиндре создается разряжение за счет движения поршня назад, нагнетательный клапан закрывается, предотвращая обратный ток перекачиваемой среды, а всасывающий клапан открывается и через него происходит заполнение цилиндра. Реальная производительность поршневых насосов несколько отличается от теоретической, что связано с рядом факторов, таких как утечки жидкости, дегазация растворенных в перекачиваемой жидкости газов, запаздывание открытия и закрытия клапанов и т.д.

Для поршневого насоса простого действия формула расхода будет выглядеть следующим образом:

Q = F·S·n·зV

Q - расход (м3/с)

F - площадь поперечного сечения поршня, м2

S - длина хода поршня, м

n - частота вращения вала, сек-1

зV - объемный коэффициент полезного действия

Для поршневого насоса двойного действия формула расчета производительности будет несколько отличаться, что связано наличием штока поршня, уменьшающего объем одной из рабочих камер цилиндра.

Q = F·S·n + (F-f)·S·n = (2F-f)·S·n

Q - расход, м3/с

F - площадь поперечного сечения поршня, м2

f - площадь поперечного сечения штока, м2

S - длина хода поршня, м

n - частота вращения вала, сек-1

зV - объемный коэффициент полезного действия

Если пренебречь объемом штока, то общая формула производительности поршневого насоса будет выглядеть следующим образом:

Q = N·F·S·n·зV

Где N - число действий, совершаемых насосом за один оборот вала.

Расчет напора

Как было отмечено выше, напор не является геометрической характеристикой и не может отождествляться с высотой, на которую необходимо поднять перекачиваемую жидкость. Необходимое значение напора складывается из нескольких слагаемых, каждое из которых имеет свой физический смысл.

Общая формула расчета напора (диаметры всасывающего и нагнетающего патрубком приняты одинаковыми):

H = (p2-p1)/(с·g) + Hг + hп

H - напор, м

p1 - давление в заборной емкости, Па

p2 - давление в приемной емкости, Па

с - плотность перекачиваемой среды, кг/м3

g - ускорение свободного падения, м/с2

Hг - геометрическая высота подъема перекачиваемой среды, м

hп - суммарные потери напора, м

Первое из слагаемых формулы расчета напора представляет собой перепад давлений, который должен быть преодолен в процессе перекачивания жидкости. Возможны случаи, когда давления p1 и p2 совпадают, при этом создаваемый насосом напор будет уходить на поднятие жидкости на определенную высоту и преодоление сопротивления.

Второе слагаемое отражает геометрическую высоту, на которую необходимо поднять перекачиваемую жидкость. Важно отметить, что при определении этой величины не учитывается геометрия напорного трубопровода, который может иметь несколько подъемов и спусков.

Третье слагаемое характеризует снижение создаваемого напора, зависящее от характеристик трубопровода, по которому перекачивается среда. Реальные трубопроводы неизбежно будут оказывать сопротивление току жидкости, на преодоление которого необходимо иметь запас величины напора. Общее сопротивление складывается из потерь на трение в трубопроводе и потерь в местных сопротивлениях, таких как повороты и отводы трубы, вентили, расширения и сужения прохода и т.д. Суммарные потери напора в трубопроводе рассчитываются по формуле:

Hоб - суммарные потери напора, складывающиеся из потерь на трение в трубах Hт и потерь в местных сопротивлениях Нмс

Hоб = HТ + HМС = (л·l)/dэ·[w2/(2·g)] + ?жМС·[w2/(2·g)] =

= ((л·l)/dэ + ?жМС)·[w2/(2·g)]

л - коэффициент трения

l - длина трубопровода, м

dЭ - эквивалентный диаметр трубопровода, м

w - скорость потока, м/с

g - ускорение свободного падения, м/с2

w2/(2·g) - скоростной напор, м

?жМС - сумма всех коэффициентов местных сопротивлений

Расчет потребляемой мощности насоса

Выделяют несколько мощностей в зависимости от потерь при ее передаче, которые учитываются различными коэффициентами полезного действия. Мощность, идущая непосредственно на передачу энергии перекачиваемой жидкости, рассчитывается по формуле:

NП = с·g·Q·H

NП - полезная мощность, Вт

с - плотность перекачиваемой среды, кг/м3

g - ускорение свободного падения, м/с2

Q - расход, м3/с

H - общий напор, м

Мощность, развиваемая на валу насоса, больше полезной, и ее избыток идет на компенсацию потерь мощности в насосе. Взаимосвязь между полезной мощностью и мощностью на валу устанавливается коэффициентом полезного действия насоса. КПД насоса учитывает утечки через уплотнения и зазоры (объемный КПД), потери напора при движении перекачиваемой среды внутри насоса (гидравлический КПД) и потери на трение между подвижными частями насоса, такими как подшипники и сальники (механический КПД).

NВ = NП/зН

NВ - мощность на валу насоса, Вт

NП - полезная мощность, Вт

зН - коэффициент полезного действия насоса

В свою очередь мощность, развиваемая двигателем, превышает мощность на валу, что необходимо для компенсации потерь энергии при ее передаче от двигателя к насосу. Мощность электродвигателя и мощность на валу связаны коэффициентами полезного действия передачи и двигателя.

NД = NВ/(зП·зД)

NД - потребляемая мощность двигателя, Вт

NВ - мощность на валу, Вт

зП - коэффициент полезного действия передачи

зН - коэффициент полезного действия двигателя

Окончательная установочная мощность двигателя высчитывается из мощности двигателя с учетом возможной перегрузки в момент запуска.

NУ = в·NД

NУ - установочная мощность двигателя, ВтNД - потребляемая мощность двигателя, Втв - коэффициент запаса мощности

Задание: решите задачи, зарисуйте схемы

1. Плунжерный насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м3/ч. Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода - 24 см. Частота вращения рабочего вала составляет 40 об/мин.

Требуется найти объемный коэффициент полезного действия насоса.

Решение:

Площадь поперечного сечения плунжера:

F = (р·dІ)/4 =

Выразим коэффициент полезного действия из формулы расхода плунжерного насоса:

зV = Q/(F·S·n) =

2. Двухпоршневой насос двойного действия создает напор 160 м при перекачивании масла с плотностью 920 кг/м3. Диаметр поршня составляет 8 см, диаметр штока - 1 см, а длинна хода поршня равна 16 см. Частота вращения рабочего вала составляет 85 об/мин. Необходимо рассчитать необходимую мощность электродвигателя (КПД насоса и электродвигателя принять 0,95, а установочный коэффициент 1,1).

Решение:

Площади попреречного сечения поршня и штока:

F = (3,14·0,08І)/4 =

F = (3,14·0,01І)/4 =

Производительность насоса находится по формуле:

Q = N·(2F-f)·S·n = 2·(2·0,005024-0,0000785)·0,16·85/60 =

Далее находим полезную мощность насоса:

NП = 920·9,81·0,0045195·160 =

С учетом КПД и установочного коэффициента получаем итоговую установочную мощность:

NУСТ = 6526,3/(0,95·0,95)·1,1 = кВт

3. Трехпоршневой насос перекачивет жидкость с плотностью 1080 кг/м3 из открытой емкости в сосуд под давлением 1,6 бара с расходом 2,2 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 3,2 метра. Полезная мощность, расходуемая на перекачивание жидкости, составляет 4 кВт. Необходимо найти величину потери напора.

Решение:

Найдем создаваемый насосом напор из формулы полезной мощности:

H = NП/(с·g·Q) = м

Подставим найденное значение напора в формулу напора, выраженую через разность давлений, и найдем искомую величину:

hп = H - (p2-p1)/(с·g) - Hг = м

4. Реальная производительность винтового насоса составляет 1,6 м3/час. Геометрические характеристики насоса: эксцентриситет - 2 см; диаметр ротора - 7 см; шаг винтовой поверхности ротора - 14 см. Частота вращения ротора составляет 15 об/мин. Необходимо определить объемный коэффициент полезного действия насоса.

Решение:

Выразим искомую величину из формулы производительности винтового насоса:

зV = Q/(4·e·D·T·n) =

5. Насос, имеющий КПД 0,78, перекачивает жидкость плотностью 1030 кг/м3 с расходом 132 м3/час. Создаваемый в трубопроводе напор равен 17,2 м. Насос приводится в действие электродвигателем с мощностью 9,5 кВт и КПД 0,95. Необходимо определить, удовлетворяет ли данный насос требованиям по пусковому моменту.

Решение:

Рассчитаем полезную мощность, идущую непосредственно на перекачивание среды:

NП = с·g·Q·H = Вт

Учтем коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя и определим полную необходимую мощность электродвигателя:

NД = NП/(зН·зД) = Вт

Поскольку нам известна установочная мощность двигателя, определим коэффициент запаса мощности электродвигателя:

в = NУ/NД = 9500/8599 =

Для двигателей с мощностью от 5 до 50 кВт рекомендуется выдирать пусковой запас мощности от 1,2 до 1,15. Полученное нами значение не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что при эксплуатации данного насоса при заданных условиях могут возникнуть проблемы в момент его пуска.

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение, задачи решены верно

Оценка 4 - записаны основные формулы и их пояснение, задачи решены верно, но с неточностями

Оценка 3 - записаны основные формулы без пояснения, 2 задачи решены не верно, ответы на вопросы не точные

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение или записаны частично, задачи решены не верно

Информационное обеспечение

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Практическое занятие 66

Тема: Изучение основных узлов поршневых насосов

Цель работы: обобщить знания по теме «Конструкция поршневого насоса» и закрепить знания об основных узлах поршневого насоса

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. Изучить теоретический материал

2. Заполнить таблицу

3. Выполнить тест

Методические указания по выполнению задания:

Поршневые насосы применяются при капитальном ремонте скважин для обеспечения циркуляции промывочной жидкости при бурении вторых стволов, разбуривании пробок и т.д. Поршневые насосы состоят из механической и гидравлической частей. Механическая часть служит для передачи механической энергии от двигателя (ДВС либо электродвигатель) к поршням, движущимся возвратно-поступательно.

Гидравлическая часть служит для преобразования механической энергии поршней в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости и для придания жидкости необходимого направления.

Наиболее широко применяются поршневые приводные насосы с двумя цилиндрами двухстороннего действия или с тремя плунжерами одинарного действия, с кривошипно-шатунным механизмом и зубчатым редуктором (рис. 1.).

Рис. 1. Поршневой насос

Приводная часть насоса состоит из ведущего вала 1, получающего вращающий момент от двигателя, соединенного с ним клиноременной или цепной передачей. Ведущий вал связан с коренным валом 2 зубчатым редуктором 3. Коренной вал с кривошипно-шатунным механизмом 4 преобразует вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение ползуна. Приводная часть размещается в закрытом корпусе, предотвращающем попадание влаги и абразива в масляный картер.

Для предотвращения попадания бурового раствора в картер штоки поршней соединяют не непосредственно с крейцкопфом, а через дополнительный шток, соединенный со штоком цилиндра посредством специального отбойника. Он предотвращает попадание бурового раствора, выливающегося через уплотнение штока в приводную часть.

Гидравлическая часть насоса состоит из приемного коллектора 5, клапанно-распределительного механизма, включающего всасывающие 6 и нагнетательные 7 клапаны, цилиндропоршневой группы 8, включающей цилиндровую втулку, поршень, его шток 9 с уплотнением, нагнетательный коллектор 10.

Гидравлическая часть поршневого бурового насоса состоит из корпусных деталей постоянного применения, ресурс которых равен ресурсу всего насоса в целом, и сменных деталей с ресурсом около 100 ч, в зависимости от условий работы. К числу быстроизнашивающихся сменных деталей поршневого насоса относятся цилиндры, поршни (плунжеры), клапаны и сальниковые уплотнения

Клапанная коробка относится к гидравлической части насоса. В ней размещены рабочие камеры насоса и клапаны; ее также называют цилиндром насоса. Большей частью клапанную коробку выполняют отдельно от станины. В многоцилиндровых насосах клапанные коробки изготавливают отдельно друг от друга или в общем блоке.

В зависимости от рабочего давления, температуры и коррозионных свойств перекачиваемой жидкости клапанные коробки изготавливают литыми из чугуна или стали (углеродистой, нержавеющей). Для высоких давлений клапанные коробки выполняют коваными, например у насосов для гидроразрыва пласта (на 50...70 МПа).

У насосов перекачивающих загрязненные жидкости (содержащие песок), как, например буровых или промывочных, рабочая поверхность клапанной коробки (цилиндра), по которой перемещается поршень, быстро изнашивается. Поэтому для таких насосов применяют сменные цилиндровые втулки, внутренняя поверхность которых обрабатывается по высокому классу точности и подвергается термохимической обработке для увеличения износостойкости.

У насосов, перекачивающих щелочные и химически разъедающие жидкости, рабочие поверхности защищают специальными облицовками.

Поршни изготавливают из чугуна, а для высоких давлений из стали. Для уплотнения поршня в цилиндре используют кожу, резину, металл и другие предметы. Кожа и резина хорошо работают при перекачке холодных загрязненных жидкостей. Так, у насосов, перекачивающих под значительным давлением жидкость, содержащую абразивные частицы (песок), поршни снабжают резиновыми самоуплотняющимися манжетами.

Иногда манжеты закрепляют на металлическом корпусе, и они являются сменными; в других конструкциях резиновые манжеты привулканизируют к сердечнику и при износе заменяют весь поршень. Поршни насосов, перекачивающих нефтепродукты, снабжают чугунными пружинящими уплотняющими кольцами.

Плунжеры изготавливают из чугуна или стали. Плунжеры небольшого диаметра делают сплошными, а плунжеры диаметром более 100 мм - в виде полого стакана. В насосе плунжер передвигается в короткой втулке и в набивке уплотняющего сальника.

Сальники устанавливают в месте прохода штока или плунжера через стенку цилиндра для предотвращения утечки жидкости. Фонарь сальника выполняют в виде кольца с радиальными отверстиями для подачи и отвода смазывающей жидкости.

Нормального уплотнения можно достигнуть только при аккуратно уложенной и затянутой набивке. Шток должен быть ровным и с очень гладкой поверхностью. Сальник требует большого внимания при работе насоса, так как он может оказаться источником потерь перекачиваемой жидкости и загрязнения помещения насосной, а также причиной пожаров при перекачке легковоспламеняющейся жидкости.

Для набивки сальника применяют асбестовый шнур, кожаные или резиновые манжеты, металлические кольца в зависимости от рода перекачиваемой жидкости, ее температуры и давления.

Задание: Заполнить таблицу

Название узла/детали Материал изготовления Назначение/применение

Оценка 5 - таблица составлена и заполнена верно

Оценка 4 - таблица составлена и заполнена верно, но с недочетами

Оценка 3 - таблица составлена не полностью и заполнена не совсем верно

Оценка 2 - таблица составлена и заполнена не верно

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Практическое занятие №67

Тема: Изучение основных узлов поршневых насосов

Цель работы: обобщить знания по теме «Конструкция поршневого насоса» и закрепить знания об основных узлах поршневого насоса

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. Изучить теоретический материал

2. Заполнить таблицу

3. Выполнить тест

Методические указания по выполнению задания

Клапаны предназначены для периодического разобщения рабочей камеры насоса от пространства всасывания и нагнетания, при этом обеспечивается движение жидкости в одном определенном направлении.

Клапан - один из важнейших узлов, дефекты в работе которого сильно отражаются на подаче и надежности работы насоса.

Клапаны, устанавливаемые на всасывающей и на нагнетательной частях насоса, обычно выполняются одинаковыми. По принципу действия они подразделяются на самодействующие (автоматические) и принудительные действия. Самодействующие клапаны открываются давлением жидкости на их нижнюю поверхность, а закрываются под действием собственного веса или совместного действия веса и давления пружины. Клапаны принудительного действия приводятся в движение от вала насоса через передаточный механизм. Самодействующие клапаны в зависимости от рода движения подразделяются на подъемные и откидные или шарнирные. Подъемные клапаны в свою очередь выполняются тарельчатыми, кольцевыми и шаровыми.

Применение клапанов того или иного типа зависит главным образом от рода перекачиваемой жидкости и числа ходов поршня.

Наибольшее распространение в нефтяной промышленности получили насосы, снабженные тарельчатыми (рис. 1.13) и шаровыми клапанами, причем последние применяют преимущественно в скважинных насосах.

При проводке глубоких скважин применяют насосы У8-6М, У8-7М. Буровые насосы У8-6М и У8-7М, горизонтальные, поршневые, двухцилиндровые, двойного действия, состоят из гидравлической и приводной частей, смонтированных на общей раме. Гидравлическая часть насоса У8-6М состоит из следующих основных узлов: двух литых стальных гидравлических коробок, соединенных между собой снизу приемной коробкой, а сверху корпусом блока пневмокомпенсаторов. На приемной коробке установлен всасывающий воздушный колпак. Приемная коробка насоса соединяет всасываемую трубу со всасывающими клапанами (рис. 1.13). Внутри гидравлических коробок устанавливают сменные цилиндровые втулки, внутренний диаметр которых выбирают в зависимости от требуемого давления и подачи насоса. Наружные размеры всех втулок одинаковы. С целью повышения сроков службы втулок внутренняя поверхность их подвергается термической обработке. Цилиндровые втулки 2 уплотняются путем установки между буртиком цилиндровой втулки и стаканом двух комбинированных уплотнений разделенных стальным кольцом. Кольцо имеет по наружному и внутреннему диаметрам проточки с отверстиями. В случае износа уплотнения через специальное отверстие в гидравлической коробке раствор должен вытекать наружу, что и является сигналом о неисправности уплотнения цилиндровой втулки. Цилиндровые втулки закрепляются с помощью стакана 4 и крышки подтягиванием гаек. Цилиндровая крышка 3 уплотняется при помощи самоуплотняющихся манжет. В цилиндровых втулках перемещаются поршни. Поршень состоит из сердечника 2 с конической расточкой и привулканизированных к нему двух резиновых манжет 1. Поршень насажен на конический хвостовик штока и крепится к нему с помощью гайки 5. Шток соединен с надставкой штока 7 (рис. 1.14), резьбовой конец которой ввинчен в корпус ползуна.

Рис. 1.14. Буровой насос У8-7М

1 - поршень; 2 - цилиндровая втулка; 3 -крышка цилиндра;

4 - упорный стакан; 5 - нагнетательный клапан; 6 - корпус клапанной коробки;

7 - надставка штока; 8 - шток;

9- сальниковое уплотнение штока;

10 - корпус насоса;

11 - трансмиссионный вал; 12 - коренной вал;

13 - ведомая головка шатуна;14 - шатун;

15 - ползун; 16 - направляющие ползуна

При вращении эксцентрикового вала, через шатуны, ползуны и штоки поршни получают возвратно-поступательное движение. Для увеличения износостойкости штоков их рабочая поверхность закаливается на высокую твердость. Уплотнение состоит из корпуса направляющей втулки, упорного резинового кольца 3, четырех уплотнительных резиновых колец, упорного кольца 2 и второй направляющей втулки. Направляющие втулки и упорное кольцо изготавливают из капролита. Упорное кольцо прижимается при помощи нажимной втулки 4. Подтяжка уплотнения производится при неработающем насосе с помощью гаек и шпилек.

Для увеличения долговечности уплотнения штоки смазываются и охлаждаются жидким маслом.

Задание: Заполнить таблицу

Название узла/детали Материал изготовления Назначение/применение

Задание для закрепления темы

Решите тест

1. Гидравлическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии двигателя, в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости называется:

а) компрессор;

б) пневмокомпенсатор;

в) насос;

г) клапан.

2. Какие насосы относятся к гидростатическим?

а) поршневой, плунжерный, диафрагменный;

б) центробежный, вихревой, осевой;

в) поршневой, плунжерный, вихревой;

г) диафрагменный, центробежный, плунжерный.

3. Основные рабочие органы в гидростатических насосах:

а) рабочее колесо, вал, направляющий аппарат;

б) диафрагма, цилиндр, вал;

в) поршень, цилиндр, клапаны;

г) клапаны, рабочее колесо, направляющий аппарат.

4. Пространство, ограниченное поршнем, стенками цилиндра и клапанной коробкой называется:

а) рабочей камерой насоса;

б) мертвым пространством;

в) полезным объемом;

г) максимальным объемом.

5. По способу действия объемные насосы различают:

а) одинарного, двойного, диафрагменного;

б) одинарного, двойного, дифференциального;

в) одинарного, двойного, тройного;

г) одинарного, двойного, поршневого.

6. Объемные насосы средней быстроходности, с числом двойных ходов поршня в минуту:

а) 40-80;

б) 80-150;

в) 150-350;

г) 350-500.

7. Объемные насосы с диаметром поршня больше 150 мм по подаче различают:

а) малые;

б) средние;

в) большие;

г) сверхбольшие.

8. Поршень в форме диска называется:

а) плунжером;

б) поршнем;

в) диафрагмой;

г) штоком.

9. Насосы, развиваемые давление Р = 1…10 МПа называются:

а) малого давления;

б) среднего давления;

в) высокого давления;

г) сверхвысокого давления.

10. Насосы двойного действия позволяют увеличить:

а) равномерность давления;

б) напор насоса;

в) равномерность подачи;

г) подачу насоса.

11. При ходе всасывания:

а) объем рабочей камеры увеличивается, а давление в ней уменьшается;

б) объем рабочей камеры уменьшается, а давление в ней увеличивается;

в) объем рабочей камеры и давление в ней увеличиваются;

г) объем рабочей камеры и давление в ней уменьшаются.

12. Для уменьшения колебания давления в трубопроводе в объемных насосах устанавливают:

а) воздушные колпаки;

б) уплотнения;

в) диафрагму;

г) манометр.

13. Где устанавливают пневмокомпенсаторы?

а) на клапанах;

б) на цилиндре;

в) на КШМ;

г) на трубопроводах.

14. Количество жидкости, нагнетаемое насосом за единицу времени называется:

а) высотой всасывания;

б) высотой нагнетания;

в) подачей насоса;

г) работой насоса.

15. В каких пределах равен коэффициент подачи насоса:

а) 0,45-0,85;

б) 0,85-0,95;

в) 0,45-0,98;

г) 0,85-0,98.

Оценка 5 - таблица составлена и заполнена верно, тест решен правильно (15 из 15)

Оценка 4 - таблица составлена и заполнена верно, но с недочетами, тест решен правильно (13-14 из 15)

Оценка 3 - таблица составлена не полностью и заполнена не совсем верно, тест решен частично верно (10-12 из 15)

Оценка 2 - таблица составлена и заполнена не верно, тест решен не правильно (<9)

Информационное обеспечение

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Практическое занятие 68

Тема: Определение усилий в основных деталях поршневых насосов

Цель работы: изучить формулы для определения усилий в основных деталях поршневого насоса

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. Изучить теоретический материал

2. Оформить необходимые формулы с пояснением

3. Решить задачи

Методические указания по выполнению задания

Гидравлическую часть насоса рассчитывают на прочность по давлению опрессовки, а механическую - по усилиям, действующим в его элементах при наибольшем крутящем моменте, развиваемом приводным двигателем.

Давление опрессовки принимают вдвое большим, чем максимальное, развиваемое насосом. Гидравлическая часть насоса должна быть рассчитана таким образом, чтобы при закупорке напорной линии и несрабатывании предохранительного клапана произошла остановка двигателя, а не поломка насоса.

Клапанные коробки и цилиндры рассчитывают на прочность поформуле:

,

Где p - давление опрессовки;

[] - допустимые напряжения растяжения.

Шпильки, крепящие крышки цилиндров, рассчитывают с учетом предварительной затяжки, обеспечивающей герметичность стыка. Шток рассчитывается на растяжение - сжатие. Кроме этого, шток проверяется на устойчивость. Для определения критического усилия на шток используют формулу Эйлера:

= ,

где - коэффициент приведенной длины, принимается равным 0,5 в предположении, что оба конца стержня защемлены;

l - действительная длина стержня;

Е - модуль упругости первого рода;

I - момент инерции сечения.

Детали кривошипно-шатунной группы рассчитывают общепринятыми методами на полную долговечность насоса. Силы, действующие в кривошипно-шатунной группе, определяют следующим образом.

Сила, действующая вдоль шатуна,

S = ,

где Р - усилие, действующее на шток;

G - массы ползуна и 1/3 шатуна;

f- коэффициент трения ползуна о направляющие.

Максимальное усилие достигается при максимальном угле ;

так как у большинства насосов r/l = 0,2, соответственно = 0,98, то для упрощения расчета можно принять:

Задание: Оформить теоретический материал и решите задачу

Плунжерный насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м3/ч. Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода - 24 см. Частота вращения рабочего вала составляет 40 об/мин. Требуется найти объемный коэффициент полезного действия насоса.

Задания для закрепления темы

1. Как рассчитывается прочность клапанной коробки и цилиндра?

2. Для чего используют формулу Эйлера?

3. Как определить силу вдоль шатуна?

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение, задача решена верно, ответы на вопросы точные и полные

Оценка 4 - записаны основные формулы и их пояснение, задача решена верно, но с неточностями, ответы на вопросы точные, но не полные

Оценка 3 - записаны основные формулы без пояснения, задача решена не верно, ответы на вопросы не точные

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение или записаны частично, задача решена не верно, нет ответов на вопросы

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Практическое занятие 69

Тема: Построение рабочих характеристик центробежных насосов

Цель работы:

- научиться определять мощность центробежных насосов;

- научиться определять к.п.д. центробежных насосов.

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. Изучить теоретический материал

2. Оформить примеры задач

3. Решить задачу

4. Ответить на вопросы

Методические указания по выполнению задания

Центробежные насосы обычно рассчитываются на определенную подачу и число оборотов. Но в процессе эксплуатации насосы могут работать и при других значениях Q, Н и n, отличных от расчетных. Так, с прикрытием задвижки, установленной на напорном патрубке насоса (рис. 21), будут изменяться его подача, напор и мощность. Подобное изменение будет наблюдаться также при наполнении напорного резервуара, присоединенного к трубопроводу (рис. 1), и в других случаях.

Для правильной эксплуатации насоса необходимо знать взаимосвязь между подачей, напором, потребляемой мощностью и другими параметрами этого насоса при различных условиях его работы. Для этой цели существуют характеристики насосов - графики, выражающие зависимость напора, мощности и к.п.д. насоса от его подачи при постоянном числе оборотов (рис. 2).

Рис. 21. Схема оборудования насосной установки с центробежным насосом:1 - насос; 2 - двигатель; 3 - передача; 4 - всасывающий трубопровод; 5 - приемный резервуар; 6 - напорный трубопровод; 7- напорный резервуар;8 - задвижка; 9 - обратный клапан

Эти характеристики, называемые иногда рабочими, создаются при испытании насосов в заводских лабораториях и являются основными техническими документами, определяющими технико-экономические свойства насоса.

При выборе для организации водоснабжения загородных домов и участков чаще всего выбирают центробежные насосы с необходимыми рабочими параметрами. Водяные насосы в Минске можно приобрести в специализированных магазинах. В зависимости от типа источника водоснабжения они могут быть поверхностными или погружными. Поверхностные насосы применяются для решения задач по водоснабжению на больших участках.

Из приведенной на рисунке 3 примерной характеристики (показанной сплошной линией) видно, что для определенного и постоянного числа оборотов насоса n оптимальный его режим соответствует подаче Q и напору H при наивысшем к.п.д.

Рис. 3. Рабочая характеристика центробежного насоса

При закрытой задвижке на напорном патрубке подача насоса Q = 0, напор равен Н0 (иногда он достигает наибольшего значения H0), а потребляемая мощность N0 составляет примерно 30% нормальной мощности N. После открытия задвижки, то есть с началом подачи воды, напор в некоторых насосах несколько повышается и достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. Левый восходящий участок (Н0В) кривой H-Q характеризуется неустойчивой работой насоса, так как здесь одному и тому же напору соответствуют разные производительности. Работа насосов с подобной характеристикой допустима только при расходах, превышающих расход Qв.

Работа насосов с непрерывно снижающейся кривой H<Q (см. участок Н0В) протекает устойчиво во всех точках кривой.

Кроме кривых H-Q; N-Q и h-Q, на графике (рис. 2) имеется также кривая Hвак -Q, показывающая допустимые значения вакуумметрической высоты всасывания насоса при подаче соответствующих расходов.

Для расширения области применения центробежных насосов, которые работают с электродвигателями переменного тока, не допускающими изменения числа оборотов (асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные), применяется обрезка рабочего колеса по наружному диаметру. При уменьшении наружного диаметра рабочего колеса не более чем на 10-15% к.п.д. насоса практически не изменяется, а подача и потребляемая мощность уменьшаются. В соответствии с этим кривая h-Q на графике сместится влево, а кривые H-Q и N-Q понизятся и образуют целые полосы H-Q (области) возможной работы рассматриваемого насоса за счет проведения указанной операции.

Насосы рекомендуется эксплуатировать только в области высоких к.п.д. Следовательно, должна использоваться не вся полоса H-Q, а только ее часть, соответствующая допустимым к.п.д. На практике допускается снижение к.п.д. на 7-10% против наивысшего значения для данного насоса. Криволинейный четырехугольник MDEF ограничивает рекомендуемую область использования данного насоса. Подобные графические характеристики приводятся в каталогах для предельной обрезки рабочих колес не более чем на 10-20% величины нормального диаметра. Дальнейшая обрезка диаметра рабочего колеса не рекомендуется, так как при этом к.п.д. насоса начинает резко снижаться.

При обрезке рабочего колеса центробежного насоса подача и напор изменяются в соответствии с приведенными ниже уравнениями.

(4.1) (4.2)

где: Q и H - подача и напор насоса при нормальном наружном диаметре рабочего колеса D2;

Q1 и H1 - подача и напор насоса при обрезанном колесе диаметром .

В результате совместного решения указанных двух уравнений находим, что:

(4.3)

Пользуясь указанными уравнениями, можно, например, найти, до какого размера нужно обрезать рабочее колесо насоса, чтобы обеспечить необходимый расход Qа и напор На. Для этого из уравнения (4-3) после подстановки заданных значений Qа и На находят коэффициент k, входящий в указанное уравнение.

Далее, задаваясь двумя или тремя значениями расходов по шкале Q графика (рис. 42) и пользуясь тем же уравнением (4-3), можно определить соответствующие значения напоров. При вычислении напоров найденное значение k в уравнении (4-3) сохраняется постоянным. По значениям Q и Н следует построить кривую Р-О, которая обязательно пройдет через заданную точку А с координатами Qа и На и пересечет кривую Н-Q в точке С. После этого, например, по уравнению (4-1) нетрудно определить и искомый диаметр рабочего колеса :

В насосах, имеющих направляющие аппараты или уплотнения на выходе из колеса, производится только срезка лопаток. В насосах спирального типа (без направляющих аппаратов) обтачиваются как лопатки, так и диски колеса.

Предел обточки рабочих колес зависит от коэффициента быстроходности, определяемого выражением:

где: Q - подача насоса, м3/сек;

H - напор насоса, м при n, об/мин.

Рекомендуются следующие пределы обточки:

для колес с ns от 60 до 120 20-15%;

пs 120 - 200 15-11%;

пs 200 - 300 11-7%.

Задание 1: записать материал, формулы и описание графика рабочей характеристики ЦН

Полезная мощность лопастного насоса равна

Nп = HgсQ,

где Н и Q соответственно действительные напор и подача лопастного насоса.

Мощность, потребляемая лопастным насосом, включает потери мощности в насосе и зависит, в частности, от к.п.д. насоса Ю

N = Nп/ з = HgсQ/ з.

Потери мощности в лопастном насосе слагаются из механических потерь, потерь на дисковое трение, объемных и гидравлических потерь.

Таким образом, к.п.д. лопастного насоса равен произведению четырех к.п.д., соответствующих указанным потерям,

з = з м* з д* з о* з г.

Механические потери мощности происходят в местах трения - в опорах (радиальных и осевых), у ступиц рабочих колес, в уплотнениях насоса и зависят от, конкретной конструкции, типоразмера и качества изготовления узла, в котором происходит трение. Теряемая при этом мощность Nм определяется по зависимостям, приведенным в курсах деталей машин. Механический к.п.д. насоса равен

з м = Nп/( Nп + Nм).

Механический к.п.д. лопастных насосов изменяется в пределах от 0,90 до 0,98.

Потери мощности на дисковое трение зависят от величины зазора между диском рабочего колеса и направляющим аппаратом, от шероховатости поверхностей, от температуpы перекачиваемой жидкости. К потерям мощности на дисковое трение относятся также потери, существующие при малых подачах насосов, когда происходит рециркуляция потока жидкости на входе в каналы рабочего колеса и на выходе из них. Дисковый к.п.д. насоса равен

з д = Nп/( Nп + Nд)

Дисковый к.п.д. лопастных насосов изменяется в пределах от 0,85 до 0,95.

Объемные потери мощности обусловлены утечками через уплотнения рабочего колеса, в уплотнениях вала насоса, в разгрузочной пяте и т.д. Объемные потери определяются в основном конструктивными особенностями уплотнений насоса, правильной их эксплуатацией. Объемный к.п.д. насоса равен

з о = Q/Qi = Q/(Q+ Уq),

где Уq - сумма всех утечек жидкости.

Объемный к.п.д. лопастных нaсосов изменяется в пределах от 0,85 до 0,98.

Гидравлические потери мощности происходят в результате преодоления сопротивлений в подводе, рабочем колесе и отводе при движении жидкости через насос. Гидравлические потери определяются в основном потерями на трение в рабочем колесе и корпусе насоса, зависящими от их конструкции и качества изготовления. Гидравлический к.п.д. насоса равен

з г = Н/(Н + Уhп),

где Уhп - сумма потерь напора в насосе на преодоление гидравлических сопротивлений.

Гидравлический к.п.д. лопастных насосов изменяется в пределах от 0,70 до 0,95.

К.п.д. лопастных насосов, с учетом рассмотренных выше механического, дискового, объемного и гидравлического к.п.д., изменяются в пределах от 0,45 до 0,86. максимальное значение к.п.д. достигает 0,89 у наиболее мощных нефтяных центробежных магистральных насосов.

Методика решения задач

Задача 1. Для определения полезной мощности лопастного насоса пользуются формулой

Nп = HgсQ,

где Н и Q соответственно действительные напор и подача лопастного насоса, в отличие от их теоретических значений.

Задача 2. Полезная (гидравлическая) мощность лопастного насоса равна

Nп = HgсQ,

Мощность, потребляемая лопастным насосом, включает потери мощности в насосе и зависит, в частности, от к.п.д. насоса Ю

N = Nп/ з = HgсQ/ з.

Определим к.п.д. насоса

з = Nп / N

Пример решения задач

Задача 1. Определить полезную (гидравлическую) мощность насоса если подача насоса Q = 180 м3/ч, напор Н = 60 м, плотность перекачиваемой жидкости с = 820 кг/м3.

Дано:

Q = 180 м3/ч

Н = 60 м

с = 820 кг/м3

N, кВт - ?

Решение

Для определения полезной (гидравлической) мощности лопастного насоса пользуются формулой

Nп = HgсQ = 60*820*10*0,05 = 24600 Вт = 24,6 кВт.

Ответ: полезная (гидравлическая) мощность насоса равна Nп = 24,6 кВт

Задача 2. Определить к.п.д. насоса если подача насоса Q = 1800 м3/ч, напор Н = 25 м, плотность перекачиваемой жидкости с = 960 кг/м3, мощность на валу насоса N = 250 кВт.

Дано:

Q = 1800 м3/ч

Н = 25 м

с = 960 кг/м3

N = 240 кВт

з - ?

Решение

Полезная (гидравлическая) мощность лопастного насоса равна

Nп = HgсQ = 25*10*960*0,5 = 120000 Вт = 120 кВт

Мощность, потребляемая лопастным насосом, включает потери мощности в насосе и зависит, от к.п.д. насоса з

N = Nп/ з = HgсQ/з;

Отсюда к.п.д. насоса будет равен

з = Nп / N = 120 / 240 = 0,5

Ответ: к.п.д. насоса равен з = 0,5

Задание 2 по вариантам

Задача 1. Определить полезную (гидравлическую) мощность насоса, если подача насоса Q, напор Н, плотность перекачиваемой жидкости с.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Напор насоса Н, м

170

165

160

155

150

145

140

135

130

125

Подача насоса Q, м3/ч

180

216

252

288

324

360

396

432

468

504

Плотность перекачиваемой жидкости с, кг/м3

960

950

940

930

920

910

900

890

880

870

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Напор насоса Н, м

120

115

110

105

100

95

90

85

80

75

Подача насоса Q, м3/ч

540

576

612

648

684

720

756

792

828

864

Плотность перекачиваемой жидкости с, кг/м3

860

850

840

830

820

960

950

940

930

920

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

Напор насоса Н, м

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

Подача насоса Q, м3/ч

900

936

972

1008

1044

1080

1116

1152

1188

1224

Плотность перекачиваемой жидкости с, кг/м3

910

900

890

880

870

860

850

840

830

820

Задача 2. Определить к.п.д. насоса если подача насоса Q, напор Н, плотность перекачиваемой жидкости с, мощность на валу насоса N

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Напор насоса Н, м

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Подача насоса Q, м3/ч

1224

1188

1152

1116

1080

1044

1008

972

936

900

Плотность перекачиваемой жидкости с, кг/м3

960

950

940

930

920

910

900

890

880

870

Мощность на валу насоса, кВт

95

110

125

140

150

160

170

180

190

198

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Напор насоса Н, м

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

Подача насоса Q, м3/ч

864

828

792

756

720

684

648

612

576

540

Плотность перекачиваемой жидкости с, кг/м3

860

850

840

830

820

960

950

940

930

920

Мощность на валу насоса, кВт

204

208

212

215

216

256

256

255

252

248

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

Напор насоса Н, м

125

130

135

140

145

150

155

160

165

170

Подача насоса Q, м3/ч

504

468

432

396

360

324

288

252

216

180

Плотность перекачиваемой жидкости с, кг/м3

910

900

890

880

870

860

850

840

830

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены