Регулирование подачи поршневых насосов

 

Регулирование подачи поршневых насосов необходимо как на длительный период работы, так и кратковременно.

При регулировании подачи пользуются различными способами: воздействием на привод насоса, воздействием на его коммуникации либо изменением конструктивных размеров насоса.

Из формулы подачи насоса Q=FSnzŋ0 следует, что изменять подачу можно изменением числа рабочих камер z, изменением диаметра D или длины хода поршня S, переходом на другое число ходов n. Также можно изменить подачу, влияя на объемный коэффициент ŋ₀, главным образом на его составляющую – коэффициент наполнения.

Число рабочих камер можно изменить путем снятия всасывающих клапанов с одной из камер.

Замена цилиндровых втулок в комплекте с поршнями большого диаметра на меньший применяется при увеличении давления насоса. Этот способ широко используется при бурении скважин, когда увеличение глубины бурения требует преодоления насосом гидравлических сопротивлений с сохранением установленной мощности.

Изменение длины хода поршня достигается перестановкой пальца кривошипа. Этот способ широко используется при глубинно-насосной добыче нефти на станках - качалках.

Регулирование подачи изменением числа двойных ходов поршня требует установки между двигателем насосом различных редукторов (коробки перемены скоростей, турбопередачи) либо применения специальных многоскоростных двигателей.

Во всех случаях характеристики насосов будут иметь вид, показанный на рисунке 6.31. Если построить на рабочих характеристиках p-Q насоса гидравлическую характеристику трубопровода, то на пересечениях кривых получим различные рабочие точки А₁, А₂, А_З и т.д.

Все перечисленные способы обеспечивают ступенчатое регулирование.

 

Рисунок 6-33

Способ присоединения к цилиндру насоса емкости заполненной сжатым воздухом, позволяет осуществить непрерывное регулирование, если обеспечить изменение давления в емкости в пределах от давления всасывания до давления нагнетания.

 

Рисунок 6.32

На рисунке 6.32 представлена схема цилиндра насоса с воздушной емкостью, давления в которой равно или больше давления всасывания. Индикаторная диаграмма показывает, что если давление ре = рв, то цилиндр будет заполняться жидкостью полностью и поршень в процессе нагнетания будет вытеснять объем V. При давлении воздуха ре > рв поршень проходит некоторый путь, освобождая объем V-V΄ для снижения давления воздуха до давления всасывания. Следовательно, объем жидкости V', поступающий в цилиндр в процессе всасывания, уменьшается и пропорционально снижается подача насоса за счет уменьшения степени наполнения цилиндра.

В некоторых случаях применяется экономически не выгодный способ регулирования подачи насоса путем перепуска части жидкости через байпас с напорного трубопровода в подводящий (рисунок 6.33).

 

 

На графике представлены характеристики трубопровода ртр байпаса рБ; при их совместной работе р_ТР + р_Б. На пересечении с характеристикой насоса получаем на характеристике трубопровода рабочую точку А, а на характеристике р_ТР+р_Б.+А', когда подача насоса распределяется между трубопроводом и байпасом:

Рисунок 6.33 Рисунок 6.34

 

.

Таким образом, меняя степень открытия задвижки на байпас, можно регулировать подачу насоса в напорном трубопроводе.

Следует помнить, что регулирование дросселированием задвижки на напорном трубопроводе поршневого насоса недопустимо, так как эффекта не будет, но резко увеличится потребляемая мощность за счет увеличения гидравлического сопротивления трубопровода.

Изменить подачу можно включением второго насоса для параллельной работы (рисунок 6.34) - в этом случае суммарная подача двух насосов будет соответствовать напору большей величины (рабочая точка A1+2), чем тот при котором работали насосы индивидуально (рабочие точки А1,А2) на тот же трубопровод.

 

Клапаны поршневых насосов

6.15.1Назначение,устройство клапанов и требования,предъявляемые к клапанам

Клапан - один из самых ответственных узлов поршневою насоса.

Назначение клапанов - разобщение рабочей камеры насоса от подводящего и напорного трубопроводов.

Клапаны бывают самодействующие (автоматические) и принудительного действия (управляемые).

Самодействующие клапаны открываются и закрываются под действием разности давлений жидкости на их нижнюю и верхнюю поверхности. Закрытие клапана происходит также под действием собственного веса или совместного действия веса и пружины. Клапан принудительного действия приводится в движение от вала насоса через передаточный механизм.

Рисунок 6.35

Самодействующие клапаны по устройству бывают тарельчатые, кольцевые, шаровые, шарнирные. Каждый вид клапана имеет детали: седло, запирающий орган (тарелка, кольцо, шар, и.т.п.), направление, пружину.

Рисунок 6.36

 

На рисунке 6.35 представлен тарельчатый клапан, который чаще всего находит применение в поршневых стационарных насосах. Так как у тарельчатых клапанов масса запирающего органа значительная, то их применяют в тихоходных насосах. Достоинством таких клапанов является возможность уплотнения тарелки по поверхности контакта с седлом.

Кольцевые клапаны имеют меньшую массу движущихся деталей, что позволяет увеличить число ходов поршня, а значит, и подачу насоса. В этих клапанах движение жидкости разбивается на несколько потоков, что позволяет уменьшить высоту подъема кольца клапана. Основным недостатком кольцевых клапанов является трудность уплотнения поверхности соприкосновения кольца с седлом.

Шаровой клапан состоит из седла, шара и клетки (рисунок 6.36). Масса шара велика, что сильно ограничивает число ходов насоса.

Достоинством этой конструкции является простота устройства, способность самопритираться, что обеспечивает хорошую герметичность. Такие клапаны применяются в добыче нефти, в насосах для перекачки густых пастообразных продуктов, а также в малых насосах.

Шарнирные клапаны используются в качестве обратных клапанов, хлопушек и.т.п., т.е. в менее ответственных случаях.

Основные требования, предъявляемые к клапанам, следующие: герметичное перекрытие проходного отверстия седла; создание минимальных гидравлических сопротивлений; быстрое открытие и закрытие (подъем и посадка):клапана; работа без стука; износоустойчивость.

Во всех случаях герметичность обеспечивается чистотой поверхностей соприкосновения запирающего органа и седла, массой запирающего органа, однако, у тарельчатых клапанов увеличение массы тарелки ведет, к увеличению его инерции, увеличению его гидравлического сопротивления, поэтому массу тарелки уменьшают, компенсируя упругостью пружины.

У буровых насосов тарелка клапана имеет резиновое кольцо, хорошо уплотняющее клапаны при посадке, достаточно надежно работающие в условиях движения буровых растворов через клапан, а также обеспечивающие посадку клапана без стука.

Работа клапана без стука имеет место при правильном выборе высоты подъема запирающего органа в соответствии с числом оборотов насоса.

Снижение массы клапана, рациональный размер дают в клапане возможность ограничить гидравлическое сопротивление клапана.