Рассматривая графики подачи поршневых и плунжерных насосов (рис. 6 – 9) видно, что всасывание и нагнетание насосов сопровождается пульсацией подачи, которая вызывает колебание давления во всасывающей и нагнетательной линии. В результате этого на трубопроводы и все детали насоса действуют циклические нагрузки, которые сокращают продолжительность службы трубопроводов и узлов и деталей насосов. Для выравнивания скорости потока жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах и снижения динамических нагрузок на работу насоса и трубопроводов на всасывающей и нагнетательной линиях в непосредственной близости от насоса устанавливают пневмокомпенсаторы. Наибольшее распространение получили пневмокомпенсаторы сферической и цилиндрической формы (рис. 17). Пространство а, заключенное между корпусом 1 и диафрагмой 3, (рис. 18 а) и корпусом 1 и цилиндрической манжетой 3, (рис. 18 в) заполнено азотом который находится под давлением р а, равном (0,4–0,8) от среднего давления жидкости в трубопроводе р ср. При заполнении газовой полости азотом диафрагма 3 принимает форму внутренней поверхности корпуса 1 (рис. 18 а) или форму перфорированного патрубка (рис. 18 в). Для предотвращения выдавливания диафрагмы в проходное отверстие, в центральной её части завулканизирован металлический сердечник 2.
|
|
а) в)
Рис. 17. Пневмокомпенсаторы буровых насосов.
а) сферического типа; в) цилиндрического типа.
а): 1–корпус; 2–металлический сердечник; 3–диафрагма; 4–манометр; 5–вентиль. в): 1–корпус; 2–перфорированный патрубок; 3–цилиндрическая диафрагма; 4–коллектор.
Манометр 4 предназначен только для контроля давления при заполнении компенсатора газом и для кратковременной проверке наличия и величины давления газа в компенсаторе при неработающем насосе. Во всех остальных случаях, во избежание утечек газа и порчи диафрагмы, игольчатый вентиль 5 должен быть закрыт.
Во время работы насоса промывочная жидкость при давлениях выше давления газа в полости компенсатора поднимает диафрагму, сжимая газ до тех пор, пока давление газа и перекачиваемой жидкости не выравниваются.
В периоды времени, когда мгновенная подача жидкости насосом превышает среднюю, часть жидкости поступает в компенсатор, дополнительно сжимая газ, а когда мгновенная подача меньше средней, то происходит возмещение недостатка подачи за счет увеличения объема газа компенсатора. Поэтому диафрагма компенсатора во время работы насоса все время совершает колебательное движение. Надежность и долговечность работы диафрагмы в значительной степени определяются точностью соблюдения рекомендаций по заполнению сжатым воздухом или газом газовых полостей пневмокомпенсаторов.
|
|
Остановимся на методике расчета пневмокоипенсатора.
При расчете пневмокомпенсатора принимают, что относительное изменение давления газа, равное относительному изменению давления жидкости в трубопроводе, не должно превышать 0,02 – 0,05, то есть:
δ ==0,02 – 0,05, (76)
где δ – относительное изменение давления газа в пневмокомпенсаторе; ∆ р г – абсолютное изменение давления газа в пневмокомпенсаторе, равное разности между максимальным р max и минимальным p min давлением жидкости во всасывающем (нагнетательном) трубопроводе; р ср.– среднее давление,
р ср.=(р max+ p min)/2.
Принято считать, что средний объем газа V ср., находящегося в пневмокомпенсаторе, должен составлять 2/3 внутреннего объема V к пневмокомпенсатора:
, (77)
Считая, что процесс сжатия и расширения газа происходит при постоянной температуре, можно записать:
, (78)
где ∆ V г – изменение объема газа в пневмокомпенсаторе.
Перепишем выражение (78) с учетом (76) и (77):
δ = (79)
Подставив в уравнение (79) δ =0,03, решим его относительно V к:
V к=. (80)
Для определения изменения объема газа ∆ V г в пневмокомпенсаторе обратимся к графику подачи одноцилиндрового насоса одинарного действия (рис. 17), который, как уже отмечалось ранее, имеет наибольшую величину степени неравномерности подачи ψ =3,14.
Рис. 18. График подачи одноцилиндрового насоса одинарного действия
Площадь, ограниченная синусоидой (со штриховкой вправо) равна объему жидкости, подаваемой реальным насосом, а равновеликая площадь, изображенная в виде прямоугольника – представляет постоянную подачу фиктивного насоса.
Определим среднюю ординату y ср графика подачи фиктивного насоса из условия равенства подач реального и фиктивного насосов:
; от куда . (81)
Аналогично можно найти ординату y ср равновеликой площади на графиках подачи и для других насосов (см. рис. 7 – 9).
Сравнивая оба графика (рис. 18) подачи видно, что в точках а и с значения ординаты мгновенной подачи реального и фиктивного насосов равны: у а= y ср= у с.
Тогда: ; ; ′; φ с=1800-18025′=161035′.
Когда мгновенная подача насоса превышает среднюю, часть жидкости поступает в компенсатор, сжимая газ на величину ∆ V г. Очевидно, что часть площади, ограниченная кривой аbс графика мгновенной подачи реального насоса и линией средней ординаты y ср и есть тот объем жидкости, который поступит во внутреннюю полость пневмокомпенсатора и сжимает газ на величину ∆ V г.
∆ V г= (82)
Подставив полученную величину ∆ V г в выражение (80) получим:
V к= 50∙0,55 FS = 27,5 FS.
Расчет объема пневмокомпенсатора для насосов других типоразмеров производится аналогично.
По мере уменьшения степени неравномерности подачи будет снижаться пульсация подачи и изменения объема газа ∆ V г в пневмокомпенсаторе. Однако необходимо иметь ввиду, что при замене цилиндровых втулок с меньшего размера на больший подачи насоса увеличится и абсолютная величина изменения объема газа в пневмокомпенсаторе так же возрастет. Поэтому определение объ-
Рабочее давление жидкости р, МПа | Рабочее давление газа, МПа |
До 10 | От 0,4 р до 0,6 р |
От 10 до 15 | |
От 15 до 25 |
ема пневмокомпенсатора следует вести исходя из максимальной величины применяемых цилиндровых втулок.
Величина начального давления газа в пневмокомпенсаторе приведена в таблице.