Классификация возвратно-поступательных насосов

При общности принципа действия и основных свойств воз­вратно-поступательные насосы весьма разнообразны по устройству.

Рис. 6.3. Схемы гидравлической части возвратно-поступательных насосов

По расположению в пространстве они, как и другие насосы, делятся на горизонтальные и вертикальные.

По выполнению рабочего органа насосы бывают:

поршневые; уплотнение связано с поршнем и плотно прилегает к обработанной поверхности цилиндра (рис. 6.3, а);

плунжерные; плунжер полированный, уплотнительный узел связан с гидравлической коробкой (рис. 6.3, б, в)или имеется щеле­вое уплотнение Щ большой протяженности (рис. 6.3, г);

диафрагменные; упругая диафрагма Д приводится в движение механически (рис. 6.3, д)или гидравлически (рис. 6.3, е). В пос­леднем случае она служит перегородкой, разделяющей перекачи­ваемую жидкость, содержащую абразивные частицы, от чистой, омывающей трущиеся детали в насосной камере.

При бурении скважин и на нефтегазопромыслах применяют главным образом поршневые и плунжерные насосы. Существует предел уменьшения диаметра поршня для штока данного диаметра из-за невозможности разместить узел уплотнения в узком коль­цевом пространстве между стенкой цилиндра и штоком. В плунжерном насосе эта задача решается проще, так как в неподвижное плунжерное уплотнение легко подавать смазку и его можно пери­одически подтягивать, компенсируя изнашивание.

По числу поршней или плунжеров разли­чают насосы: одно-, двух-, трех- и многопоршневой (плунжерный), а по числу плоскостей, в которых расположены оси рабочих органов - одно-, двух- и многорядный. ¹

Чем меньше поршней (плунжеров), тем проще схема насоса и тем меньше сменных деталей, что очень важно в условиях интен­сивного их износа. С другой стороны, увеличением рядов, в кото­рых использованы стандартные детали, достигается повышение подачи и равномерности движения жидкости в трубопроводах (см. §).

Существенный признак устройства насоса - число так­тов нагнетания и всасывания за двойной ход рабочего органа (род действия):

- в насосе одностороннего действия (см. рис. 6.3, а, б) рабочий орган выполняет одно всасывание и одно выталкивание, измене­ние объема насосной камеры V_s - FS, где F и S - соответственно площадь и длина хода поршня (плунжера);

- в насосе двухстороннего действия (рис. 6.3, ж, и) жидкость всасывается и нагнетается два раза, так что в двух насосных камерах

V_S = FS +(F-f)S = (2F - /) S,

В терминах, начинающихся со слова «много», допускается замена слова на цифровую приставку (например, «шестиплунжерный»).

где f - площадь поперечного сечения штока;

- в дифференциальном насосе (рис. 6.3, з, г) жидкость всасы­вается один раз (V_s = FS), a нагнетается - двумя порциями:

V_s = (F-f)S + fS.

При равных S и F значение Vs в насосе двухстороннего действия больше, чем в других насосах, что является причиной наибольшего распространения этого вида насоса при невысоких давлениях. С увеличением давления возрастают усилие в штоке и его диаметр, а площадь F - f существенно уменьшается. В ре­зультате не получают указанного преимущества насосы двухстороннего действия, а имеют преимущества насосы одностороннего действия: сниженное число кла­панов (два в ряду вместо четырех) и отсутствие сальников. Как уже сказано, это имеет решающее значение в условиях быстрого износа клапанов и сальников.

В дифференциальном насосе (см. рис. 6.3,з) объем Vs такой же, как в на­сосе одностороннего действия, но движение жидкости в отводящей трубе более равномерное. Кроме того, в той же степени снижено усилие по штоку. Если f = F/2, то нагрузка на шток одинаковая независимо от направления движе­ния поршня. В этом достоинство дифференциального насоса. Вследствие не­достатков - наличия сальника и непроточной «штоковой» камеры, являющейся местом накапливания осадков (песка, утяжелителя и т. п.) и усложнения кон­струкции дифференциальный насос (см. рис. 6.3, з) распространения не полу­чил. Однако в скважинном исполнении плунжерный вариант дифференциаль­ного насоса (см. рис. 6.3, г) оказался наиболее экономичным.

По характеру движения ведущего звена возвратно-поступательные насосы делятся на прямодействующие, вальные и поступательно-поворотные.

В прямодействующем насосе ведущим звеном служит поршень в силовом цилиндре, совершающий возвратно-поступательное движение. Силовой цилиндр может быть паровым, пневматическим или гидравлическим.

В паровом или пневматическом насосе (рис. 6.4, а) впуск пара или сжатого воздуха то в одну, то в другую часть силового цилиндра 2 и выпуск его в атмосферу обеспечивается золотником 1. При подходе к крайнему положению поршень 3 перекрывает выпускной канал и останавливается. Для обратного хода золотник должен изменить положение.

Рис. 6.4. Схемы прямодействующих насосов

Управление золотниками выполняется по-разному. У двухрядных насосов оно перекрёстное: золотник в одном ряду движется при помощи рычажной передачи поршневым штоком другого ряда и наоборот. Золотник соединяется со своим штоком не наглухо, а с продольным зазором. Благодаря зазору при перемене направления движения в движении поршней возникает пауза, что благоприятствует работе клапанов. Однорядный насос обычно имеет вспомогательный золотник, управляющий главным. …..Вскважинном гидроприводном насосе (рис. 6.4, б) вспомогательным золот­ником служит поршневой шток, на котором в верхней и нижней частях делаются продольные канавки для прохода рабочей жидкости. В данный момент поршне­вая группа движется вниз. Когда канавка 1 сообщит полость 3 с областью вы­сокого давления D, золотник 2 переместится в верхнее положение, остановит поршни, а затем откроет выход жидкости из камеры В. При последующем подъ­еме поршней канавка 4 соединит полость 3 с областью низкого давления H, и золотник сместится в нижнее положение. В этом агрегате насос 5 - дифферен­циальный.

Существуют однорядные гидроприводные насосы, предназначенные для цементирования скважин, работающие на чистом масле от регулируемого сило­вого насоса. Не исключена возможность применения таких насосов при буре­нии скважин. …….Вальные насосы, признаком которых является вра­щательное движение ведущего звена (вала), различаются меха­низмом передачи движения к рабочим органам: кривошипный - с кривошипно-шатунным механизмом и кулачковый - с кулач­ковым механизмом.

В отличие от прямодействующего насоса, имеющего постоян­ную скорость движения поршня на большей части хода, движение поршня вального насоса неравномерное. В зависимости от поло­жения кривошипа или кулачка скорость поршня изменяется от нуля в мертвых точках до максимума (у середины хода). Соответ­ственно изменяется расход жидкости в трубопроводах, примыка­ющих к рабочей камере. Для выравнивания подачи жидкости кривошипы (или кулачки) в многорядных насосах смещены отно­сительно друг друга на некоторый угол. В двухрядных на­сосах этот угол равен 90°, в трехрядных - 120°, в m – рядных - .

В зависимости от расположения рабочих орга­нов п о отношению к ведущему звену разли­чают возвратно-поступательные насосы: односторонний (оси ра­бочих органов параллельны и расположены на одной стороне при­вода); оппозитный (на одной оси по обе стороны привода); V-образный (на двух пересекающихся осях на одной стороне привода); звездообразный (на нескольких пересекающихся осях).

Наиболее распространены односторонние кривошипные (рис. 6.5, а) насосы, приводной механизм которых состоит из трансмиссионного вала, получающего вращающий момент через трансмиссию от двигателя, зубчатого редуктора и коренного вала, связанного с шатунами посредством собственно кривошипов, эксцентриков, пальцев или колен. Реже используется схема с чер­вячной передачей (рис. 6.5, в). Этот вид передачи удобен для привода насоса от вала, расположенного вдоль оси насоса, на­пример, на автомобиле.

В оппозитном насосе (рис. 6.5, г)нагрузка на коренной вал и коренные подшипники меньше, чем в одностороннем насосе, так как усилия, действующие по двум противолежащим штокам, взаимно уравновешиваются. При вращении коренного вала 2 с эксцентриками 3 крейцкопфная рама 4 скользит по трубчатым направляющим 1, связывающим гидравлические части насоса. Оппозитная схема применяется в современных поршневых ком­прессорах, обеспечивая существенное увеличение частоты ходов. В тихоходных насосах преимущество схемы выявлено недоста­точно.

Для бесступенчатого регулирования длины хода плунжера в дозировочных насосах небольшой мощности служат различные механизмы, встроенные в приводную часть насоса. На рис. 6.5, б длина хода крейцкопфа 1 зависит от положения шарнира 2, кото­рый можно перемещать по дуге окружности 3.

а

Рис. 6.5. Схемы вальных насосов

В других насосах регулируется эксцентриситет головки шатуна относительно оси коренного вала или длина одного из рычагов рычажного механизма, связывающего коренной вал с хвостовиком плунжера.