Описание структуры нефтяного насоса.

ВВЕДЕНИЕ.

Устройства для напорного перемещения жидкостей разделяют на виды и разновидности по различным признакам, например по принципу действия и конструкции. Насосы можно также условно разделить на 2 группы: насосы-машины, приводимые в действие от двигателей, и насосы-аппараты, которые действуют за счёт иных источников энергии и не имеют движущихся рабочих органов. Насосы-машины бывают лопастные (центробежные, осевые, вихревые), поршневые, роторные (шестерённые, коловратные, пластинчатые, винтовые и др.). К насосам-аппаратам относятся струйные (жидкостно-жидкостные и газожидкостные), газлифты, вытеснители, гидравлические тараны, магнитогидродинамические насосы и др.

Поршневые насосы отличаются большим разнообразием конструкций и широтой применения. Действие поршневых насосов состоит из чередующихся процессов всасывания и нагнетания, которые осуществляются в его цилиндре при соответствующем направлении движения рабочего органа - поршня или плунжера. Эти процессы происходят в одном и том же объёме, но в различные моменты времени. По способу сообщения рабочему органу поступательно-возвратного движения насосы разделяют на приводные (обычно с коленчатым валом и шатунным механизмом) и прямодействующие. Чтобы периодически соединять рабочий объём то со стороной всасывания, то со стороной нагнетания, в насосах предусмотрены всасывающий и нагнетательные клапаны. Во время работы насоса жидкость получает главным образом потенциальную энергию, пропорциональную давлению её нагнетания. Поршневые насосы классифицируют на горизонтальные и вертикальные, одинарного и многократного действия, одно- и многоцилиндровые, а также по быстроходности, роду подаваемой жидкости и др. признакам. По сравнению с центробежными насосами поршневые имеют более сложную конструкцию, отличаются тихоходностью, а следовательно, и большими габаритами, а также массой на единицу совершаемой работы. Но они обладают сравнительно высоким К.П.Д. и независимостью подачи от напора.

В данной работа рассматривается поршневой насос для перекачивания жидкости (нефти), схема насоса представлена в задании по курсовому проектированию.

 

 

ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ НЕФТЯНОГО НАСОСА.

Одноцилиндровый поршневой насос предназначен для перекачивания вязких жидкостей. Привод кривошипа осуществляется асинхронным электродвигателем (АЭД) через коробку передач, которая состоит из планетарного редуктора и ступени внешнего зацепления.

Шестизвенный рычажный механизм включает кривошип, шатун, коромысло-кулису, кулисный камень и ползун (поршень). В рычажном механизме вращательное движение кривошипа преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня.

Всасывание жидкости в цилиндр происходит через впускной клапан, который открывается автоматически при достижении в цилиндре разряжения 0,05 МПа. Открытие этого клапана происходит в момент, соответствующий отходу кривошипа от в.т.м. на угол 15º. При достижении поршнем н.т.м. выпускной клапан закрывается и жидкость сжимается в цилиндре до Р_max = 0,45МПа. В этот же момент толкатель кулачкового механизма откроет выпускной клапан и жидкость под давлением Р_max будет вытекать из цилиндра. Кулачок закреплен на распределительном валу, который вращается с частотой кривошипа.

 

 

Предварительная блок-схема.

 

1. Электродвигатель.

2. Зубчатый механизм.

3. Маховик.

4. Механизм несущий рычажный.

5. Рабочий орган, поршень.

6. Механизм кулачковый.

РАСЧЕТ ПРИВОДА.

Привод служит источником механических движений звеньев механизма, причём эти движения должны находиться в полном соответствии с заданной производительностью.

 

Расчёт энергопотребления. Выбор электродвигателя привода.

 

Диаграмма нагрузок:

P

 

0.45

 

 

0.15 0.85 1

-0.05 Н

 

Определим работу полезных сил:

A_п.с. =5124,48 Дж

Определяем работу движущих сил:

А_дв. =(A_п.с./η_к.)·η_дв.

Из справочника выбираем:

η_к.=0,7

η_дв.=0,98

Тогда, А_дв.=7174,27 Дж.

Теперь определим расход энергии на выпуск единицы продукции (1 м³ нефти).

Определим наполнение цилиндра нефтью:

где α—коэффициент наполнения (принимаем α=0,9).

V₀=10,8·10^-3 м³

Определим цикловую производительность:

Для насоса V= V₀

V=10,8·10^-3 м³/цикл

 

Определим число циклов насоса для выпуска 1 м³ нефти:

n₁=92,59 цикл/м³

Определим работу, произведённую двигателем насоса за этот период:

А₁=А_дв.· n₁

А₁=92,59 кДж/м³

Определим энергию, потребляемую насосом из питающей сети:

Е=0.19 кВт·ч/ м³

Определим время, необходимое для производства 1 м³ нефти:

t=60/150=0,4 мин/ м³

Определим число циклов насоса в минуту, необходимое для обеспечения требуемой производительности:

n_к=150/(60·10,8·10^-3)=231,48 цикла/мин

Определим продолжительность цикла:

Т_ц=60/ n_к

Т_ц=60/231,48=0,259 с/цикл

Определяем теоретическую мощность приводного электродвигателя:

N_дв.т=А_дв./Т_ц

N_дв.т=7174,27/0,259=27,7 кВт

Принимаем коэффициент запаса прочности к=1,2. Получаем

N_дв. = N_дв.т·к

N_дв. =27,7·1,2=33,24 кВт

 

 

Выбор электродвигателя и вида понижающей передачи.

Из каталога электродвигателей европейской серии ИР выписываем в таблицу 2.1 параметры электродвигателей с большей ближайшей мощностью по сравнению с N_дв. = 33,24кВт. Для серии 4А:

Таблица 2.1

Марка электро-двигателя	Ном. мощность, КВт   Nnom	Частота вращения вала мин-1	Отношение к номина-льному моменту	Масса двигателя, кг           мд	Маховой момент ротора, кг·м2	Передаточное отношение редуктора, Uпер
Синхронная nc	Номинальная nnom
Пускового Мn	Критического Мкр
об/мин	об/мин
4A200М2Y3				1,4	2,5		0,58	12,72
4A200M4Y3				1,4	2,5		1,47	6,37
4A225М6Y3				1,2	2,3		2,95	4,23
4A250S8Y3				1,2	2,0		4,65	3,17

 

 

Чтобы получить частоту вращения n_к =231,48 мин^-1,в каждом из этих случаев привод должен содержать понижающую передачу с передаточным отношением

U_пер=n_nom/n_к

Рассчитанные по этой формуле значения U_пер занесены в таблицу 2.1.

Из всех известных передач с постоянным передаточным отношением наименьшими габаритами, весом и наибольшим к.п.д. обладают зубчатые передачи и, прежде всего, планетарные механизмы.

Однорядный планетарный механизм имеет преимущественное использование. Однако он позволяет получить передаточное отношение не более девяти.

 

Другая применяемая в силовых передачах схема обеспечивает расширение диапазона передаточных отношений (до 15) и имеет меньшие габариты по диаметру, однако по оси передачи размеры получаются большими и стоимость изготовления такого редуктора — выше.

Передаточное отношение простой одноступенчатой зубчатой передачи с прямыми зубьями обычно не превышает четырёх.

Исходя из этих соображений, проводим разбивку общего передаточного отношения следующим образом:

Таблица 2.2

№	Общее передаточное отношение зубчатой передачи	Передаточное отношение по ступеням
Uпл	Uз.п.
1.	12,72		1,81

Анализируя данные таблиц 2.1 и 2.2,приходим к выводу, что по основным параметрам (простота и вес конструкции, пусковые характеристики двигателя, к.п.д. — по мере роста передаточных чисел он уменьшается) для нашего случая является привод марки 4А200М2У3.