Гидромашины и компрессоры: Программа, методические указания и контрольные задания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ГИДРОМАШИНЫ И КОМПРЕССОРЫ Программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Гидромашины и компрессоры» для студентов специальности 17.02.00 – «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» (МОП)

Тюмень, 2004

Утверждено редакционно-издательским советом Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители: доцент, к.т.н. Двинин А.А., доцент, к.т.н. Безус

А.А.

© Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2004

2

Настоящие методические указания для студентов-заочников составлены согласно программе дисциплины "Гидромашины и компрессоры" для высших учебных заведений по специальности 17.02.00 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов». Методические указания включают перечень вопросов со ссылкой к рекомендуемой литературе для самостоятельного изучения данной дисциплины, рекомендации к проработке отдельных тем, вопросы для самопроверки получаемых знаний и условия задач к контрольным работам. Результатом обучения по настоящей программе должно быть: - знакомство с принципом действия и устройством наиболее распространенных видов гидромашин и компрессоров, используемых при бурении и освоении нефтяных и газовых скважин; - знание теории действия машин по вопросам, связанным с их применением; - умение пользоваться характеристиками насосов, гидродвигателей, гидропередач, компрессоров; - умение выбирать машины и привязывать их к комплексу оборудования по основным показателям; - умение производить расчеты, связанные с приспособлением машин к технологическим условиям и регулированием; - знание основных правил эксплуатации, охраны труда и внешней среды. Теоретический курс необходимо прорабатывать последовательно по отдельным разделам и темам. Разделы начинаются с определения технических показателей данной группы машин. Далее предлагается типовой порядок изучения материала: схема устройства, принцип действия, элементы устройства, разновидности машин, применяемых на нефтяных и газовых промыслах, теория действия, характеристики машин, регулирования, правил эксплуатации, вопросы области применения, выбора типа и марки машин и др. При выборе машин следует обращать внимание на оценку вариантов по экономическим критериям. Изучение отдельных вопросов связано с выводами формул, основанных на законах гидравлики, теоретической механики, на которые следует обратить особое внимание. В ходе вывода формул важно помнить допущения, ограничивающие область применения полученных законов. Работу над учебником желательно сопровождать решением задач по изучаемому вопросу, что позволяет лучше усвоить теоретический материал, выявить недоработки и недопонимание последнего. Обязательным для студента-заочника является выполнение двух контрольных работ, каждая из которых состоит из 2-х задач. Вариант задачи студент находит по двум последним цифрам своего шифра: по

3

предпоследней цифре выбирается номер задания, а по последней - вариант. Для нечетных предпоследних цифр и нуля соответствуют номера заданий I, 3, а для четных - 2, 4. Если, например, шифр студенческой книжки имеет № 123465, то для каждой задачи необходимо взять условия из заданий 2, 4 и в каждом из них - 5-й вариант. При решении задач необходимо делать ссылку на используемую литературу, список которой должен быть помещен в конце оформленной контрольной работы, Цифровой материал задач необходимо представлять в размерности, соответствующей международной системе единиц измерения физических величин - СИ. Студент, выполнивший все контрольные работы, допускается к лабораторным работам, которые обычно выполняются во время сессии, в специально отведенное для этого время. Выполненные и оформленные лабораторные работы студент обязан защитить. Зачет по курсу "Гидромашины и компрессоры" выставляется при зачтенных контрольных работах после защиты всех лабораторных работ. Экзамен по курсу «Гидромашины и компрессоры» разрешается сдать при наличии зачета. Порядок сдачи зачета и экзамена определяется кафедрой "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов", однако, во всех случаях зачет и экзамен сдаются очно.

4

ВВЕДЕНИЕ Программа Роль гидравлических и компрессорных машин в современной технике. Применение их при бурении нефтяных и газовых скважин, добыче, подготовке и транспортировке углеводородного сырья. Значение этих машин для комплексной механизации технологических процессов. Общая классификация проточных машин: машины-двигатели и машины-орудия (насосы, компрессоры); динамические и объемные. Баланс работ в проточной машине. Работа изменения давления как главная часть этого баланса. Литература: [1, с. 3-4; 185-186], [2, с.3-5; 183-185], [4, с.9~17], [6, с.3-4; 175-178]

[3, с.154-158],

Контрольные вопросы. 1. Каково основное назначение машин-двигателей и машин орудий? 2.Какие машины называются насосами, а какие - компрессорами? 3. В чем принципиальное отличие динамических машин от объемных? 4. Перечислите технологические процессы при бурении нефтяных и газовых скважин, при добыче и сборе продукции месторождений, в которых применяются гидравлические и компрессорные машины? 1. ГИДРОМАШИНЫ 1.1.

Насосы

Программа. Основные технические показатели насосов. Виды насосов. Устройство и принцип действия динамических насосов. Элементы устройства центробежного насоса. Средства уравновешивания осевого усилия. Виды центробежных насосов. Литература:. [1, с.8-30], [2, с.6-14; 71-92], [3, с.154-191], |4, с.284309], [5, с.182-184; 187-194], [6, с.137-144; 154-158]. Методические указания. При изучении основных технических показателей, которыми характеризуются технологические возможности и энергетические потребности насосов, необходимо прежде всего понять физический (энергетический) смысл этих показателей. Разобравшись в основных показателях насосов, нужно выучить и

5

знать единицы измерения этих показателей в международной системе (СИ), уметь делать перевод единиц измерения из ранее применявшихся систем (например, МКГСС) В СИ. Контрольные вопросы. 1.Что называется объемной и массовой подачами насоса? 2.Какими методами можно определить фактическую подачу насоса? 3. В чем отличие понятий напора и давления насоса? 4. Как практически определить потребляемую мощность насоса? Полезную мощность? КПД насоса? 5. В чем принципиальное отличие динамических насосов от объемных? 6. Какие принципиальные отличительные особенности характерны для центробежного, осевого и вихревого насосов? 7. Назовите функции основных рабочих органов насоса: подвода, рабочего колеса, отвода, направляющего аппарата, переводного канала. 8. Расскажите основные средства уравновешивания осевого усилия В центробежных насосах. 9. Перечислите виды уплотнений и места их применения в динамических насосах. 10. Как осуществляется компенсация осевого смещения вала при торцовых уплотнениях? 11. Назовите преимущества и недостатки сальниковых и торцевых уплотнений. 12. Что может произойти в случае неправильного направления вращения вала центробежного насоса? 13. Какие конструктивные особенности характеризуют центробежные насосы, применяющиеся при бурении скважин, добыче и транспортировке нефти? 1.2. Гидромеханика центробежного насоса Программа. Геометрические элементы лопастного аппарата. Движение жидкости в лопастном колесе. Планы скоростей. Режимы работы насоса. Уравнение Эйлера. Мощности и к.п.д. Потери мощности в насосе. Литература: [1, с. 30-38] , [2, с. 14-36] , [3, с. 161-167] , [4, с.58-74], [5, с.141-148]. Методические указания. Целью изучения данной темы является получение четкого представления о сложных гидродинамических процессах, происходящих в проточных частях центробежного насоса. Для этого необходимо, прежде всего, разобраться с геометрическими элементами лопастного аппарата, обратив особое внимание на конструктивные углы лопаток. Рассматривая движение жидкости в лопастном колесе, сложное трехмерное состояние потока нужно несколько упростить и свести его к

6

плоской задаче. В этом случае абсолютное движение жидкости в межлопастном канале складывается из двух: переносного и относительного, Движение же жидкости по отношения к стенкам канала можно представить как сумму трех движений: в неподвижной решетке, вихревого и циркуляционного. Получая, таким образом, приближенное представление о модели потока, можно переходить к рассмотрению планов скоростей и их анализу. Очень важно понять всю совокупность гидравлических явлений, происходящих в проточных каналах, которые обуславливают безударный режим работы насоса. Контрольные вопросы. 1. Как влияют форма, углы наклона лопастей на эффективность работы центробежного насоса? 2. Из каких составляющих складывается абсолютная скорость жидкости в рабочем колесе? 3. Что называется углом атаки? 4. Что называется безударным режимом работы насоса? 5. Как определить расход жидкости через рабочее колесо при безударном ее входе в отвод? 6. Как записывается уравнение Эйлера, в общем, и частном видах? 7. В каком случае теоретический напор рабочего колеса имеет максимальное значение? 8. Какие пути можно предложить для снижения механических, гидравлических и объемных потерь мощности в центробежном насосе? 1.3. Характеристики лопастных насосов. Программа. Характеристика центробежного насоса для воды. Теоретический анализ характеристики. Влияние плотности и вязкости жидкости. Безразмерная характеристика серии насосов. Применение πтеоремы для ее построения. Безразмерные комплексы. Принципы гидродинамического подобия в лопастных насосах. Формула подобия, их применение для построения характеристики насоса по частоте вращения. Коэффициент быстроходности как классификатор типов лопастных насосов. Литература: [1 с.38-50], [2 с. 38-56] , [3 с.167-184] , [4, с, 87-94], [5, с. 148-156; 166-182]. Методические указания. Большинство задач, возникающих при проектировании, выборе и эксплуатации лопастных насосов, решаются графо-аналитическим способом, а для этого необходимо иметь полное представление об энергетических характеристиках насосов, представляющих семейство

7

кривых взаимной зависимости между подачей и напором (давлением), подачей и мощностью, а также подачей и общим к.п.д. Главной из них является напорная характеристика, поэтому изучение данной темы следует начинать с теоретического вывода и последующего анализа зависимости напора от подачи насоса. Вывод удобно начинать с уравнения Эйлера для безударного режима. Воспользовавшись треугольником скоростей, выразить в нем величину проекции абсолютной скорости на окружную скорость через радиальную составляющую, а ее в свою очередь выразить через расход жидкости в рабочем колесе, исходя из уравнения неразрывности потока жидкости. Полученную зависимость следует проанализировать для различных углов наклона лопастей на выходе рабочего колеса, построить графики, которые будут представлять прямые линии. Проанализировать переход от теоретических характеристик к фактическим. Контрольные вопросы. 1. Почему в центробежных насосах рабочие колеса с лопастями, загнутыми по направлению вращения, не применяются? 2. Как влияет вязкость жидкости на напор (давление), мощность и к.п.д. насоса? 3. Что называется безразмерными комплексами? 4. Назовите наиболее распространенные комплексы. 5. Какой критерий представляет собой меру отношения сил инерции к силам трения? 6. Назовите три вида подобия и дайте их определения. 7. Какой режим работы насоса называется оптимальным? 8. На сколько изменится мощность на валу насоса, если частоту его вращения увеличить в два раза? 9. Для каких гидросистем (трубопроводов) применяются насосы тихоходные, нормальные и быстроходные? 1.4. Возвратно-поступательные насосы (ВПН) Программа. Принцип действия и виды объемных насосов, виды ВПН. Элементы устройств. Насосы специального назначения, применение их при бурении, разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Литература: [1, с.95-108] , [2, с.93-96; 148-1б2; 165-168] , [3, с.272279; 295-299], [4, с.174-187], [5, с. 5-6; 24-27; 33-37; 44-45; 50-67; 77-89] . Методические указания Из всего разнообразия насосов выделить встречающиеся при разработке нефтяных, газовых месторождений и более подробно остановиться на их устройстве, обращая пристальное внимание на такие

8

узлы, как цилиндропоршневая группа, поршни и плунжеры, клапаны, пневмокомпенсаторы, уплотнения, приводная часть и др. Контрольные вопросы. 1. Чем отличается принцип действия объемного насоса и лопастного? 2. Как можно классифицировать возвратно-поступательные насосы по устройству? 3. Какие существуют механизмы передач движения рабочему органу ВПН? 4. Какие имеются типы клапанов? 5. Чем приводятся в действие клапаны насосов? 6. При каких условиях открываются и закрываются клапаны? 7. Где применяются шаровые клапаны? 6. Для чего служит пружина, прижимающая клапан в седло? 9. В каких случаях применяются весовые подъемные клапаны (без пружины)? 10. В каких случаях применяют резиновые или другие уплотнения в клапане или седле? 11. Какие существуют уплотнения штока? 12. Какой узел находится между штоком (полуштоком) и шатуном у насосов двукратного (двухстороннего) действия? 13. Для каких целей у ВПН устанавливают пневмокомпенсаторы? 14. Какие существуют типы пневмокомпенсаторов? 15. Какие существуют приводы скважинных насосов для добычи нефти? 16. Каким способом можно изменить подачу ВПН? 17. Каким образом можно изменить подачу дозировочного насоса? 1.5. Теория действия ВПН. Программа. Рабочий объем и средняя подача насоса. Коэффициент подачи и влияющие на него факторы, Неравномерность всасывания и нагнетания кривошипных насосов различных типов. Графики изменения скорости и ускорения потока жидкости. Принцип действия и расчет пневмокомпенсаторов. Индикаторная диаграмма как средство диагностики и исследования насосов. Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность. Потери мощности и к.п.д. Характеристика объемного насоса. Расчет всасывания ВПН при условии бескавитационной работы. Литература: [1, с.108-118; 150-152], [2, с. 96-103; 113-118], [3, с.279-294] [5,. с.9-18; 40-44; 45-49] . Методические указания. Изучение данной темы может быть успешным при полном понимании принципа действия возвратно-поступательных насосов. Это необходимо, например, для определения параметров, основным из которых является рабочий объем. Методологический подход к

9

нахождению величины этого параметра является общим для всех объемных насосов и заключается в определении объема, описываемого всеми рабочими поверхностями вытеснителей за один оборот вала. По рабочему объему и числу оборотов вала насоса находят его теоретическую идеальную подачу, а затем - реальную. Для нахождения последней вводится не только объемный к.п.д., как это делалось для лопастных насосов, но и коэффициент наполнения. Произведение этих двух коэффициентов носит название объемного коэффициента. Не следует этот термин путать с объемным к.п.д. Целесообразно рассматривать энергетические характеристики и ВПН в сравнении с характеристиками лопастных насосов. Контрольные вопросы. 1. Что называется рабочим объемом ВПН? 2. Как определить рабочий объем кривошипного поршневого двухцилиндрового насоса двухстороннего действия? 3. Какие пути существуют по снижению неравномерности нагнетания? 4. Как практически можно определить коэффициент неравномерности подачи? 5. Как снять индикаторную диаграмму? 6. Можно ли, при наличии индикаторной диаграммы, определять потери мощности и какого характера эти потери? 7. Как изменится индикаторная диаграмма в отличие от эталонной, если не закрывается всасывающий клапан? 8. Как определить давление кривошипного поршневого насоса, работающего на трубопровод? 9. Какие пути имеются для регулирования подачи кривошипного поршневого насоса? 1.6. Роторные насосы Программа. Общие сведения о назначении и видах роторных насосов. Устройство и принцип действия шестеренных, роторно-поршневых и шиберных насосов. Литература: [ 1.с. 122-133 ], [2, с.168-173 ], [3, с. 299-350 ], [4, с. 5468; 121-128] , [5, с. 113-138]. Методические указания. В начале изучения материала по этой теме необходимо выяснить, почему роторные насосы относятся к типу объемных, что является в каждом из них рабочей камерой, а что вытеснителем. Обратить внимание на особенность рабочего процесса таких насосов, заключающуюся в том, что при вращении ротора рабочие камеры с жидкостью переносятся из

10

полости всасывания в полость нагнетания. Эта особенность делает излишними клапаны. Все разнообразие роторных насосов нужно уметь классифицировать по характеру движения рабочих органов на роторно-вращательные и роторно-поступательные. Более подробную классификацию можно рассмотреть в [3, с. 300-301]. Рассматривая тот или иной тип роторных насосов, следует остановиться на его достоинствах и недостатках, области применения. Контрольные вопросы. 1. В чем принципиальное отличие роторно-поступательных от роторно-вращательных насосов? 2. Можно ли роторные насосы использовать в качестве гидромоторов? 3. Каковы относительные достоинства и недостатки поршневых, шестеренных и пластинчатых роторных насосов? 4. В чем заключается особенность работы винтовых насосов по сравнению с остальными роторными насосами? 5. Какие из роторных насосов исполняются в регулируемом по подаче варианте? 6. Какие из роторных насосов являются несамовсасывающими и какие самовсасывающими? 7. Каким образом можно регулировать подачу нерегулируемого роторного насоса? 8. Какие особенности у запуска роторных насосов? 9. Определить мощность насоса, если избыточное давление жидкости на входе равно 1 ат., на выходе -12 ат., подача насоса 1 литр в секунду, общий к.п.д. – 90%. 1.7. Применение насосов Программа. Области применения различных насосов. Работа насоса в гидравлической системе. Определение давления насоса по условиям перекачивания жидкости. Выбор типа, марки насосов по подаче и давлению. Совместная работа насосов. Основные правила эксплуатации насосов. Меры по охране труда и внешней среды. Литература: [1, с. 133-160], [2, с. 56-62; 71-94; 144-165], [3, с. 175204], [4, с. 95-133], [5, с. 5-6; 49-50; 77-89; 164-170; 194-198; 211-213]. Методические указания. Результатом изучения данной темы должна являться полная готовность студента к выбору насоса и правильной его эксплуатации, приспособления к меняющимся условиям перекачивания жидкости. Для определения режимов работы насоса нужно вспомнить из курса

11

гидравлики вопросы расчета простых и сложных трубопроводов, уметь строить характеристики потребного напора в трубопроводе в зависимости от расхода жидкости. Разбирая правила эксплуатации насосов, надо опираться на полученные теоретические знания, ибо в них можно найти ответ на большинство практических вопросов. Обратить внимание на порядок пуска и остановки насосов, объяснить разные требования, предъявляемые при этом к насосам лопастным и объемным. Контрольные вопросы. 1. Какие насосы применяют для добычи нефти и бурения скважин, перекачивания нефти по трубопроводам, закачки воды в пласты? 2. Где применяются роторные насосы? 3. Чем определяется режим работы насоса в гидравлической системе? 4. Какой режим работы насоса называется оптимальным? 5. Из каких составляющих суммируется потребный напор в гидросистеме? 6. В каких случаях применяют параллельное И последовательное соединение нескольких насосов при работе на гидросистему? 7. Какой из методов регулирования подачи центробежного насоса является самым экономичным? 8. В чем заключается дроссельное регулирование насоса и какие его недостатки? 9. Назовите особенности запуска центробежного и объемного насосов? 10. В чем заключаются особенности остановки центробежного насоса? 11. Что может случиться при внезапной остановке центробежного насоса? 12. Каковы отличительные особенности эксплуатации динамических и объемных насосов? 13. Назовите мероприятия по предотвращению загрязнения окружающей среды от утечек при перекачке насосом нефти и нефтепродуктов? 1 .8. Гидродвигатели. Программа. Основные технические показатели гидродвигателей: полезная мощность на валу или на штоке, потребляемая (гидравлическая) мощность и к.п.д. гидродвигателя. Виды гидродвигателей. Турбобуры. Устройство и принцип действия. Элементы устройства. Виды турбобуров. Литература: [1, с. 3-4; 9-10; 52-57], [5, с. 225-227;246-249], [7, с. 6268] Методические указания. При изучении данной темы необходимо понять принцип действия всех видов гидродвигателей, выделить из них те, которые применяются

12

или могут быть использованы в технологических процессах бурения нефтяных и газовых скважин. Особое внимание следует уделить устройству турбобуров, их отличительным особенностям в зависимости от назначения. Нужно научиться различать турбобуры по типу турбин, конструкции опор, диаметру корпуса и числу секции. В устройстве турбобура нет лишних деталей, поэтому ничто не должно быть оставлено без внимания. Контрольные вопросы. 1. Что такое гидравлический двигатель? 2. От каких параметров текучей среды зависят основные показатели гидродвигателей: крутящий момент, мощность на валу, мощность на выходном штоке силового гидроцилиндра, частота вращения вала. 3. Что называется турбобуром? 4. Почему турбобур выполняется многоступенчатым? 5. Что такое ступень и секция турбобура? 6. Что входит в ротор и статор турбобура? 7. Чем воспринимается крутящий момент в статоре турбобура? 8. Как крепятся детали на валу и в статоре турбобура? 9. Чем фиксируется ротор относительно статора? 10. Как регулируется взаимное положение лопастных систем ротора и статора? 11. Что используется в качестве опор вала турбобура? 12. Какие устройства применяются для уплотнения выхода вала из корпуса турбобура и для защиты опор качения от попадания абразива? 13. Для чего служит шпиндель турбобура? 14. Перечислите виды турбобуров. 1.9. Гидромеханика турбин турбобуров. Программа. Геометрические элементы осевой решетки лопастей. Движение жидкости в турбине. Планы скоростей и их изменение с частотой вращения вала. Режимы работы обтекания лопастей турбины. Безударный режим. Кинематические коэффициенты турбин и их связь с формой лопастных решеток. Классификация лопастных решеток прямоточных турбин. Литература: [1, с. 57-69], [5, с. 227-238] Методические указания. Знакомство с данной темой следует начать с изучения терминов, встречающихся при характеристике решеток лопастей статора и ротора. Знание терминов и их условных обозначений в дальнейшем значительно облегчит рассмотрение вопросов гидромеханики турбин. При изучении действия потока на турбину нужно внимательно проследить за изменением

13

скорости жидкости в лопастной системе, помня при этом, что в прямоточной турбине жидкость движется вдоль оси и вокруг нее. Очень внимательно следует разобраться, на одном примере, с планом скоростей в турбине и с условиями обтекания лопастей статора и ротора жидкостью, после чего попробовать построить и проанализировать полигоны скоростей для разных режимов, а в дальнейшем и для разных типов турбинных решеток. Контрольные вопросы. 1. Перечислите геометрические элементы решетки лопастей? 2. Что такое угол входа и угол выхода потока в решетке статора и ротора? 3. Что называется углом атаки потока? 4. Какой режим обтекания лопастей ротора и статора называется безударным? 5. По какому уравнению определяется момент действия потока на все поверхности ступени ротора? 6. Что называется коэффициентом осевой скорости, коэффициентом активности и коэффициентом циркуляции? 7. Как можно классифицировать лопастные решетки прямоточных турбин? 1.10. Характеристики турбин и турбобуров Программа. Характеристика турбины при постоянном расходе жидкости. Теоретический анализ характеристики. Связь коэффициента циркуляции с формой кривых перепада давления и к.п.д. Подобие в гидравлических турбинах. Критерии гидродинамического подобия в турбинах. Формулы подобия, их применение для перестроения характеристик при изменении расхода жидкости. Параметры характеристик турбин турбобуров. Влияние вязко-пластичных свойств промывочной жидкости на характеристику турбины. Характеристика турбобура. Отличие характеристик турбобура и турбины. Влияние трения в опорах турбобура. Средства изменения нагрузочной характеристики турбобура. Литература: [1, с.69-85], [5, с.236-246] . Методические указания. Характеристики турбин турбобуров отображают взаимосвязи между основными техническими показателями. Установить эти взаимосвязи можно двумя путями: по результатам испытаний и приближенно расчетным путем, используя ранее полученные знания законов гидромеханики турбин. При проработке данной темы, прежде всего, необходимо изучить методику построения комплексных характеристик, а

14

также научиться анализировать полученные зависимости для различных условий, обращая особое внимание на режимы подобных турбин. Рассматривая подобие в гидравлических турбинах, важно понять, что в иных условиях использовать характеристики можно только для турбин одной и той же серии. Каждая турбина характеризуется лишь одним размером, например, средним диаметром. Любой размер рабочей полости и ее конструктивных элементов пропорционален этому характерному размеру, причем коэффициент пропорциональности одинаков для всей серии турбин. Очень удобными для практического пользования являются безразмерные характеристики, при построении которых служат координаты, соответствующие различным безразмерным комплексам физических величин, поэтому необходимо ясно представлять назначение, физический смысл и возможности применения этих комплексов. Основные из множества критериев, величина которых соответствует наиболее эффективному использованию турбобура, представляют его определяющие параметры. Получив четкое представление о характеристиках турбин в различных их выражениях, можно переходить к изучению характеристик турбобура. При этом нужно помнить, что характеристика турбобура отличается от характеристики его турбины вследствие механических потерь на трение. Особенно это различие ощутимо в турбобурах с резинометаллическими подшипниками, на что следует обратить особое внимание. Рассматривая средства изменения нагрузочной характеристики турбобура, нужно проанализировать режимы работы системы турбобурдолото на устойчивость, рассмотрев при этом малые отклонения параметров режима. Контрольные вопросы. 1. Как строятся кривые зависимости момента, перепада давления, а также мощности и к.п.д. от частоты вращения вала? 2. Как теоретическим путем можно построить линии момента, давления и к.п.д. турбины? 3. Каково влияние вязко-пластичных свойств жидкости на характеристику турбины? 4. Для чего нужны безразмерные характеристики серии турбин? Как они строятся? 5. Каким путем делается переход от естественных координат к безразмерным и обратно? 6. Какие параметры характеризуют турбины турбобуров? 7. Из каких сил суммируются нагрузки на пяту турбобура? 8. Как определяется гидравлическая осевая сила от перепада давления жидкости? 9. Какие факторы определяют характеристику системы турбобур-долото-забой? 10. При каком условии можно считать, что пята полностью разгружена? 11. Что называется механической

15

характеристикой долота? 12. Что характеризует устойчивый режим работы турбобура? 13. Какие способы существуют для изменения нагрузочной характеристики турбобура? 1.11. Объемные гидродвигатели. Программа. Виды и принцип действия гидроцилиндров, поворотных гидродвигателей, гидромоторов. Устройство одновинтового забойного гидромотора, геометрия рабочих органов и кинематика. Характеристика гидромотора при постоянном расходе жидкости. Технические показатели существующих забойных гидромоторов. Литература: [1, с. 160-169], [3, с. 307-356] Методические указания. В объемных гидродвигателях движущей силой выходного звена является сила гидростатического давления рабочей жидкости, поэтому разобравшись в устройстве того или иного гидравлического двигателя нужно правильно определиться с суммарными площадями поверхностей исполнительного звена, на которые давит жидкость, а так же - с рабочими объемами гидродвигателей. Первые влияют на величину усилия выходного звена при одном и том же перепаде давления, а вторые - на угловую скорость при одинаковой подаче жидкости. Определенную трудность представляет изучение сложного механизма винтового двигателя, по своему устройству, в какой-то мере, напоминающего одновинтовой насос типа Муано. Данному вопросу нужно уделить максимум внимания, попытаться сделать сравнительную оценку с турбиной турбобура, в частности, по характеристикам обоих двигателей. Контрольные вопросы. 1. Назовите объемные гидродвигатели, применяющиеся при бурении скважин. 2. Чем определяется скорость движения штока силового гидроцилиндра? 3. Как определить необходимое давление рабочей жидкости В гидроцилиндре по заданной нагрузке выходного звена (штока, плунжера)? 4. Как рассчитать угловую скорость вала моментного гидроцилиндра и гидромотора. 5. Можно ли роторный гидромотор использовать в качестве насоса? 6. Как определить вращающий момент на валу гидромотора? 7. Как можно определить рабочий объем у винтового забойного двигателя. 8. От чего зависит перепад давления в винтовом забойном двигателе. 9. По каким уравнениям строятся теоретические характеристики забойных двигателей при постоянном расходе жидкости?

16

10. В чем сходство и разница характеристик винтового двигателя и турбины турбобура? 1.12. Гидродинамические передачи Программа. Назначение, главные свойства и схема устройства гидродинамического трансформатора (ГДТ). Характеристика ГДТ размерная и безразмерная. Схема устройства и характеристика гидродинамической муфты. Устройство и характеристика ГДТ. Построение совместной характеристики двигателя с ГДТ. Литература: [I, с.85-95], [3. с. 240-262 ], [5, с. 249-253]. Методические указания. Так как гидродинамические передачи представляют собой комбинацию двух гидродинамических машин - лопастного насоса и турбины, объединенных в круге циркуляции жидкости, то их изучение значительно упрощается, если имеется полная ясность по ранее проработанным темам 1.1.- 1.3 и 1.8 - 1.10 данной программы дисциплины. Контрольные вопросы. 1. Какие трансмиссии применяются для приспособления двигателя к изменяющимся условиям нагрузки исполнительных механизмов и машин? 2. Что отличает гидродинамические передачи от известных трансмиссий? 3. Как определяется к.п.д. любой трансмиссии? 4. Что такое коэффициент трансформации крутящего момента? 5. Какие свойства присущи гидродинамическим передачам? 6. Что такое гидравлическая муфта и гидротрансформатор, в чем их конструктивная разница? 7. Какое назначение реактора в гидротрансформаторе? 8. Что такое разрезной реактор, его назначение и в каких гидродинамических передачах он применяется? 9. Что называется тяговым режимом противовращения и стоповым моментом работы гидропередачи? 10. Какие характеристики гидротрансформатора называются прозрачными и непрозрачными? 11. Как получают безразмерную характеристику гидропередачи и каково её назначение? 12. В какой последовательности строится характеристика агрегата двигатель-гидротрансформатор? 1.13. Объемный гидропривод. Программа. Назначение

объемного

гидропривода,

17

его

составные

части.

Принципиальные схемы гидропривода с замкнутой и разомкнутой циркуляцией, с дроссельным и объемным регулированием. Гидроаппараты объемного гидропривода. Применение объемного гидропривода в буровом оборудовании. Литература: [1, с. 169-180], [3, с. 358-400]. Методические указания. Гидроприводом называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством гидравлической энергии, т.е. энергии капельной жидкости. Гидропривод бывает магистральный, аккумуляторный и насосный. В буровом и нефтепромысловом оборудовании, в основном, применяется последний, поэтому на него и следует сосредоточить внимание. Так как источником подачи рабочей жидкости в этом приводе является насос, а исполнительным двигателем служит гидроцилиндр или гидромотор, то всестороннее знание их безусловно необходимо. Кроме этого, знакомясь с гидроприводами, нужно изучить так же гидроаппараты, гидропреобразователи, кондиционеры рабочей жидкости и гидроемкости, которые являются составными частями гидропередачи в целом. После знакомства с устройством перечисленного оборудования следует выучить их условные обозначения на гидросхемах, а затем приступить к разбору типовых схем, обращая внимание на те, которые находят или могли бы найти применение в буровом оборудовании. Контрольные вопросы. 1. Что входит в состав насосного объемного гидропривода? 2. В чем заключаются преимущества гидравлического привода в сравнении с иными известными приводами? 3. Каковы недостатки гидропривода? 4. Какое назначение гидравлических направляющих распределителей? 5. Чем определяется линейность и позиционность распределителей. 6. Какие виды управления применяются в распределителях? 7. Каково назначение предохранительного, обратного, переливного, редукционного клапанов? 8. Для чего служат делители и сумматоры потока? 9. Что такое гидравлический дроссель и для чего он применяется? 10. Для чего служит гидравлический замок? 11. Где по схеме и в каких случаях лучше устанавливать фильтры механической очистки жидкости? 12. В каких случаях применяется замкнутая и разомкнутая системы циркуляции жидкости? 13. В чем заключается сущность дроссельного и объемного регулирования гидропривода? 14. Где в буровом и нефтегазопромысловом оборудовании применяется и может быть применен гидропривод?

18

2. КОМПРЕССОРЫ 2.1. Основные технические показатели и виды компрессоров Программа. Объемный и массовый расход газа (воздуха). Производительность компрессоров. Расчетные выражения удельной работы, полезной мощности и внутреннего к.п.д. компрессора в различных термодинамических процессах сжатия газа. Мощность компрессора. Виды компрессоров. Литература: [1, с. 181-186], [2, с. 183-185], [6, с. 175-178] Методические указания. Изучая эту тему, все время необходимо помнить, что компрессорные машины перекачивают газ, который при сжатии существенно уменьшается в объеме и может изменять свою массу. Рассматривать показатели компрессорных машин можно по аналогии с техническими показателями насосов, но лишь с разницей, что работа изменения давления определяется не по разности конечного и начального давления, а интегралом. При этом следует выявить всю сложность процесса сжатия, заключающуюся в наличии теплообмена газа с окружающими поверхностями и изменчивости состояния газа в различных частях потока. Процесс сжатия газа в действительности можно несколько схематизировать, принять его происходящим: по политропе, адиабате, изотерме. Анализируя эти три процесса, нужно выявить наиболее экономичный процесс, к которому следует стремиться, и наиболее неэкономичный, которого необходимо избегать. Контрольные вопросы. 1. Чем отличается массовая подача компрессора от массового расхода газа (воздуха) на входе? 2. Что такое объемная (стандартная) подача сухого газа 3. Как математически описывается уравнение состояния идеального газа Клайперона? 4. Чем отличается адиабатический процесс сжатия от изотермического? 5. По какому процессу происходит сжатие в компрессоре при реальных условиях? 6. Какое различие между показателями: мощность компрессора и мощность на валу компрессора?

19

2.2.

Поршневые компрессоры (ПК)

Программа. Классификация. Типы ПК и характерные схемы. Рабочие органы кривошипного компрессора. Разновидности компрессоров, применяемых при бурении и освоении скважин. Установки свободно-поршневых дизелькомпрессоров. Литература: [1, с.212-229], [2, с.204-206; 225-236], [6, с.19б-209]. Методические указания. В начале изучения данной темы необходимо прежде всего понять принцип действия поршневых компрессоров и лишь после этого переходить к их классификации по типам, схемам и другим конструктивным признакам. Далее надо выделить из всего разнообразия компрессоров конструкции, получившие наиболее широкое распространение при бурении нефтяных и газовых скважин на промыслах, и на их основе изучить особенности выполнения основных узлов и деталей. Контрольные вопросы. 1. В чем сходство и различие поршневого кривошипного насоса и поршневого компрессора? 2. Чем определяется тип компрессора? 3. Какие типы компрессоров находят применение при бурении скважин? 4. Какие схемы поршневых компрессоров наиболее распространены при бурении скважин? 5. В чем заключаются преимущества и недостатки СПДК? б. Что такое оппозитивный компрессор? 7. Перечислите разновидности клапанов поршневых компрессоров. 8. Из каких элементов состоят сальниковые уплотнения поршневых компрессоров? 2.3.

Теория действия поршневых компрессоров

Программа. Одноступенчатое сжатие. Рабочий процесс в цилиндре компрессора. Методы расчета объемного расхода на входе и производительности компрессора. Расчет мощности одноступенчатого компрессора. Ступенчатое сжатие в ПК. Назначение и схема ступенчатого сжатия. Номинальное распределение давлений по ступеням. Мощность компрессора при ступенчатом сжатии. Влияние изменения начального и конечного давления на работу компрессора.

20

Литература: [1, с. 229-250], [2, с. 207-225], [6, с. 178-196], [8, с. 10-32]. Методические указания. Если чередование этапов рабочего процесса в поршневом компрессоре такое же, как и в поршневом насосе, то состояние сжимаемой поршнем среды в этих машинах различное. Газ при сжатии существенно меняет свой объем и температуру, поэтому на эти особенности следует заострить внимание. Если подробно разобраться с теоретической (схематизированной) индикаторной диаграммой, а затем - с действительной, то все последующие вопросы, связанные с определением параметров, не будут представлять трудности. Особо следует обратить внимание на понятие "вредный объем", его существенное влияние на величину подачи компрессоров, использование газа "вредного объема" для регулирования подачи и для привода компрессоров со свободно плавающими поршнями (СПДК). Необходимость ступенчатого сжатия возникает сама собой, после полного представления о конечной допустимой температуре и ограничивающей величине "мертвого " (вредного) пространства на увеличение степени сжатия в одной ступени. При изучении этих вопросов нужно уметь доказать необходимость ступенчатого сжатия, его экономическую целесообразность, научиться определять распределение давлений по ступеням. Контрольные вопросы. 1. Что такое "мертвое" пространство, чем и как определятся его величина? 2. Что такое коэффициент объемного расхода газа на выходе? 3. Какие факторы влияют на изменение состояния газа на пути до входа в цилиндр компрессора? 4. Какие коэффициенты учитывают изменение состояния газа на пути входа в цилиндр? 5. Какой экономический эффект получается в многоступенчатом процессе сжатия при наличии промежуточных холодильников? 6. Как определяется конечная температура сжатия в одной ступени? 7. Как находится степень повышения давления в многоступенчатом компрессоре? 2.4. Роторные компрессоры Программа. Общие сведения. Устройство и принцип действия компрессоров основных типов. Особенности винтовых компрессоров сухого и мокрого сжатия. Характеристика винтового компрессора.

21

Винтовые насос-компрессоры, применяемые в буровых установках. Литература: [1, с. 250-256], [2, с. 266-274] Методические указания. При изучении роторных компрессоров следует обратить внимание на их достоинства и возможные области применения. Устройство и принцип действия этих компрессоров очень схожи с аналогичными типами насосов. Из всего разнообразия роторных компрессоров нужно выделить винтовые, получающие в последнее время широкое распространение, разобрать их подробно, согласно вопросам программы. Контрольные вопросы. 1. На какие группы подразделяются роторные компрессоры? 2. Чем конструктивно отличается пластинчатый компрессор от пластинчатого насоса? 3. Каковы достоинства жидкостно-кольцевого компрессора? 4. Для каких целей устанавливается зазор между роторами в коловратных компрессорах? 5. Как осуществляется синхронизация вращения роторов в коловратных компрессорах? 6. В чем конструктивное отличие винтовых компрессоров от винтовых насосов? 7. Чем отличаются винтовые компрессоры сухого сжатия от компрессоров мокрого сжатия? 8. Как определяется рабочий объем винтового компрессора? 2.5. Применение компрессоров Программа. Функции и область применения компрессоров различных типов. Выбор компрессора с учетом технологических, экономических и экологических требований. Методы регулирования компрессоров. Основные сведения об эксплуатации. Меры по охране труда и окружающей среды. Литература: [1, с. 266-286], [2, с. 236-242: 252-259], [6, с. 218-224]. Методические указания. Данная тема является завершающей в изучении раздела "Компрессоры" и опирается в своем раскрытии на знания вышеизложенной тематики. Необходимо разобрать те процессы промышленности, где используются компрессорные машины, выделив из них производственные процессы, связанные с бурением нефтяных и газовых скважин.

22

При изучении этой темы надо обратить внимание на методику выбора компрессора для конкретных условий, методы регулирования компрессоров и правила их эксплуатации. Важно ознакомиться с основами автоматизации компрессорных машин. Контрольные вопросы. 1. Какие исходные данные служат для выбора компрессора? 2. По сумме каких видов затрат средств производится сравнительная оценка при выборе компрессора? 3. Какие существуют методы регулирования компрессоров? 4. Какой из методов регулирования поршневых компрессоров наиболее распространен? 5. Как регулируются роторные компрессоры? 6. Какие работы необходимо провести перед пуском поршневого компрессора? 7. Как производить загрузку многоступенчатого центробежного компрессора? 8. Каковы тенденции и перспективы развития компрессоров при бурении скважины? При эксплуатации нефтегазовых месторождений? При сборе и подготовке газа? 3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ Контрольная работа № 1 Задание 1. Центробежный насос, характеристика которого дана в табл. 3.1.1 откачивает воду из артезианской скважины в резервуар, в котором поддерживается постоянный уровень Н (рис.3.1,а). Длины трубопроводов: всасывающего – l1, нагнетательного – l2 ; диаметры соответственно – d1 и d2 При работе с постоянным числом оборотов n определить: 1. Глубину h , на которой установится уровень воды в скважине, если ее дебит составляет Q ? 2. Наименьшее число оборотов насоса, которое обеспечит отсутствие переполнения скважины при заданном дебите. При расчетах принять коэффициенты гидравлического трения и суммарные коэффициенты местных сопротивлений для всасывающего и нагнетательного трубопроводов равными соответственно: λ1 = 0,02 и λ2 = 0,025; ∑ξ1 = 4 и ∑ξ2 = 6. Данные для решения задачи выбрать па таблице 3.1.2.

23

Таблица 3.1.1. Q, л/с Н, м

0 22

2 20,5

4 20,6

6 20,2

8 21,5

10 20

12 18

14 15

16 11

Таблица 3.1.2. Вариант 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Н, м 12 10 8 16 14 12 10 8 6 12

Q, л/с 6 8 10 4 6 8 14 12 10 8

l1, м 10 8 6 10 8 6 8 10 12 20

l2, м 10 12 16 12 14 20 18 16 14 10

а

d1, мм 75 100 100 75 75 100 150 150 100 100

б

L2,d2

d2 ,мм 50 75 75 50 50 75 100 100 75 75

n,об/мин 1450 1450 950 950 750 750 1950 2950 1450 750

320

L,d

Н

L1,d1

h 300

Рис. 3.1.

24

Задание 2. Центробежная установка (рис.3.1, б ), состоящая из двух одинаковых насосов, характеристика каждого из которых дана в табл.3.2.1. забирая воду из водоема с относительной отметкой уровня +300 м питает резервуар с отметкой +320 м. Длина напорного трубопровода l , а его диаметр d. В случае переполнения резервуара установка работает на аварийный водопровод (автоматически закрывается задвижка 1 и открывается задвижка 2) и должна обеспечить расход QА при напоре на станции НА. При расчетах принять коэффициент гидравлического трения λ = 0,02, а местные потери и общие потери во всасывающих и соединительных трубах принять равным 10% от потерь по длине в нагнетательном трубопроводе. Частота вращения вала насоса n, об/мин. Требуется: 1. Сделать трубопроводную обвязку насосной станции на случай последовательной работы насосов и каждого из них самостоятельно на напорный трубопровод. 2. Построить характеристику мощности насоса 3. Определить подачу насосной станции при параллельной и последовательной совместной работа насосов на резервуар при заданной частоте вращения вала. 4.Сравнить какое соединение насосов - параллельное или последовательное - выгоднее при работе с заданным числом оборотов на резервуар? 5. Выяснить, сможет ли один насос при заданном числе оборотов вала удовлетворить требованиям работы на аварийный водопровод и если нет, то как должны работать насосы в этом случае - параллельно или последовательно? 6. Какое должно быть число оборотов вала насоса, чтобы он один удовлетворил требованиям работы на аварийный трубопровод? Данные для решения задачи выбрать по табл. 3.2.2. Таблица 3.2.1 Характеристика насоса Q, л/с 0 2 Н, м 37,5 39 η, % 0 55 N, кВт

4 36 63

6 29 68

25

8 30 64

10 10 49

Таблица 3.2.2. Вариант 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

l, м

d, мм

QА, л/с

НА , м

n , об/мин

2200 2000 1500 1200 1000 1200 1500 1800 1600 1000

150 150 100 130 50 50 75 75 100 50

8 7 6 10 16 14 12 10 8 8

35 40 50 30 10 20 30 20 40 36

1600 1600 1450 750 2950 2950 750 950 1450 2950

Задание 3 [9]. Объемный насос подает смазочное масло имеющее относительную плотность δ = 0,8 и кинематическую вязкость ν к подшипникам коленчатого вала по системе трубок, состоящей из пяти одинаковых участков, каждый из которых длиной l1 = 0,5 м и диаметром d1. Магистральный маслопровод в системе трубок имеет длину 2 м и диаметр d (рис.3.2, а ) . Давление на выходе из трубок в подшипники считать одинаковыми и равными 0,1 МПа. Местными потерями и скоростными напорами пренебречь. Каждый из подшипников должен получать смазочного масла не менее Qn Определить: 1. Подачу объемного насоса. 2. Давление, развиваемое насосом, приняв его характеристику в координатах Q - НН вертикальной прямой. 3. Мощность на валу насоса, если его к.п.д. равен 0,8. Данные для решения задачи представлены в табл.3.3 Таблица 3.3. d , мм Qn , см3/с Вариант v , сСт d1 , мм 0 6 4 4 8 1 8 4 6 10 2 10 6 6 16 3 12 6 8 20 4 14 8 10 22 5 16 8 10 24 6 18 10 12 30 7 20 10 12 32 8 22 10 12 36 9 8 4 6 12

26

Задание 4 [9]. Для подъема груза массой G со скоростью V используются два одинаковых параллельно работающих силовых гидроцилиндра диаметром D (рис.3.2, б). Расстояние между осями гидроцилиндров l. При укладке груза его центр тяжести может смещаться от среднего положения на а = 0,25 м. Для предотвращения перекашивания груза используют регулируемые дроссели, установленные к каждому из гидроцилиндров. Диаметр напорного трубопровода равен 12 мм, плотность рабочей жидкости ρ = 180 кг/м3. Пренебрегая потерями напора по длине трубопровода, трением и утечками в гидроцилиндрах, определить: 1. Каким должен быть коэффициент сопротивлений одного из дросселей, чтобы груз поднимался без перекашивания? Считать при этом, что второй дроссель открыт полностью и его коэффициент сопротивления равен нулю. 2. Подачу и давление, развиваемые при этом. Данные для задачи представлены в таблице 3.4. Таблица 3.4. Вариант 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 а

G , кг. 10000 12000 16000 18000 20000 10000 12000 14000 16000 8000 l1 , d 1

V , м/с 0,1 0,08 0,06 0,04 0,04 0,15 0,14 0,12 0,1 0,2

D, мм 80 100 120 120 140 100 90 80 100 100 l

б

l1 , d 1 l1 , d 1

Рис. 3.2.

27

l,м 4 5 4 5 4 8 7 6 5 8

G

Контрольная работа № 2. Задание 1. При расходе воды Q на тормозном режиме турбина имеет вращающий момент М0 и перепад давления Δp0, а на холостом – частоту вращения вала nх и перепад давления Δpх Числовые значения к заданию представлены в таблице 3.5. Требуется: 1. Построить характеристику турбины для заданного расхода (считать линии давления и вращающего момента - прямые). 2. По нескольким точкам, представляющим режим турбины, построить характеристику турбины, снабженную перепускным клапаном ограничивающим период давления в турбине Δpкл , исходя из условия, что любой режим турбины характеризуется определенными значениями безразмерных комплексов n/м, nа, n/n [1, стр.73-71; 84-85). Комплексная характеристика турбины должна включать кривые изменения М, Δp, N, Q, η в зависимости от частоты вращения вала n. 3. Свести в таблицу показатели экстремального режима для двух рассмотренных случаев. Таблица 3.5. Варианты 0 1 2 3 4 5 6 Q , л/с 20 25 30 32 34 37 28 М0 , кНм 2,65 2,95 3,04 3,1 3,15 3,17 3 2 3 3,6 3,5 3,4 3,2 3 Δp , МПа nx , об/мин 950 980 1030 1060 1100 1180 990 8 9 10 10 9 8,5 9 Δpх , МПа 4,4 4,8 4,3 4,5 4,3 4,2 Δpкл , МПа 4

Показатели

7 26 2,9 2,8 980 9,5 4,1

8 24 2,8 2,6 970 10 4

9 22 2,7 2,6 960 9,5 4

Задание 2. По исходным данным (табл.3.6) для турбины турбобура: расход жидкости G, плотность жидкости р, диаметр турбины D, относительная длина лопастей l/D, частота вращения при безударном режиме nб, коэффициент активности mа, выходной угол α1л = 30°, вращающий момент турбины Мк. Необходимо: 1. Построить полигон скоростей для безударного режима; 2. Сделать эскиз турбинной решетки, принимая направление средневекторной скорости по хорде профиля лопасти;

28

3. Определить коэффициент циркуляции; 4. Вычислить вращающий момент в ступени и необходимое число ступеней. Таблица 3.6. Данные Q , л/с p ,кг/м3 D , мм l/D nσ об/мин ma Мк кНм

Варианты 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 24 28 32 36 40 44 48 50 22 1200 1200 1200 1200 1200 1000 1000 1000 1000 1000 117 117 140 140 180 250 180 200 200 117 0,12 0,14 0,14 0,12 0,12 0,13 0,13 0,14 0,14 0,12 500

540

600

640

700

700

660

640

700

520

0,7 0,6

0,6 1

0,55 1,4

0,52 3

0,54 3,4

0,56 4

0,58 3,4

0,6 3,6

0,55 3,8

0,7 0,6

Задание 3. Одноступенчатый поршневой компрессор всасывает в единицу времени V воздуха при температуре t, °С и при давлении 0,1 МПа. Определить: 1. Предельное значение давления, до которого можно сжимать воздух, если относительная величина вредного объема компрессора равна a; 2. Температуру воздуха в конце политропного сжатия при предельных значениях давления. 3. Теоретическую мощность привода для изотермического, адиабатного и политропного сжатия с показателем политропы n при предельном конечном давлении. Данные к задаче представлены в таблице 3.7. Таблица 3.7. Показатели 3

V , м /ч t , С0 a ,% n

0 420 0 3 1,2

1 360 13 6 1,3

2 320 17 9 1,1

Варианты 4 5 180 420 30 33 8 12 1,2 1,3

3 240 23 10 1,4

29

6 480 37 14 1,2

7 540 43 15 1,3

8 460 47 5 1,4

9 360 27 8 1,3

Задание 4. Поршневой компрессор производительностью Q сжимает воздух от давления 0,1 МПа до давления Р. Сжатие воздуха, начальная температура которого равна t, происходит по политропе с показателем 1,3. Средние потери давления между ступенями принять равными 5 %. Механический к.п.д. компрессора - 0,8. Требуется: 1. Обосновать число ступеней компрессора, определить температуру воздуха в конце сжатия при наличии промежуточных холодильников с полным отводом образовавшегося при сжатии тепла и без охлаждения. 2. Рассчитать мощность на валу компрессора при наличии промежуточных холодильников. 3. Нарисовать возможные схемы данного компрессора. Данные для решения задачи взять из табл.3.8. Таблица 3.8. Показатели 3

Q , м /ч P, МПА t , С0

0 600 0,6 10

1 420 1,2 20

2 360 1,8 30

Варианты 4 5 240 180 6 15 30 20

3 300 3,6 40

30

6 240 8 10

7 300 10 50

8 420 12 40

9 540 16 30

ЛИТЕРАТУРА Основная: I. Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры. М,, Недра, 1982 Дополнительная: 2. Абдурашитов С.А., Тупиченков А.А., Вершинин И.М., Тененгольц С.М. Насосы и компрессоры. М.: Недра, 1974. 3. Башта Т.Н., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы. М.: Недра, 1982 4. Бадеке К., Градевальд А., Хандт X. и др. Насосы. Справочное пособие. Перевод с немецкого В.В.Малюшенко, М.К. Бобка М.: Машиностроение, 1979. 5. Ибатулов К.А. Гидравлические машины и механизмы в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1972. 6. Молчанов А.Г., Чичеров В.Л. Нефтепромысловые машины и механизмы. М.: Недра, 1983. 7. Муравьев В.М. Спутник нефтяника. М.: Недра, 1977. 8. Храпач Г.К. Эксплуатация компрессорных установок. М.: Недра, 1973. 9. Сборник задач по машиностроительной гидравлике. Под ред. И.И.Куколевского и Л.Г.Подвидза. М.: Машиностроение, 1974 10.Черкасский В.В. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.:Энергия, 1977.

31

ГИДРОМАШИНЫ И КОМПРЕССОРЫ Программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Гидромашины и компрессоры» для студентов очной и заочной форм обучения специальности 17.02.00 (МОП)

Составители: доцент, к.т.н. Двинин А.А. доцент, к.т.н. Безус

А.А.

Подписано к печати

Бум.писч. №1

Заказ №

Уч. - изд. л.

Формат 60х84/16

Усл. печ. л.

Отпечатано на RISO GR 3750

Тираж

экз.

Издательство “Нефтегазовый университет” Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

“Тюменский государственный университет” 625000, г.Тюмень, ул.Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства “Нефтегазовый университет”, 625000, Тюмень, ул.Володарского, 38

32