Модернизация трехплунжерного насоса для перекачивания под высоким давлением различных жидкостей

Работа является СКАНИРОВАННОЙ КОПИЕЙ с оригинала (редактирование производить крайне внимательно), доработок не требует,только добавить лист содержания - защита на отлично ...

Горизонтальные насосы более удобны для обслуживания и ремонта, но требуют для размещения значительно большей площади, чем вертикальные. На судах из-за ограниченности площадей применяются преимущественно вертикальные насосы.
По числу поршней насосы разделяются на одно-, двух-, трех- и многопоршневые. Аналогичное деление имеют плунжерные насосы, т.е . различают одно-, двух-, трех- и многоплунжерные.
Если исходить из числа цилиндров, то насосы можно разделить на одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые. По возможности регулирования подачи насосы делятся на регулируемые и нерегулируемые. Регулирование подачи обычно осуществляется одним из следующих способов: изменением длины хода поршня или плунжера; изменением частоты вращения при водного двигателя; перепуском жидкости из нагнетательной части насоса во всасывающую. Чаще всего применяются первые два способа как наиболее экономичные. По наличию рубашки для обогрева или охлаждения проточной части применяют насосы без рубашки и с рубашкой. По роду перекачиваемой жидкости различают насосы для перекачивания воды (они же обычно могут перекачивать и холодные нефтепродукты), горячих нефтепродуктов, кислот, глинистого раствора (буровые насосы) и др. Рассматриваемые насосы можно классифицировать и по ряду других признаков, например, по создаваемому давлению - на насосы малого (до 1,6 МПа), среднего (свыше 1,6 до 1О МПа) и высокого (свыше 1О МПа) давления. Однако наиболее характерной классификацией насосов является классификация их по способу действия. Различают насосы одностороннего (простого) и двустороннего (двойного) действия. У насосов одностороннего действия жидкость вытесняется из цилиндра при движении поршня только в одну сторону, а у насосов двустороннего действия жидкость вытесняется из цилиндра при движении поршня в обе стороны, На рис. 1.1 и 1.2 показаны схемы насосов одностороннего действия.

Объектом разработки является трехплунжерный насос для перекачивания под высоким давлением различных жидкостей.
Цель работы - модернизация конструкции насоса, обеспечивающего повышение производительности и уменьшение габаритов.
В процессе проектирования проводился поиск и анализ научно-технической и патентной информации по следующим направлениям: используемых и перспективных способов подачи; выявление ведущих фирм, изготавливающих насосы различного назначения; конструкций насосов и их технических характеристик; обработка результатов научных исследований и возможностей повышения ресурса насосов.
В результате выполнения работы был спроектирован трёхплунжерный насос рабочим давлением до 250 атм. и расходом жидкости 30 л/с.
Основные конструктивные и технико-эксплутационные показатели: обесп ечена прочность кривошипно-шатунного механизма (коленчатого вала, шатунов), уменьшение габаритов насоса.
Данный насос в ближайшее время после испытаний и доводки будет запущен в производство на предприятии «АО Синергия-Н» и поступит на эксплуатацию заказчику.
Эффективность насоса определяется относительно простой конструкцией и высокими технико-эксплутационными показателями:
(относительно высокой производительность, относительно малыми габаритами и массой). Насос может применяться для перекачивания под высоким давлением различных жидкостей и в других областях, где требуется подача жидкости под высоким давлением.

Высота уср прямоугольника аоbса7 может быть определена из равенства
2πr уср =2F·r, откуда уср =F/π.
Максимальную ординату графика действительной кривой подачи обозначим Утах. Очевидно Утах = F. Отношение максимальной ординаты графика подачи к средней Утах/Уср=δн назовем степенью неравномерности подачи. Для рассматриваемого насоса
(2.20)
Таким образом, максимальная мгновенная подача больше средней в 3,14 раза. В таком же отношении будут находиться наибольшая и средняя скорости жидкости в трубах.
Нетрудно понять, что из двух конструкций насоса та будет совершеннее,
у которой подача жидкости происходит более равномерно, т. е. δн ближе к единице.
Действительно, при неравномерной подаче жидкости насосом струя в его отливной трубе будет прерывистой, и, кроме того, раз скорость жидкостинепостоянна, то, значит, масса жидкости внутри насоса обладает ускорением и приобретает некоторую силу инерции, пропорциональную ускорению и вызывающую дополнительную нагрузку на кривошипно-шатунный механизм.
Изложенный выше графический метод исследования подачи может быть применен к любому поршневому (плунжерному) насосу.
На рис. 1.8 представлен график подачи однопоршневого насоса двустороннего действия. При построении графика объем, занимаемый штоком
δн = Утax / Уср= π /2=1.57 (2.21)
Из сравнения формул (1.20) и (1.21) следует, что степень
поршня в одной из полостей цилиндра, не учитывался.
Максимальная ордината графика Утax=F. Средняя ордината графика, т. е.
высота прямоугольника afke, равновеликого синусоидам аbс и cde,
определится из равенства 2π·rУср=4F·r, откудаУср=F/ π.
Степень неравномерности подачи однопоршневого насоса двустороннего действия
неравномерности подачи у однопоршневого насоса двустороннего действия в два раза меньше, чем у однопоршневого насоса одностороннего действия.
о
а
6)
k
/70 пr
Рис.l.8. График подачи однопоршневого насоса двухстороннего действия
7)
270
Рис. 1.9. График подачи двухпоршневого насоса двустороннего действия
На рис. 1.9. изображен график подачи двухпоршневого насоса. Такие насосы выполняются двустороннего действия. Кривошипы смещены один
относительно другого на 90 ̊. При построении графика стеснение двух полостей насоса штоками поршней не учитывалось. Максимальная высота графика
утax=2Fsiп45 ̊ = 1.41 F.
Высоту прямоугольника, равновеликого площади графика, найдем из
равенства
2 πr·уср =8F·r
(2.22)
откуда
ycp=4F/π
Следовательно, степень неравномерности подачи насоса будет
(2.23)
Этот результат несколько изменится, если учесть влияние штоков.
Расчетная формула (1.3.3) примет вид
(2.24)
где d - диаметр штока; D - диаметр поршня.
Из формулы (2.10) следует, что при отношении d/D=O.2 значение
δн=1,12; при d/D=O,3 имеем δн =1,15.
Трехпоршневые насосы всегда выполняются одностороннего действия.
Если построить график подачи такого насоса, то он будет иметь вид, представленный на рис.1.10. Здесь а1 b1С1-
поршень которого приводится в действие кривошипом а, а2Ь2С2 - график
подачи цилиндра, поршень которого приводится в действие кривошипом b;
а зЬ зС з - график подачи цилиндра, поршень которого при водится в действие
кривошипом c. Кривошипы расположены под углом 120 ̊ один к другому. Суммарный график подачи насоса по казан сплошной волнообразной линией.
Максимальная ордината графика
Yтax=gl]=2gk=2F·siп30 о F=тb] (2.25)
Если на линии а1f как на основании построить прямоугольник, равновеликий площади суммарного графика, то высота такого прямоугольника Уср определится из равенства
2π  r  уср = 6 Fr (2.26)
Откуда уср = 3F/ π (2.27)
Степень неравномерности подачи у рассматриваемого насоса равна
(2.28)
Формула (1.28) показывает, что в трехпоршневом (трехплунжерном) насосе разница между наибольшей скоростью жидкости в трубах и ее средней скоростью достигает только 4,7%.
У всех рассмотренных насосов график всасывания ничем не отличается от графика подачи (графика нагнетания). У дифференциального насоса (рис.1.5.) график подачи одинаков с графиком подачи насоса двустороннего действия, а график всасывания такой же, как у насоса одностороннего действия. Из изложенного выше следует, что наиболее равномерной подачей (наименьшей степенью неравномерности) обладают трехпоршневые насосы.
Еще более равномерную подачу обеспечивают пяти- и семипоршневые насосы, у которых степень неравномерности подачи составляет 1,016 и 1,008 соответственно.
Однако увеличение числа поршней у насоса усложняет его изготовление и эксплуатацию. Поэтому многопоршневые (многоплунжерные) кривошипные насосы применяются лишь в тех случаях, когда особые требования к работе насосов оправдывают сложность их конструкции.
Основные свойства и область применения поршневых кривошипных
насосов.
Поршневые (плунжерные) кривошипные насосы обладают многими ценными свойствами, обусловившими их широкое распространение в народном хозяйстве. Основными из них являются следующие:
- пригодность для перекачивания самых разнообразных жидкостей - горячих и холодных, вязких в весьма текучих, в том числе химически активных;
- незначительная зависимость подачи от развиваемого напора, что делает их приспособленными для перекачивания жидкостей с меняющейся в зависимости от температуры вязкостью;
- способность к сухому всасыванию;
- возможность достижения весьма высоких напоров при любых, даже незначительных подачах;
- высокий коэффициент полезного действия.
Однако наряду с достоинствами рассматриваемые насосы обладают и недостатками. К ним относятся:
- тихоходность, влекущая за собой большие размеры и массу насоса при большой подаче;
- относительная сложность конструкции;
- необходимость специальных устройств для регулирования подачи при постоянной частоте вращения привода;
- неравномерность подачи, для уменьшения которой в ряде случаев приходится устанавливать воздушные колпаки (гасители пульсации).
Указанные выше свойства поршневых (кривошипных) насосов определяют область их применения в народном хозяйстве.
Одним из основных потребителей рассматриваемых насосов является нефтяная промышленность, где они применяются при транспортировке нефти с промыслов на заводы, при переработке нефти (для перекачивания холодных и горячих нефтепродуктов) и т.д. Их применяют также для создания высоких давлений при обработке металлов давлением (прессование, штамповка) и в производстве изделий из пластических масс.
Поршневые кривошипные насосы широко используются в различных производствах химической промышленности. Они применяются также на водном транспорте для осушения трюмов, перекачивания нефтепродуктов и др.
Кривошипные насосы применяются в крупной теплоэнергетике для дозировки и подачи химических реагентов в котловую воду. С помощью плунжерных дозировочных насосов (насосов-дозаторов) осуществляется подача фосфатного раствора в котлоагрегаты. Они применяются также в коагуляционных установках для подачи раствора коагулянта и известкового молока.
Особенно широкое применение плунжерные дозировочные насосы получили в химических производствах, где они используются для дозирования нейтральных и агрессивных жидкостей, эмульсий и суспензий.
Описание существующего образца оборудования (состав, принцип работы, технические характеристики) и выявление существенных недостатков.
Насос предназначен для перекачивания под высоким давлением различных жидкостей в умеренно холодном II4 и умеренном II5 климатических
районах по ГОСТ 16350-80.
Технические характеристики насоса Таблица 1
Наименование параметра
Значение
1 Шифр насоса
СИН 63
2 Полезная гидравлическая мощность, кВт
200
3 Наибольшее давление нагнетания, МПа
25
4 Наибольшая идеальная подача, дм3/с
30
5 Диаметр плунжера, мм
140
6 Ход плунжера, мм
130
7 Номинальная частота вращения, мин-1
205
8 Плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3
1000-2100
9 КПД насоса, не менее
0,8
1О Условный проход приемного патрубка, мм
150
11 Условный проход напорного патрубка, мм
75
12 Корпус (исполнение)
литой
13 Габаритные размеры, мм
- длина
1675
- ширина
1178
- высота
834
14 Система смазки
принудительная
М14-В2 ГОСТ
15 Марка масла, заливаемого в картер насоса
12337-84
16 Объем масла, заливаемого в картер насоса, л
50
шестеренчатый
17 Тип и марка масляного насоса
НШ-50 У-3
18 Производительность масляного насоса, л/мин
50
19 Давление в масляной системе:
- коленчатого вала, кгс/см2
5±0,5
- коллектора, кгс/см2
1,5±0,5
20 Допустимый зазор между крейцкопфами и
0,20-0,35
накладками, мм
Состав и устройство насоса
Насос трехплунжерный горизонтальный одностороннего действия состоит из корпуса с крышкой, кривошипно-шатунного механизма с крейцкопфными узлами, гидроузла с приемным коллектором и системы смазки.
Корпус насоса литой состоит из одной полости, в которой размещаются кривошипно-шатунный механизм насоса, три крейцкопфных узла. В нижней части полости (картер насоса) имеется маслозаборник и кран для слива масла из картера насоса.
В нижней части корпуса насоса имеются четыре лапы с отверстиями для крепления насоса на монтажной раме.
Крышка насоса сварная, к нижней части крышки приварены фланцы, в которых и отверстие для масляного щупа. На верхней поверхности крышки имеется маслозаливная горловина с крышкой.
Кривошипно-шатунный механизм состоит из коленчатого вала вращающегося на четырех вкладышах, трех шатунов, соединенных одним концом с коленчатым валом, другим концом - с крейцкопфами. Крейцкопфы приводят в движение плунжеры через тяги с резьбовыми футорками.
Коленчатый вал четырехопорный, установлен в корпусе насоса на
четырех вкладышах. На торце коленчатого вала имеются резьбовые отверстия для крепления упорных крышек. Внутри вала имеется ряд каналов для подвода смазки к трущимся поверхностям. На выходном конце коленчатого вала нарезаны шлицы и канавки для стопорного кольца.
Шатуны стальные, литые таврового сечения. В головках шатунов имеются бронзовые подшипники скольжения и резьбовые отверстия для их фиксации.