Классификация гидравлических машин.

К гидравлическим машинам относят такие машины, в которых происхо­дит процесс преобразования энергии жидкости в результате её взаимодействия с рабочими органами машины. В процессе преобразования энергия жидкости может либо увеличиваться, либо уменьшаться. Если энергия жидкости возрас­тает, при взаимодействии жидкости с рабочими органами машины, такие ма­шины называют насосами, а если уменьшается, превращаясь в полезную работу – гидродвигателями. Следовательно, насосы относятся к энергопотребляю­щим машинам, а гидравлические двигатели – к энергоотдающим. Разумеется, в первом случае к рабочему органу машины необходимо подводить энергию от внешнего источника (двигателя внутреннего сгорания, электродвигателя и дру­гих источников энергии), а во втором – высвобождающаяся энергия может быть использована для выполнения полезной работы, например, для вращения породоразрушающего инструмента при бурении скважин.

Классификация гидравлических машин приведена на рис. 1.

При бурении скважин на нефть и газ, добыче и транспортировке нефти и воды в России и других странах используют насосы различных типов.

При бурении и ремонте скважин применяются преимущественно поршневые и плунжерные насосы. Насосы других ти­пов, например, шестеренные, пластинчатые, роторно-поршневые и другие ис­пользуются в качестве вспомогательных (в системах смазки и т. д.). Насосы лопаточного типа обычно используются в качестве подпорных, смесительных и прочих.

При добыче нефти, промысловом транспорте и первичной подготовке широко используются насосы объемного и лопаточного типов различного конструктивного исполнения.

Для привода долот и другого инструмента используются гидродвигатели объемного и лопаточного типов. Из объемных двигателей широко распростра­нены двигатели винтового типа, а из лопаточных – осевого или турбинного.

Машины, образованные сочетанием насоса и двигателя объемного типа называются гидростатическими передачами, а машины, образованные соче­танием лопаточного насоса и лопаточного гидродвигателя –гидродинамиче­скими.

Шестеренные насосы и гидромоторы

Шестеренные насосы и гидромоторы

Шестеренным называется роторный насос с рабочими звеньями в виде шестерен (зубчатых колес), обеспечивающих геометрическое замыкание рабочих камер и передающих вращающий момент. Шестеренные насосы применяются в гидроприводах как самостоятельные источники питания невысокого давления или как вспомогательные насосы для подпитки гидросистем. На рис.3.2, апоказана конструкция шестеренного насоса. В расточках корпуса 2 размещены ведущая шестерня 1 и ведомая 3, находящиеся в зацеплении. Шестерни, как правило, имеют одинаковые модули и число зубьев. Корпус является статором, ведущая шестерня ротором, а ведомая – замыкателем. В насосе имеются вал 7, ось 6 и боковые крышки 4 и 5. Рабочие камеры образуются рабочими поверхностями корпуса, двух боковых крышек и зубьев шестерен. Корпус 2 имеет полость всасывания А и нагнетания Б.

Рис. 3.2 – Шестеренный насос:

а – конструкция; б – условное обозначение

В насосе полость всасывания расположена с той стороны, где зубья шестерен выходят из зацепления. При вращении вала и ведущей шестерни, например, по часовой стрелке, в полости всасывания А создается разрежение, так как при выходе из зацепления зубьев шестерен объем полости увеличивается. Для жидкостей, применяемых в гидросистемах, минимальное абсолютное давление в полости всасывания должно составлять ~ 300 мм.рт.ст.

Принцип действия

Обычно не вся жидкость вытесняется из полости нагнетания. Часть жидкости по радиальным зазорам (между расточкой корпуса и наружным диаметром шестерни), торцовым зазорам (между торцами шестерен и боковых крышек) и в местах зацепления перетекает в полость всасывании, а часть ее запирается при зацеплении шестерен во впадинах между ними. Так как зацепление зубьев происходит на длине, большей одного шага, то сначала осуществляется сжатие запертого объема жидкости (рис. 3.3) на участках АВ и ВС вследствие уменьшения объема между соседними изгибами, а по второй половине происходит расширение на участках ВС и CD.

При малых зазорах в зацеплении и хорошем контакте между зубьями давление жидкости в запертом объеме резко увеличивается, что может привести к поломке насоса. Для устранения резкого увеличения давления (для разгрузки) предусматривают специальные разгрузочные канавки. Например, в боковых крышках втулок и в других местах, которыми запертый объем жидкости соединяется с полостями А или Б.

Рис. 3.3 – Схема образования запертого объема вшестеренном насосе

Рабочий объем шестеренного насоса

_________________________________,

где D_н – начальный диаметр шестерни; D_н = m∙z; h – высота зуба; h = 2m; т – модуль зубьев; z – число зубьев шестерни; b – ширина шестерни.

Это выражение справедливо при допущении, что объем впадин между зубьями равен объему зубьев.

Рис. 3.4 – Конструкция шестеренного насоса Г11-2

Опыт проектирования показывает, что число зубьев шестерен следует выбирать меньшим (z = 6 ... 16), а модуль большим (при этом значительно уменьшаются габариты насоса). Ширину венца шестерни обычно принимают равной b = (3 ... 6) т.

Так как параметры, определяющие рабочий объем шестеренного насоса, постоянные, то шестеренные насосы являются нерегулируемыми.

Корпуса шестеренных насосов изготовляют из чугуна, стали или алюминия. Для изготовления шестерен используют легированные стали (20Х, 40Х, 18ХНЗА и др.) с применением цементации или азотирования и закалки. Боковые крышки выполняют, как и корпуса, из чугуна и стали, иногда из бронзы.