Основные параметры машин
Лекция 1 Ведение Рассматривается роль гидравлических и компрессорных машин в нефтяной промышленности. Дается общая классификация насосов и компрессоров, применяемых в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Гидравлическими машинами называются машины, которые сообщают протекающей через них жидкости механическую энергию (насос), либо получают от жидкости часть энергии и передают ее рабочему органу для полезного использования (гидравлический двигатель). Насосы являются одной из самых распространенных разновидностей машин. Их применяют для различных целей, начиная от водоснабжения населения и предприятий и кончая подачей топлива в ракетные двигатели. Гидродвигатели имеют большое значение в энергетике. В настоящее время около 20 % всей электроэнергии в России вырабатывается на гидроэлектростанциях. Для использования гидравлической энергии рек и преобразования ее в механическую энергию вращающегося вала генератора на гидроэлектростанциях применяются гидротурбины, являющиеся одной из разновидностей гидродвигателей. Мощность современных гидротурбин доходит до 650 тыс. кВт. Турбины используются и при бурении скважин. Насосы и гидродвигатели применяют также в гидропередачах. Представим общую классификацию насосов. Насосы бывают: 1. Динамические; 1.1 Лопастные; 1.1.1 Центробежные насосы; 1.1.2 Диагональные насосы; 1.1.3 Осевые насосы; 1.1.4 Водокольцевой насос; 1.2 Трения; 1.2.1 Вихревой насос; 1.2.2 Свободно-вихревой насос; 1.2.3 Вибрационный насос; 1.2.4 Дисковый насос; 1.2.5 Струйный насос; 2. Объемные 2.1 Возвратно-поступвтельные насосы; 2.1.1 Плунжерные насосы; 2.1.2 Поршневые насосы; 2.1.3 Диафрагменные насосы; 2.2 Роторные насосы 2.2.1 Шестеренный насос; 2.2.2 Винтовой насос; 2.2.3 Пластинчатый насос; 2.3 Поворотные; 2.3.1 Аксиально-поршневой насос; 2.3.2 Радиально-поршневой насос. Рабочим органом лопастной машины является вращающееся рабочее колесо, снабженное лопастями. Энергия от рабочего колеса жидкости передается путем динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей жидкостью. Объемные гидромашины работают за счет изменения объема рабочих камер, периодически соединяющихся с входным и выходными патрубками. Все технологические процессы бурения, добычи и переработки нефти невозможны без применения разнообразных гидравлических машин и гидропривода. Объемные насосы относятся к числу основных агрегатов современных буровых и нефтепромысловых установок. В одних случаях они закачивают промывочную жидкость – глинистый раствор или воду в скважину с целью формирования стенок ее ствола, очистки забоя и выноса на земную поверхность разбуренной породы; в других – подают в скважину цементный раствор для закрепления обсадной колонны, абразивосодержащую жидкость для гидроперфорации пластов, а также кислоту при обработке пласта. На нефтеперерабатывающих заводах насосы служат для перекачки нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, воды, щелочей, кислот и работают в широком диапазоне подач, напора и температур. Хотя на современных типовых установках нефтеперерабатывающих заводов применяют в основном центробежные насосы, но и приводные поршневые и плунжерные насосы имеют немаловажное значение как дозировочные насосы, способные работать в условиях постоянной подачи при переменных давлениях. Шестеренные, винтовые и некоторые другие типы роторных насосов применяют главным образом в качестве вспомогательных, так как они имеют сравнительно низкую эффективность работы. Компрессор –оборудование, предназначенное для сжатия и перемещения газа. Компрессоры, различные по давлению, производительности, сжимаемой среде, условиям окружающей среды, имеют большое разнообразие конструкций и типов. Компрессоры классифицируются по ряду характерных признаков (по назначению, по принципу действия, конечному давлению, объемной производительности, способу отвода теплоты, типу приводного двигателя, условиям эксплуатации). 1) По назначению компрессоры подразделяются: по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т.д.); по роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т.д.); по непосредственному назначению (пускового воздуха, тормозные и т.д.). 2) По принципу действия (т.е. по особенности процесса повышения давления) компрессоры классифицируются на объемные, лопастные и струйные. Объемный компрессор – это машина, в которой процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объем периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объемные компрессоры по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер делятся на поршневые и роторные. Поршневые компрессоры могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейкцкопфные и бескрейцкопфные, смазываемые и без применения смазки (сухого трения), лабиринтные, мембранные и т.д. В поршневом компрессоре сжатие газа осуществляется перемещением поршня, совершающего возвратно-поступательное движение. К роторным компрессорам относятся: винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые, типа Рутс (машина с вращающимися профилированными роторами) и другие конструкции компрессорных машин. Сжатие газа в роторных машинах обусловлено уменьшением объема, в котором заключен газ, при вращении эксцентрично расположенного ротора. Лопастной компрессор – машина динамического действия, в которой сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решетками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным компрессорам относятся радиальные (центробежные), радиально-осевые (диагональные) и осевые. В центробежном компрессоре поток движется в основном от центра к периферии. В осевом компрессоре поток газа движется вдоль оси ротора. Струйный компрессор (эжектор) – отсасывание и сжатие газов или парогазовой смеси осуществляется за счет кинетической энергии струи вспомогательной жидкости или пара. 3) По конечному давлению различают: - вакуум-насосы – компрессорные машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного и, сжимая его, перемещают в пространство с атмосферным давлением (обычно) и выше; - вентиляторы перемещают газ при постоянном давлении (0,1-0,115 МПа). Их принципиальная особенность – практически несжимаемость рабочего агента; - газодувки служат для сжатия газов до 0,2 – 0,3 МПа; - компрессоры низкого давления предназначены для нагнетания газа при давлении от 0,3 до 1,2 МПа; - компрессоры среднего давления - от 1,2 до 10,0 МПа; - компрессоры высокого давления – от 10,0 до 100,0 МПа; - компрессоры сверхвысокого давления – свыше 100,0 МПа. Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объема газа, приведенного к нормальным условиям. 4) По объемной производительности при условиях всасывания компрессоры можно классифицировать следующим образом: - микрокомпрессоры производительностью до 0,6 м3/мин; - малой производительности – от 0,6 до 10,0 м3/мин; - средней производительности – от 10,0 до 100,0 м3/мин; - большой производительности – свыше 100,0 м3/мин. 5) По способу отвода теплоты – без искусственного охлаждения, с воздушным или водяным охлаждением. 6) По типу приводного двигателя – с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины. 7) По условиям эксплуатации компрессорные машины бывают стационарные (установленные на массивном фундаментном основании и с постоянным обслуживанием), передвижные (перемещаемые при эксплуатации, иногда без постоянного обслуживания), автономные (с собственными вспомогательными системами, включенными в состав агрегата). Области применения компрессоров не являются постоянными и изменяются по мере совершенствования машин различных типов и конструкций. Поршневые компрессоры широко применяются в установках для получения удобрений и пластических масс, в холодильной промышленности и криогенной технике, в машиностроении и текстильном производстве. В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности применяются в газлифтах, в процессах очистки нефтяных продуктов от сернистых соединений и каталитического реформинга легких нефтепродуктов, для получения высокооктанового бензина и ароматических углеводородов. В области средних и больших производительностей нашли применение винтовые компрессоры. Ротационно-пластинчатые компрессоры общего назначения выпускаются производительностью от 0,1 до 100 м3/мин, с абсолютным давлением всасывания от 0,01 до 0,1 МПа и давлением нагнетания до 1,2 МПа в одноступенчатом исполнении, до 1,6 МПа в двухступенчатом исполнении, до 2,5 МПа в трехступенчатом исполнении. При откачке и сжатии различных газов и жидкостно-газовых смесей, загрязненных механическими примесями применяются жидкостно-кольцевые машины и машины типа Рутс. Для сжатия и перемещения газов с производительностью выше 20 м3/мин применяются центробежные компрессоры. Для перемещения газов с производительностью выше 1000 м3/мин применяются осевые компрессоры. В большинстве случаев - это многоступенчатые машины, применяемые в авиационной, криогенной технике, в машиностроительной, газовой, химической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности. При магистральном транспорте природного газа с давлением 5,5, 7,5 и 10,0 МПа в системе ОАО «Газпром» для сжатия и перемещения газа применяются поршневые (производительность менее 10 млн м3/сут) и центробежные (производительность более 10 млн м3/сут) компрессоры. Заключение Рассмотрена роль гидравлических и компрессорных машин в нефтяной и газовой промышленности. Дана общая классификация насосов и компрессоров, применяемых в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
Лекция 2 Введение Рассматривается общая классификация проточных машин. Даются основные параметры машин.
Общая классификация проточных машин представлена на рисунке 1. В данной классификации гидромуфты – передают мощность, не изменяя момента, гидротрансформаторы – способны изменять передаваемый момент.
Основные параметры машин Основные параметры насосов Напор насоса Н, м – приращение полной удельной механической энергии жидкости в насосе; Подача насоса Q, м3/с – объем жидкости, подаваемый насосом в напорный трубопровод в единицу времени; Частота вращения вала насоса, n об/с или с-1; Угловая скорость ω, рад/с, ; Потребляемая мощность насоса N, Вт или кВт – мощность, подводимая к валу насоса; Полезная мощность насоса Nп, Вт – мощность, сообщаемая насосом потоку жидкости; Коэффициент полезного действия (кпд) насоса ηн – отношение полезной мощности насоса к потребляемой. Рассмотрим более подробно некоторые из параметров. Одним из важнейших параметров является напор насоса. Из уравнения Бернулли можно выразить напор насоса следующим образом:
, (1)
Рисунок 1 – Общая классификация проточных машин где индексы 1 относятся к параметрам на входе в насос, а 2 – на выходе. Для существующих конструкций насосов разность высот расположения центров тяжести входного и выходного проходных сечений ничтожно мала и ею в расчетах пренебрегают. Разность скоростных напоров можно принимать во внимание только в низконапорных насосах, при условии, что у них площади входного и выходного отверстий отличаются по размерам. Таким образом, с учетом вышеизложенного можно считать, что
. (2)
Потребляемая мощность насоса определяется по формуле
, (3)
где Мн – момент на валу насоса. Полезная мощность насоса определяется по формуле
(4)
Тогда полный кпд насоса определится следующим образом
. (5)
Необходимо отметить, что для характеристики работы гидромашин, кроме полного кпд, используют также частные кпд, которые учитывают различные виды потерь энергии. Различают три основных вида потери энергии. 1. Гидравлические потери – это потери напора при движении жидкости в каналах внутри гидромашины. Они оцениваются гидравлическим кпд ηг. применительно к насосу гидравлический кпд
, (6)
где Нт – теоретический напор насоса, - суммарные потери напора на движение жидкости внутри насоса. 2. Объемные потери – это потери на утечки и циркуляцию жидкости через зазоры внутри гидромашины из области высокого давления в область низкого. Они оцениваются объемным кпд η0. Применительно к насосу объемный кпд можно рассчитать следующим образом
(7)
где Qт – теоретическая подача насоса, - суммарная утечка жидкости из области нагнетания в область всасывания. 3. Механические потери – это потери на механическое трение в подшипниках и уплотнениях гидромашины, оцениваемые механическим кпд ηм. Применительно к насосу механический кпд можно определить по формуле
, (8)
где - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения, возникающих в подшипниках и уплотнениях насоса; Nг – гидравлическая мощность – мощность, которую насос создал бы, если бы не было объемных и гидравлических потерь. Следует иметь ввиду, что полный кпд насоса равен произведению трех частных кпд
. (9) Основные параметры гидравлических двигателей 1. Крутящий момент на валу двигателя М; 2. Частота вращения вала n (или угловая скорость ω, ); 3. Мощность двигателя ; 4. Перепад полного давления ; 5. Гидравлическая мощность двигателя ; 6. К.п.д. гидродвигателя . Возможны следующие постановки расчета основных показателей: 1) В действующей машине при данном режиме нагружения с помощью приборов измеряют сомножители полезной и потребляемой мощностей, вычисляют к.п.д.; 2) При проектировании технологического режима определяют сомножители полезной мощности (для насоса – Q и p, для гидродвигателя – М и n), а затем с помощью характеристик машин – число параллельно или последовательно включенных машин, к.п.д. и потребляемую мощность; 3) Исходя из лимита потребляемой мощности и учитывая к.п.д. машины, определяют возможную полезную мощность и ее сомножители.
Основные технические показатели компрессоров Подача компрессора Расход газа на входе в компрессор и выходе из него различен не только по объему, что обусловлено сжатием перекачиваемого газа, но и по массе. Последнее объясняется: а) негерметичностью машины (внешние утечки и подсасывание воздуха из атмосферы через уплотнения вала); б) выпадением из поступающего газа различных жидкостей (влаги, газового конденсата); в) неполным отделением впрыскиваемой (для охлаждения, уплотнения зазоров, смазки) жидкости. Поэтому различают следующие величины: 1. Объемный расход газа на входе в компрессор Vв. Соответствующий массовый расход , где ρв – плотность газа на входе. 2. Массовая подача компрессора mк - массовый расход газа в контрольном сечении на выходе из компрессора. 3. Объемная подача сухого газа V0 – объемный расход на выходе, пересчитанный на условия 20 0С.
Мощность и к.п.д. компрессора Степень повышения давления – отношение давления выхода к давлению входа ; Внутренний адиабатический к.п.д. , где Nк – внутренняя мощность компрессора, Nад – адиабатическая мощность. Внутренний изотермический кпд , где Nиз – изотермическая мощность. Внутренний политропический к.п.д. , где Nпол – политропическая мощность. Приведенные формулы можно использовать: 1) при испытании действующего компрессора с целью построения графика его характеристики; 2) для определения потребной мощности проектируемой компрессорной установки. Мощность компрессора – сумма внутренней мощности и мощности механического трения (потери мощности в частях машины, изолированных от потока газа): N = Nк + Nм. Механический к.п.д. . Изотермический к.п.д. . Аналогичные определения – для адиабатического и политропного к.п.д. Мощность на валу компрессора Nв = N + Nвсп, где Nвсп – мощность вспомогательных механизмов (масляного насоса, вентилятора и др.)
Заключение Рассмотрена общая классификация проточных машин. Даны основные параметры машин. Динамические насосы Лекция 3
Введение Изучается устройство и принцип действия лопастных насосов. Даются основные рабочие органы. Способы разгрузки осевых усилий. Уплотнения. Типичные конструкции лопастных насосов. Рассматривается гидромеханика центробежного насоса. Схема проточной части, кинематика потока. Уравнение гидромашин (Эйлера).
Насос – это гидравлическая машина, в которой механическая энергия привода преобразуется в гидравлическую энергию жидкости. Насосы бывают динамические и объемные. К динамическим относятся лопастные и вихревые; к объемным – возвратно-поступательные (поршневые и плунжерные), роторные насосы (шестереночные, пластинчатые, винтовые, радиально и аксиально поршневые, и т.д.). Лопастные насосы делятся на центробежные, диагональные и осевые, водокольцевые.
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1639)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |