Принцип действия поршневого насоса.

Насос одностороннего действияработает следующим образом (рис. 13.8 а). Через трансмиссию 1 от двигателя вращение передается коренному валу с кривошипами 2, на которых смонтированы шатуны 3, соединенные с ползунами 4. Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение коренного вала в возвратно-поступательное ползуна 4, штока 5 и поршня 6. Поршень движется в цилиндре 7, в нижней части которого расположен всасывающий 10, а в верхней нагнетательный 8 клапаны. Полость всасывающего клапана через трубопровод соединена с приемным резервуаром, наполненным раствором, а нагнетательного — с напорной линией.

При движении поршня вправо в рабочей камере 9 создается разряжение (рис. 13.8, б), в результате которого возникает разница давления под и над клапаном, последний открывается и в камеру засасывается раствор. В этот период нагнетательный клапан закрыт под действием разности давлений над и под клапаном, так как в нагнетательном трубопроводе давление выше, чем в рабочей камере.

При ходе поршня влево и камере повышается давление, всасывающий клапан закрывается. Как только давление внутри камеры станет выше давления во всасывающем трубопроводе, нагнетательный клапан откроется, так как давление в камере будет выше давления в нагнетательном трубопроводе. Происходит выталкивание жидкости из камеры. Затем цикл повторяется.

Нетрудно заметить, что скорость поршня во время хода меняется от нуля в мертвой точке до максимума. Наибольшую скорость поршень имеет, когда кривошип перпендикулярен к шатуну. Поскольку нагнетание жидкости происходит за счет вытеснения ее из рабочей камеры поршнем, очевидно, количество жидкости, вытесняемой в единицу времени — подача насоса,— будет изменяться по тому же закону, что и скорость поршня, как показано на графике (рис. 13.8, в). Если обозначить ход поршня через S, его площадь через F, то объем жидкости V_ц, вытесненной из камеры при ходе влево,

V_ц= F S (13.2)

Идеальная подача одной камеры поршневого насоса (в м³/с)

Q^’_ни= V_цn/60, (13.3)

где n-число двойных ходов коренного вала в 1мин.

Рис 13.8. Схема работы поршневого

насоса одностороннего действия.

Рис 13.9. Схема работы поршневого насоса двухстороннего действия: а- схема движения поршня; б и в- диаграммы всасывания и подачи.

Для многопоршневого насоса одностороннего действия идеальная подача (в м³/с)

Q_ни=KFSn/60(13.4)

K- число камер насоса.

Площадь поршня (в м²)

F=

D- диаметр поршня, м.

Тогда

(13.5)

Насосом двухстороннего действия называется такой насос, в котором в каждом цилиндре имеются две рабочие камеры 5 и 8 (рис. 13.9) передняя 8, как у насоса одностороннего действия, и задняя 5, расположенная за поршнем 6. Объем этой камеры меньше, чем передней, так как в ней расположен шток 2 поршня, занимающий часть ее объема. Она также имеет всасывающий 1 и нагнетательный 4 клапаны, а шток 2 уплотнен сальником 3.

Если поршень движется вправо, то в левой (передней) полости создается разряжение, в результате которого всасывающий клапан 1 открывается и камера заполняется раствором, а из правой камеры (задней) жидкость в это время вытесняется в нагнетательный коллектор 7 движущимся поршнем 6. Всасывающий клапан 1 в ней закрыт, так как давление в этой камере выше, чем во всасывающем трубопроводе 9, а нагнетательный клапан 4 открыт. Очевидно, подача из задней камеры такого насоса будет меньше, чем насоса одностороннего действия:

(13.6)

где площадь сечения штока, м; d- диаметр штока, м.

Для многопоршневого насоса двухстороннего действия

или

(13.7)

Действительная подача насосавсегда меньше идеальной вследствие того, что происходят утечки через еще незакрытые клапаны, неплотности клапанов и поршней, в связи со сжимаемостью нагнетаемой жидкости, содержанием в ней газа, состоянием пар цилиндр — поршень, клапанов и т. д.

Фактическая подача может быть определена для каждого отдельного случая при конкретных условиях работы насоса по формуле

(13.8)

где Q_ни - идеальная подача с учетом фактического числа ходов поршней в 1 мин; - коэффициент объемной подачи.

Учитывая основные условия, влияющие на объемную подачу, можно вычислить коэффициент объемной подачи из выражения

(13.9)

где R_г—коэффициент, зависящий от конструктивного исполнения гидравлической части насоса, который выбирается в зависимости от диаметра поршня D:

—коэффициент сжимаемости жидкости, для воды = 47,5х10⁵ МПа^-1, для бурового раствора = 40*10 ^-5 МПа ^-1; ДГ — доля газа в жидкости до ее поступления к подпорному насосу или до входа в буровой насос (если отсутствует подпорный); р_н и р_п— абсолютное давление на выходе бурового и подпорного насосов, МПа; р₀— атмосферное давление, МПа.