Konstrukce pístových čerpadel a princip jejich činnosti – Průmysl, výroba.

Na obr. 1.2 je schéma jednočinného horizontálního pístového čerpadla. Skládá se z válce 6, pístu 2 těsně přiléhajícího ke stěnám válce a pohybujícího se recipročně a dvou regulačních ventilů – sacího 3 a výtlaku 5. Na dno tělesa je připojeno sací potrubí 4 s přijímacím sítem 1, které chrání čerpadlo před vniknutím cizích předmětů.

Při otáčení kliky 8 ve směru šipky od 0° do 180° se píst 2 pohybuje ve směru zvětšování objemu válce a vytváří řidší prostor. Sací ventil 3 se otevře a kapalina pod vlivem atmosférického tlaku proudí z bazénu do válce čerpadla sacím potrubím 4. Při pohybu pístu zpět z krajní pravé polohy doleva, což odpovídá otočení kliky od 180° do 360°, se sací ventil uzavře a výtlačný ventil 5 je vytlačen do výtlačného potrubí a otevře se výtlačné potrubí.

Činnost pístového čerpadla během jedné otáčky hlavního hřídele lze rozdělit na jeho složky: sací proces, při kterém kapalina stoupá ze spodní nádrže do válce čerpadla, a proces čerpání, při kterém je kapalina vytlačována z válce s energií dostatečnou k překonání všech typů odporu na výtlačné straně čerpadla.

U dvojčinných čerpadel pracují obě strany pístu. Válce takových čerpadel mají čtyři ventily (viz obr. 1.3, a). Při pohybu pístu doleva jsou sací 1 a výtlačný ventil 2 otevřeny. Sání probíhá ventilem 1 a kapalina je vytlačována do výtlačného potrubí ventilem 2. V tomto okamžiku jsou ventily 3 a 4 uzavřeny. Během zpětného zdvihu pístu vstupuje kapalina do válce ventilem 3 a kapalina je přiváděna do výtlačného potrubí ventilem 4. U uvažovaných čerpadel nastává sání a vstřikování kapaliny při každém zdvihu pístu.

Jednočinné tříválcové čerpadlo je jednotka tří jednočinných čerpadel spojených dohromady. Písty jednočinných tříválcových čerpadel jsou poháněny klikami nastavenými v úhlu 120°. Tato čerpadla mají společné sací a výtlačné potrubí.

Dvojčinná dvouválcová čerpadla jsou tvořena dvěma jednoválcovými dvojčinnými čerpadly napojenými na společné sací a výtlačné potrubí.

U membránového čerpadla, jehož schéma hydraulické části je na obr. 1.3, b, je sání a čerpání dosaženo změnou tvaru membrány. Jedná se o klasické jednočinné čerpadlo, ve kterém je čerpaná abrazivní kapalina 1 oddělena pružnou membránou 2 (pogumovaná nylonová tkanina) od pracovní kapaliny 3.

1.3 Výhody a nevýhody pístových čerpadel

Pístová čerpadla jsou vhodná pro čerpání pouze čistých kapalin, což se vysvětluje přítomností ventilů v konstrukci pístového čerpadla. Přítomnost nečistot v čerpané kapalině může vést k poruše ventilů čerpadla. Při vratném pohybu vznikají velké setrvačné síly, proto je průměrná rychlost pístu omezena na 0,5-1 m/s. Pístová čerpadla zajišťují přerušovaný přívod kapaliny. Ve srovnání s odstředivými čerpadly mají větší rozměry, což se vysvětluje složitostí jejich konstrukce, zatímco pístová čerpadla jsou schopna poskytovat vyšší tlaky. Jejich přívod není závislý na tlaku, což umožňuje jejich použití jako dávkovací čerpadla. Účinnost pístových čerpadel je vyšší než účinnost odstředivých čerpadel.

Mezi výhody pístových čerpadel tedy patří:

— nezávislost krmiva na tlaku

— potíže s regulací krmiva

– citlivost na mechanické nečistoty

– přerušovaný přívod pracovní kapaliny

Vrtací pístová čerpadla se používají k proplachování při vrtání strukturálních průzkumných, ropných a plynových vrtů. Vrtací čerpadla dodávají vrtnou kapalinu přes vrtnou kolonu na dno vrtu, aby odstranily horninu rozbitou korunkou. V případě turbínového vrtání, kromě čištění spodního otvoru, přenáší pohybující se vrtná kapalina energii do turbovrtačky, která otáčí korunkou.

Nejpoužívanějším typem čerpadla při vrtání je dvojčinné, dvouválcové pístové čerpadlo. Stále častěji se však používají tříválcová pístová čerpadla.

Vrtací pístová čerpadla jsou oproti pístovým čerpadlům pracujícím v určitých režimech a čerpající newtonské kapaliny se specifickými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi (voda, olej atd.) ve ztížených podmínkách.

S rostoucí hloubkou studny se zvyšuje tlak ve výtlačném potrubí čerpadla. Vrtací čerpadlo má čerpat viskózní plastické kapaliny – jílové roztoky o hustotě 1 až 2,2 g/cm3, proudící i netekoucí a s různým stupněm nasycení plynem.

Znalost míry vlivu uvedených faktorů na hydraulický výkon vrtných pístových čerpadel je důležitá z vědeckého i praktického hlediska.

V současnosti se mezi nejdůležitější vědecká a technická témata v ropném průmyslu počítá s rozvojem problematiky technologie vrtání vrtů do hloubky 7–10 tisíc metrů. Je známo, že s rostoucí hloubkou vrtané studny se zvyšuje tlak na výtlaku čerpadla. V tomto ohledu vznikají vrtná pístová čerpadla, která jsou schopna vyvinout vysoké tlaky.

Podívejme se podrobně na konstrukci pístového čerpadla na příkladu pístového vrtacího čerpadla UNB-600 (U8-6M).

Celkový pohled na čerpadlo

2.1 Celkový pohled na čerpadlo UNB-600 (1) Obr.

1 – rám; 2 – hřídel převodovky; 3 – klikový mechanismus; 4 – systém mazání tyče

2.2 Celkový pohled na čerpadlo UNB-600 (2) Obr.

1 – pneumatický kompenzátor; 2 – pojistný ventil; 3 – hydraulický blok; 4 – rám; 5 – ohřívač

2.2 Technické údaje UNB-600

Zdvih pístu, mm	400
Průměr pístu, mm	170
Maximální počet dvojitých zdvihů za minutu	66
Výstupní tlak, MN/m²	13,9
Teoretický průtok, dm³/s	35,5
Výkon pohonu, kW	585
Hydraulický výkon, kW	497
Hmotnost, kg	27020 s kladkou
Hmotnost na jednotku výkonu pohonu, kg/kW	46
Průměr sacího otvoru, mm	275
Průměr vypouštěcího otvoru, mm	109
Počet válců	2
Typ pístu	Pogumovaný kotouč
Ventily	Kuželovitý kotouč
Počet ventilů	8
Průměr vrtání sedla ventilu, mm	145
Průměr tyče, mm	80
Typ převodu hnacího hřídele	Vroubkované se šikmým zubem (φ = 9°22´)
Převodový poměr ozubeného převodu	4,92
Vypočítaný průměr hnací řemenice, mm	1400
Počet klínových řemenů typu D	18
Rychlost otáčení hnacího hřídele, ot./min	325
Rozměry, mm:
– délka	5000
– šířka	2770
– výška	3235

2.3 Konstrukce UNB-600

Vrtací čerpadlo UNB-600 je horizontální, pístové, dvouválcové, dvojčinné a skládá se z hydraulické a hnací části namontované na společném rámu.

2.3.1 Hydraulická část čerpadla UNB-600

Hydraulická část čerpadla UNB-600 se skládá z následujících hlavních jednotek: dvou litinových hydraulických skříní, vzájemně spojených ve spodní části úložnou skříní a nahoře blokovou skříní pneumatického kompenzátoru.

Na přijímací skříni je instalována krytka sání vzduchu. Sací skříň čerpadla spojuje sací potrubí se sacími ventily (obr. 2.3, 2.4 a 2.5).

Rýže. 2.3 Sestava ventilu čerpadla UNB-600:

1 — pouzdro; 2 – pružina; 3 – ventilová deska; 4 – montáž sedla

Obr. 2.4 Smontované sedlo čerpadla UNB-600:

1 – těsnění ventilu; 2 – pružinový kroužek; 3 – kroužek; 4 – vnější kroužek; 5 – sedlo; 6 – průvodce; 7 – průchodka

Obr. 2.5 Deska ventilu čerpadla UNB-600

Uvnitř hydraulických skříní jsou instalována vyměnitelná válcová pouzdra (obr. 2.6, 2.7); jejich vnitřní průměr se volí v závislosti na požadovaném tlaku a průtoku čerpadla. Vnější rozměry všech pouzder jsou stejné. Pro zvýšení životnosti pouzder je jejich vnitřní povrch podroben tepelnému zpracování. Utěsnění vložek válců čerpadla UNB-600 (obr. 2.6) se provádí instalací dvou kombinovaných těsnění 1 mezi přírubu vložek válců 4 a misku 2, oddělených ocelovým kroužkem 3. Kroužek má drážky s otvory podél vnějšího a vnitřního průměru. Pokud se těsnění opotřebuje, roztok by měl vytékat speciálním otvorem A v hydraulické skříni, což bude signálem o poruše těsnění vložky válce.

Vložky válců jsou zajištěny pomocí misky 5 a krytu 7 utažením matic 8.

Obr. 2.6 Těsnění vložek válců čerpadla UNB-600

Víko válce 7 je utěsněno pomocí samotěsnících manžet 6 a 9. Utažení těsnění 2 vložky válce se provádí pomocí šroubu 10.

Obr. 2.7 Objímka válce čerpadla UNB-600

Písty se pohybují ve vložkách válců (obr. 2.8). Píst 13 (viz obr. 2.6) se skládá z jádra s kónickým vývrtem a dvěma pryžovými těsněními k němu navulkanizovanými. Píst je namontován na kuželovém dříku tyče 14 a je k němu připevněn pomocí matice 12 a pojistné matice 11.

2.8 Píst P 170-7 (GOST 11267-65) čerpadla UNB-600 Obr.

1 – jádro; 2 – těsnění

Tyč (obr. 2.9) je spojena s nástavcem tyče (obr. 2.10), jehož závitový konec je zašroubován do těla jezdce. Když se excentrický hřídel čerpadla UNB-600 otáčí přes ojnice, šoupátka a pístnice, písty dostávají vratný pohyb.

Pro zvýšení odolnosti tyčí proti opotřebení je jejich pracovní plocha kalena na vysokou tvrdost.

2.9 Pístnice čerpadla UNB-600 Obr

Obr. 2.10 Tyč oběžného kola čerpadla UNB-600

Těsnění (obr. 2.11, 2.12) se skládá z pouzdra 4, vodícího pouzdra 6, přítlačného pryžového kroužku 5, čtyř těsnících pryžových kroužků 5, přítlačného kroužku 11 a druhého vodícího pouzdra.

Obr. 2.11 Těsnění tyče čerpadla UNB-600

Vodicí pouzdra a opěrný kroužek jsou vyrobeny z kaprolitu. Přítlačný kroužek 11 je tlačen pomocí objímky 7 přes přírubu 9.

Obr. 2.12 Sada těsnění pro tyč čerpadla UNB-600

1 – průchodka; 2 – přítlačný kroužek; 3 – manžeta těsnění tyče; 4- opěrný kroužek

Těsnění je utaženo, když čerpadlo neběží, pomocí matic 10 a svorníků 8.

Pro zvýšení životnosti těsnění tyče jsou tyče mazány a chlazeny tekutým olejem. Olej k tyčím dodává čerpadlo G11-22. Čerpadlo je poháněno převodovým hřídelem.

Obr. 2.13 Těsnění jezdce

Spojení mezi hydraulickou skříní a skříní 4 je utěsněno pomocí samotěsnící manžety 1 a pryžového kroužku 2.

Aby se jílový roztok nedostal do pohonné části čerpadla, bylo vytvořeno speciální těsnicí zařízení (obr. 2.13). Hliněný roztok lze do pohonné části zavést pomocí tyčového nástavce, proto je označené těsnění ucpávkového typu. Manžety 1, umístěné v tělese 2 ucpávky, jsou přitlačeny přírubou 3. Manžety stlačují prodloužení tyče a neumožňují zavádění jílového roztoku do hnací části. Příruba 3 je stlačena, když se čerpadlo zastaví. Utažení se provádí, aby se zabránilo vniknutí jílového roztoku; nadměrné utahování není nutné, protože to způsobí předčasné selhání manžet.

Informace o práci “Návrh pístového čerpadla UNB-600”

Sekce: Průmysl, výroba
Počet znaků s mezerami: 45723
Počet stolů: 5
Počet obrázků: 22