Файл: Методические указания для студентовзаочников составлены согласно программе дисциплины "Гидромашины и компрессоры" для высших учебных заведений по специальности 17. 02. 00.pdf

18
Принципиальные схемы гидропривода с замкнутой и разомкнутой циркуляцией, с дроссельным и объемным регулированием. Гидроаппараты объемного гидропривода. Применение объемного гидропривода в буровом оборудовании.
Литература: [1, с. 169-180], [3, с. 358-400].
Методические указания.
Гидроприводом называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством гидравлической энергии, т.е. энергии капельной жидкости. Гидропривод бывает магистральный, аккумуляторный и насосный. В буровом и нефтепромысловом оборудовании, в основном, применяется последний, поэтому на него и следует сосредоточить внимание. Так как источником подачи рабочей жидкости в этом приводе является насос, а исполнительным двигателем служит гидроцилиндр или гидромотор, то всестороннее знание их безусловно необходимо. Кроме этого, знакомясь с гидроприводами, нужно изучить так же гидроаппараты, гидропреобразователи, кондиционеры рабочей жидкости и гидроемкости, которые являются составными частями гидропередачи в целом.
После знакомства с устройством перечисленного оборудования следует выучить их условные обозначения на гидросхемах, а затем приступить к разбору типовых схем, обращая внимание на те, которые находят или могли бы найти применение в буровом оборудовании.
Контрольные вопросы.
1. Что входит в состав насосного объемного гидропривода? 2. В чем заключаются преимущества гидравлического привода в сравнении с иными известными приводами? 3. Каковы недостатки гидропривода?
4. Какое назначение гидравлических направляющих распределителей?
5. Чем определяется линейность и позиционность распределителей.
6. Какие виды управления применяются в распределителях? 7. Каково назначение предохранительного, обратного, переливного, редукционного клапанов? 8. Для чего служат делители и сумматоры потока? 9. Что такое гидравлический дроссель и для чего он применяется? 10. Для чего служит гидравлический замок? 11. Где по схеме и в каких случаях лучше устанавливать фильтры механической очистки жидкости? 12. В каких случаях применяется замкнутая и разомкнутая системы циркуляции жидкости? 13. В чем заключается сущность дроссельного и объемного регулирования гидропривода? 14. Где в буровом и нефтегазопромысловом оборудовании применяется и может быть применен гидропривод?

19
2. КОМПРЕССОРЫ
2.1. Основные технические показатели и виды компрессоров
Программа.
Объемный и массовый расход газа (воздуха). Производительность компрессоров. Расчетные выражения удельной работы, полезной мощности и внутреннего к.п.д. компрессора в различных термодинамических процессах сжатия газа. Мощность компрессора. Виды компрессоров.
Литература: [1, с. 181-186], [2, с. 183-185], [6, с. 175-178]
Методические указания.
Изучая эту тему, все время необходимо помнить, что компрессорные машины перекачивают газ, который при сжатии существенно уменьшается в объеме и может изменять свою массу.
Рассматривать показатели компрессорных машин можно по аналогии с техническими показателями насосов, но лишь с разницей, что работа изменения давления определяется не по разности конечного и начального давления, а интегралом. При этом следует выявить всю сложность процесса сжатия, заключающуюся в наличии теплообмена газа с окружающими поверхностями и изменчивости состояния газа в различных частях потока.
Процесс сжатия газа в действительности можно несколько схематизировать, принять его происходящим: по политропе, адиабате, изотерме. Анализируя эти три процесса, нужно выявить наиболее экономичный процесс, к которому следует стремиться, и наиболее неэкономичный, которого необходимо избегать.
Контрольные вопросы.
1. Чем отличается массовая подача компрессора от массового расхода газа (воздуха) на входе? 2. Что такое объемная
(стандартная) подача сухого газа 3. Как математически описывается уравнение состояния идеального газа Клайперона? 4. Чем отличается адиабатический процесс сжатия от изотермического? 5. По какому процессу происходит сжатие в компрессоре при реальных условиях?
6. Какое различие между показателями: мощность компрессора и мощность на валу компрессора?

20

2.2. Поршневые компрессоры (ПК)
Программа.
Классификация. Типы ПК и характерные схемы. Рабочие органы кривошипного компрессора. Разновидности компрессоров, применяемых при бурении и освоении скважин. Установки свободно-поршневых дизель- компрессоров.
Литература: [1, с.212-229], [2, с.204-206; 225-236], [6, с.19б-209].
Методические указания.
В начале изучения данной темы необходимо прежде всего понять принцип действия поршневых компрессоров и лишь после этого переходить к их классификации по типам, схемам и другим конструктивным признакам. Далее надо выделить из всего разнообразия компрессоров конструкции, получившие наиболее широкое распространение при бурении нефтяных и газовых скважин на промыслах, и на их основе изучить особенности выполнения основных узлов и деталей.
Контрольные вопросы.
1. В чем сходство и различие поршневого кривошипного насоса и поршневого компрессора? 2. Чем определяется тип компрессора? 3. Какие типы компрессоров находят применение при бурении скважин? 4. Какие схемы поршневых компрессоров наиболее распространены при бурении скважин? 5. В чем заключаются преимущества и недостатки СПДК? б. Что такое оппозитивный компрессор? 7. Перечислите разновидности клапанов поршневых компрессоров. 8. Из каких элементов состоят сальниковые уплотнения поршневых компрессоров?
2.3. Теория действия поршневых компрессоров
Программа.
Одноступенчатое сжатие. Рабочий процесс в цилиндре компрессора.
Методы расчета объемного расхода на входе и производительности компрессора.
Расчет мощности одноступенчатого компрессора.
Ступенчатое сжатие в ПК. Назначение и схема ступенчатого сжатия.
Номинальное распределение давлений по ступеням. Мощность компрессора при ступенчатом сжатии. Влияние изменения начального и конечного давления на работу компрессора.

21
Литература: [1, с. 229-250], [2, с. 207-225], [6, с. 178-196], [8, с. 10-
-32].
Методические указания.
Если чередование этапов рабочего процесса в поршневом компрессоре такое же, как и в поршневом насосе, то состояние сжимаемой поршнем среды в этих машинах различное. Газ при сжатии существенно меняет свой объем и температуру, поэтому на эти особенности следует за- острить внимание. Если подробно разобраться с теоретической
(схематизированной) индикаторной диаграммой, а затем - с действительной, то все последующие вопросы, связанные с определением параметров, не будут представлять трудности. Особо следует обратить внимание на понятие "вредный объем", его существенное влияние на величину подачи компрессоров, использование газа "вредного объема" для регулирования подачи и для привода компрессоров со свободно плавающими поршнями (СПДК).
Необходимость ступенчатого сжатия возникает сама собой, после полного представления о конечной допустимой температуре и ограничивающей величине "мертвого " (вредного) пространства на увеличение степени сжатия в одной ступени. При изучении этих вопросов нужно уметь доказать необходимость ступенчатого сжатия, его экономическую целесообразность, научиться определять распределение давлений по ступеням.
Контрольные вопросы.
1. Что такое "мертвое" пространство, чем и как определятся его величина? 2. Что такое коэффициент объемного расхода газа на выходе?
3. Какие факторы влияют на изменение состояния газа на пути до входа в цилиндр компрессора? 4. Какие коэффициенты учитывают изменение состояния газа на пути входа в цилиндр? 5. Какой экономический эффект получается в многоступенчатом процессе сжатия при наличии промежуточных холодильников? 6. Как определяется конечная температура сжатия в одной ступени? 7. Как находится степень повышения давления в многоступенчатом компрессоре?
2.4. Роторные компрессоры
Программа.
Общие сведения. Устройство и принцип действия компрессоров основных типов. Особенности винтовых компрессоров сухого и мокрого сжатия. Характеристика винтового компрессора.

22
Винтовые насос-компрессоры, применяемые в буровых установках.
Литература: [1, с. 250-256], [2, с. 266-274]
Методические указания.
При изучении роторных компрессоров следует обратить внимание на их достоинства и возможные области применения. Устройство и принцип действия этих компрессоров очень схожи с аналогичными типами насосов.
Из всего разнообразия роторных компрессоров нужно выделить винтовые, получающие в последнее время широкое распространение, разобрать их подробно, согласно вопросам программы.
Контрольные вопросы.
1. На какие группы подразделяются роторные компрессоры? 2. Чем конструктивно отличается пластинчатый компрессор от пластинчатого насоса? 3. Каковы достоинства жидкостно-кольцевого компрессора? 4. Для каких целей устанавливается зазор между роторами в коловратных комп- рессорах? 5. Как осуществляется синхронизация вращения роторов в коловратных компрессорах? 6. В чем конструктивное отличие винтовых компрессоров от винтовых насосов? 7. Чем отличаются винтовые компрессоры сухого сжатия от компрессоров мокрого сжатия? 8. Как определяется рабочий объем винтового компрессора?
2.5. Применение компрессоров
Программа.
Функции и область применения компрессоров различных типов.
Выбор компрессора с учетом технологических, экономических и экологических требований. Методы регулирования компрессоров.
Основные сведения об эксплуатации. Меры по охране труда и окружающей среды.
Литература: [1, с. 266-286], [2, с. 236-242: 252-259], [6, с. 218-224].
Методические указания.
Данная тема является завершающей в изучении раздела "Компрессоры" и опирается в своем раскрытии на знания вышеизложенной тематики. Необходимо разобрать те процессы промышленности, где используются компрессорные машины, выделив из них производственные процессы, связанные с бурением нефтяных и газовых скважин.

23
При изучении этой темы надо обратить внимание на методику выбора компрессора для конкретных условий, методы регулирования компрессоров и правила их эксплуатации. Важно ознакомиться с основами автоматизации компрессорных машин.
Контрольные вопросы.
1. Какие исходные данные служат для выбора компрессора?
2. По сумме каких видов затрат средств производится сравнительная оценка при выборе компрессора? 3. Какие существуют методы регулирования компрессоров? 4. Какой из методов регулирования поршневых компрессоров наиболее распространен?
5. Как регулируются роторные компрессоры? 6. Какие работы необходимо провести перед пуском поршневого компрессора? 7. Как производить загрузку многоступенчатого центробежного компрессора?
8. Каковы тенденции и перспективы развития компрессоров при бурении скважины? При эксплуатации нефтегазовых месторождений? При сборе и подготовке газа?
3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Контрольная работа № 1
Задание 1. Центробежный насос, характеристика которого дана в табл. 3.1.1 откачивает воду из артезианской скважины в резервуар, в котором поддерживается постоянный уровень Н (рис.3.1,а). Длины трубопроводов: всасывающего – l
1
, нагнетательного – l
2
; диаметры соответственно – d
1
и d
2
При работе с постоянным числом оборотов n определить:
1. Глубину h , на которой установится уровень воды в скважине, если ее дебит составляет Q ?
2. Наименьшее число оборотов насоса, которое обеспечит от- сутствие переполнения скважины при заданном дебите.
При расчетах принять коэффициенты гидравлического трения и суммарные коэффициенты местных сопротивлений для всасывающего и нагнетательного трубопроводов равными соответственно: λ
1
=
0,02 и λ
2
= 0,025; ∑ξ
1
= 4 и ∑ξ
2
= 6.
Данные для решения задачи выбрать па таблице 3.1.2.

24
Таблица 3.1.1.
Q, л/с
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Н, м 22 20,5 20,6 20,2 21,5 20 18 15 11
Таблица 3.1.2.
Вариант
Н, м
Q, л/с
l
1, м
l
2, м
d
1,
мм
d
2
,мм n,об/мин
0 12 6 10 10 75 50 1450 1 10 8 8 12 100 75 1450 2 8 10 6 16 100 75 950 3 16 4 10 12 75 50 950 4 14 6 8 14 75 50 750 5 12 8 6 20 100 75 750 6 10 14 8 18 150 100 1950 7 8 12 10 16 150 100 2950 8 6 10 12 14 100 75 1450 9 12 8 20 10 100 75 750
L
2
,d
2
L
1
,d
1
Н
L,d
h
300
Рис. 3.1.
а
б
320

25
Задание2. Центробежная установка (рис.3.1, б ), состоящая из двух одинаковых насосов, характеристика каждого из которых дана в табл.3.2.1. забирая воду из водоема с относительной отметкой уровня +300 м питает резервуар с отметкой +320 м. Длина напорного трубопровода l , а его диа- метр d. В случае переполнения резервуара установка работает на аварийный водопровод (автоматически закрывается задвижка 1 и открывается задвижка 2) и должна обеспечить расход Q
А
при напоре на станции Н
А
При расчетах принять коэффициент гидравлического трения λ = 0,02, а местные потери и общие потери во всасывающих и соединительных трубах принять равным 10% от потерь по длине в нагнетательном трубопроводе. Частота вращения вала насоса n, об/мин.
Требуется:
1. Сделать трубопроводную обвязку насосной станции на случай последовательной работы насосов и каждого из них самостоятельно на напорный трубопровод.
2. Построить характеристику мощности насоса
3. Определить подачу насосной станции при параллельной и последовательной совместной работа насосов на резервуар при заданной частоте вращения вала.
4.Сравнить какое соединение насосов - параллельное или пос- ледовательное - выгоднее при работе с заданным числом оборотов на резервуар?
5. Выяснить, сможет ли один насос при заданном числе оборотов вала удовлетворить требованиям работы на аварийный водопровод и если нет, то как должны работать насосы в этом случае - параллельно или последовательно?
6. Какое должно быть число оборотов вала насоса, чтобы он один удовлетворил требованиям работы на аварийный трубопровод?
Данные для решения задачи выбрать по табл. 3.2.2.
Таблица 3.2.1
Характеристика насоса
Q, л/с 0 2
4 6
8 10
Н, м
37,5 39 36 29 30 10
η,
%
0 55 63 68 64 49
N, кВт

26
Таблица 3.2.2.
Вариант
l, м
d, мм
Q
А
, л/с
Н
А
, м
n , об/мин
0 2200 150 8 35 1600 1
2000 150 7 40 1600 2
1500 100 6 50 1450 3
1200 130 10 30 750 4
1000 50 16 10 2950 5
1200 50 14 20 2950 6
1500 75 12 30 750 7
1800 75 10 20 950 8
1600 100 8 40 1450 9
1000 50 8 36 2950
Задание 3 [9]. Объемный насос подает смазочное масло имеющее относительную плотность δ = 0,8 и кинематическую вязкость ν к подшипникам коленчатого вала по системе трубок, состоящей из пяти одинаковых участков, каждый из которых длиной l
1
= 0,5 м и диаметром
d
1
. Магистральный маслопровод в системе трубок имеет длину 2 м и диаметр d (рис.3.2, а ) .
Давление на выходе из трубок в подшипники считать одинаковыми и равными 0,1 МПа. Местными потерями и скоростными напорами пренебречь. Каждый из подшипников должен получать смазочного масла не менее Q
n
Определить: 1. Подачу объемного насоса.
2. Давление, развиваемое насосом, приняв его характеристику в координатах Q - Н
Н
вертикальной прямой.
3. Мощность на валу насоса, если его к.п.д. равен 0,8.
Данные для решения задачи представлены в табл.3.3
Таблица 3.3.
Вариант
v , сСт
d
1
, мм
d , мм
Q
n
, см
3
/с
0 6 4 4 8 1 8 4 6 10 2 10 6 6 16 3 12 6 8 20 4 14 8 10 22 5 16 8 10 24 6 18 10 12 30 7 20 10 12 32 8 22 10 12 36 9 8 4 6 12