Проектирование аксиально-поршневого насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время трубопроводный транспорт жидких и газообразных углеводородов занимает одно из ведущих направлений в интенсивно развивающемся топливно-энергетическом комплексе страны. Общая протяженность магистральных, промысловых и распределительных трубопроводов в России составляет более 1 млн. км. Эксплуатация столь протяженных сооружений в чрезвычайно сложных природно-климатических условиях, с возможными серьезными последствиями в случае аварийных ситуаций обусловливает отнесение данных объектов к техногенно-опасным системам. Поэтому к трубопроводам предъявляются высокие требования по обеспечению надежности и безопасности их функционирования. В первую очередь это относится к трубам, которые являются одним из основных рабочих элементов трубопроводной системы.

На всех этапах производства труб основное внимание уделяется повышению их эксплуатационных характеристик для обеспечения гарантированной надежности при перекачке рабочих продуктов. В настоящее время начинается новый этап интенсивного проектирования и сооружения магистральных газонефтепроводов с повышенными рабочими параметрами эксплуатации. Сооружен уникальный переход газопровода диаметром 600 мм по дну Черного моря на рабочее давление 25 МПа. Проектируются морские трубопроводы по дну Балтийского и Северного морей диаметром 1067 и 1220 мм на рабочее давление 17 и 22 МПа соответственно. Намечается строительство сухопутных газопроводов диаметром 720--1420 мм на давление от 14 до 17 МПа.

Для решения задач, связанных с организацией производства сварных высокопрочных труб на рабочее давление до 25 МПа, началась интенсивная работа на металлургических и трубных предприятиях по модернизации оборудования, совершенствованию и созданию новых технологических процессов.

На Челябинском трубопрокатном заводе проведена реконструкция станов 530--820 и 1020--1220. Внедрены новая конструкция гидромеханического эспандера, современная система неразрушающего контроля, новое сварочное оборудование с автомеханическим регулированием режимов сварки с трех- и четырехдуговыми сварочными головками, используется новый керамический флюс. Сегодня ЧТПЗ может изготавливать прямошовные трубы диаметром 530--1220 мм со стенкой толщиной до 22 мм из трубных сталей класса прочности К65.

При изготовлении газонефтепроводные сварные трубы большого диаметра проходят испытания внутренним гидравлическим давлением в целях контроля их прочности и герметичности. Методики испытаний трубопроводов постоянно совершенствуются главным образом за счет повышения испытательного давления.

На металлургических и трубных предприятиях идет процесс освоения изготовления трубных сталей нового поколения и газонефтепроводных прямо- и спиральношовных труб диаметром до 1420 мм, со стенкой толщиной до 40 мм и более. Ведутся интенсивные исследования по выпуску труб повышенного качества, позволяющие максимально исключать аварийность при эксплуатации сверхмощных магистральных сетей. На заводах предстоит решить целый ряд научно-технических проблем по гарантированному обеспечению надежности и безопасности сварных высокопрочных толстостенных труб для сооружения магистральных трубопроводов на сверхвысокие рабочие давления до 25 МПа и при температуре эксплуатации до - 60 С.

1. ОБЪЕКТ РАЗРАБОТКИ

1.1 Описание гидропривода

Пресс для гидравлического испытания стальных труб диаметром 508…820 мм длиной 12 м.

Пресс для гидравлического испытания труб диаметром 508...820 мм давлением до 50 МПА является изделием единичного производства, разового изготовления. Пресс применяется на участке отделки стана 503...820 ТЗСЦ В ОАО «ЧТПЗ».

Техническая характеристика

1. Номинальное осевое усилие пресса, МН(тс) 10(1000)

2. Наружный диаметр испытываемых труб, мм 503...820

3. Толщина стенки испытываемых труб, мм 7..22

4. Длина испытываемых труб, м 10,5…12

5. Давление предварительного уплотнения трубы, МПа 2

6. Давление испытания, МПа 10...50

7. Время выдержки под давлением, сек 6...10

8. Давление масляного гидропривода, МПа 20

9. Производительность, шт/час 25

10. Объем масла заливаемого в систему гидропривода, 15

11. Расход воды для охлаждения гидропривода, /час 14

12. Расход воды (эмульсии) для заполнения и испытания труб, /час 400

13. Установленная мощность, кВт 670

14. Масса поставляемого комплекта узлов, Т 140, 3

1.2 Работа пресса и его составных частей

Труба с цехового рольганга снимается подъемной тележкой, ложементами для трубы, и перемещает трубу на рольганг выравнивания. Тележка опускается и развращается в исходное положение.

Механизм выравнивания выравнивает торец трубы относительно торца инструмента левой головки, с зазором 50 мм.

Механизм загрузки поднимается, снимает трубу с рольганга выравнивания и перемещает ее на ось пресса, где, опускаясь, укладывает трубу на люнеты и в нижнем положении возвращается в исходное положение.

Силовые головки, надвигаются на трубу до замыкания опорного кольца инструмента в торец трубы. Труба предварительно уплотняется подачей давления от преобразователя под манжету. Труба заполняется рабочей жидкостью, закрываются: клапан наполнения, запорные, воздухоспускной, опускается защита и начинается подъем давления до исытательного. При испытательном давлении труба додерживается 5...10 секунд и обстукивается молоточками. Далее происходит сброс давления до 0, открываются клапаны, поднимается защита и силовые головки расходятся, освобождая трубу.

Механизм загрузки выгрузки поднимается, снимая испытанную и выровненную трубы с роликов, и перемещает одну на позицию дренажного подъемника, а другую на ось пресса (позицию испытания). Механизм опускается и возвращается в исходное положение.

Дренажный подъемник подымает трубу в наклонное положение, остатки воды сливаются и подъемник опускается.

После испытания второе трубы механизм загрузки выгрузки перемещает уже три трубы: одну трубу с позиции дренажного подъемника на цеховые ложемента, а две других как ранее описано выше.

1.3 Описание прототипа насоса

Аналог проектируемого насоса - насос аксиально-поршневой с наклонным диском.

Основные параметры насоса сведены в таблицу 1.

Таблица 1

1.4 Перспективы развития аксиально-поршневых гидромашин

Общие тенденции и задачи дальнейшего совершенствования аксиально-поршневых гидромашин при проектировании вытекают из следующих направлений:

§ Увеличения концентрации мощности в единичном агрегате за счет повышения величины рабочего давления.

§ Увеличения срока службы гидромашин, в том числе повышения, допустимой пpoдoлжитeльнocти работы при высоких нагрузках.

§ Повышения КПД во всем диапазоне изменения рабочих параметров (давление, подача).

§ Расширение типоразмерных рядов регулируемых насосов в сторону малых значений рабочих объемов и увеличение номенклатуры механизмов управления их рабочими параметрами; расширения диапазона частоты вращения.

§ Расширение диапазона рабочих объемов аксиально-поршневых гидромашин до 1000 см3.

§ Увеличение ресурса гидромашин, снижение их металлоемкости и уровня шума, создаваемого при работе.

§ Повышение ресурса и обеспечение металлоемкости. При оценке и выборе гидромашин потребители придают большое значение показателю долговечности. При этом стационарное оборудование имеет больший ресурс, чем мобильные машины. Стремление к повышению ресурса и обеспечение металлоемкости требуют универсального решения, поскольку уменьшение габаритно-массовых показателей гидромашин накладывает ограничение на несущую способность основных элементов конструкции. Применительно к приводам стационарных машин показатели удельной металлоемкости играют меньшую роль, чем увеличение ресурса, а в приводах мобильных машин важность габаритно-массовых показателей и показателя ресурса однозначны.

§ Снижение энергетических затрат связано с повышением КПД гидрооборудования. Совершенствование аналитических средств проектирования, технологии производства и материаловедения позволяет достичь повышенных значений КПД гидромашин. Предполагается, что вряд ли следует ожидать существенного изменения этих значений в будущем, но проблема повышения КПД гидромашнн при изменении подачи и давления существует и актуальность ее будет возрастать по мере роста удельного веса приводов с объемным регулированием для получения малых значений рабочих скоростей, наиболее соответствующих особенностям технологических режимов, гарантирующих достижение, например, высокого качества обработки на станке с гидроприводом.

§ Актуальны проблема снижения, шума насосов и возможность использования их на негорючих и трудновоспламеняющихся жидкостях. Это имеет важное значение в техническом и социальном отношениях, так как связано с обеспечением безопасности обслуживающего персонала. Кроме того, снижение шума косвенно свидетельствует о более спокойном характере работы насоса. Применение негорючих жидкостей может стать задачей первостепенной важности. Ряд зарубежных фирм рекламирует возможность работы гидромашин на достаточно широкой номенклатуре негорючих и трудновоспламеняющихся жидкостей, что достигается подбором соответствующих материалов пар трения элементов конструкции. Наибольшее влияние на уровень шума гидравлических насосов оказывают конструкции распределительного узла и корпусных деталей.

Необходимо учитывать и другие параметры: высокие энергетические показатели, надежность и долговечность, небольшую стоимость и низкие эксплуатационные затраты.

При современном уровне развития дальнейшее совершенствованне аксиально-поршневых гидромашип будет происходить в направлении уменьшения величины и стабилизации характера механических и объемных потерь. К основным узлам, которые будут изменяться, относятся распределительный узел рабочей жидкости, поршневая группа, механизм преобразовании движения поршней.

2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ НАСОСА

Аксиально-поршневые гидромашины являются преобразователями энергии, в которых поршни расположены в блоке цилиндров аксиально, т.е. параллельно оси приводного вала. Они получили широкое распространение в машиностроении, обладают высокими характеристиками по массе и габаритным размерам, отличаются высокой компактностью и малыми значениями мощности и имеют очень малую величину момента инерции вращающихся масс.

Аксиально-поршневой насос конструируются на основе кинематических схем пространственных механизмов, преобразующих вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршней в направлении, параллельном линии этого вала. Схема такого насоса показана на рис. 1.

Рис. 1

Здесь блок цилиндров 1, в котором находится несколько поршней 2, вращается вместе с валом 4. Поршни постоянно прижимаются с помощью специальных пружин или давления жидкости к неподвижному упорному диску 3, установленному наклонно к валу.

При вращении блока поршни движутся возвратно-поступательно. В результате этого каждый поршень течении некоторого периода замещает внутреннее пространство цилиндра и вытесняет находящуюся в нем жидкость. Этот период называется циклом нагнетания. В течении следующего периода поршень освобождает некоторое пространство внутри цилиндра, и оно заполняется жидкостью. Этот период называется циклом всасывания. Для протекания жидкости цилиндры имеют специальные отверстия 5 круглой или овальной формы.

Величина полного хода поршня от крайнего внешнего до крайнего внутреннего положения зависит от делительной окружности , на которой располагаются центры образующих окружности у цилиндров, и от угла наклона упорного диска.

Объем жидкости, вытесняемый одним поршнем за цикл нагнетания, равен:

[1]

пресс аксиальный поршневой гидромашина

где d - диаметр поршня. Объем жидкости, поступающей в каждый из цилиндров за цикл всасывания, также равен . Для подключения к гидравлической линии насос имеет два патрубка: напорный и всасывающий. Чтобы жидкость при вращении блока могла поступать в нужные моменты времени в цилиндры и протекать из всасывающего патрубка в напорный, в насосе имеется специальное устройство - распределитель. На рис. 2 приведена одна из конструкций распределителя - распределительный диск.

Распределительный диск имеет два С- образных окна 1 и 3, разделенных перемычками 2. Диаметр средней окружности этих окон равен диаметру, на котором расположены отверстия для прохода жидкости в цилиндры. Ширина перемычек выполняется такой, чтобы эти отверстия надежно перекрывались в моменты, когда поршень переходит от одного цикла к другому. Плоскостью А распределительный диск прижимается к зеркалу блока цилиндров, противоположной стороной к корпусу насоса. Окна 1 и 3 при этом соединяются с напорными и всасывающими патрубками. Для правильной работы распределителя важно, чтобы ось симметрии распределительного диска находилась в плоскости к главной нормали OF наклонного диска (рис. 1). Канал 4 служит для уменьшения площади контакта с поверхностью блока, а ребра 5 - для увеличения поперечной жесткости. Иногда распределительный диск выполняют кА одно целое с крышкой насоса.

Рис. 2

Все конструкции аксиально-поршневых насосов и гидромоторов могут быть разделены на две основные группы:

а) Аксиально-поршневые гидромашины с наклонным блоком цилиндров (рис. 3).

б) Аксиально-поршневые гидромашины с наклонным диском (рис. 4).

Рис. 3

Рис. 4

Таблица 2

Характерные особенности аксиально-поршневых гидромашин с наклонным диском и с наклонным блоком

Размещено на Allbest.ru