CC BY
5УДК 62-242.44 Клюев И. С., Васильев В.А.
Клюев И.С.
студент 2 курса магистратуры кафедры Тепловые двигатели и установки Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (г. Ижевск, Россия)
Васильев В.А.
канд. тех. наук, доцент кафедры Тепловые двигатели и установки, Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (г. Ижевск, Россия)
РАСЧЕТ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ПЛУНЖЕРНОГО НАСОСА НТП-175
Аннотация: приводится описание методики и результатов расчета кинематики и динамики кривошипно-шатунного механизма плунжерного насоса НТП-175.
Ключевые слова: насос, динамический расчет, сила, момент.
Трёхплунжерные насосы высокого давления (далее НВД) широко распространены в нефтяной и газовой промышленности. На их долю приходится значительный объем работ по перекачиванию различных технологических жидкостей как по поверхности земли, так и в скважины.
При создании новых насосов и модернизации существующих, важную роль играет качество проведенных расчетов и исследований. Важную роль на начальном этапе исследований играют расчеты кинематики и динамики кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
Расчет кинематики КШМ позволяет определить закономерности
перемещения, изменения скорости и ускорения возвратно-поступательно движущихся деталей в зависимости от угла поворота коренного вала.
Эти результаты используются для расчета динамики, т.е. сил и моментов, действующих в КШМ в процессе работы насоса.
Среди сил, влияющих на загрузку деталей КШМ насоса нужно выделить силы от давления перекачиваемой жидкости, силы трения пакета уплотнения плунжера и силы инерции деталей, совершающих возвратно-поступательные движения.
Высокие давления, развиваемые НВД, в среднем 40-100 МПа, требуют повышенной прочности от деталей КШМ. Прочность обеспечивается выбором соответствующих конструкционных материалов и геометрических сечений, которые влияют на величину их масс, а массы в свою очередь, оказывают влияние на величины инерционных сил.
Результаты расчетов насоса НТП-175 производства ПАО «Ижнефтемаш» [1] показывают, что при максимальном для насоса давлении 50 МПа и диаметре установленного в насос плунжера 90 мм, сила от давления жидкости составляет величину 318000 Н. Сила трения пакета уплотнения плунжера составляет 26300 Н, а сила инерции деталей, совершающих возвратно-поступательные движения при частоте вращения коренного вала 200 об/мин составит 2470 Н. В сумме эти силы составляют значение 346770 Н.
Анализируя величины этих усилий, расчетчики полагают, что базовая сила, это сила от давления жидкости. Да, это так. Но и сила трения пакета уплотнения плунжера довольно значима, так как из-за особенностей формы уплотнительных манжет, она также зависит от давления перекачиваемой жидкости и составляет примерно 8,3% от базовой. Ну, а если сравнить величину силы инерции с базовой, то ее значение составит примерно 0,8%.
В итоге можно сделать вывод, что для приблизительных расчетов величины сил влияющих на загрузку деталей КШМ НВД можно взять силу от давления перекачиваемой жидкости с учетом диаметра плунжера с коэффициентом 1,09 - 1.1.
В результате действия сил, возникающих в каждом цилиндре КШМ насоса, на коренном валу формируется момент сопротивления вращению. Величина его пульсирующая (рис. 1).
Момент сопротивления на коренном валу НТП-175 суммарный (по трем плунжерам)
30000Г0 у^УуГ^у ■-
3 20000,0 *'
ЕЛ
10000,0 0,0
О 30 60 90 120150130210240270300330360 Угол поворта коренного вала, град.
Рис. 1. График момента сопротивления на коренном валу насоса НТП-175
Максимальное значение момента составляет 28022 Нм, минимальное -21980 Нм. Неравномерность значения момента объясняется попеременным воздействием плунжеров на перекачиваемую жидкость. Эти пульсации момента передаются перекачиваемой жидкости в нагнетательный манифольд. Для снижения отрицательных последствий от пульсаций давления, в манифольд встраивают пневматический компенсатор.
К сожалению, пульсации передаются и в механическую часть привода НВД, в том числе и вне насоса. Там они создают крутильные колебания, которые могу повредить детали привода и разрушить их. Для защиты от таких последствий, на валопровод устанавливают гасители крутильных колебаний -упругие муфты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Ижевский завод нефтяного машиностроения «Ижнефтемаш» URL: https://rimera.ru/products/burenie-stroitelstvo-i-remont-skvazhin/nasosy-dlya-nagnetaniya-tamponazhnogo-rastvora-i-drugikh-neagressivnykh-zhidkostey/ (дата обращения: 25.06.2024)
Klyuev I.S., Vasilev V.A.
Klyuev I.S.
Izhevsk State Technical University (Izhevsk, Russia)
Vasilev V.A.
Izhevsk State Technical University (Izhevsk, Russia)
CALCULATION OF KINEMATICS AND DYNAMICS OF CRANK MECHANISM OF NTP-175 PLUNGER PUMP
Abstract: a description of the methodology and results of calculating the kinematics and dynamics of the crank mechanism of the NTP-175 plunger pump is given.
Keywords: pump, triplex pump, dynamic calculation, force, moment.
