§ 1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОТОЧНЫХ МАШИН

Приведены основы устройства и теории действия гидравлических машин и компрессоров, являющихся важнейшими техническими элементами, широко используемыми в технологических процессах газонефтедобычи и переработки углеводородного сырья, а также во всех отраслях промышленного производства и народного хозяйства.

Гидравлические машины (насосы, гидродвигатели) и компрессоры, используемые в нефтегазодобывающей промышленности, относятся к обширному классу п р о т о ч н ы х м а ш и н, играющих исключительно важную роль во всех областях производства.

Как известно, машиной называется механизм или комплекс механизмов, предназначенный для выполнения полезной (отдаваемой) работы. Это - работа сил производственных (полезных) сопротивлений. Вследствие вредных сопротивлений в самой машине она всегда меньше затраченной (потребляемой) работы, совершаемой движущими силами.

Проточные машины отличаются от прочих тем, что процесс передачи работы у них целиком связан с потоком среды, протекающей через машину. В частности, если текучей средой (флюидом) является капельная жидкость, то проточные машины называются гидравлическими ^[I]; если же текучая среда газообразная, то говорят о газовых или пневматических проточных машинах.

Приведенное общее определение машин полностью относится к проточным и используется для их классификации по двум основным группам в зависимости от направления передачи работы:

п р о т о ч н ы е м а ш и н ы - о р у д и я, которые получают работу от приводного вала или штока, а отдают ее потоку текучей среды. К этой группе относятся насосы, служащие для создания потока жидкой среды, и компрессорные машины (то же, но для газообразных сред);

п р о т о ч н ы е м а ш и н ы - д в и г а т е л и, которые воспринимают работу от потока жидкости или газа, а отдают ее через выводной вал. К ним относятся турбины и другие гидро - и пневмодвигатели.

Существуют агрегаты, составленные из машин обеих названных групп. В подобных системах текучая среда служит передаточным звеном, по отношению к которому проточная машина - орудие - отдающий, а машина - двигатель - приемный орган агре­гата. Примеры: гидродинамическая передача, используемая в силовом приводе буровой установки; бесштанговая насосная установка, составленная из наземного силового насоса и погружного поршневого двигателя с насосом; система, состоящая из бурового насоса и забойного гидродвигателя; насосный гидропривод некоторых механизмов буровых и нефтепромысловых установок.

В зависимости от принципа действия все проточные машины делятся на два класса* д и н а м и ч е с к и е и о б ъ е м н ы е. В динамической машине передача работы от рабочего органа к текучей среде (или наоборот) происходит в камере, п о с т о я н н о сообщающейся со входом и выходом машины. Примеры: центробежный или вихревой насос, турбина турбобура, центробежный или осевой компрессор.

Признак объемной проточной машины - периодическое изменение объема рабочей камеры, п о п е р е м е н н о сообщающейся со входом и выходом машины. Примеры: поршневой насос или компрессор, роторный насос, гидромотор, винтовой или пла­стинчатый компрессор.

Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого определения приводит к пониманию насоса как машины, предназначенной для перемещения жидкости и увеличения ее энергии. При работе насоса энергия, получаемая им от двигателя, превращается в потенциальную, кинетическую и в незначительной мере в тепловую энергию потока жидкости.

Машины для подачи газовых сред в зависимости от развиваемого ими давления называют вентиляторами, газодувками, компрессорами.

Вентилятор - машина, перемещающая газовую среду при степени повышения давления ε= 1 ÷ 1,15*

Газодувка - машина, работающая при ε >1,15(обычно ε 1,15и имеет искусственное (обычно водяное) охлаждение полостей, в которых происходит сжатие газа.

В современной промышленности распространены гидро - и пневмодвигатели - машины, превращающие энергию потока текучей среды в механическую энергию (гидротурбины, гидро - и пневмомоторы).

В последнее время в различных технических устройствах употребляются гидропередачи - конструктивные комбинации, служащие для передачи механической энергии с вала двигателя на вал приводимой машины гидравлическим способом. Гидропередача состоит из насоса, гидродвигателя и системы трубопроводов с устройствами для распределения и регулирования потоков рабочей жидкости (энергоносителя). Во многих случаях все указанные элементы гидропередачи совмещаются в едином конструктивном блоке. Гидравлические двигатели, насосы и гидропередачи составляют класс гидравлических машин.

Аналогично распространены системы пневмопривода, использующие в качестве рабочей среды сжатый воздух. К очевидным преимуществам этого вида проточных машин относятся, с одной стороны, простота устройства (отсутствие необходимости в трубопроводах возврата рабочей среды низкого давления, роль которых исполняет атмосферный воздух) и удачная способность наилучшим образом удовлетворять важным требованиям экологичности применяемых технических систем.

Известными примерами таких систем являются пневматический инструмент, устройства, приспособления и прессы в металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности, пневмосистемы управления буровыми и промысловыми установками, установками на предприятиях газо - нефтепереработки, системы пневмотормозов автотранспорта, а также в текстильной промышленности сжатый воздух используется как энергоноситель для проведения ткацкого процесса.

Классификация проточных машин по виду текучей среды и направлению передачи энергии представлена на рис, 1.1.

Рис 1.1. Общая классификация проточных машин

ГОСТ 17398-72 подразделяет насосы на два основных класса: динамические и объемные.

В динамических насосах передача энергии потоку происходит под влиянием сил, действующих на жидкость в рабочих полостях, постоянно соединенных с входом и вы­ходом насоса.

В объемных насосах энергия передается жидкой среде в рабочих камерах, периодически изменяющих объем и попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса. Для этого класса типичным является поршневой насос (см. рис. 1.5).

Среди динамических насосов, применяемых в промышленности, наиболее распространены лопастные, в которых жидкая среда перемещается под воздействием движущихся лопастей, и вихревые. В последних жидкость перемещается в тангенциальном направлении благодаря действию плоских радиальных лопастей, расположенных по периферии рабочего колеса.

Среди объемных насосов наиболее распространены поршневые и роторные.

Машины для работы в газовых средах аналогично машинам для жидкостей также подразделяют на динамические и объемные.