RU2814338C1 - Method of increasing uniformity of piston pump feed - Google Patents
Method of increasing uniformity of piston pump feed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814338C1 RU2814338C1 RU2022134774A RU2022134774A RU2814338C1 RU 2814338 C1 RU2814338 C1 RU 2814338C1 RU 2022134774 A RU2022134774 A RU 2022134774A RU 2022134774 A RU2022134774 A RU 2022134774A RU 2814338 C1 RU2814338 C1 RU 2814338C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pump
- instantaneous
- rotation
- crankshaft
- piston
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 11
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract description 9
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract description 4
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к насосостроению, в частности к способам сглаживания пульсаций подачи поршневых насосов, включающих несколько поршней с общей приводной частью и коленчатым валом, и может найти применение в нефтегазовой и горной промышленности. The invention relates to pump engineering, in particular to methods for smoothing pulsations in the supply of piston pumps, including several pistons with a common drive part and a crankshaft, and can find application in the oil and gas and mining industries.
Процесс работы поршневого насоса характеризуется наличием пульсаций подачи перекачиваемой жидкости, что связано с периодическим изменением объёма занимаемой ею рабочей камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса, а также особенностями кинематики приводной части насоса.The operation process of a piston pump is characterized by the presence of pulsations in the supply of the pumped liquid, which is associated with a periodic change in the volume of the working chamber occupied by it, which alternately communicates with the inlet and outlet of the pump, as well as the peculiarities of the kinematics of the drive part of the pump.
Известен способ уменьшения неравномерности подачи поршневого насоса за счёт использования в нём нескольких поршней с общей приводной частью (Башта Т.М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы, М., «Машиностроение», 1982, с. 284 - 288). Эффективность способа зависит от количества поршней в насосе, причём снижение пульсации подачи происходит более эффективно при нечётном их количестве. There is a known method for reducing the uneven flow of a piston pump by using several pistons with a common drive part (Bashta T.M., Rudnev S.S., Nekrasov B.B. et al. Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives, M., “Mechanical Engineering ", 1982, pp. 284 - 288). The effectiveness of the method depends on the number of pistons in the pump, and the reduction in supply pulsation occurs more effectively with an odd number.
Недостатком способа является необходимость увеличения количества поршней для снижения пульсации подачи рабочей жидкости, что вызывает сложность обеспечения приемлемого снижения неравномерности подачи рабочей жидкости при практической реализации способа исходя из конструктивных соображений.The disadvantage of this method is the need to increase the number of pistons to reduce the pulsation of the working fluid supply, which makes it difficult to ensure an acceptable reduction in the unevenness of the working fluid supply during the practical implementation of the method based on design considerations.
Наиболее близким к заявляемому является способ компенсации пульсаций подачи объёмного насоса, заключающийся в корректировании подачи насоса путём формирования пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счёт использования энергии внешнего источника, при котором жидкость отбирают из всасывающего канала насоса и направляют в напорный канал, а величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени задают принудительно (RU 2115827, опубл. 20.07.1998).The closest to the claimed method is a method for compensating for pulsations in the supply of a volumetric pump, which consists in adjusting the pump supply by forming a pulsating flow of liquid created by using the energy of an external source, in which the liquid is taken from the suction channel of the pump and directed to the pressure channel, and the amount of the corrective flow rate of the liquid at each moment of time is set forcibly (RU 2115827, published on July 20, 1998).
Однако, известный способ осложнен тем, что требует использования специальной гидромашины с синхронизирующей связью между приводным валом гидромашины и приводным валом насоса, что не обеспечивает достаточную эффективность компенсации пульсаций (сглаживания неравномерности) подачи поршневого насоса, увеличивая циклические нагрузки, вибрацию, шум, снижая надежность работы оборудования.However, the known method is complicated by the fact that it requires the use of a special hydraulic machine with a synchronizing connection between the drive shaft of the hydraulic machine and the drive shaft of the pump, which does not provide sufficient efficiency in compensating for pulsations (smoothing unevenness) of the piston pump supply, increasing cyclic loads, vibration, noise, and reducing operational reliability equipment.
Технический результат заключается в снижении циклических нагрузок, вибраций, шума, а также повышении надёжности работы оборудования за счёт уменьшения пульсаций давления в рабочих камерах насоса, присоединённых к насосу трубопроводах, трубопроводной арматуре и элементах гидравлической системы путем поддержания постоянства равенства величин мгновенной подачи насоса Q и его средней подачи Q ср в процессе работы. The technical result consists in reducing cyclic loads, vibrations, noise, as well as increasing the reliability of equipment operation by reducing pressure pulsations in the working chambers of the pump, pipelines connected to the pump, pipeline fittings and elements of the hydraulic system by maintaining constant equality of the values of the instantaneous pump flow Q and its average feed Q av during operation.
Технический результат достигается тем, что способ увеличения равномерности подачи поршневого насоса включает корректировку мгновенной подачи насоса в зависимости от мгновенных значений угла ϕ поворота коленчатого вала и угловой скорости ω его вращения. Согласно изобретению предварительно вычисляют величину средней подачи многоцилиндрового поршневого насоса Q ср . в зависимости от числа цилиндров, площади, хода и частоты ходов поршя, площади штока, коэффициента подачи α, рассчитывают величину мгновенной подачи насосаThe technical result is achieved by the fact that the method of increasing the uniformity of supply of a piston pump includes adjusting the instantaneous supply of the pump depending on the instantaneous values of the angle ϕ of rotation of the crankshaft and the angular speed ω of its rotation. According to the invention, the average flow rate of a multi-cylinder piston pump Q av is preliminarily calculated . depending on the number of cylinders, area, stroke and frequency of strokes of the piston, rod area, flow coefficient α, the value of the instantaneous pump flow is calculated
где Q i - мгновенная подача отдельной насосной камеры, where Q i is the instantaneous flow of a separate pumping chamber,
n - количество насосных камер, n - number of pumping chambers,
и постоянно поддерживают равенство Q = Q ср., для чего с помощью регулируемого привода корректируют величину мгновенной угловой скорости ω вращения коленчатого вала во время одного поворота на угол ϕ по заданной зависимости. and constantly maintain the equality Q = Q avg. , for which, using an adjustable drive, the value of the instantaneous angular velocity ω of rotation of the crankshaft is adjusted during one rotation through an angle ϕ according to a given dependence.
Заявляемый способ позволяет снизить циклические нагрузки, вибрацию, шум, а также повышать надёжности работы оборудования за счёт снижения пульсаций давления в рабочих камерах насоса, присоединенных к насосу трубопроводах, трубопроводной арматуре и элементах гидравлической системы. The inventive method makes it possible to reduce cyclic loads, vibration, noise, and also increase the reliability of equipment operation by reducing pressure pulsations in the working chambers of the pump, pipelines connected to the pump, pipeline fittings and elements of the hydraulic system.
Кроме того, появляется возможность снижения неравномерности подачи поршневого насоса без отбора жидкости из всасывающего канала насоса и направления в напорный канал с использованием гидромашины с синхронизирующей связью между приводным валом гидромашины и приводным валом насоса. Это позволяет упростить реализацию заявляемого способа и сделать его более надёжным, поскольку уменьшается число элементов, т.к. гидромашина исключается из оборудования.In addition, it becomes possible to reduce the uneven supply of a piston pump without taking liquid from the suction channel of the pump and directing it into the pressure channel using a hydraulic machine with a synchronizing connection between the drive shaft of the hydraulic machine and the drive shaft of the pump. This makes it possible to simplify the implementation of the proposed method and make it more reliable, since the number of elements is reduced, because the hydraulic machine is excluded from the equipment.
Величину мгновенной подачи отдельной i-ой насосной камеры Q i рассчитывают следующим образом:The amount of instantaneous supply of a separate i -th pumping chamber Q i calculated as follows:
где v i - мгновенная скорость поршня; F i - площадь поршня в i-камере.Wherev i - instantaneous piston speed;F i - piston area ini-camera.
где r - радиус кривошипа;where r is the radius of the crank;
ω - мгновенная угловая скорость вращения коленчатого вала насоса; ω - instantaneous angular speed of rotation of the pump crankshaft;
ϕ - угол поворота коленчатого вала насоса; ϕ - angle of rotation of the pump crankshaft;
β - угол подъёма шатуна.β - connecting rod lift angle.
ЗдесьHere
где l - длина шатуна.where l is the length of the connecting rod.
СоответственноRespectively
(Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры. Учебник для вузов, М., «Недра», 1981, с. 108 - 113).(Kasyanov V.M. Hydraulic machines and compressors. Textbook for universities, M., “Nedra”, 1981, pp. 108 - 113).
Таким образом, мгновенная подача отдельной i-ой насосной камеры Q i зависит от величины мгновенной угловой скорости ω и положения коленчатого вала, характеризуемого углом ϕ. Из последней формулы видно, при величине мгновенной угловой скорости ω =0 мгновенная подача
Применение регулируемого привода может менять величину мгновенной угловой скорости вращения коленчатого вала ω во время одного поворота коленчатого вала, что позволяет изменять мгновенную подачу отдельной i-ой насосной камерой во время одного поворота коленчатого вала и насоса в целом. The use of an adjustable drive can change the value of the instantaneous angular speed of rotation of the crankshaft ω during one rotation of the crankshaft, What allows you to change the instantaneous feed of a separateith pump chamber during one rotation of the crankshaft and the pump as a whole.
Для многоцилиндрового насоса мгновенная подача определяется суммой подач отдельных насосных камер, т.е.For a multi-cylinder pump, the instantaneous flow is determined by the sum of the flows of the individual pump chambers, i.e.
где α - коэффициент подачи.where α is the feed coefficient.
Способ проиллюстрирован фиг.1, фиг.2 и фиг.3.The method is illustrated in Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3.
На фиг.1 и фиг.2 показана схема реализации заявляемого способа на примере трехпоршневого насоса, где фиг.1 - схема насоса, вид сбоку, фиг.2 - схема насоса, вид сверху.Figures 1 and Figure 2 show a diagram of the implementation of the proposed method using the example of a three-piston pump, where Figure 1 is a diagram of the pump, side view, Fig. 2 is a diagram of the pump, top view.
На фиг.3 представлен график зависимости Q от ϕ.Figure 3 shows a graph of Q versus ϕ.
Кривые, относящиеся к мгновенным подачам отдельными насосными камерами Q i , показаны тонким пунктирными линиями, а мгновенная подача насоса Q показана кривой А, которая получена путём сложения мгновенных подач отдельных насосных камер Q i . Процесс работы насоса характеризуется максимальной подачей Q max, минимальной подачей Q min, а также средней подачей Q ср., которая на графике представлена прямой линией Б. Присутствие в процессе работы насоса максимальной подачи Q max и минимальной подачи Q min вызывает неравномерность подачи насоса. Curves relating to instantaneous flows by individual pump chambersQ i , are shown by thin dotted lines, and the instantaneous flow of the pumpQ shown by curve A, which obtained by adding up the instantaneous flow rates of individual pumping chambersQ i . The pump operation process is characterized by maximum flowQ max, minimum feedQ min, as well as average feedQ Wed., which is represented on the graph by straight line B. The presence of maximum flow during pump operationQ max and minimum feedQ min causes uneven pump flow.
Трехпоршневой насос включает три насосных камеры 9, каждая из которых содержит поршень 1, совершающий возвратно-поступательное движение в цилиндре 2, всасывающий клапан 3 и нагнетательный клапан 4, шатун 5, также коленчатый вал 6, при этом кривошипы коленчатого вала 6 смещены относительно друг друга на угол 120°. Поток жидкости создается при вращении коленчатого вала 6 за счёт попеременного соединения цилиндра 2 с всасывающей 7 и нагнетательной 8 линиями магистральных трубопроводов посредством всасывающего клапана 3 и нагнетательного клапана 4.A three-piston pump includes three pumping chambers 9 , each of which contains a piston 1 that reciprocates in cylinder 2 , a suction valve 3 and a discharge valve 4, a connecting rod 5 , and a crankshaft 6 , while the cranks of the crankshaft 6 are offset relative to each other at an angle of 120°. The fluid flow is created when the crankshaft 6 rotates due to the alternating connection of the cylinder 2 with the suction 7 and discharge 8 lines of the main pipelines through the suction valve 3 and the discharge valve 4 .
Величина мгновенной подачи отдельной i-й насосной камерой Q i рассчитана следующим образом:The magnitude of the instantaneous supply of the individual i -th pumping chamber Q i calculated as follows:
где v i - мгновенная скорость поршня; F i - площадь поршня в i-камере. Wherev i - instantaneous piston speed;F i - piston area ini-camera.
где r - радиус кривошипа;where r is the radius of the crank;
ω - мгновенная угловая скорость вращения коленчатого вала насоса; ω - instantaneous angular speed of rotation of the pump crankshaft;
ϕ - угол поворота коленчатого вала насоса; ϕ - angle of rotation of the pump crankshaft;
β - угол подъёма шатуна.β - connecting rod lift angle.
ЗдесьHere
где l - длина шатуна.where l is the length of the connecting rod.
СоответственноRespectively
(Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры. Учебник для вузов, М., «Недра», 1981, с. 108 - 113).(Kasyanov V.M. Hydraulic machines and compressors. Textbook for universities, M., “Nedra”, 1981, pp. 108 - 113).
Таким образом, мгновенная подача отдельной i-й насосной камеры Q i зависит от величины мгновенной угловой скорости ω и положения коленчатого вала, характеризуемого углом ϕ. Из последней формулы видно, при величине мгновенной угловой скорости ω = 0 мгновенная подача
Изменение угловой скорости ω ведет к изменению мгновенной подачи
Для многоцилиндрового насоса мгновенная подача определяется суммой подач отдельных n насосных камер, т.е. For a multi-cylinder pump, the instantaneous flow is determined by the sum of the flows of individual n pump chambers, i.e.
где α - коэффициент подачи.where α is the feed coefficient.
При работе трехпоршневого насоса коленчатый вал 6 совершает вращательное движение с постоянной мгновенной угловой скоростью ω=const. When a three-piston pump operates, the crankshaft 6 rotates with a constant instantaneous angular velocity ω =const.
На основании приведенных выше формул построены графики зависимости Q от ϕ. Based on the above formulas, graphs of the dependence of Q on ϕ were constructed.
Средняя подача насоса определяется по формуле:The average pump flow is determined by the formula:
где
где f - площадь штока;where f is the area of the rod;
F - площадь поршня (для насосов одностороннего действия и дифференциального
z - число цилиндров; z - number of cylinders;
S - ход поршня; S - piston stroke;
n - частота ходов поршней. n is the piston stroke frequency.
Изменяя величину мгновенной угловой скорости коленчатого вала ω в процессе поворота на угол ϕ путём использования регулируемого привода, можно изменять мгновенную подачу отдельной насосной камерой Q i , и мгновенную подачу насоса Q во время одного поворота коленчатого вала 6. By changing the value of the instantaneous angular velocity of the crankshaft ω in the process of turning through an angle ϕ by using an adjustable drive, it is possible to change the instantaneous flow with a separate pumping chamberQ i , and instant pump deliveryQ during one crankshaft rotation6.
Поддержание в процессе каждого поворота коленчатого вала 6 насоса мгновенной угловой скорости вращения ω исходя из условия обеспечения постоянной мгновенной подачи насоса Q, равной его средней подачи Q ср, т.е. Q =Q ср, позволяет снизить неравномерность подачи насоса.Maintaining the instantaneous angular speed of rotation ω during each rotation of the crankshaft 6 of the pump, based on the condition of ensuring a constant instantaneous pump flow Q equal to its average flow Q avg , i.e. Q = Q avg , allows to reduce the unevenness of pump flow.
Claims (23)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2814338C1 true RU2814338C1 (en) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4002578A1 (en) * | 1990-01-30 | 1991-08-01 | Karl Eickmann | High pressure water pump - has three-piston pump pistons connected to pump drive |
UA23137A (en) * | 1997-03-11 | 1998-06-30 | Східноукраїнський Державний Університет | Piston engine |
RU2115827C1 (en) * | 1996-11-28 | 1998-07-20 | Максим Ефимович Гойдо | Method of compensation of flow rate fluctuations of positive-displacement pump and pumping unit for realization of this method |
RU2168064C2 (en) * | 1999-08-20 | 2001-05-27 | Смирнов Игорь Николаевич | Multiplunger pump |
RU2697590C2 (en) * | 2015-01-22 | 2019-08-16 | ЭсПиИкс ФЛОУ ТЕКНОЛОДЖИ ДЖЕРМАНИ ГМБХ | Process pump with crank mechanism |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4002578A1 (en) * | 1990-01-30 | 1991-08-01 | Karl Eickmann | High pressure water pump - has three-piston pump pistons connected to pump drive |
RU2115827C1 (en) * | 1996-11-28 | 1998-07-20 | Максим Ефимович Гойдо | Method of compensation of flow rate fluctuations of positive-displacement pump and pumping unit for realization of this method |
UA23137A (en) * | 1997-03-11 | 1998-06-30 | Східноукраїнський Державний Університет | Piston engine |
RU2168064C2 (en) * | 1999-08-20 | 2001-05-27 | Смирнов Игорь Николаевич | Multiplunger pump |
RU2697590C2 (en) * | 2015-01-22 | 2019-08-16 | ЭсПиИкс ФЛОУ ТЕКНОЛОДЖИ ДЖЕРМАНИ ГМБХ | Process pump with crank mechanism |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6558135B1 (en) | Two stage oil free air compressor | |
US4556371A (en) | Constant flow positive displacement pump | |
CA2531202A1 (en) | Pumping water from a natural gas well | |
US11761317B2 (en) | Decoupled long stroke pump | |
RU2814338C1 (en) | Method of increasing uniformity of piston pump feed | |
EA202190278A1 (en) | PUMPING SYSTEM | |
KR101305394B1 (en) | Pump | |
JP5266012B2 (en) | Non-pulsating pump | |
CN108799100B (en) | Design method and device capable of eliminating hydraulic pulsation | |
US1867198A (en) | Rotary pump | |
CN207728499U (en) | A kind of ten cylinder reciprocating pump of opposite opened | |
CN111456922A (en) | Axial plunger pump valve plate | |
RU199143U1 (en) | Gerotor pump | |
RU2776224C1 (en) | Diaphragm pump | |
US10794381B2 (en) | Reciprocating pump with improved cross-bore | |
RU2768628C1 (en) | Diaphragm pump | |
JP2818410B2 (en) | Leakless reciprocating pump | |
RU2817039C1 (en) | Method for reducing pulsation of a multi-plunger pump system and a device for its implementation | |
US268676A (en) | Steam-pump | |
RU224933U1 (en) | DISPLAY ROLLER PUMP | |
JP2014037799A (en) | Reciprocation pump | |
US1678909A (en) | Pumping apparatus for handling gases and liquids | |
JP3981233B2 (en) | Multiple piston pump | |
EP0282478A1 (en) | A fluid-displacement machine | |
US20230127613A1 (en) | Compresser for pumping fluid having check valves aligned with fluid ports |