Тема 1.2 Динамические насосы

Студент должен:

знать: устройство, принцип действия и область применения насосов; особенностивсасывания динамических насосов; условия, обеспечивающие надежную (бескавитационную) работу; технические характеристики насосов, их практическое значение; влияние вязкости жидкости на Рабочие параметры насоса; причины, вызывающие осевое давление в насосе и способы устранения этого явления; схемы обвязки и правила эксплуатации насосов; технику безопасности при эксплуатации динамических насосов;

уметь: определять классификационную группу насоса по его шифру и внешнему виду; производить пере расчет подачи напора и мощности для разного числа оборотов и измененного диаметра колеса; определять допустимую высоту всасывания насоса и режим его работы; делать выводы о соответствии систем «насос-трубопровод»; осуществлять перерасчет рабочих параметров насоса при изменении вязкости жидкости и контроль за его работой.

Принцип действия, классификация и область применения динамических насосов. Лопастные динамические насосы: центробежные, осевые, диагональные. Схема устройства и принцип действия центробежных насосов, их классификация и область применения; достоинства и недостатки в сравнении с поршневыми.

Кинематика движения жидкости в рабочем колесе насоса. Определение напора, развиваемого насосом. Теоретическая и действительная подача насоса. Подобие насосов. Формулы перерасчета и коэффициент быстроходности.

Всасывание центробежного насоса. Явление кавитации. Определение допустимой высоты всасывания. Условия надежного всасывания центробежных насосов. Мощность насоса и КПД, пути его повышения. Рабочие характеристики и режим работы центробежных насосов. Изменение характеристик насоса при изменении частоты вращения и геометрических размеров рабочих колес. Влияние вязкости жидкости на характеристики насоса.

Характеристика трубопровода. Режимная точка насоса. Параллельная и последовательная работа насосов. Режимные точки при параллельной и последовательной работе.

Осевое давление в центробежном насосе, способы разгрузки вала от осевого давления.

Конструкция и технические характеристики современных насосов, применяемых в нефтяной и газовой промышленности: консольных, насосов двухстороннего входа, многосекционных. Сальники и торцевые уплотнения в центробежных насосах, их назначение, конструкция.

Осевые и диагональные насосы, их технические характеристики, область применения, особенности конструкции.

Динамические насосы трения: вихревые, струйные, шнековые; схемы их устройства, принцип действия, технические характеристики, область применения.

Схемы обвязки и правила технической эксплуатации динамических насосов. Техника безопасности и охрана окружающей среды при эксплуатации динамических насосов.

Практические занятия № 2

Литература: 2, с..3 …167; 4, с. 97 …146; 5, с. 503 …537

Методические указания

Простота конструкции, малые габариты и масса при тех же технических параметрах по сравнению с поршневыми насосами, легкость и удобство обслуживания способствует большому распространению центробежных насосов на нефтегазодобывающих промыслах. Существенным недостатком, ограничивающим область их использования, является большая чувствительность к вязкости жидкости.

Рассматривая принцип действия центробежного насоса, нужно понять, что создание давления происходит за счет кинетической энергии, приобретаемой жидкостью в каналах рабочего колеса при вращении ротора с определенной частотой, и превращения полученной кинетической энергии в энергию давления в направляющем аппарате корпуса. Напор теоретически определяется частотой вращения и диаметром рабочего колеса. Чем выше эти показатели, тем выше напор. В то же время на напор влияет конструкция рабочего колеса, в частности ширина каналов между лопатками, что, главным образом, определяет уменьшение действительного напора по сравнению с теоретическим. Теоретический напор определяется по уравнению Л. Эйлера.

Следующий основной параметр - это подача. В отличие от поршневых (плунжерных) насосов, подача у центробежных насосов равномерная и определяется из уравнения расхода, т.е. зависит от ширины канала и скорости движения жидкости в каналах рабочего колеса. Главным фактором, снижающим подачу, являются зазоры между рабочими и направляющими аппаратами.

Вследствие незначительного разряжения на входе в рабочее колесо, центробежный насос не обладает самовсасывающей способностью в отличие от поршневых и плунжерных, поэтому условия их запуска и монтажа имеют свои особенности. В тоже время при работе насосов из-за высоких скоростей потока жидкости в нем, при определенных условиях, могут возникнуть пустоты, приводящие к срыву работы насоса и выводу его из строя. Это явление называется кавитацией. Студенту нужно разобраться в сущности этого явления и методах его недопущения.

Центробежные насосы имеют, по сравнению с поршневым (плунжерным), мягкую характеристику, т.е. подача зависит от напора в линии. Эта зависимость отражена в рабочей характеристике насоса. Кроме того, в рабочей характеристике отражены изменения потребляемой мощности и КПД в зависимости от изменения подачи. Рабочая характеристика является основным документом центробежного насоса и на основе ее определяется правильный выбор эксплуатационных параметров.

Широко используется совместная работа центробежных насосов в одну линию. Для этого насосы могут быть соединены параллельно - для увеличения подачи, или последовательно - для увеличения напора. Последний метод широко используется при создании многоступенчатых центробежных насосов, развивающих высокое давление. Студент должен уметь строить рабочие характеристики и определять рабочие зоны, как для одного насоса, так и для нескольких, соединенных по той или иной схеме.

Рассматривая конструкцию центробежных насосов, нужно руководствоваться теми же принципами, что и по поршневым (плунжерным) насосам. Кроме того, необходимо разобраться в явлении осевого сдвига ротора и методов устранения этого сдвига. Быстровращающийся ротор насоса предполагает наличие зазоров между его подвижным элементом и неподвижным корпусом. Потому необходимо уделить особое внимание конструкции уплотнительных элементов в ступенях и в концевых уплотнениях вала, где наряду с сальниками широко используются торцевые уплотнения. От конструкции зависит тип насоса и его маркировки, это тоже необходимо знать.

Особенности монтажа центробежных насосов заключаются в обеспечении тщательной соосности валов приводного двигателя и насоса. При рассмотрении правил эксплуатации нужно руководствоваться теми же принципами, что и по поршневым (плунжерным) насосам, учитывая, что правила запуска и контроля за работой центробежных насосов имеют существенные отличия от поршневых (плунжерных).

Вопросы для самоконтроля

1. Как осуществляется создание напора в насосе?

2. Как влияет на напор количество лопаток в рабочем колесе?

3. Из каких элементов состоит рабочее колесо?

4. Что такое треугольник скоростей?

5. Чем отличается тихоходный насос от быстроходного?

6. От чего зависит подача насосов?

7. В каких координатах строится рабочая характеристика насоса?

8. Как определяется рабочая зона насоса?

9. Каким образом устраняется явление кавитации?

10. Устройство и принцип действия, техническая характеристика насоса.

11. Как производится уплотнение между ступенями?