27 Характеристики погружных центробежных насосов

Графические зависимости напора Н, КПД η и потребляемой мощности N от подачи погружного центробежного насоса Q называются характеристиками насоса. Характеристики насоса снимаются при испытании на технической воде плотностью 1000 кг/м3 и вязкостью 1 мПа*с и представляются в специальной литературе в виде графиков: Q—Н, Q—N, Q— η (рис. 9.26). Введем следующие обозначения:

— Q_oпт — подача насоса на оптимальном режиме работы, м³/сут;

— Q₁—Q₂ — рациональная область работы насоса, м³/сут;

— Q_o — режим нулевой подачи;

— Н_опт — напор на режиме оптимальной подачи, м;

— Н₁—Н₂ — напоры в рациональной области подач, м;

— Н_о — напор на режиме нулевой подачи, м;

— N_хх — мощность холостого хода (при Q = 0), кВт;

— η _макс — максимальный КПД насоса при Q_опт, %;

— η₁= η₂ — минимальный КПД насоса в рациональной области, %.

Видно, что наивысший КПД насоса достигается при работе на оптимальной подаче Q_oпm. Чтобы закрыть эксплуатационные условия огромного количества добывающих скважин по производительности, промышленность должна выпускать огромную номенклатуру погружных насосов, что нереально. Поэтому условимся, что каждый типоразмер выпускаемого насоса может работать в определенном диапазоне подач Q₁ – Q₂ правда, с меньшим, чем η_макс КПД. Рациональная область работы насоса может быть определена для каждого типоразмера насоса, с допущением, что КПД в этой области не снизится ниже величины η₁ = η₂. Эта величина может быть рассчитана следующим образом:

η₁ = η₂ = η_макс -(5-6)%, (9.226)

т.е. допускается работа насоса с КПД на 5-6 % ниже максимальной величины η_макс. Такой подход существенно расширяет область применения выпускаемых наружных центробежных насосов и ограничивает количество их типоразмеров.

Для характеристик насоса, представленных на рис. 9.26, напор на режиме нулевой подачи Н_о является максимальным и практически малозависимым от свойств откачиваемой жидкости, т.е. Н_о = const. Мощность холостого хода N_xx расходуется на преодоление механического и гидравлического трения при вращении вала насоса с рабочими колесами в откачиваемой продукции (при Q = 0).

Зависимость напора от подачи Q—Н будем называть основной характеристикой насоса. По форме основной характеристики все погружные центробежные насосы можно разделить на три типа (рис. 9.27):

— характеристика с максимальной точкой;

— пологопадающая характеристика;

— крутопадающая характеристика.

По целому ряду причин наихудшими для эксплуатации скважин являются насосы с характеристикой с максимальной точкой, а наилучшими — насосы с пологопадающей характеристикой. Как видно из рис. 9.27, потеря напора в рациональной области подач для насосов с характеристикой с максимальной точкой составляет ΔН₁; для насосов с пологопадающей характеристикой — ΔН₂; для насосов с крутопадающей характеристикой — ΔН₃; при этом ΔН₁> ΔН₂> ΔН₃.

Таким образом, наименьшая потеря напора в рациональной области работы насоса характерна для насосов с пологопадающей характеристикой, что является их существенным эксплуатационным преимуществом.

Паспортные характеристики погружных центробежных насосов, как уже отмечалось, получены при работе на воде. Разнообразие эксплуатационных условий скважин трансформирует водяные характеристики, иногда существенно. Основное влияние на характеристики центробежных насосов оказывают вязкость откачиваемой жидкости и содержание в жидкости свободного газа.

Многолетняя практика широкомасштабного применения погружных центробежных электронасосов позволила выявить еще одну особенность: реальные характеристики серийных насосов при их стендовых испытаниях на технической воде несколько отличаются от паспортных. Как правило, реальные характеристики Q—Н и Q — η) располагаются ниже паспортных, что требует корректировки паспортных характеристик.

КОРРЕКТИРОВКА ПАСПОРТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

При подборе погружного центробежного насоса для эксплуатации скважин необходимо предварительно скорректировать паспортные характеристики для получения реальных характеристик насоса. Реальные характеристики можно получить после проведения стендовых испытаний каждого насоса при работе его на технической воде. Однако на практике этот путь не всегда осуществим по целому ряду объективных причин. В этом случае реальные характеристики можно получить путем корректировки паспортных. Корректировке подлежат два параметра: напор и КПД. Зависимость Q—N остается паспортной. Алгоритм корректировки паспортных характеристик заключается в следующем:

1. Для данного насоса выбирают ряд значений подач Q1, Q2, Q3, Q4 и т.д., часть из которых находится слева, а часть — справа от оптимальной подачи данного насоса Qопт.

2. Для выбранных подач Q1, Q2, Q3, Q4, и т.д. с паспортных характеристик этого насоса определяют соответствующие этим подачам напоры Н1, Н2, Н3, Н4 и т.д., а также КПД η₁, η₂, η₃, η₄ и т.д.

3. Рассчитывают снижение напора ΔН по следующей формуле:

ΔН = 0,92 Н_опт / (3,9 + 0,023Q_опт), (9.227)

где Н_опт, Q_oпm — соответственно паспортные напор и подача на оптимальном режиме работы насоса (при η_макс).

4. Рассчитывают скорректированные (реальные) напор

Н’₁, Н'₂, Н'₃, Н'₄ и η'₁, η'₂, η'₃, η'₄ и т.д. по следующим формулам: