2. Методы регулирования режимов работы

   1. Изменение количества работающих насосов

Этот метод применяется при необходимости изменения расхода в нефтепроводе. Однако результат зависит не только от схемы соединения насосов, но и вида характеристики трубопровода (рисунок 1.5).

При параллельной схеме соединения:

Q = Q₁+Q₂+…Q_n; (1)

H = H1=H2=…=Hn; (2)

где индексы 1,2,.., n – номера насосных агрегатов.

При последовательной схеме соединения:

H = H₁+H₂+…H_n; (3)

Q = Q₁=Q₂=…=Q_n; (4)

где индексы 1,2,…,n – индексы частот вращения.

Рисунок 1.5 - Совмещенная характеристика трубопровода и НПС при регулировании изменением числа и схемы включения насосов:

1 – характеристика насоса; 2 – напорная характеристика НПС при последовательном соединении насосов; 3 – напорная характеристика НПС при параллельном соединении насосов; 4, 5 – характеристика трубопровода; 6 – -Q характеристика насоса при последовательном соединении; 7 – -Q характеристика насоса при параллельном соединении

Формула потребляемой мощности имеет вид:

, (5)

где  – расчетная плотность нефти;

g – ускорение свободного падения;

h – напор, развиваемый насосом при подаче Q;

_Н, _Э, _МЕХ – соответственно значения КПД насоса, электродвигателя и механической передачи.

2. Дросселирование

Метод дросселирования основан на частичном перекрытии потока нефти на выходе из насоса, то есть на введении дополнительного гидравлического сопротивления. При этом рабочая точка из положения А1 смещается в сторону уменьшения расхода в точку А2 (рисунок 1.6).

Метод дросселирования уместно применять для насосов, имеющих пологую напорную характеристику. При этом потери энергии на дросселирование не должны превышать 2% энергозатрат на перекачку, при этом потери от мощности двигателя могут составлять от 30% до 40%. Метод дросселирования является не экономичным, но легко реализуемым.

Рисунок 1.6 - Совмещенная характеристика НПС и трубопровода при регулировании дросселированием и байпасированием

3. Байпасирование

Байпасирование осуществляется перепуском перекачиваемой жидкости из напорного трубопровода во всасывающий патрубок (так называемый обратный переток) по соединительному трубопроводу с задвижкой, манипулирование которой позволяет менять подачу насоса. При этом режим работы и параметры самого насоса не изменяются.

На практике байпасирование используется редко из-за неэкономичности. Недостатком этого способа является потеря энергии на перепуск по байпасу «оборотной» жидкости.

4. Изменение числа оборотов вала агрегата

Изменение числа оборотов вала агрегата достигается путем применения специальных устройств (применение двигателей с изменяемой частотой вращения, терристорных преобразователей частоты или гидромуфты), позволяющих менять число оборотов вала насоса. Этот способ значительно удорожает и усложняет обслуживание установки, но позволяет при новых числах оборотов сохранить подобие насосных характеристик, в которых изменение подачи, напора и мощности пропорциональны первой, второй и третьей степени изменения оборотов. При этом надо учитывать предельно допустимые значения напора (Hmax) и подачи (Qmax).

Изменение частоты вращения вала насоса из теории подобия:

; (6)

; (7)

; (8)

. (9)

где n₁ и n₂ – частоты вращения ротора насоса соответственно.

Рисунок 1.7 - Совмещенная характеристика нефтепровода и насоса при изменении частоты вращения вала:

H_1, Н₂ – напор агрегата при частоте вращения n1, n2 соответственно;

Q_1, Q₂ – производительность агрегата при частоте вращения n1, n2 соответственно;

n – номинальная частота вращения.

Напорная характеристика насоса при номинальной частоте вращения

, (10)

где - напор и производительность насоса при частоте вращения .

, (11)

Уравнение для нахождения частоты вращения ротора насоса при заданных значениях Q и H (из характеристики трубопровода)

, (12)

Следует отметить, что изменять частоту вращения в широких пределах нельзя, так как при этом существенно уменьшается КПД насосов.

Основными преимуществами данного метода являются:

- исключение оборудования, регулирующего максимальную подачу;

- снижение шума и уровня вибрации: использование насоса с переменной частотой вращения означает, что насос не будет использоваться в течение длительного периода для работы с постоянной частотой вращения, что позволяет избегать резонансных явлений в трубопроводах;

- снижение риска гидроударов и кавитации: данное явление, которое возникает в результате резкого изменения частоты вращения, не возникает в приводах с частотным регулированием благодаря плавному разгону и замедлению механизма;

- срок эксплуатации рабочего колеса зависит от частоты вращения, поэтому снижение частоты вращения увеличивает срок службы оборудования;

- управление частотой вращения позволяет использовать насос с высоким КПД. Эксплуатация вне оптимальной рабочей зоны уменьшает срок службы подшипников и уплотнений насоса.