Насосы для добычи нефти

сокосернистые (серы свыше 2 %), по содержанию парафина (твер­ дых углеводородов) — на малопарафиновые (парафина менее 1,5 %), парафиновые (от 1,5 до 6 %) и высокопарафиновые (более 6 %).

Кроме нефтяного газа, парафина, серы в извлекаемой из продуктивного пласта нефти может также присутствовать пластовая вода, причем в процессе разработки месторождений содержание во­ ды в добываемой продукции возрастает и может (на поздних эта­

гирована в другой в виде мелких капелек (глобул). Образование эмульсий нежелательно для работы насосов, так как их вязкость существенно выше, чем вязкость чистой нефти.

Пластовая вода, совместно с нефтью представляющая продук­ цию нефтяных скважин, обычно содержит определенное количество растворенных минеральных солей и по степени минерализации под­

вой воде могут содержаться также окислы железа, алюминия, крем­ ния, взвешенных частиц, йод, бром, растворенные газы (углеводо­ родные газы, углекислый газ, азот, сероводород и др.). Эти воды подразделены на два основных типа: а) щелочные или гидрокарбо-

Основные компоненты таких вод — ионы Na; Cl; SO4; НСО3 и СОз- В хлоридно-кальциевых водах содержится большое количество ионов натрия и хлора и незначительное ионов кальция и магния. В этих водах в отдельных случаях могут содержаться ионы железа.

Водородный показатель для таких вод обычно составляет 4—6.

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Рис. 2. Распределение скоростей жидкости в рабочем колесе цент* робежного насоса:

а — вертикальный разрез рабочего колеса; б — разрез по лопаткам; параллелограммы скоростей

Здесь о — угловая скорость рабочего колеса Если рабочее колесо имеет бесконечно большое число беско

нечно тонких лопастей, относительная скорость в направлена по касательной к поверхности лопасти в рассматриваемой точке

Соответствующим подбором скоростей и геометрических „ » меров элементов проточной части достигают неразрывности потока*

По основному уравнению лопастных насосов теоретический на пор рабочего колеса с бесконечным числом лопастей можно предела

вить как разность удельных энергий потока на входе и выходе из колеса:

ду направлениями окружной и абсолютной скоростей соответственно на входе и выходе из рабочего колеса.

Выражение теоретического напора для бесконечного числа ло­ пастей можно также привести к виду

за счет изменения кинетической энергии потока от входа до выхода из колеса.

Из основного уравнения для центробежного насоса видим, что развиваемый насосом напор тем больше, чем больше окружная ско­ рость на выходе из рабочего колеса, пропорциональная диаметру колеса и частоте его вращения. Теоретический напор при бесконеч­ ном числе лопастей не зависит от физико-химических свойств жид­ кости.

В осевом насосе на любом радиусе сечения лопасти колеса ок­ ружные скорости при входе частицы жидкости, движущейся па­

Действительный напор, развиваемый насосом, по формуле можно определить

Н =Г]гКоо//Тоо,

по формуле (для лопастей с радиальным или почти радиальным направлением средней линии /( « < 1):

кой среды соответственно на выходе и на входе в насос, м/с; g —

н — N п/т]н,

где Nn — полезная мощность насоса, кВт; т]н — к.п.д. насоса. Коэффициент полезного действия насоса

Т]н = Т)rTloT] м •

Здесь т]г — гидравлический к.п.д., учитывающий потери напора на гидравлические сопротивления и вихреобразование во всей про­ точной части насоса (т]г зависит от конструкции, размеров и точ­ ности обработки проточной части, изменяется в пределах 0,8—0,95 и определяется экспериментальным путем); т)0 — объемный к.п.д., учи­ тывающий потери при перетекании жидкости через уплотнения и за­

зоры из зоны повышенного давления в область пониженного давле­ ния (т]о современных центробежных насосов находится в пределах

подшипниках и разгрузочных устройствах (т|м изменяется в дос­ таточно широких пределах 0,83—0,97).

К.п.д. насосного агрегата (отношение полезной мощности на­ соса к мощности насосного агрегата) учитывает также потери мощ­ ности в соединительной муфте двигателя и вспомогательных уст­

ройствах.

Мощность двигателя для привода насоса принимается несколь­

правильную установку насоса, гарантирующую его работу при от­ сутствии кавитации.

Работа насоса без кавитации будет происходить в том случае, если его кавитационный запас будет больше или равен допускаемо­

проводе и создание напора жидкости на входе в рабочее колесо, можно определить по зависимости

зываемая в характеристике насоса, учитывает и допускаемый кави­ тационный запас Д/*д. В результате гарантируются бескавитационная работа насоса и неизменность его основных технических показате­ лей.

Если НдП отрицательна, эксплуатация насоса должна осущест­ вляться с подпором.

При изменении частоты вращения вала насоса Я дВ1 — 10 — (10 — Ядв) (jff

где п и п\ — частота вращения. В и х р е в ы е н а с о с ы .

В зависимости от конструктивного исполнения рабочего колеса вихревые насосы могут быть закрытоили открытовихревыми, а также центробежно-вихревыми.

Центробежно-вихревой насос состоит из двух последовательно установленных рабочих колес (центробежного и вихревого), поса­ женных на общий вал.

Принцип действия этих насосов следующий (рис. 3). В кольцевой полости 7, соединенной с подводящим и отводящим трубопровода­ ми, жидкость увлекается в круговое движение благодаря интен­

к нему канале. Вследствие неуравновешенности центробежных сил, действующих на частицы жидкости в межлопаточных ячейках колеса и боковых каналах по периферии колеса (сечение Б—Б), возникают продольные вихри 3, на которые накладываются вихри 4, форми­ рующиеся за лопастями. Траектории частиц образуют винтовые линии. Поступая в рабочее колесо, жидкость «разгоняется», а вы­

ры при одинаковых диаметрах рабочего колеса и частоте вращения вала в 2—5 раз выше напоров, развиваемых центробежными насо­ сами.

Развиваемый напор можно определить по формуле

и2

H - K » - g .

Характерная особенность вихревых насосов по сравнению с центробежными заключается в том, что потребляемая мощность уменьшается с увеличением подачи, так как при постоянной частоте вращения рабочего колеса внутренние потери энергии, связанные с передачей ее от рабочего колеса потоку в отводе, тем больше, чем меньше подача насоса.

Объемные потери мощности в вихревом насосе обусловлены перетеканием жидкости через зазоры разделителя потока и кром­ ками лопастей рабочего колеса из области отвода в область под­ вода и достигают 20 % энергии, подводимой к валу насоса, а гид­ равлические потери энергии — силами трения и вихреобразованием при поступательном и циркуляционном движениях жидкости в кри­ волинейном отводе и составляют до 30 % энергии, подводимой к ва­ лу насоса.

Коэффициент полезного действия таких насосов, учитывающий все потери, даже при наиболее благоприятных режимах при боль­ ших подачах не превышает 0,5.

Коэффициент быстроходности насоса па (удельная частота вра­ щения) — это частота вращения, при которой на создание напора воды в 1 м затрачивается мощность 0,736 кВт при наибольшем зна­ чении коэффициента полезного действия:

/ о

Понятие коэффициента быстроходности используют для класси­ фикации насосов и сравнения их типов. Следует учитывать, что этот коэффициент не изменяется при увеличении или уменьшении вязкости перекачиваемой жидкости, тогда как другие параметры из­ меняются. В табл. 2 приведены типы насосов с учетом коэффициен­ та быстроходности.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ И СПОСОБЫ ИХ РЕГУЛИРОВАНИЯ

потребляемой мощности, к.п.д., вакуумметрической высоты всасы­ вания или допускаемого кавитационного запаса) от подачи и час­ тоты вращения вала при постоянной вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос (рис. 4). Если частота вращения вала по­ стоянна, характеристики Q—Я; Q—N\ Q—г| и Q—Д/1д называют ра­ бочими. Эти характеристики позволяют определить:

пора, мощности и к.п.д. обычно соответствуют оптимальному ре­ жиму работы насоса — максимуму кривой Q—г\. Зона, в пределах которой рекомендуется эксплуатация насоса, называется рабочей частью характеристики (вблизи максимума к.п.д.).

Характеристика Q—Я отражает зависимость между напором центробежного насоса и его подачей. Если с увеличением подачи напор монотонно уменьшается, то на этой кривой, называемой ста­ бильной, любому значению напора соответствует только одно зна­

В некоторых случаях в пределах восходящего участка нестабильной кривой наблюдается неустойчивая работа насоса (помпаж).

По характеристике Q—N определяют мощность насоса при раз­ личных подачах.

Характеристика Q—т| отражает эффективность работы насоса при различных подачах.

Характеристика Q—ДЛд предназначена для обеспечения бескавитационной работы насоса.