Насосы для добычи нефти

Рис. 4. Характеристики насосов:

•номера у кривых на рис. б, в и г соответствуют типам колес по рис. д

Насосы с различной быстроходностью и различных конструктив­ ных исполнений сравнивают с помощью относительных характе­ ристик, в которых параметры выражены в относительных (процент­ ных) долях от их значений при оптимальном режиме (см. рис. 4, б, в, г).

В частности, форму кривой Q—Н необходимо учитывать при вы­ боре типа насоса в условиях изменяющегося напора. Например, если кривая имеет большой угол наклона к оси Q, то это выгодно в тех случаях, когда при значительном уменьшении или увеличении развиваемого напора необходимо сохранить небольшой диапазон изменения подачи.

По форме кривой Q—N определяют время запуска насоса, так как с целью предупреждения перегрузки его включают при мини­ мальной мощности. В частности, для осевых и вихревых насосов

возрастает с увеличением подачи насоса, причем для центробежных

требляемая мощность достигает максимума при оптимальной вели­ чине подачи насоса и с дальнейшим увеличением подачи насоса

уменьшается.

Поэтому центробежные и диагональные насосы, характеризую­

жидкости в корпусе насоса. Вихревые и осевые насосы, характе­ ризующиеся нисходящей кривой Q—N, следует запускать при от­ крытой задвижке на нагнетательном трубопроводе.

Для всех типов насосов угол наклона кривой Q—г| к оси абс­ цисс возрастает с увеличением подачи насоса до максимума, а за­ тем уменьшается. Если такая кривая имеет плоскую вершину (не­ значительное изменение к.п.д. в области максимума), насос можно использовать в широком диапазоне подачи.

смотрены для определения частоты вращения вала, к.п.д. насоса и потребляемой им мощности при любом сочетании напора и подачи насоса. Для построения универсальной характеристики применяют способ пересчета параметров рабочих характеристик с помощью уравнений подобия

В технических условиях и другой документации на насосы обычно приводят характеристику при работе на воде. В то же вре­ мя насос можно использовать для перекачивания и других жидкос­

вязкость которой незначительно отличается от вязкости воды, мож­ но определить по изменению кривой Q—N (рис. 5, а). При этом со­ ставляющие мощности, за исключением механических потерь, про­ порциональны плотности жидкости. В результате при увеличении или уменьшении доли механических потерь в балансе мощности не­ сколько изменяются механический к.п.д. и к.п.д. насоса. Так как

Ь —I' I— l2

Рис. 5. Зависимость напора Я, потребляемой мощнос­ ти Я и к.п.д. т| насоса от изменения плотности и вяз­ кости:

1 — вода; 2 — нефтепродукт

напор не зависит от плотности перекачиваемой жидкости, форма кривой Q—Я не изменяется.

Характеристики центробежных насосов будут изменяться при перекачке вязких жидкостей, при этом для жидкостей средней и высокой вязкости потребляемая насосом мощность существенно уве­ личивается, в то время как напор и в меньшей мере подача умень­ шаются (см. рис. 5,6). К.п.Д. насоса при перекачивании вязких жидкостей всегда уменьшается, а максимум кривой к.п.д. смещается

с учетом вязкостей воды и перекачиваемой вязкой жидкости осуще­ ствляют по следующим эмпирическим уравнениям:

относительный коэффициент подачи

относительный коэффициент напора

где Л, Б, С, D — безразмерные коэффициенты, приведенные в табл. 3; индекс в ж показывает, что соответствующие величины относятся к характеристике насоса при работе на вязкой жидкости.

Характеристики вихревого насоса пересчитывают по эмпириче­ ским формулам следующим образом:

определяют относительный коэффициент подачи KQ соответст­ венно заданной вязкости жидкости;

определяют оптимальную подачу насоса QB на жидкости за­ данной вязкости и соответственно подачу, составляющую 80, 90, 110 и 120 % от оптимальной на воде;

определяют относительные коэффициенты подач соответственно

Полученные значения QB; Нъ\ Цв позволяют построить харак­ теристики вихревого насоса при работе на вязкой жидкости с дос­ таточной для практических целей точностью.

В зависимости от рабочих условий параметры насоса можно» регулировать следующими способами:

изменением характеристики Q—H насоса;

изменением частоты вращения п вала насоса (рис. 6); изменением диаметра D рабочих колес (рис. 7);

изменением угла наклона направляющих лопастей перед вхо­ дом в рабочее колесо;

изменением угла наклона лопастей рабочего колеса; изменением профиля задних кромок лопастей рабочего колеса; изменением характеристики трубопровода; применением обводных линий (рис. 8, а); посредством дросселирования (см. рис. 8, 6).

Рис. 6. График регулирования параметров центробежного на­ соса изменением частоты вра­ щения

Если рассматривается характеристика одного насоса при регу­ лировании параметров изменением частоты вращения вала, в соот­ ветствии с законами подобия имеем

Рис. 8. График регулирования параметров центробеж­ ного насоса изменением характеристик трубопровода

соответственно подача, напор и потребляемая мощность насоса при

частоте вращения вала п2.

Если при различных частотах вращения вала насос исполь­

вода пересекаются в точке С. В этом случае подача насоса соста-

к.п.д. насоса практически остается постоянным. Поэтому такой спо­ соб регулирования параметров при изменяющихся условиях эксплуа­ тации наиболее эффективный. Однако по этому способу предпола­ гается использование привода с непостоянной частотой вращения, что не всегда осуществимо на практике.

Способ изменения диаметра рабочего колеса применяют в слу­ чае, если требуется на длительное время уменьшение подачи и на­ пора, развиваемого насосом. Предусмотрены два варианта обточки рабочих колес: колеса, включая диски и лопасти в насосах спираль­ ного типа, и только лопастей. Такой способ изменения диаметра колеса применяют для насосов с направляющим аппаратом: центро­ бежных и в ограниченной степени диагональных.

В этом случае следует учитывать, что при небольших значе­ ниях диаметра рабочего колеса и коэффициента быстроходности па­ дение к.п.д. оказывается незначительным. Если коэффициент быстро­ ходности высокий, падение к.п.д. оказывается значительным даже при малом уменьшении диаметров рабочих колес.

По форме кривых Q Я и Q—т] можно определить, что этот способ регулирования наиболее оптимален для диапазона небольшо­

менений подач при относительно небольшом изменении напора в трубопроводной системе.

Изменение профиля задних кромок лопастей рабочего колеса — способ получения небольшого увеличения развиваемого насосом на­ пора для центробежных диагональных насосов. В области оптималь­ ной подачи напор по этому способу можно увеличить приблизи­ тельно на 3 %.

При регулировании с использованием обводной линии часть по­ тока жидкой среды возвращается с выхода насоса во входной тру­

кости в трубопроводную систему с обводной линией, характерис­

ний рекомендуется Для открытовихревых и осевых насосов, так как потребляемая этими насосами мощность уменьшается с увеличением их подачи. Однако такой метод регулирования неэкономичный, так как происходят потери энергии, расходуемой на повышение давления

отводящей линии насоса. При этом рабочая точка насоса смещается

полнительного сопротивления в трубопроводной системе.

Вследствие потерь напора в дросселирующей задвижке непре­ рывная работа насоса с дросселированием оказывается неэкономич­ ной. Причем потери напора в насосах, для которых характерна кру­ тая линия Q—Я, оказываются существенно выше, чем в насосах,

применять только для центробежных на­ сосов, в которых потребляемая мощ­ ность снижается с уменьшением подачи. Наиболее неэкономичен такой способ регулирования для открытовихревых и осевых насосов, у которых потребляе­ мая мощность увеличивается с умень­ шением подачи. У осевых насосов в процессе дросселирования на линии наг­

В многоступенчатых секционных насосах параметры можно изменять путем монтажа соответствующего числа ступеней.

Характеристика Q—Н (рис. 9) многоступенчатого насоса в зави­

потребляемая мощность ступенчато изменяется.

В пределах рабочей зоны насоса при изменении давления в тру­ бопроводной системе регулирование режима работы насоса осущест­ вляется автоматически при сохранении оптимальных показателей подачи, к.п.д. и потребляемой мощности. С повышением давления в трубопроводной системе номинальную подачу можно получить пу­ тем соответствующего увеличения давления во всасывающем трубо­ проводе.

С точки зрения экономичности к наиболее рациональным, не вызывающим снижения к.п.д., относят следующие способы регули­ рования параметров: создание подпора во всасывающем трубопро­ воде; изменение частоты вращения вала насоса и предварительная закрутка потока, изменение угла наклона лопастей и диаметра ра­ бочего колеса. Дросселирование и обратный перепуск жидкости че­ рез обводные линии, несмотря на простоту их осуществления по

Рис. 10. График регулирования параметров двух насосов при последовательной их работе

Рис. 11. График регулирования параметров двух насосов при параллельной их работе

сравнению с другими методами, нерациональны вследствие значи­ тельного падения к.п.д. насоса.

Регулирование подачи и напора в насосных станциях осущест­ вляют последовательной или параллельной работой насосов, пере­

жидкость в общую трубопроводную систему 7, суммарная подача

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ НАСОСОВ

Центробежный насос (рис. 12) простейшей конструкции состоит из следующих основных деталей: корпуса 6, крышки 4, рабочего колеса 5; уплотнения 3, подшипникового кронштейна 2, вала 1. На рис. 12 показан насос с направляющим аппаратом 7, оснащенный уплотняющими кольцами 8 плавающего типа. В этом насосе жид­ кая среда поступает в центробежное рабочее колесо через осевой подвод и выходит из него через спиральный отвод в корпусе. Саль­ никовое уплотнение предотвращает вытекание жидкости из корпуса наружу и поступление атмосферного воздуха при вакууме в полости

втулки и лопастей, соединенных с ней непосредственно или при по­ мощи одного, или двух дисков. В зависимости от числа дисков эти

отогнуты вперед (передача потоку проходящей жидкости наиболь­ шего количества энергии с преобладанием скоростной).

У насосов, предназначенных для перекачивания суспензий (пес­ ка, шлама, грунта и т. д.), каналы в рабочих колесах значительно

колесу, обеспечивающий осесимметричный ее поток с равномерным

распределением скоростей с минимальными гидравлическими по­ терями.

Конструктивно подводы выполняют в виде:

конического прямого патрубка (конфузора), применяемого в консольных насосах;

коленообразного входного патрубка;

со спиральной формой канала (наиболее распространенная кон­ струкция).

Подвод потока жидкой среды к рабочим колесам многоступен­

чатых насосов с лопаточными отводами осуществляется с помощью переводных каналов.