Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1057

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
8.55 Mб
Скачать

А.В.БЕЗЗУБОВ Ю . В.ЩЕЛК АЛИН

НАСОСЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

СПРАВОЧНИК РАБОЧЕГО

МОСКВА «НЕДРА» 1986

Беззубов А. В., Щелкалин Ю. В. Насосы для добычи нефти: Справочник рабочего.— М.: Недра, 1986.—224 с.

Приведены конструкции

и технические

характеристики насосов

и насосных установок для

добычи, сбора

и внутрипромыслового

транспортирования нефти, водоснабжения и поддержания пластово­ го давления. Рассмотрены назначение, устройство и принципы дей­ ствия основных узлов и агрегатов насосов всех типов. Описана по­ следовательность операций по монтажу, запуску-останову, обслу­ живанию и ремонту насосов и насосных установок. Особое внима­ ние уделено мероприятиям по безопасному проведению монтажных и ремонтных работ, эксплуатации насосного оборудования.

Для рабочих, занятых добычей, сбором и транспортированием нефти, поддержанием пластового давления, а также машинистов

насосных установок и слесарей по их ремонту.

 

 

 

Табл. 58, ил. 89, список лит. — 7

назв.

 

 

 

 

Р е ц е н з е н т :

И. Н. Смирнов,

канд. техн. наук

(ВНИИгидро-

маш).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПРАВОЧНИК СПЕЦИАЛИСТА

 

 

 

 

 

Александр Васильевич Беззубов

 

 

 

 

 

Юрий Викторович Щелкалин

 

 

 

 

 

НАСОСЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ

НЕФТИ

 

 

 

 

 

Редактор издательства Е. А. Петрова

 

 

 

 

 

Обложка художника Л. Е. Чучканова

 

 

 

 

 

Художественный редактор В. В. Шутько

 

 

 

 

 

Технические редакторы А. В. Трофимов, Е. Л. Закатанская

 

 

Корректор

Г. Г. Большова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИБ № 5865

 

 

 

 

Сдано в

набор 31.01.86.

Подписано в

печать

16.05.86.

Т-07972

Формат

84X108732.

Бумага кн.-журн.

Гарнитура

Литературная.

Уел. п. л. 11,76. Уел. кр.-отт. 11,97. Уч.-изд. л>

13,12.

Тираж 7300 экз.

Заказ 33/243-6. Цена 65 коп.

 

 

 

 

 

 

Ордена «Знак Почета* издательство «Недра»,

 

 

 

 

103633. Москва, Третьяковский проезд, 1/9.

«Периодика»

ВО «Союзполиг-

Набрано в московской типографии № 13 ПО

рафпрома»

Государственного

комитета

СССР

по делам издательств, поли­

графии и книжной торговли.

107005, Москва, Б-5, Денисовский пер., 30.

Отпечатано в московской типографии № 4 Союзполиграфпрома при Госу­ дарственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной

торговли. 129041 Москва, Б. Переяславская

ул., д. 46. Заказ

1950.

9 5 0 4 0 ^ 0

0 ^

Чб Издательство

«Недра», 1986

43(01)-i86

—JdlLSH

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Q„ — идеальная подача насоса. Q — подача насоса.

Я Тс»— теоретический напор насоса с бесконечным числом ло­ пастей.

Я — напор, развиваемый насосом.

Явак — вакуумметрическая высота всасывания.

 

Яд вак — допускаемая вакуумметрическая высота

всасывания.

Ah — кавитационный запас.

 

 

 

 

А/1Д— допускаемый кавитационный запас.

 

 

рн — давление

жидкой

среды

на

входе в

насос.

Ри — давление

жидкой

среды

на

выходе

из

насоса.

Рва — давление

насыщенных паров

жидкой

среды.

р0 — давление окружающей среды. Яна — мощность насосного агрегата.

Яп — полезная мощность насоса.

Я— мощность насоса.

Ядв — мощность двигателя привода насоса.

 

 

 

Яг — индикаторная мощность насоса,

 

 

 

т)дв — к.п.д. двигателя.

 

 

 

 

 

т)пер — к.п.д. передачи.

 

 

 

 

 

т|н — к.п.д. насоса.

 

 

 

 

 

т)на — к.п.д. насосного

агрегата.

 

 

 

 

г)г — гидравлический

к.п.д. насоса.

 

 

 

 

т]о — объемный к.п.д. насоса (коэффициент

подачи

насоса).

т]г — индикаторный к.п.д. насоса.

 

 

 

 

т]мех — механический к.п.д. насоса.

 

 

 

 

т]н — коэффициент наполнения.

 

 

 

 

т)у — коэффициент утечек.

 

 

 

 

п8— коэффициент быстроходности насоса.

 

 

 

v — абсолютная скорость жидкой

среды в

насосе.

 

w — относительная скорость жидкой среды

в

насосе.

и — окружная скорость жидкой

среды в

насосе.

 

vMr— скорость выхода

жидкости из рабочего

колеса

в меридио­

нальном направлении.

 

 

 

 

w — угловая скорость.

 

 

 

 

а — угол между направлениями

абсолютной

и окружной ско­

рости.

 

 

 

 

 

D\ — диаметр окружности колеса на входе.

£>2 — диаметр окружности колеса на выходе.

 

62 — ширина

лопасти на выходе из рабочего

колеса.

2 — число лопастей рабочего колеса,

 

г — радиус рабочего колеса.

 

п — частота вращения.

 

2К — высота

центра тяжести на выходе из насоса.

2Н— высота центра тяжести на входе в насос.

 

F — площадь сечения поршня.

 

5 — длина хода поршня.

 

п — число двойных ходов поршня.

 

f — площадь сечения штока.

 

ир — объем рабочей камеры насоса.

шестерни.

DEO — диаметр

начальной окружности ведущей

т — модуль зацепления. b — ширина колеса.

е — эксцентриситет винта. D — диаметр сечения винта. ? — шаг обоймы.

t — шаг винта,

р — плотность жидкости.

g — ускорение свободного падения.

Л— коэффициент динамической вязкости,

v— коэффициент кинематической вязкости. pH — водородный показатель.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНАХ ДЛЯ ПОДАЧИ ЖИДКОСТЕЙ

Насос— машина для напорного перемещения жидкости в ре­ зультате сообщения ей внешней энергии.

Насосный агрегат — соединение насоса (нескольких насосов) и приводящего двигателя.

Различают следующие насосные агрегаты:

электронасосные, в которых приводящим двигателем является электродвигатель; самовсасывающие, снабженные самовсасывающи­ ми насосами или устройствами для самозаполнения подводящего трубопровода жидкой средой; погружные, погружаемые под уро­ вень жидкой среды.

Насосная установка — насосный агрегат с комплектующим обо­ рудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечиваю­ щей работу насоса.

Подача насоса—-один из основных параметров режима его ра­

боты:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

объемная — объем

жидкой

среды,

прокачиваемой

в

единицу

времени, м3/с;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

массовая — масса жидкой среды,

прокачиваемой в единицу вре­

мени, кг/с;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

идеальная — подача, которую

мог

бы обеспечить

насос в случае

отсутствия каких-либо потерь в нем, м3/с( кг/с).

 

 

 

 

 

Отклонение подачи насоса — разность

фактической подачи насо­

са и подачи, заданной для данного давления.

 

 

 

 

 

 

Коэффициент

подачи

насоса — безразмерная

величина,

харак­

теризующая отношение подачи насоса к его идеальной подаче.

 

Давление

на

входе

в

насос — давление

жидкой

среды

на вхо­

де в насос, Па.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Давление

на

выходе

из

насоса — давление

жидкой

среды

на

выходе из насоса, Па.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Давление

насоса — величина,

характеризующая

интенсивность

сил жидкой среды

(скоростных и пьезометрических напоров

жидкой

среды) на выходе

из насоса и на входе- в него, Па

(м):

 

 

предельное — наибольшее

давление

на

выходе

из

насоса,

на

которое рассчитана его конструкция,

Па.

 

 

 

 

 

 

 

Удельная работа насоса — работа, подводимая к насосу для перемещения единицы массы жидкой среды.

Высота самовсасывания — высота самозаполнения подводящего трубопровода самовсасывающим насосом, м.

Мощность насоса — величина, измеряемая отношением работы, затрачиваемой насосом на перемещение жидкой среды, к промежут­

ку времени, в течение которого она совершена, кВт;

 

полезная — мощность,

сообщаемая насосом

подаваемой

жид­

кой среде.

 

 

 

Мощность насосного

агрегата — мощность,

потребляемая

насос­

ным агрегатом или насосом, в конструкцию которого входят узлы двигателя, кВт.

Коэффициент полезного действия насоса — характеристика эф­ фективности насоса, определяемая отношением полезно используе­ мой энергии жидкой среды к суммарному количеству энергии, пе­ реданному этой среде:

насосного агрегата — безразмерная величина, характеризующая отношение полезной мощности насоса к мощности насосного агре­ гата;

гидравлический насос — отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодо­ ление гидравлических сопротивлений в насосе;

объемный — отношение полезной мощности насоса к сумме по­ лезной мощности и мощности, утерянной с утечками;

механический — величина, отражающая относительную долю ме­ ханических потерь в насосе.

Рабочий объем насоса — разность наибольшего и наименьшего значений замкнутого объема за один оборот или двойной ход ра­ бочего органа насоса.

Кавитационный запас — запас удельной энергии жидкой среды на входе в рабочее колесо, равный превышению напора жидкой среды на всасывании над давлением парообразования жидкости.

Допускаемый кавитационный запас — кавитационный запас, обе­ спечивающий работу насоса без изменения основных технических показателей.

Геометрическая высота всасывания — разность отметок оси

на­

соса и свободного уровня жидкости в приемном резервуаре.

 

Подпор — отрицательная геометрическая высота всасывания

(на­

сос расположен ниже уровня жидкости в резервуаре).

 

Вакуумметрическая высота всасывания — величина, учитываю­ щая высоту расположения оси насоса по отношению к уровню жид­ кости в резервуаре, гидравлические потери в приемном трубопро­ воде и скоростной напор жидкой среды на входе в насос.

Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания — высота

всасывания, при которой обеспечивается работа насоса без изме­ нения основных технических показателей.

Характеристика насоса — графическая зависимость основных тех­ нических показателей от давления (для объемных насосов) или от подачи (для динамических насосов) при постоянных значениях час­ тоты вращения, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос:

регулировочная — графическая зависимость подачи от частоты вращения (циклов) или длины хода рабочего органа при постоян­

ных значениях вязкости, плотности

жидкой среды на входе в на­

сос и давления на входе и выходе из насоса;

кавитационная — графическая

зависимость основных техниче­

ских показателей насоса от кавитационного запаса или вакуумметрической высоты всасывания при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкой фазы на входе в насос, давления для объемных насосов и подачи для динамических на­ сосов;

самовсасывания — графическая зависимость подачи газа, уда­ ляемого самовсасывающим насосным агрегатом из подводящего тру­ бопровода, от давления на входе в насос;

рабочая часть характеристики — зона, в пределах которой ре­ комендуется эксплуатация насоса.

Индикаторная диаграмма насоса — графическая зависимость из­ менения давления от времени или перемещения рабочего органа в замкнутом пространстве, попеременно сообщаемом с входом и вы­ ходом насоса.

Режим работы насоса характеризуется параметрами его рабо­ ты — подачей, напором, потребляемой мощностью, к.п.д., высотой всасывания:

номинальный, обеспечивающий заданные технические показатели; оптимальный, характеризующийся наибольшим значением к.п.д.; кавитационный — режим в условиях кавитации, вызывающей из­

менение основных технических показателей.

КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ

При основных технологических процессах (добыче, сборе, тран­ спорте продукции нефтяных скважин, магистральном транспорте нефти и поддержании пластового давления), а также в системах водоснабжения, различных технологических установках и агрегатах применяют разнообразное насосное оборудование, различающееся по принципу действия, конструктивному исполнению, приводу, ха­ рактеристикам перекачиваемой жидкости и т. д.

По принципу действия насосы подразделены на

динамические,

в которых передача энергии жидкости происходит

в рабочей ка­

мере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса, и объ­ емные, в которых перемещение жидкой среды осуществляется в ре­ зультате периодического изменения объема рабочей камеры, попе­ ременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

В нефтяной промышленности широко используют лопастные насо­ сы __ разновидность динамических. В этих насосах перемещение жидкой среды происходит путем обтекания лопасти или под воз­ действием сил трения (насосы трения). По направлению движения потока жидкости лопастные насосы подразделены на центробежные (жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к пе­ риферии) и осевые (жидкая среда перемещается через насос в на­ правлении его оси), а по конструкции отвода жидкости от рабоче­ го колеса — на насосы с направляющим аппаратом, спиральным, полуспиральным, двухзавитковым или кольцевым отводом.

По конструкции рабочего колеса центробежные насосы разли­ чают с закрытым или открытым колесом.

Осевые насосы в зависимости от возможности изменения поло­ жения лопастей относят к жестколопастным, у которых положение лопастей рабочего колеса относительно ступицы постоянно, или к поворотно-лопастным, у которых положение лопастей рабочего колеса регулируется.

Разновидность насосов трения — вихревые и свободновихревые насосы, широко применяемые в нефтяной промышленности. В вихре­ вых жидкость перемещается по периферии рабочего колеса в танген­ циальном направлении, а в свободновихревых — от центра к пери­ ферии вне рабочего колеса.

В зависимости от подвода жидкой среды вихревые насосы раз­ делены на открытовихревые (подвод жидкости в неподвижный коль­ цевой канал через рабочее колесо) и закрытовихревые (подвод жид­ кой среды непосредственно в неподвижный кольцевой канал).

Одна

из разновидностей

динамических насосов — центробежно­

вихревые

насосы, в которых

жидкостъ перемещается от центра к

периферии и по периферии рабочего колеса в тангенциальном на­ правлении.

Как правило, лопастные насосы не обладают свойством самовсасывания, в то время как вихревые самовсасывающие.

По характеру движения рабочих органов объемные насосы под­ разделены на возвратно-поступательные (с прямолинейным возврат­

но-поступательным

движением рабочих органов насоса), роторные

(с вращательным

или вращательным и возвратно-поступательным

движением рабочих

органов насоса) и крыльчатые (с возвратно-по­

воротным движением рабочих органов насоса).

Возвратно-поступательные насосы, в свою очередь, подразделены

на поршневые и плунжерные, которые могут быть однопоршневыми (одноплунжерными) и многопоршневыми (многоплунжерными).

К группе возвратно-поступательных относят диафрагменные насо­ сы, у которых рабочие органы выполнены в виде упругих диафрагм.

Возвратно-поступательные насосы подразделены на насосы одно­ стороннего действия (вытеснение жидкой среды из рабочей камеры происходит при движении поршня или плунжера в одну сторону) и двустороннего действия, у которых вытеснение жидкости проис­ ходит при движении поршня (плунжера) в обе стороны.

Из группы роторных насосов в нефтяной промышленности при­ меняют роторно-вращательные, с вращательным движением рабо­ чих органов, подразделяющиеся по направлению перемещения жид­ кости на зубчатые и винтовые.

Зубчатый насос характеризуется перемещением жидкости в плос­ кости, перпендикулярной к оси вращения рабочих органов. Из группы зубчатых насосов наиболее широко применяют шестеренча­ тые насосы, рабочие органы которого выполнены в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочей камеры и пе­ редающих крутящий момент. Эти насосы могут быть выполнены с внешним или с внутренним зацеплением шестерен.

В винтовых насосах (одно-, двух-, трех- и многовинтовых) жид­ кая среда перемещается вдоль оси вращения рабочих органов.

В зависимости от характера движения ведущего звена насоса объемные насосы разделяются на прямодействующие — с возвратно­ поступательным движением ведущего звена и вращательные — с вра­ щательным движением ведущего звена.

Разновидность вращательного насоса — кривошипный насос (воз­ вратно-поступательный), у которого передача движения от вра­ щающегося ведущего звена к рабочим органам осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Исходя из особенностей конструктивного исполнения динамиче­ ские насосы могут быть горизонтальными или вертикальными (в за­ висимости от направления оси расположения, вращения или дви­ жения рабочих органов), консольными, моноблочными, с выносными опорами (по расположению рабочих органов и конструкции опор); ьПсосами с боковым, осевым или с двусторонним входами жидкой среды в насос (по расположению входа в насос). По числу ступе­ ней Насосы подразделены на одно-, двух- и многоступенчатые, по конструкции и виду разъема корпуса — на насосы секционные с тор­ цовым или осевым разъемом.

По условиям всасывания насосы могут быть самовсасывающими, т- е. обеспечивающими самозаполнение подводящего трубопровода перекачиваемой жидкостью, с предвключенной ступенью или с пред-

включенным колесом, а по расположению — погружными, скважин­ ными, а также с трансмиссионным валом.

Объемные насосы в зависимости от расположения рабочих орга­ нов относят к односторонним, оппозитным, V-образным; однорядным и многорядным (по числу ступеней, в которых расположены оси

рабочих органов).

По виду перекачиваемой среды насосы подразделены на водя­ ные, нефтяные, шламовые, песковые, кислотные и т. д.

СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕКАЧИВАЕМЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Плотность р — одна из основных физических характеристик, численно равная массе единицы объема жидкости, выражается в кг/м3.

Давление р — величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на единицу площади жидкости, выражается в паска­ лях (Па).

Вязкость (внутреннее трение) — свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой.

Количественно вязкость характеризуется значением величины, на­ зываемой коэффициентом динамической вязкости ц — силой внут­ реннего трения между соседними слоями жидкости, действующей на единицу площади слоя жидкости, выражается в Па-с.

Величину v = r]/p называют кинематической вязкостью жидкости, измеряют ее в м2/с.

Водородный показатель pH жидкости — величина, характеризую­ щая концентрацию ионов водорода в растворе. Численно равна от­ рицательному десятичному логарифму концентрации ионов водоро­

да р Н = —lg[H].

При температуре 25 °С

в нейтральной среде

pH = 7, в кислых средах pH<7, в щелочных pH>7.

Коэффициент

растворимости газа в

жидкости — безразмерная

величина, характеризующая количество газа, растворяющегося в еди­ нице массы или объема жидкости, при повышении давления на 9,8-104 Па.

Газосодержание — величина, характеризующая содержание газо­ вой фазы в жидкости, измеряется в объемных (массовых) долях.

Нефть по химическому составу представляет собой в основном смесь углеводородов и в зависимости от содержания отдельных

компонентов подразделяется на легкую (плотность менее 900

кг/м3)

и тяжелую (плотность свыше 900 кг/м3), причем,

плотность

нефти

задана при +20 °С и атмосферном давлении.

 

 

В зависимости от содержания серы нефти делятся на малосер­

нистые (серы до 0,5%); сернистые (серы от 0,51

до 2 %)

и вы­

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]