книги / Техника и технологии локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

Вихревые насосы (рис. 4.42). Вихревые насосы относятся к машинам трения. Рабочее колесо вихревого насоса аналогично колесу центробеж­ ного насоса засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает ее во внешнюю, в резуль­ тате чего возникает продольный вихрь. При про­ хождении жидкости через рабочее колесо в вихре­ вом насосе, как и в центробежном, увеличиваются кинетическая энергия жидкости (вырастает ее ско­ рость) и потенциальная энергия давления. Рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками является рабочим органом насоса. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцевыми зазорами.

В боковых и периферийной стенках корпуса

напорного. Канал прерывается перемычкой, служа­ щей уплотнением между напорной и всасывающей полостями. Жидкость поступает через всасывающий патрубок в канал, прогоняется по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок.

По типу рабочего колеса вихревые насосы делятся на насосы закрытого и открытого типов. У н а с о с о в з а к р ы т о г о т и п а лопатки рабо­ чего колеса короткие. Их внутренний радиус равен внутреннему радиусу канала. Жидкость подводится

из всасывающего патрубка непосредственно в канал. У н а с о с о в о т к р ы т о г о т и п а лопатки длинные.

Жидкость подводится из всасывающего патрубка, поступает в подвод, из которого через всасываю­ щее окно подводится к лопаткам рабочего колеса и затем поступает в канал. От типа колеса зависят его кавитационные свойства, а также самовса­ сывающая способность и способность работать на газожидкостной смеси. Далее жидкость прогоня­ ется по каналу рабочим колесом и через напорное отверстие уходит в отвод и напорный патрубок.

Области применения вихревых насосов:

•обработка грунтов химическими и биологи­ ческими реагентами;

•отмывка оборудования;

•в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления.

Преимущества насосов:

•самовсасывающие;

•по сравнению с центробежным насосом созда­ ваемое давление в 3-7 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса;

•простота и дешевизна конструкции;

•возможность работы на смеси жидкости и газа;

•малая зависимость подачи от противодав­ ления сети.

Недостатки насосов:

•ограниченный ассортимент типоразмеров;

•низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45 %;

•непригодность для подачи жидкости, содер­

жащей абразивные частицы (т. к. это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцевых и ради­ альных зазоров и, следовательно, к падению дав­ ления и КПД);

• низкая подача.

Технические характеристики вихревых насосов приведены в табл. 4.20 и 4.21.

Горизонтальные консольные двухступенчатые насосы типа ВК Тульского насосного завода пред­ назначены для перекачивания воды и других ней­ тральных жидкостей вязкостью до 36 • Ю-6 м2/с, содержащих твердые включения размером не более 0,05 мм с массовой концентрацией не более 0,01 %. Температура перекачиваемой среды — от 258 до 378 К (от-15 до +105 °С).

Вихревые насосы типа ВК ОАО «Ливгидромаш» предназначены для перекачивания вредных, горючих, легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидко­ стей с кинематической вязкостью до 36 • Ю"6 м2/с (36 сСт) и содержанием твердых включений не более 0,01 масс. % при их размерах не более 0,05 мм, в которых материалы проточной части не допус­ кают линейную скорость сплошной коррозии более 0,1 мм/год по ГОСТ 9.908-85.

Насосы фирмы «Calpeda» применяются для перекачивания чистых невзрывоопасных и неаг­ рессивных жидкостей, не содержащих абразивных и взвешенных частиц. Эксплуатационные ограни­ чения: температура жидкости не более 60 °С, температура окружающего воздуха не более 40 °С, манометрическая высота всасывания не более 7 м, непрерывный режим эксплуатации.

Центробежно-вихревые насосы типа ЦВК ЗАО «Московский насосный завод № 1» предназначены для перекачивания воды, нейтральных, горючих, токсичных и агрессивных жидкостей с температу­ рой от -40 до +85 °С.

Рис. 4.42. Принцип действия вихревого насоса

Роторные насосы. К роторным относят насосы, в которых вытеснители при работе совершают сложное пространственное движение, но определяю­ щим движением при этом является вращательное.

Наиболее часто применяемые в операциях по ЛРН роторные насосы: коловратные, шестеренные и винтовые.

Преимущества данного класса насосов:

•компактность (а следовательно, большая соз­ даваемая мощность на единицу массы машины);

•реверсивность;

•бесклапанное распределение жидкости;

•возможность регулирования подачи путем изменения рабочего объема.

Недостатки насосов:

•возможность запирания жидкости в перемен­ ном объеме (при бесклапанном распределении);

•большие утечки жидкости, что ведет к сниже­ нию объемного, а следовательно, и полного КПД;

•более сложная конструкция.

Коловратные насосы. Подводимая жидкость заполняет пустоты между кулачками двух вращаю­ щихся элементов и захватывается в пространство между двумя соседними кулачками и внутренней поверхностью корпуса насоса. При вращении кулач­ кового ротора захваченная жидкость направляется к выходному отверстию насоса. Когда передняя кулачковая лопасть теряет контакт со стенкой корпуса насоса, захваченная нефть выбрасывается из насоса. Это означает, что подача насоса является исключительно функцией скорости вращения ро­ торов. При повышении вязкости перекачиваемого продукта подача насоса снижается незначительно или вообще не снижается. Так как в линии нагне­ тания может создаться очень высокое давление, на стороне выкида должен иметься предохранитель­ ный клапан, чтобы предотвратить разрыв напор­ ного рукава при высокой скорости перекачивания вязкой жидкости.

Область применения коловратных насосов — перекачивание вязких жидкостей с относительно высоким содержанием механических примесей.

Преимущества насосов:

•малая зависимость подачи насоса от вязкости перекачиваемой жидкости;

•способность создавать высокие давления;

•возможность перекачки жидкостей с высоким содержанием механических примесей.

Недостатки насосов:

•относительно невысокая подача;

•невозможность работы «всухую». Технические характеристики коловратных насо­

сов некоторых ведущих производителей указаны в табл. 4.22.

Таблица 4.22

Технические характеристики коловратных насосов

ОАО «Ш ах ти нс к ий за во д “Г и д р о п р и в о д ”»

данных.

Шестеренные насосы. Шестеренные насосы выпускаются с внешним и внутренним зацеплением. Последние более компактны, но из-за сложности изготовления применяются редко.

Насос с внешним зацеплением (рис. 4.43) состоит из корпуса, в котором с небольшими торцевыми и радиальными зазорами находятся в зацеплении две одинаковые шестерни — ведущая и ведомая. При вращении шестерен, когда зубья выходят из впадин (объем камеры увеличивается), происходит всасывание жидкости. Затем жидкость, заполнив­ шая впадины, переносится по внешней дуге шес­ тернями в направлении вращения, а когда зубья входят во впадины (объем камеры уменьшается), жидкость вытесняется в нагнетательную линию.

Конструкция такого насоса обычно отличается жесткими допусками и множеством точек контакта металлических поверхностей. По этой причине шестеренный насос не может работать с жидко­ стями, содержащими крупные или высокоабразив­ ные твердые частицы. Большинство шестеренных насосов обладают способностью реверсировать поток.

Область применения шестеренных насосов — перекачивание вязких жидкостей с низким содер­ жанием механических примесей.

Преимущества насосов:

•вследствие наличия я-го числа рабочих камер имеется возможность снижения пульсации в нагне­ тательной линии и, следовательно, увеличения рав­ номерности подачи насоса (у насосов внутреннего зацепления);

•низкий уровень шума (у насосов внутреннего зацепления);

•возможность использования для питания различных высокоточных гидравлических систем, например промышленных роботов-манипуляторов

ит. д.;

•отсутствие всасывающего и нагнетательного клапанов, что значительно упрощает конструкцию

насосов, исключает износ некоторых деталей

инежелательные утечки перекачиваемой жидкости;

•наличие предохранительных клапанов, кото­ рые при достижении максимально допустимого давления перепускают жидкость со стороны нагне­ тания на сторону всасывания, что делает насосы менее чувствительными к перегрузкам;

Рис, 4.43. Принцип действия шестеренного насоса

•возможность (для насосов наружного зацеп­ ления) широкого применения в гидроприводах авто­ мобилей из-за относительно высокого давления при небольшой массе, низкой цены и широкого диапазона частот вращения;

•реверсивность, т. е. при изменении направле­ ния вращения шестерен они изменяют направ­ ление потока в трубопроводах, присоединенных

кнасосу.

Недостатки насосов:

• сравнительно небольшая подача насоса (от 0,25 до 40 м3/ч) при давлении нагнетания до 3 МПа (30 атм);

•зависимость ресурса насоса от качества (вяз­ кости, чистоты) масла, используемого для смазки подшипников скольжения;

•перекачивание исключительно нефтепродук­ тов, не содержащих значительных механических примесей (масел, мазута, нефти и дизельного топ­ лива), а также легкозастывающих жидкостей типа парафина и других, обладающих смазывающей способностью;

•необходимость весьма точного выполнения рабочих органов — зубьев шестерней — и плотной пригонки их к кожуху, чтобы избежать объемных потерь;

•относительно низкий КПД (60-70 % и ниже), что объясняется значительным давлением, образую­ щимся во впадинах в момент вытеснения жидкости из них зубом шестерни. При хорошо пригнанных шестернях зуб настолько плотно входит во впади­ ну, что часть жидкости, как бы отсеченная зубом, вынуждена проходить через очень малые зазоры, на что требуется значительное давление.

Технические характеристики шестеренных насосов приведены в табл. 4.23-4.26.

Винтовые насосы. Винтовые насосы относятся к роторно-вращательным насосам. Жидкость в этих насосах вытесняется в результате вращательного движения вытеснителей относительно ротора. Особенностью рабочего процесса таких насосов является то, что при вращении ротора рабочие камеры переносятся из полости всасывания в полость

и нагнетательные клапаны. Их отсутствие является основной конструктивной особенностью, которая отличает винтовые насосы от поршневых.

В винтовых насосах ротор имеет форму винта, который одновременно выполняет функцию вытес­ нителя, а жидкость в насосе перемещается вдоль осей вращения винтов.

Рабочий процесс винтовых насосов складывается из трех этапов:

•заполнение рабочих камер жидкостью;

•замыкание (изоляция) рабочих камер и их перенос;

•вытеснение жидкости из рабочих камер. Винтовые насосы по числу винтов подразделяют

на одно- и многовинтовые. Наиболее распростра­ нены одно- и трехвинтовые насосы.

Винтовые насосы отличаются равномерной подачей, бесшумностью, компактностью и надеж­ ностью.

Многовинтовые насосы (с взаилюзацепляющимися винтами). Т р е х в и н т о в о й н а с о с (наи­ более распространенный из винтовых) состоит из центрального ведущего винта, являющегося рото­ ром, и двух ведомых винтов-замыкателей, заклю­ ченных в обойму. Винты являются двухзаходными; в поперечном сечении имеют вид двузубых шес­ терен, профиль зубьев которых очерчен по цик­ лоидам. При вращении винтов жидкость, заполняю­ щая со стороны всасывания полости, образованные между нарезками винтов и обоймой, оказывается отсеченной от входной камеры и перемещенной вдоль оси к выходной камере. Длина винтов зави­ сит от перепада давления в насосе. Трехвинтовые насосы предназначены для перекачивания жидко­ стей, обладающих смазывающей способностью, без абразивных примесей. Широкому распростра­ нению этих насосов способствует их высокий КПД. Они обладают строго равномерной подачей, рабо­ тают без шума, отличаются малой массой.

Д в у х в и н т о в о й на с ос выполняется обычно с прямоугольной резьбой, что упрощает изготов­ ление, но не обеспечивает герметичность и гидрав­ лическую передачу крутящего момента. Винты такого насоса связаны посредством зубчатой пары. Двухвинтовые насосы выпускаются на небольшие подачи. Они применяются для перекачки нефте­ продуктов, эмульсий, смол, битумов, сырых нефтей с содержанием газа, морской воды и песка.

Область применения многовинтовых насосов — перекачивание вязких жидкостей с низким содер­ жанием механических примесей.

Преимущества насосов:

•малая зависимость подачи от вязкости пере­ качиваемой жидкости;

•относятся к объемному типу и соответственно развивают высокий напор;

•возможность перекачки мультифазных жидко­ стей с высоким содержанием газа.

Недостатки насосов:

•относительно невысокая подача;

•высокие требования к чистоте перекачиваемой жидкости;

•высокая сложность изготовления винтов;

•высокая стоимость насосов.

Технические характеристики многовинтовых насосов приведены в табл. 4.27-4.29.

Одновинтовые насосы. Рабочие органы пред­ ставляют собой винтовую пару с внутренним зацеплением. Подвижный элемент рабочей пары, однозаходный винт (ротор), совершает планетар­ ное движение в обойме (статоре). Обойма имеет внутреннюю двухзаходную винтовую поверхность. Находясь в постоянном контакте, обойма и винт образуют несколько замкнутых полостей по длине винт—обойма. При вращении винта полость со стороны всасывания увеличивается в объеме и в ней создается разрежение, под действием которого осуществляется заполнение полости транспорти­ руемой средой. Дальнейшее вращение винта пере­ мещает отсеченные объемы транспортируемой среды в сторону нагнетания. При установленной частоте вращения винта скорость движения транспорти­ руемой среды (подача насоса) постоянна, т. к. неизменно проходное сечение между винтом и обоймой.

Особенность роторной гидромашины с упругой обоймой — приспособленность к работе на загряз­ ненных жидкостях, что объясняется ее кине­ матикой.

Области применения одновинтовых насосов:

• перекачка вязких жидкостей с умеренной скоростью в условиях высокого противодавления;

•разгрузка судов-нефтесборщиков;

•перекачка нефти или эмульсии от скиммера

кхранилищам;

•перекачка нефтезагрязненных материалов из земляных амбаров в автоцистерны, мусоросжига­ тельные установки и т. п.;

•различные операции по перекачке нефти на участке разлива.

Преимущества насосов:

•возможность перекачивания нефти широкого диапазона вязкости с постоянной скоростью;

•возможность перекачивания большинства видов мелкого мусора;

•не вызывают эмульгирования водонефтяной смеси.

Недостатки насосов:

•крупные габариты, большая масса, непра­ вильная форма;

•трудность ремонта на месте;

•относительно низкая скорость перекачки. Технические характеристики одновинтовых насо­

сов приведены в табл. 4.30.