ДОБЫЧИ НЕФТИ

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В.Н.ИВАНОВСКИЙ, Н.Н.СОКОЛОВ

ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ ПО МАШИНАМ И ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Часть II

Москва 2005

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В.Н.ИВАНОВСКИЙ, Н.Н.СОКОЛОВ

ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ ПО МАШИНАМ И ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Часть II

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………..….. 5

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 1. Определение основных геометрических размеров рабочих колес и направляющих аппаратов электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти. Определение типа рабочего колеса и

теоретических характеристик рабочего колеса ЭЦН.………………….6

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 2. Определение осевых и радиальных усилий, возникающих при работе электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи

нефти. Выбор материалов осевых и радиальных опор ЭЦН.…….…….9

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 3. Подбор установок

электроприводных центробежных насосов (УЭЦН) для добычи нефти………………………………………………………..………….15

ПРИЛОЖЕНИЯ …………….……………………………………...26 ЛИТЕРАТУРА ……………….……………………………………...44

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания «Домашние задания по машинам и оборудованию для добычи и подготовки нефти и газа. Часть II» составлены в полном соответствии с новыми рабочими программами по специальным дисциплинам «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа», «Нефтегазопромысловое оборудование».

В зависимости от специальности, учебными планами предусматривается изучение дисциплины, основу которой составляет курс «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа». При изучении этой дисциплины определенное количество часов выделяется на самостоятельную работу студентов. В качестве контроля самостоятельной работы студентов, предложены варианты домашних заданий.

Предлагаемые домашние задания отражают связь теоретической части с ее прикладной частью в области машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов.

Количество домашних заданий определяется преподавателем в зависимости от количества часов, выделенных на самостоятельную работу студентов.

Выбор варианта домашнего задания осуществляется студентами по своему номеру в студенческом журнале.

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Домашнее задание № 1.

Определение основных геометрических размеров рабочих колес и направляющих аппаратов электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти. Определение типа рабочего колеса и теоретических характеристик рабочего колеса ЭЦН.

Основными элементами центробежного насоса являются рабочее колесо (РК) и отвод. Задачей РК является повышение кинетической и потенциальной энергии потока жидкости за счет его разгона в лопаточном аппарате колеса центробежного насоса и повышения давления. Основной функцией отвода являются отбор жидкости от рабочего колеса, снижение скорости потока жидкости с одновременным превращением кинетической энергии в потенциальную (повышение давления), передача потока жидкости к следующему рабочему колесу или в нагнетательный патрубок.

Из-за малых габаритных размеров в установках центробежных насосов для добычи нефти отводы всегда выполняются в виде лопаточных направляющих аппаратов (НА). Конструкция РК и НА, а также характеристика насоса зависит от планируемой подачи и напора ступени. В свою очередь подача и напор ступени зависят от безразмерных коэффициентов: коэффициент напора, коэффициент подачи, коэффициент быстроходности (используется наиболее часто).

Коэффициентом быстроходности ступени центробежного насоса называется соотношение основных рабочих показателей этого насоса (его одной ступени):

n s = 3.65 n Q1/2/ H 3/4

где n – частота вращения рабочего колеса, об/мин; Q – подача насоса на оптимальном режиме, м3/с;

Н - напор одной ступени насоса в оптимальном режиме, м в.ст.

В зависимости от коэффициента быстроходности меняются конструкция и геометрические параметры рабочего колеса и направляющего аппарата, а также характеристика самого насоса (см.рис.1, 2 и 3 ).

Для тихоходных центробежных насосов (малые значения коэффициента быстроходности – до 60-90) характерным является монотонно снижающаяся линия напорной характеристики и постоянно увеличивающаяся мощность насоса при увеличении подачи. При увеличении коэффициента быстроходности (диагональные рабочие колеса, коэффициент быстроходности составляет более 250-300) характеристика насоса теряет свою монотонность и получает провалы и горбы (линии напора и

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 1. Характеристика насоса ЭЦНМ5 - 50 на воде плотностью ρ=1000 кг/м3 Количество ступеней – 100, коэффициент быстроходности n s = 80.

Рис. 2. Характеристика насоса ЭЦНА5А500 на воде плотностью р = 1000 кг/м3 Количество ступеней – 100, коэффициент быстроходности n s = 280.

мощности). Из-за этого для быстроходных центробежных насосов обычно не применяется регулирование подачи с помощью дросселирования (установки штуцера).

Использование центробежных насосов возможно при различных величинах подач и напоров по причине «гибкости» характеристики, однако практически подача насоса должна находиться внутри «рабочей части» или «рабочей зоны» характеристики насоса. Эти рабочие части характеристики должны обеспечивать наиболее экономичные режимы эксплуатации установок и минимальный износ деталей насосов (см. домашнее задание № 3) .

Наиболее правильным с точки зрения энергетики выбирать границы рабочей части характеристики в пределах от Qmin до Qmax, где - Qmin = (0,7- 0,75) Qо , а Qmax = (1,20-1,25) Qо, - подача в оптимальном (при максимальном значении КПД) режиме. Другим вариантом выбора границ

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

рабочей части характеристики является определение подачи при значениях КПД η = 0,9 ηmax.(справа и слева от оптимального режима).

Задание.

По заданному варианту ЭЦН определить:

1.Коэффициент быстроходности (КБ) рабочего колеса (РК).

2.По КБ и схемам РК и направляющих аппаратов определить соотношение основных размеров деталей.

3.По основным размерам деталей и внешнему виду РК выбрать натурные образцы деталей.

4.Для выбранных деталей замерить основные размеры: диаметр входа, диаметр выхода, диаметры опорных шайб, диаметры переднего и заднего дисков, диаметры вала и ступицы и т.д. Начертить эскизы РК и НА. 5.Построить характеристику одноступенчатого и многоступенчатого насоса с определенными геометрическими параметрами и коэффициентом быстроходности. На характеристике указать границы рабочей части. Варианты

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис.3.Меридианные сечения рабочих колес и направляющих аппаратов ЭЦН:

а- тихоходные рабочие колеса - коэффициент быстроходности n s = 60-80; б-быстроходные колеса - коэффициент быстроходности n s = 150-220; в- диагональные колеса - коэффициент быстроходности n s = 280 и более

Рис.4. Номограммы отношений основных геометрических размеров РК электроприводных центробежных насосов для добычи нефти [5].

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Домашнее задание № 2.

Определение осевых и радиальных усилий, возникающих при работе электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти.

Выбор материалов осевых и радиальных опор ЭЦН.

Осевые и радиальные усилия, действующие при работе ЭЦН, возникают за счт перепада давления на каждом рабочем колесе; в насосе в целом, а также за счет дисбаланса ротора (вал насоса с защитными втулками и рабочими колесами в сборе) насоса.

Наличие указанных нагрузок требует оснащения насосов системами осевых и радиальных подшипников.

Вбольшинстве конструкций ЭЦН отечественного производства применяется «плавающее» рабочее колесо, осевая нагрузка, действующая на каждом рабочем колесе, передается на соответствующий направляющий аппарат (см.рис.5).

Вэтой конструкции ЭЦН осевая нагрузка, действующая на торец вала насоса, является произведением давления насоса (секции насоса) на площадь поперечного сечения вала. Эта нагрузка воспринимается осевой опорой вала, расположенной в секции насоса (см.рис.6), или осевой опорой протектора гидрозащиты погружного электродвигателя (ПЭД).

Выбор материалов осевых и радиальных опор насосов зависит от нагрузок и физико-химических свойств откачиваемой жидкости (см.табл. 1 ).

Рис.5. Конструкции рабочих колес и направляющих аппаратов ЭЦН: а- с разгрузкой осевого усилия; б – с двухопорными рабочими колесами

1-корпус ЭЦН; 2-направляющий аппарат; 3- рабочее колесо; 4- опорные шайбы (осевой подшипник рабочего колеса)

10