Влияние плотности и вязкости перекачиваемой жидкости на работу насоса

Ц.Н. в технологиях нефтедобычи применяются для перекачивания различных по физическим показателям жидкости: сильно минерализованной воды с плотностью более 1000 кг/м³, сырой нефти и нефтепродуктов плотностью менее 1000 кг/м³ различной вязкости.

Основные технические показатели (паспортные) любого насоса определяются при работе его на воде с плотностью 1000 кг/м³ и вязкостью 0,01 см²/сек и отражаются в документации на насос. Поэтому при выборе и эксплуатации Ц.Н. необходимо учитывать влияние вязкости и плотности перекачиваемой жидкости на характеристику насоса.

Полезная мощность насоса и потери мощности (за исключением механических потерь в уплотнениях и опорах) изменяются с изменением плотности жидкости. С уменьшением плотности жидкости уменьшается полезная мощность, вследствие чего уменьшается КПД насоса. С увеличением плотности происходит обратное – увеличиваются полезная мощность и КПД. Подача Q и напор Н не зависят от плотности жидкости, и характеристика Н –Q остается неизменной. Давление насоса изменятся прямо пропорционально плотности жидкости.

Изменение вязкости жидкости влияет в основном на потери мощности, на дисковое трение и гидравлические сопротивления движению потока жидкости и оказывает значительно большее влияние на потери мощности, чем плотность. При подаче вязкой сырой нефти и темных нефтепродуктов потери мощности насоса резко увеличиваются, и КПД насоса уменьшается, несмотря на увеличение объемного КПД в результате увеличения объемных потерь. При увеличении вязкости будут уменьшаться развиваемые насосом напор, подача и КПД. Потребляемая мощность при этом будет увеличиваться вследствие возрастания гидравлического сопротивления проточной полости и дискового трения. Теоретически учесть влияние вязкости на рабочие параметры насоса и форму характеристик невозможно.

Наиболее простой способ пересчета рабочих параметров и уточнение характеристик при изменении вязкости основывается на применении поправочных коэффициентов, полученных опытным путем.

Пусть: в – индекс параметров при работе на воде

µ - тоже, при работе на более вязкой жидкости

тогда: Q_µ - < Q_в , Нµ< Нв, ηµ< ηв

Введем опытные поправочные коэффициенты f_Q, f_н, f_η

Тогда подача, напор и КПД при работе на более вязкой жидкости определятся:

Q_µ = f_Q Q_в, Q_µ = f_н Нв, ηµ= f_η ηв

Числовые значения поправочных коэффициентов определяются конструкцией насоса режимом нагрузки его и вязкостью жидкости. Они приводятся в специальных справочниках в табличной форме или в специальных номограммах.

Для пересчета характеристик с воды на более вязкую жидкость на рабочих характеристиках: Н- Q, N-Q, η-Q задаются произвольными точками и с помощью поправочных коэффициентов пересчитывают на новую вязкость. Ориентировочные значения поправочных коэффициентов при пересчете на жидкость с вязкостью от 50 до 120 Е для Ц.Н. с n_s ≈100 составляют: f_Q =0,9-0,7; f_н = 0,92 -0,65; f_η = 0,7- 0,4

Для пересчета характеристики мощности при переходе на более вязкую жидкость задают ряд произвольных значений Q_µ и, находя по характеристикам соответствующие значения Нµ , ηµ можно вычислить мощность Nµ и построить кривую мощности

Nµ = ρ Q_µ Нµg/1000 ηµ

На основании опыта применения лопастных насосов для перекачивания вязкой жидкости можно сделать ряд рекомендаций:

-влияние вязкости на снижение рабочих параметров подачи напора и КПД меньше сказывается в насосах с большой подачей. Зона подачи составляет более 200м³/час;

- уменьшение числа лопаток рабочего колеса снижает влияние вязкости на рабочие параметры;

- повышение частоты вращения приводит к повышению КПД при перекачивании жидкости повышенной вязкости;

- для перекачивания вязких жидкостей целесообразно применять насосы с пропеллерными колесами, создавать условия перекачивания с подпором;

- применять насосы с открытыми рабочими колесами.