Основные характеристики насосов.

Мощность– отношение работы, затраченной насосом на перемещение жидкой среды к промежутку времени, в течение которого она совершена, измеряемая в кВт.

КПД -отношение полезно используемой энергии жидкой среды к суммарному количеству энергии, переданной этой среде.

Подача – характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м³/час, л/час, м³/сут.

Напор– представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода. Выраженный в метрах напор насоса определяет высоту подъема 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом и измеряется в метрах вод. ст..

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

Характеристика насоса – графическая зависимость основных технических показателей от давления (для объемных насосов) или от подачи (для динамических), при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос.

Рабочая часть характеристики – зона, в пределах которой рекомендуется эксплуатация насоса.

Принципы действия насосов.

Лопастные насосы– основным рабочим органом является лопастное колесо. Принцип действия всех лопастных насосов основан на том, что в результате движения жидкости, под действием центробежной силы, в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части – повышенное давление.

В центробежных насосах – поток жидкости направлен радиально.

В осевых насосах – поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен в осевом направлении.

В диагональных насосах – поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен по диагонали к рабочему колесу. КПД у крупных одноступенчатых насосов составляет 0,85 – 0,9; у высоконапорных многоступенчатых 0,4 – 0,46.

Вихревые насосы – особенность вихревых насосов заключается в том, что при движении внутри насоса жидкость многократно получает приращение энергии, за счет этого напор в 2-4 раза выше, чем у центробежных. Кроме того, вихревые насосы обладают всасывающей способностью. Недостатком является сравнительно низкий КПД: 0,25 –0,30 и быстрый износ деталей при работе с жидкостью, содержащей твердые частицы.

Поршневые насосы – состоят из рабочей камеры с всасывающими и напорными клапанами и цилиндра с поршнем, совершающим возвратно-поступательные движения.

Плунжерные насосы– вместо поршня имеют плунжер (полый цилиндр), движущийся в уплотняющем сальнике не касаясь внутренних стенок рабочей камеры. По гидравлическим параметрам поршневые и плунжерные насосы одинаковы, в эксплуатации поршневые насосы несколько сложнее, т.к. имеют больше изнашивающихся деталей.

Диафрагменные насосы – имеют вместо поршня гибкую диафрагму (мембрану), изгибающуюся под действием рычажного механизма.

Шестеренчатый насос – рабочим органом являются две шестеренки: ведущая и ведомая. При вращении шестерен жидкость поступает во впадины между зубьями и перемещается в напорную полость. Шестеренчатые насосы обладают реверсивностью, т.е. при изменении направления вращения шестерен они изменяют направление потока в трубопроводах.

Винтовые насосы – рабочими органами таких насосов являются однозаходный винт из нержавеющей или хромированной стали и двухзаходной обоймы из специальной резины. При вращении между винтом и обоймой образуются замкнутые полости, непрерывно перемещающиеся от всасывающей полости к нагнетательной.

Насосы нефтяные

Нефтяные центробежные насосы широко используются в промысловых системах сбора, подготовки и транспортирования нефти. Технология переработки нефти и газа требует применения различных насосов, обеспечивающих соответствующие напоры и производительности при перекачке нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов, кислот, щелочей и других специальных жидкостей. Современные конструкции центробежных насосов разделяются на два основных типа: спиральные и секционные. На установках нефтегазоперерабатывающих заводов наибольшее распространение получили центробежные насосы нормального ряда.

Насосы нормального ряда имеют следующую маркировку. Первая цифра в маркировке означает диаметр всасывающего патрубка, уменьшенный в 25 раз и округленный; буква Н – нефтяной; Г – горячий; Д – первое колесо с двусторонним подводом жидкости; В – вертикальный; К – консольный; КЭ – консольный в одном блоке с электродвигателем; М – многоступенчатый. Первая цифра после букв означает коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз. Цифра в конце маркировки после знака умножения соответствует числу ступеней, а стоящая за ней буква К – насос предназначен для перекачки кислот и щелочей, С – для сжиженных газов.

Нефтяные центробежные насосы принято классифицировать также по следующим признакам:

1) в зависимости от температуры перекачиваемой среды: на холодные – для температур до 200 ^оС (насосы типа Н, НК, НД) и горячие – для температур от 220 до 400^оС (насосы типа НГ, НГК, НГД);

2) по назначению: для перекачки нефти и нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов, а также кислот и щелочей.

В зависимости от величины создаваемого давления различают центробежные насосы низконапорные (одноступенчатые), средненапорные (одно- и многоступенчатые), высоконапорные (многоступенчатые). По величине подачи можно выделить насосы малой (до 100 м³/ч), средней (100 – 1000 м³/ч) и большой (более 1000 м³/ч) производительности.

Большинство насосов нормального ряда комплектуются с приводом на общей фундаментальной плите. Валы насоса и привода соединяют муфтой.

Валы насосов уплотняют как обычными сальниками с мягкой набивкой, так и торцовыми уплотнениями (особенно при перекачке сжиженных газов). При этом сальники нефтяных насосов снабжают системой масленого уплотнения и системой водяного охлаждения, что повышает надежность работы насоса и его герметичность.

Центробежные насосы

Центробежные насосы относятся к группе динамических насосов. В них жидкость перемещается через рабочее колесо от центра к периферии. По числу рабочих колес, устанавливаемых последовательно на одном валу в корпусе, центробежные насосы делятся на одноступенчатые и многоступенчатые.

В одноступенчатом центробежном насосе (рис. 2.1.) на валу 2 жестко закреплено рабочее колесо 1 с криволинейными лопатками. Вал приводится во вращение, как правило, непосредственно от электродвигателя. Рабочее колесо помещено в корпус 3 насоса, выполненный в виде спиральной камеры переменного сечения с напорным 4 и приемным 7 патрубками.

Напорный патрубок соединен с напорным трубопроводом 5, а приемный - с всасывающим трубопроводом 6. На конце всасывающего трубопровода закрепляют сетку и обратный клапан. Сетка служит для задержания плавающих в перекачиваемой жидкости предметов, а обратный клапан позволяет заливать жидкостью насос в всасывающий трубопровод перед пуском его в работу, что является обязательным условием для центробежных насосов.

Рис.2.1. . Схема одноступенчатого центробежного насоса: 1 – рабочее колесо; 2 – вал; 3 – корпус (улитка) насоса; 4 – нагнетательный патрубок; 5 – нагнетательный трубопровод; 6 – всасывающий трубопровод; 7 – всасывающий патрубок.

При вращении рабочего колеса жидкость, заполняющая его каналы, перемещается от центра колеса к его периферии, поступает в спиральную камеру и оттуда в напорный патрубок 4. В центральной части насоса благодаря оттоку жидкости создается вакуум. Под действием внешнего давления на свободную поверхность жидкости открывается обратный клапан, и жидкость по всасывающему трубопроводу поступает в насос. Таким образом, создается непрерывное движение жидкости через всю систему.

Рис.2.2. . Схема многоступенчатого центробежного насоса с последовательным соединением рабочих колес: 1 – рабочее колесо; 2 – переходной канал.

В одноступенчатом центробежном насосе удается создать напор не выше 40 м вод.ст. Для создания больших напоров используют многоступенчатые центробежные насосы, в которых на общем валу установлено несколько рабочих колес (рис.2.2). Колеса 1 расположены в особых камерах, монтируемых в одном корпусе и соединенных между собой специальными переходными каналами 2. Жидкость нагнетается последовательно из одного рабочего колеса в другое. Напор в таком случае оказывается во столько раз больше напора, создаваемого одним колесом, сколько колес соединено в насосе последовательно.

Центробежные насосы имеют значительные преимущества по сравнению с поршневыми: обеспечивают равномерность подачи, более быстроходны (возможность непосредственного присоединения к электродвигателю), более производительны, компактны, проще по конструкции, могут быть использованы для перекачивания жидкостей, содержащих твердые взвешенные частицы, благодаря большим зазорам между лопатками и отсутствию клапанов. Возможность установки на легких фундаментах.

К.п.д. наиболее крупных центробежных насосов достигает 0,95. Однако центробежные насосы небольшой и средней производительности имеют к.п.д. на 10 – 15% ниже. Это обусловлено наличием больших зазоров между плоскостями всасывания и нагнетания, через которые возможен переток жидкости, а также затратами энергии на неизбежное вихреобразование вблизи кромок лопаток вращающегося с большой скоростью рабочего колеса. Такие потери производительности резко возрастают для высоковязких жидкостей, перекачивание которых центробежными насосами, вследствие резкого снижения к.п.д., экономически невыгодно.

Недостатки центробежных насосов: невозможность создания больших давлений, уменьшение подачи с увеличением напора, низкий к. п. д. и необходимость заливки насоса перед его пуском.

Совместная работа центробежных насосовРабота центробежного насоса должна рассматриваться совместно с работой трубопровода, к которому он подключен, так как подача и напор устанавливаются в зависимости от сопротивления трубопровода.

При эксплуатации центробежные насосы могут быть соединены последовательно и параллельно.

Последовательное соединение центробежных насосов применяют с тем, чтобы увеличить давление на выходе из системы насосов. При этом через каждый насос проходит все количество перекачиваемой жидкости. При данной производительности будет получен тем больший напор, чем больше насосов включено последовательно. Особенно часто эту схему применяют на магистральных трубопроводах, что позволяет более эффективно использовать трубопровод при перекачке различных нефтепродуктов. В нефтепереработке и нефтехимии такая схема используется для перекачки продуктов на требуемую высоту, когда один насос не может дать необходимый при заданной производительности напор.

При параллельном соединении центробежные насосы работают на общий трубопровод. Такую схему используют для увеличения подачи в трубопровод.

Регулирование подачи центробежного насоса. При эксплуатации центробежных насосов приходится регулировать подачу в зависимости от изменения технологического режима. Регулирование подачи осуществляется при постоянных числах оборотов рабочего колеса, часто обусловлено особенностями конструкции электродвигателей переменного тока, используемых в основном для привода насосов.

Регулирование подачи дросселированием в напорном трубопроводе при помощи задвижки или регулирующего клапана широко применяют при эксплуатации, так как такое регулирование легко осуществить. Однако при этом снижается к.п.д. насосной установки вследствие потери части напора при дросселировании. Регулировать подачу дросселированием во всасывающем трубопроводе не рекомендуется, так как ухудшаются условия всасывания, что может привести к кавитации и срыву работы насоса.

Регулировать подачу можно также перепуском части жидкости по обводной линии (байпасу) из напорного патрубка во всасывающий. При этом общая подача увеличивается, а напор снижается, так как часть энергии тратится дополнительно на перекачивание байпасирующей жидкости.