Лекция 5,6 (2). Лекция 5,6 Разраб. Бритов М. А. Насосы Назначение и классификация насосов по принципу действия
 Скачать 2.5 Mb.
|
|
Центробежные насосы, преимуществами которых является непрерывность потока, небольшая занимаемая площадь и относительная простата конструкции, составляют основную часть насосного хозяйства НПЗ. По роду перекачиваемой жидкости центробежные насосы НПЗ подразделяются на: нефтяные – для перекачки нефти и нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов; химические – для перекачки химически активных жидкостей; насосы общего назначения – для перекачки воды и других жидкостей. На предприятие ООО ЛУКОЙЛ – Нижегороднефтеоргсинтез нефтяные насосы составляют подавляющую часть насосного парка. Насосы предназначены для перекачки нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов и других жидкостей , сходных с указанными по физическим свойствам и коррозионному воздействию на материал проточной части насосов. Перекачиваемая жидкость не должна содержать более 0,2 % твердых взвешенных частиц размером до 0,2 мм. Насосы изготавливаются в различных климатических исполнениях и категориях и предназначены для работы на открытом воздухе и в помещениях, где возможно образование взрывоопасных смесей и газов. Привод насосов взрывобезопасного исполнения. Типы и основные параметры центробежных насосов определяются по ГОСТ 23447. Важнейшие параметры, применяемые для характеристики центробежных насосов Q – подача, м3/ч; Н – напор, м ст. ж.; n – частота вращения вала, об/мин; η – коэффициент полезного действия (к. п. д.), %; N – мощность, потребляемая насосом, кВт; Δh – кавитационный запас, м; Δhдоп – допускаемый кавитационный запас, м; ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3. Классификация нефтяных насосов по конструктивному признаку К – консольный с подшипниковым кронштейном; М – моноблочный ; П – с плоским горизонтальным разъемом корпуса, спиральный; Пс – с плоским горизонтальным разъемом корпуса, секционный; Т – с торцевым фланцевым разъемом корпуса, спиральный; Тс – с торцевым фланцевым разъемом корпуса, секционный. Состав центробежной насосной установки ЦНУ: → насос ЦНУ → фундамент → муфта → электродвигатель → т/п обвязки → т/п приема, нагнетания, байпасный → т/п охлаждающей жидкости → т/п уплотнительной жидкости Обозначение центробежных нефтяных насосов Пример 1: НК 65/35 – 240, где Н – нефтяной; К – консольный; 65 м3/час – подача при роторе исполнения 1 ; 35 м3/час – подача при роторе исполнения 2; 240 – напор, м ст. ж. После напора в обозначении указывается: направление входного патрубка В – вертикальное; Г – горизонтальное; 1 или 2 вариант исполнения ротора; а или б – вариант диаметра рабочего колеса; С, Х, Н – материальное исполнение основных деталей насос; тип уплотнения вала; климатическое исполнение. Пример 2: НК 65/ 35 – 240 Г 1а С ОП (полное обозначение), где Н – нефтяной К – консольный 65 – номинальная оптимальная подача, м3/ час 35 – минимальная оптимальная подача, м3/ час 240 – напор при оптимальных подачах, м ст. ж Г – горизонтальное направление входного патрубка 1а – ротор наибольшей оптимальной подачи (65); рабочее колесо номинального выходного диаметра С – детали проточной части выполнены из углеродистой стали ОП – тип торцевого уплотнения Пример 3: НПС 65/35 – 500, где Н – нефтяной С – секционный; далее аналогично. П – с плоским разъемом корпуса С – секционный и далее аналогично предыдущему примеру Пример 4: 4 НК – 5 х 1, где 4 – диаметр входного патрубка, уменьшенный в 25 раз Н – нефтяной К – консольный 5 – коэффициент удельной быстроходности, уменьшенный в 10 раз 1 – число ступеней Обозначение герметичных электронасосов Пример 1: ЦГ 6,3/ 12,5 а – К – 0,75 – 4 – У 2, где Ц – центробежный Г – герметичный 6,3 – подача, м3/ час 12,5 – напор, м ст. ж а – исполнение рабочего колеса К – исполнение деталей насоса по материалу 0,75 – мощность двигателя, кВт 4 – конструктивное исполнение в зависимости от температуры и давления У – климатическое исполнение 2 – категория размещения Пример 2: 1,5 ХГ – 6 – 2 б – К – 2,8 – 2 – У 2, где 1,5 – диаметр патрубка, уменьшенный в 25 раз Х - химический Г – герметичный 6 – коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз 2 – количество ступеней (рабочих колес) и далее аналогично примеру 1 Пример 3: ГЭН 80/350, где ГЭН – герметичный электронасос 80 – подача, м3/ час 350 – напор, м вод. ст. Коэффициент быстроходности рабочего колеса Коэффициентом быстроходности называют число оборотов ns эталонного насоса, который, будучи подобным любому насосу данной серии и имея с ним одинаковый к. п. д. при напоре 1м, обеспечивает подачу воды Q = 0,075 м3/сек или развивает мощность 0,736 кВт. Между коэффициентом быстроходности (ns), производительностью Q (м3/сек), напором H (м) и частотой вращения n (об/мин) существует следующая зависимость: ns = 3,65 n Q1/2 ∕ Н3/4 * Из формулы со звездочкой видно, что при заданном числе оборотов коэффициент быстроходности тем выше, чем больше подача и меньше напор. Поэтому насосы с высоким коэффициентом быстроходности являются низконапорными и, наоборот, с низким коэффициентом развивают большой напор, но меньшую подачу. По значению коэффициента быстроходности ns принята следующая классификация центробежных насосов: ns = 40 – 90 - тихоходные ns > 90 до 300 - нормальные ns > 300 - быстроходные От коэффициента быстроходности зависит и форма рабочего колеса. Изменение конструкции первого рабочего с целью уменьшения коэффициента быстроходности уменьшает явление кавитации. При подборе центробежного насоса очень важно знать допускаемую вакуумметрическую высоту всасывания. Ндоп. вак = Рб – Рt - (V2∕ 2g + ΣhWвс + Δhдоп), ρg где Рб – барометрическое давление, Па; Рt - давление насыщенных паров при температуре перекачиваемой жидкости, Па; ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; V – скорость жидкости вместе присоединения вакуумметра, м/с; ΣhWвс – сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе,м; Δhдоп – допускаемый кавитационный запас, м, т.е. минимально допустимый избыток удельной энергии над упругостью паров перекачиваемой жидкости для предотвращения вскипания жидкости в насосе. Если величина Δhдоп неизвестна, то ее определяют по формуле Δhдоп = φΔhкр, где φ – коэффициент запаса, равный 1,15 – 1,30; Δhкр = 10( n Q1/2 ∕ C)3/4 ** В формуле с * * n – частота вращения рабочего колеса, об/мин; Q – подача насоса, м3/с; C – кавитационный коэффициент быстроходности принимается в зависимости от ns: ns………….. 50 – 70 79 – 80 80 – 150 150 – 220 C…………..600 – 750 800 800 - 1000 1000 - 1200 В приближенных расчетах можно принять C ≈ 10 ns. Если допускаемая вакуумметрическая высота всасывания Ндоп. вак положительна, насос может работать с некоторым всасыванием, если отрицательна – только с подпором. Обеспечение условий всасывания с подпором необходимо также при всасывании холодных жидкостей из объемов с глубоким вакуумом и при перекачке легкоиспаряющихся жидкостей (бензинов, спиртов, эфиров и т.п). Кавитационные характеристики центробежных насосов С целью выяснения всасывающих и кавитационных качеств насосов проводят специальные стендовые испытания, по результатам которых строятся кавитационные характеристики Q = f(Hвс), Н = f(Hвс), N = f(Нвс). В схему кавитационного стенда входит испытуемый насос поз 1, герметичный расходный бак поз.2, вакуум-насос поз.3 для изменения давления в расходном баке, трубопроводная обвязка, вакуумметр на всасывающей линии насоса, манометр и расходомер на нагнетательной линии насоса.  Испытание проводят следующим образом. При определенной степени открытия задвижки на напорном трубопроводе при числе оборотов n = const и давлении Р0 в расходном баке равном атмосферному Ратм замеряют подачу Q, напор Н и давление при входе в насос Рвх. Затем включают вакуум-насос и, снижая ступенями давление на свободную поверхность Р0 в расходном баке (соответственно на эту же величину снижается давление на входе в насос) при том же числе оборотов насоса замеряют те же величины.  Напор, подача и мощность, несмотря на снижение давления при входе в насос, некоторое время остаются постоянными, затем напор и мощность начинают постепенно снижаться. Это означает начало возникновения кавитации. Если еще снизить давление на входе будет отмечено более резкое падание Н и N, а затем произойдет срыв подачи Q, обусловленный полным развитием кавитации. Повторяя испытание при большем открытии задвижки на напорном трубопроводе, т.е., увеличивая подачу при том же числе оборотов, отмечают более раннее падение напора и мощности. Отсюда следует, чем больше подача, тем меньше допустимая высота всасывания. Результаты испытаний на кавитацию серийных центробежных насосов приводятся в рабочих характеристиках в виде зависимости Ндоп. вак. = f(Q) Конструкции нефтяных центробежных насосов см. рис. 5, 6:  Рис.5  Рис.6 Основные узлы и детали центробежного насоса (см. рис. 5, 6): корпус поз.8 рабочее колесо поз. 5 и 6 вал поз.1, вал с подшипниками и рабочими колесами называют ротором подшипники всасывающий и напорный патрубки уплотнение вала поз. 3 направляющие аппараты поз.7 подшипниковый кронштейн поз. 2 полумуфта Конструкции герметичных электронасосов  Герметичный электронасос представляет моноблок, состоящий из насосной части и встроенного трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Насосная часть представляет собой (см. рисунок ЦНГ) одноступенчатый центробежный насос; состоит из рабочего колеса поз.3, закрепленного на валу поз.14 посредством шпонки поз.4 и винта поз.1, и корпуса насоса поз.2 с всасывающим и напорным патрубками. Корпус насоса крепится к переднему щиту поз.5 шпилькам. Герметичность соединения обеспечивается прокладкой поз.34. Щелевое уплотнение между рабочим колесом и корпусом подшипника поз.6 исключает попадание случайных твердых частиц в электродвигатель. Для слива перекачиваемой жидкости из полости насоса в нижней части корпуса насоса установлена пробка. Статор электродвигателя представляет собой пакет электротехнической стали с обмоткой, запрессованной в станину, имеющую опоры для крепления к фундаменту. Герметичность обмоток статора и ротора от перекачиваемой жидкости обеспечивается тонкостенными нержавеющими гильзами поз.10,11, приваренными аргонодуговой сваркой к щитам статора и кольцам ротора соответственно. Статор электродвигателя не подлежит разборке в эксплуатационных условиях. При работе электронасоса осевые силы уравновешиваются автоматически. Небольшие осевые усилия, которые могут возникнуть на роторе при пуске и остановке электронасоса воспринимаются упорными пятами поз. 19 (материал графитофторопласт марки КВ). Для восприятия радиальных усилий в электронасосе установлены радиальные подшипники скольжения, втулки и вкладыши которых выполнены из силицированного графита. Втулки могут также изготавливаться из стали 12Х18Н10Т или 10Х17Н13М2Т по ГОСТ 5632 – 72 с напылением наружной поверхности силицированным графитом, плакированием никелем или другими материалами. Смазка и охлаждение подшипников, охлаждение ротора и внутренней поверхности статора герметичных электронасосов осуществляется перекачиваемой жидкостью. Перекачиваемая жидкость поступает из напорной зоны через щелевое уплотнение и из полости электродвигателя отводится через штуцер в задней крышке насоса по трубопроводу на прием насоса. В паспорте насоса указывается минимальные: диаметр, длина, количество поворотов трубопровода для отвода рабочей жидкости. Например, для насосов марки 1ЦГ 25/80, 4ЦГ 50/50 такой трубопровод имеет размеры: Dу min = 20; длина трубопровода не более 3 м; количество поворотов не более 4. Охлаждение наружной поверхности статора жидкостное, от постороннего источника. При перекачивании жидкостей с температурой от минус 50 оС до плюс 10 оС подача охлаждающей жидкости в рубашку не требуется. В этом случае для лучшего теплоотвода рубашку целесообразно заполнить незамерзающей жидкостью, неагрессивной по отношению к материалу корпуса, например, трансформаторным маслом. Детали проточной части электронасосов типа ЦГ, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью, в зависимости от исполнения изготавливают из следующих материалов см. таблицу:
Детали проточной части электронасосов типа БЭН, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью изготавливаются из материалов: сталь 12Х18Н9ТЛ ГОСТ 977-88, сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, фторопласт – 4 ГОСТ 10007-80, силицированный графит СГ-Т ТУ 48-20-89-90, графитофторопласт марки 7В-2А ТУ 48-20-150-89 или КВ ТУ 48-20-102-87. Теоретические и рабочие характеристики центробежного насоса Под характеристикой насоса понимаются графически представленные функциональные зависимости между отдельными параметрами, характеризующими его работу. Основными характеристиками являются: Н = f (Q), η = f (Q), N = f (Q) Теоретические характеристики определяются расчетом. Рабочие характеристики получают по результатам стендовых испытаний. Рабочими характеристиками насоса являются зависимости: Н = f (Q), η = f (Q), N = f (Q) и Ндоп вак = f(Q). Главной характеристикой является зависимость напора от подачи Н = f (Q). Рабочие характеристики прилагаются к паспорту каждого насоса, а для серийных насосов сведены в специальные каталоги. Указанными характеристиками можно воспользоваться, в случае, если известна характеристика трубопровода, на который должен работать рассматриваемый насос. Рабочую характеристику центробежного насоса см. рис. 6  На рис. 6. Т – характеристика трубопровода. При правильном выборе насоса рабочая точка т. А должна находиться в зоне максимума кривой к. п. д., так как последнее обстоятельство обуславливает экономичность работы насосной установки. У насосов, предназначенных для длительных режимов работы, отклонение рабочей точки от максимума к. п. д. более 5 % вообще не допускается. Для расширения области применения насосов при n = const широко используется метод обточки (уменьшения) наружного диаметра рабочих колес. По опытным данным изменение подачи и напора с достаточной точностью можно определить из соотношений: |