Модуль 3 Насосы. Модуль 3 насосы введение

• Название: Модуль 3 насосы введение
• Дата: 27.04.2022
• Размер: 1.38 Mb.
• Имя файла: Модуль 3 Насосы.doc
• Тип: Задача; #500566
• страница: 1 из 4

Модуль 3
НАСОСЫ
Введение
Насосы – машины, применяемые для перекачки различных жидкостей от поставщика до потребителя. Их эффективная экономичная эксплуатация – весьма важная задача обслуживающего персонала. Необходимо поддерживать высокую надежность этих машин, что в комплексе с мерами повышения экономичности и надежности работы основного и вспомогательного оборудования перекачивающих станций значительно снижает расходы организации на ремонт и эксплуатацию.

Показатели надежности насосов должны обеспечивать эксплуатацию станции без постоянного присутствия на ней персонала в периоды между проведением работ по обслуживанию, ремонту или пуско-наладке.

Перспективным направлением являются работы по созданию насосов со встроенными вовнутрь подшипниковыми опорами, конструкция которых позволяет снизить металлоемкость, уменьшить динамические нагрузки на ротор и опоры, возникающие при длинном вале, отказаться от маслосистемы, снизить пожароопасность на станции.

1. 
   Схема изучения материала
   

№	Тема занятия	Тип зантия	Вид (форма) занятия	Количество часов
1	2	3	4	5
1	Общие сведения о насосах. Основные параметры центробежных насосов. Характеристики лопастного насоса. Совместная работа центробежных насосов.	Изучение нового материала	Лекция	2
2	Изменение насосных характеристик. Пересчет характеристик центробежных насосов при изменении вязкости перекачивающей жидкости.	Изучение нового материала	Лекция	2
3	Изучение конструкции динамического (центробежного) нагнетателей.	Углубление и систематизация учебного материала	Лабораторное занятие	4
4	Испытание динамических (центробежных) нагнетателей.	Углубление и систематизация учебного материала	Лабораторное занятие	2
	Насосы	Предварительный контроль	Семинар	1

2. Основы научно-теоретических знаний по модулю
2.1 Общие сведения о насосах
Реализация принципов однотипности конструкций насосов и уменьшения до минимума их типоразмеров обусловили необходимость создания нормального ряда насосов.

Насосы изготавливают в различном климатическом исполнении и категории размещения в соответствии с ГОСТ 15150-69.

Таблица 3.1

Обозначение климатических исполнений изделий

Климатические исполнения изделий	Обозначение
	буквенные		цифровые
	русские	латинские
Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах
Для макроклиматического района с умеренным климатом	У	N	0
Для макроклиматического района с умеренным и холодным климатом	УХЛ	NF	1
Для макроклиматического района с влажным тропическим климатом	ТВ	ТH	2
Для макроклиматического района с сухим тропическим климатом	ТС	ТА	3
Для макроклиматических районов, как с сухим, так и с влажным тропическим климатом	Т	Т	4
Для всех макроклиматических районов на суше, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (общеклиматическое исполнение)	О	U	5
Изделия, предназначенные для эксплуатации в макроклиматических районах с морским климатом
Для макроклиматического района с умеренно- холодным морским климатом	М	М	6
Для макроклиматического района с тропическим морским климатом, в том числе для судов каботажного плавания или иных, предназначенных для плавания только в этом районе	ТМ	МТ	7
Для макроклиматических районов как с умеренно- холодным так и тропическим морским климатом, в том числе для судов неограниченного района плавания	ОМ	МU	8
Изделия, предназначенные для эксплуатации во всех макроклиматических районах на суше и на море, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (всеклиматическое исполнение)	В	W	9

Таблица 3.2

Категории размещения изделий

Укрупненные категории		Дополнительные категории
Характеристика	Обозначение	Характеристика	Обозначение (по десятичной системе)
Для эксплуатации на открытом воздухе (воздействие совокупности климатических факторов, характерных для данного макроклиматического района)	1	Для хранения в процессе эксплуатации в помещениях категории 4 и работы как в условиях категории 4, так и (кратковременно) в других условиях, в том числе на открытом воздухе	1.1
Для эксплуатации под навесом или в помещениях (объемах), где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, например, в палатках, кузовах, прицепах, а также в оболочке комплектного изделия категории 1.	2	Для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий категории 1; 1.1; 2, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах	2.1
Для эксплуатации в закрытых (объемах) с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействия песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе.	3	Для эксплуатации в нерегулярно отапливаемых помещениях (объемах)	3.1
Для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями.	4	Для эксплуатации в лабораторных, капитальных жилых и других подобного типа помещениях.	4.2
Для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью	5	Для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий категории 5, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах	5.1

Насосы должны допускать параллельную и последовательную работу.

Насосы с напорами больше 550м последовательной работы не допускают.

Допускается изменение подачи и напора насосов обтачиванием рабочих колес по внешнему диаметру. При этом рабочий режим насосов должен находиться в пределах соответствующих рабочим полям Q-H.

В насосах типа НМ, НД с подачами 1250 м³/ч и более допускается использование сменных роторов. Допускается обтачивание рабочих колес сменных роторов до 10% по внешнему диаметру, при этом снижение КПД не должно превышать 3%.

Монтаж, наладка и пуск в эксплуатацию насосных агрегатов должен производиться согласно проекту, инструкциям заводов изготовителей, отраслевым нормативным документом. При монтаже насосного агрегата должны обеспечиваться:

• 
  подъем прямолинейного участка трубопровода перед входным патрубком насоса с уклоном не менее 0,005;
  
• 
  конфузорность между трубопроводом на входе в насос и входным патрубком насоса не более 12⁰;
  
• 
  диффузорность между выходным (напорным) патрубком насоса и трубопроводом на выходе из насоса не более 10⁰;
  

Коллектор технологических трубопроводов и вспомогательные трубопроводы после монтажа должны подвергаться гидравлическим испытаниям, согласно действующим нормам и правилам.

Запрещается запускать агрегат:

• 
  при незаполненном жидкостью насосом;
  
• 
  без включения приточно-вытяжной вентиляции;
  
• 
  без включения маслосистемы;
  
• 
  при попадании нефти в маслосистему:
  
• 
  при наличии других технологических нарушений, причины
  

которых невыяснены;

Запрещается эксплуатировать насосный агрегат при нарушении

герметичности соединений.

Запрещается эксплуатировать насосный агрегат с неисправным обрат-

ным клапаном.

Аварийная остановка насосного агрегата должна быть осуществлена оперативным персоналом при:

• 
  угрозе затопления или нарушении герметичности оборудования, технологических трубопроводов;
  

• 
  возгорании, появлении дыма или искрения вращающихся деталей;
  

• 
  попадании нефти в маслосистему;
  
• 
  угрозе несчастного случая.
  

При исчезновении в оперативной информации о состоянии работающих насосных агрегатов, отсутствие которой может привести к возникновению аварийной ситуации, дежурный дублирует их остановку кнопкой «Стоп».

В зависимости от пусковых характеристик электродвигателя, схемы энергоснабжения и системы разгрузки уплотнений могут применяться различные программы пуска насосного агрегата, отличающиеся положением задвижки на выходе насоса в момент пуска электродвигателя

1. 
   на открытую задвижку;
   
2. 
   на закрытую задвижку;
   
3. 
   на открывающуюся задвижку.
   

Программа пуска «на открывающуюся задвижку» является предпочтительной. Ее применение возможно, если пусковые характеристики электродвигателя и схема электроснабжения рассчитаны на соответствующие пусковые режимы.

Программа пуска «на закрытую задвижку» должна применяться, если установленное электрооборудование не может обеспечить пуск на открытую задвижку.

Программа пуска «на открывающуюся задвижку» должна применяться, когда не приемлема программа « на открытую задвижку» и когда установленные у насоса задвижки имеют привод небольшой мощности и поэтому не могут быть открыты при перепаде давления, создаваемом насосным агрегатом при закрытой задвижке.

Автоматический ввод резервного подпорного насосного агрегата осуществляется без выдержки времени и на полностью открытые задвижки.

Насосные агрегаты необходимо выводить в ремонт при снижении напора насоса от базовых значений на 5-6% и более для насосов горизонтального исполнения и на 7% - для вертикальных и подпорных насосов. Решения о дальнейшей эксплуатации насосного агрегата или выводе его в ремонт принимается с учетом результатов диагностирования.

Базовые значения – рабочие параметры насосного агрегата, определяемые после монтажа и пуска в эксплуатацию нового насосного агрегата или насосного агрегата после ремонта.

При отклонении напора насоса от паспортных значений в сторону уменьшения на 4% и более, а КПД насоса более 3% в зависимости от типоразмера - должно быть проведено техническое обследование насосного агрегата, запорной арматуры вспомогательных систем, включая обследование проточной части насоса на предмет обнаружения искажения отливки корпуса и рабочего колеса, некачественного выполнения литья и механической обработки.

Определение допустимого кавитационного запаса насоса обязательно при:

• 
  использовании рабочих колес в исполнении, не предусмотренном технической документацией или их обточке более чем на 20%;
  
• 
  установке в насосе на входе в рабочее колесо предвключенных шнеков;
  
• 
  снижение напора насоса более чем на 10%;
  
• 
  модернизации насоса, приведшей к изменению площади проточной части насоса на входе в рабочее колесо или конструкций щелевых уплотнений;
  
• 
  перекачке нефти с вязкостью, не обеспечивающей автомодельный режим течения;
  
• 
  изменение частоты вращения ротора насоса;
  

Основным критерием удовлетворительной работы торцовых уплотнений является величина утечек, замеряемая объемным способом, которая должна быть не более 0,3×10^-3 м³/ч (0,3 л/ч).

Для обеспечения оптимальных режимов перекачки допускается обточка основных (не более чем на 20%) и сменных (не более чем на 10%) рабочих колес. Величина обточки до 20% определяется расчетом, исходя из заданных режимов работы нефтепровода. Если расчетная величина обточки превышает 20%, то применение такого колеса должно быть подтверждено технико-экономическим обоснованием в сравнении с другими вариантами обеспечения заданных технологических режимов перекачки.

Программа пуска насосного на открытую или открывающуюся задвижку на нагнетание насоса должна корректироваться при смене типоразмера рабочего колеса насоса.

2. 
   Основные параметры работы центробежных насосов
   

Работа центробежного насоса характеризуется такими основными параметрами.

Подача – количество жидкости, которое подается насосом в напорный патрубок за единицу времени. Различают понятия объемной Q и массовой подачи насоса M, которые связаны между собой таким соотношением:

(3.1)

где, r - плотность жидкости при температуре перекачки.

Полное давление, создаваемое насосом, определяется при помощи формулы:

(3.2)

где, P_Н, P_В - абсолютное давление жидкости в напорном и входном патрубках соответственно;

V_Н, V_В- скорость движения жидкости в напорном и входном патрубках соответственно;

z_Н,z_В - высотные отметки мест измерения давления на выходе и входе насоса соответственно;

g - ускорение силы тяжести.

Полный напор, созданный насосом, определяется при помощи формулы:

(3.3)

Для магистральных насосов можно пренебречь разницей скоростных напоров, которая значительно меньше, чем другие составляющие равенства (3.3). Патрубки магистральных насосов и манометры обычно расположены на одном уровне, поэтому для них z_Н = z_В. Поэтому напор магистрального насоса часто определяют приближенной формулой:

(3.4)

Полезная мощность насоса – это мощность, которая передается транспортируемой жидкости. Она может быть выражена через параметры режима перекачки:

(3.5)

Коэффициент полезного действия насоса (КПД)- это отношение полезной мощности насоса к мощности на валу насоса:

(3.6)

где, N_В - мощность на валу насоса, которая определяется на лабораторных стендах путем измерения вращательного момента на валу насоса.
КПД насоса характеризует степень конструктивной эффективности насоса и может быть определен только экспериментальным путем на специальных лабораторных стендах. КПД насоса принято представлять в виде произведения трех составляющих:

(3.7)

где, h_о - объемный КПД, который учитывает потери энергии вследствие утечек жидкости в насосе;

h_г - гидравлический КПД, который учитывает потери энергии на преодоление гидравлического сопротивления при прохождении жидкости через насос;

h_м - механический КПД, который учитывает механические потери энергии в подшипниках, уплотнениях насоса, а также при трении диска рабочего колеса о жидкость.

Числовые значения составляющих КПД насоса зависят от конструкции насоса, качества его изготовления и условий эксплуатации.

Мощность насосного агрегата N_аг- это мощность, которую потребляет насосный агрегат можно определить по следующей зависимости:

(3.8)

где, h_пер - КПД передачи от двигателя к насосу;

h_дв - КПД двигателя привода насоса;

Мощность насосного агрегата может быть определена в промышленных условиях путем измерения энергии, которая подводится к двигателю насоса.

Допустимый кавитационный запас Δh_д - приведенный к оси насоса минимальный избыток удельной энергии жидкости на входе в насос над упругостью паров жидкости при температуре перекачки, которая обеспечивает работу насоса без изменения основных технических параметров. Он выражается в метрах столба транспортируемой жидкости и характеризует конструктивную эффективность входной части насоса.

Если в потоке жидкости абсолютное давление в некоторой точке упадет ниже упругости паров, то в жидкости возникают пустоты, заполненные паром и воздухом. Начинается «холодное» кипение жидкости. Процесс образования пустот с дальнейшей конденсацией пара и исчезновением пустот в зоне повышенного давления называется кавитацией. Вследствие быстрой ликвидации паровых пузырьков возникают местные гидравлические удары. Кавитация сопровождается шумом, вибрацией и эрозийным изнашиванием металла.

В центробежном насосе зона наименьшего давления распределена возле кромки на выпуклой части лопатки. Для безкавитационной работы насоса на его входе необходимо создать напор не меньше чем допустимый кавитационный запас.

Допустимый кавитационный запас определяют по данным испытаний насоса при помощи формулы

(3.9)

где, А - коэффициент кавитационного запаса, А=(1,15-1,3);

Δh_кр - критический кавитационный запас, при котором уменьшение напора на кавитационной характеристике насоса составляет 2% от напора первой ступени или 1м, если напор первой ступени превышает 50м.

Величина может быть выражена в долях от напора, создаваемого насосом:

(3.10)

где, σ- коэффициент кавитации;

H- напор, создаваемый насосом.

Для определения коэффициента кавитации С.С. Рудневым получена формула:

(3.11)

или

(3.12)

где, H- напор насоса, м;

n - частота вращения рабочего колеса, об/мин;

Q- подача насоса (для насосов с двухсторонним входом подставляется половинная подача), м³/с;

С - постоянная, зависящая от конструктивных особенностей насоса (С=600….800 для тихоходных, С=800….1000 для насосов нормальной быстроходности, С=1000….1500 для быстроходных насосов).

Для обеспечения надежности всасывания, учитывая эксплуатационные условия (колебания уровня в источнике, изменение температуры перекачиваемой жидкой среды), величину умножают на коэффициент запаса φ=1,2….1,4.

При наличии в паспорте на насос допустимой высоты всасывания вместо допустимого кавитационного запаса , последний определяется по формуле:
, (3.14)

где, Р_атм – атмосферное давление;

Р_н.п – давление насыщенных паров воды;

υ_вх – скорость потока на входе в насос в сечении, где замеряется давление.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания H_в - это максимальное превышение оси насоса над уровнем жидкости в резервуаре, при котором насос не будет нормально функционировать

Получим формулу для допустимой высоты всасывания насоса. Запишем уравнение Бернулли для двух потоков реальной жидкости: 1-ый сходится с уровнем жидкости в резервуаре, 2-ой – с входом в насос (рисунок 3.1)

(3.15)

где, P_o- абсолютное давление на свободной поверхности жидкости в резервуаре;

h_wв - потери напора на трение во всасывающей системе.


Рис. 3.1. Расчетная схема для определения допустимой высоты всасывания насоса.
Выразим удельную энергию жидкости на входе в насос через допустимый кавитационный запас:

(3.16)

где, P_пр- упругость паров транспортируемой жидкости при температуре перекачки.

Запишем уравнение (3.15) относительно допустимой высоты всасывания H_в с учетом (3.16). В результате получим следующее выражение:

(3.17)

Минимально допустимый напор H_min- минимальное значение избыточного напора жидкости на входе в насос, который обеспечивает его нормальное функционирование (работу без кавитации).

Из формулы (3.16) имеем

(3.18)

Учитывая выражение для избыточного давления на входе в насос

(3.19)

получаем расчетную формулу для нахождения минимально допустимого напора на входе в насос

(3.20)

где, P_атм - атмосферное давление.

Коэффициент быстроходности насоса n_S – это частота оборотов модели, которая геометрически подобна насосу и создает напор 1м при подаче 0,075 м³/c.

(3.21)

где, n - скорость оборотов вала насоса, об/мин;

Q_н - номинальная подача насоса, м³/с;

H_н - номинальный напор насоса, м.

Для насосов, которые имеют рабочее колесо с двухсторонним входом жидкости, в формулу (3.21) следует подставлять половину номинальной подачи насоса. Коэффициент быстроходности насоса - это частный случай упрощенного критерия кинематического подобия центробежных машин.

Кроме указанных выше основных характеристик насоса, для оценки эксплуатационных качеств насосных агрегатов большое значение имеют вибрационные и шумовые показатели.

Вибрационные качества насосов характеризуются виброшумовыми характеристиками, которые согласно ГОСТ 6134-87 представляют собой зависимости уровня воздушного звука от частоты (в октавах) в диапазоне частот 63-8000 Гц и вибрации характерных точек опорных узлов или корпуса насоса от частоты. Вибрация измеряется в децибелах по эффективному, т.е. среднеквадратическому, значению колебательного ускорения.