ВВЕДЕНИЕ
Существование человечества невозможно без наличия соответствующих производительных сил, базирующихся на технических достижениях.
Одним из наиболее необходимых и широко применяемых в различных отраслях экономики таких достижений являются насосы.
Без насосов для большей части населения планеты невозможно удовлетворение самой жизненно важной потребности - в воде, без них не могут перемещаться от источников добычи до потребителей основные энергоносители, которыми являются нефть и нефтепродукты, без насосов не может функционировать ни одно современное производство.
Особенно важна роль насосов, как перекачивающих агрегатов, в нефтяной промышленности. Именно с помощью насосов осуществляется добыча большей части нефти и доставка ее на нефтеперерабатывающие заводы, а затем распределение продуктов нефтепереработки среди потребителей.
Из всего широкого класса насосов наибольшее применение нашли насосы центробежного типа, в силу целого ряда их достоинств, в числе которых: компактность, небольшая удельная масса, простота конструкции, отсутствие возвратно-поступательного движения рабочих органов, хорошая сбалансированность, способность работы без редукторов с экономичным и экологически чистым электродвигателем, надежность и высокая ремонтопригодность.
Перечисленные достоинства центробежных насосов расширяются за счет реализации их общей принципиальной схемы в различных конструктивных вариантах. В настоящее время существует большое количество видов перекачивающих агрегатов данного типа.
Создание новых совершенных гидравлических машин и эффективная эксплуатация их невозможна без учета существующих разработок в данной области. Для первого знакомства с этими разработками предназначен предлагаемый курс лабораторных работ.
1. 0БЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1. Общая конструктивная схема центробежного насоса
Центробежные насосы относятся к классу динамических машин, в которых механическая энергия, подводимая к насосу от приводящего его двигателя, преобразуется в энергию потока с помощью лопастного колеса.
Основное отличие их от других динамических машин состоит в направлении движения потока жидкости относительно оси ротора насоса. Это движение в центробежных насосах происходит преимущественно в плоскости нормальной к оси насоса - по радиусу рабочего колеса, что способствует воздействию на жидкость, находящуюся в рабочем колесе, центробежных сил.
Конструктивные схемы всех центробежных насосов принципиально аналогичны. На рисунке 1.1 представлена самая общая схема подобных насосов, которая на практике реализована в конструкции консольного насоса.
В общем случае насос состоит из двух основных частей: вращающегося ротора и неподвижного корпуса (статора).
В лопастном насосе (рис.2) основными деталями являются подвод 1, лопастное колесо 2 и отвод 3. По подводу жидкость подается от всасывающего трубопровода к лопастному колесу. Из отвода жидкость через диффузор 4 поступает в напорный трубопровод. В лопастном колесе жидкость движется от центра к периферии, поэтому колесо (и весь насос) называют центробежным. Уплотнение 5 предотвращает наружные утечки.
Рисунок 1.1- Схема центробежного насоса консольного типа
Вал насоса соединяется с валом двигателя посредством муфты. Опорой для вала служат подшипники, воспринимающие как радиальную, так и осевую нагрузки. В насосах используются подшипники качения (шариковые, роликовые) и скольжения. Для уменьшения трения и предотвращения разрушения подшипники качения смазываются консистентной (солидол, технический вазелин) либо жидкой (автол, турбинное масло) смазкой. В последнем случае для размещения подшипника делается специальная камера (масляная ванна), куда заливается масло. Подшипники скольжения с баббитовыми вкладышами смазываются жидким маслом, а с лигнофолевыми или резиновыми вкладышами — водой, для чего используется чистая вода без примеси песка или других абразивных включений.
Изображенный на рисунке 1.1 насос приведен в качестве характерного примера гидравлических машин данного типа. На практике встречаются насосы в различных вариантах. Поэтому для систематизации конструктивных решений используется классификация насосов.
1.2. Классификация центробежных насосов по техническим характеристикам
Одни и те же значения подачи и напора могут быть получены в насосах с различным числом оборотов. Естественно, что конструкция рабочих колес и всех элементов проточной части насоса, равно как и их размеры, при этом меняются. Для сравнения лопастных насосов различных типов пользуются коэффициентом быстроходности, который является своеобразным критерием подобия насосов. Коэффициентом быстроходности насоса ns, называется частота вращения абстрактной модели насоса (во всем подобной данному насосу), которая, создает напор равный 1 м при подаче 0,075 м3/ч (или при полезной мощности в 1 л.с.
В литературе к центробежным насосам иногда относят диагональные насосы.
1.3. Классификация центробежных насосов по конструктивным признакам
Центробежные насосы отличаются друг от друга по следующим основным конструктивным признакам:
- по расположению оси вращения ротора в пространстве;
- по конструкции рабочего колеса;
- по расположению рабочего колеса на валу насоса относительно опор;
- по количеству ступеней;
- по конструкции корпуса;
- по способу уплотнения корпуса насоса в месте выхода из него вала (концевые уплотнения);
- по способу уплотнения рабочего колеса.
- по наличию и способам осуществления гидравлической разгрузки ротора насоса от осевых сил:
По расположению оси вращения ротора в пространстве насосы бывают горизонтальными и вертикальными. При вертикальном расположении экономится площадь, занимаемая насосным агрегатом и, в некоторых случаях, облегчается монтаж трубопроводов.
Рисунок 1.2 - Варианты рабочих колес центробежного насоса: а - закрытого типа с односторонним входом (разрез и общий вид)
б - полуоткрытого типа; в - открытого типа 1-внутренний (задний) диск, 2-лопатки, 3- передний диск, 4-ступица
|
По конструкции рабочего колеса насосы могут быть с колесами закрытого (рисунок 1.2 а) полуоткрытого (рисунок 1.2 б) и открытого (рисунок 1.2 в) типов.
В первом случае (рисунок 1.2 а) рабочее колесо имеет два диска - задний 1 или основной со ступицей 4, имеющей шпоночный паз для крепления колеса на валу и передний 3; между дисками расположены лопатки 2. В полуоткрытых колесах передний диск отсутствует. У открытых колес дисков нет, а лопатки крепятся непосредственно к ступице.
Колеса открытого типа имеют преимущества: уменьшение дисковых потерь, простота литья и доступность очистки каналов насосов; при заклинивании ротора из-за отложения песка между стенками колес и секциями насоса он легко освобождается от песка при помощи увеличения зазора между лопатками колеса и стенками корпуса насоса.
Недостаток открытых и полуоткрытых колёс - перетоки жидкости из одного межлопастного канала в другой через зазор между колесом и корпусом.
По расположению рабочего колеса на валу насосы бывают консольными и со средним расположением колеса. У консольных насосов рабочее колесо расположено вне опор вала на консоли (рисунок 1.1). У насосов со средним расположением колеса оно размещается в средней части вала между опорами. Насосы со средним расположением колеса выпускаются, как правило, большей мощности и чаще используются для транспортировки больших объемов жидкости.
Преимуществом консольных насосов является большая компактность и простота. В связи с этим они получили широкое распространение во всех вспомогательных системах насосных и компрессорных станций.
По количеству ступеней, насосы делятся на одно-, двух-, трех- и более ступенчатые насосы (рис.1.2., 1.3.). Под количеством ступеней подразумевается количество колес, через которые последовательно проходит жидкость в насосе.
Рис 1.3 - Схема многоступенчатого насоса турбинного типа
Рис 1.4.- Схема многоступенчатого насоса спирального типа
Многоступенчатые насосы необходимы для получения больших напоров от одного насоса. Напор, создаваемый многоступенчатым насосом равен сумме напоров отдельных колес. С целью унификации оборудования все колеса многоступенчатого насоса выпускаются, как правило, о; инаковыми, поэтому напор, создаваемый такими насосами может определяться по зависимости Н = кД, где Н, - напор одной ступени насоса.
Применение нескольких лопастных колес в одном насосном агрегате значительно расширяет область использования таких насосов и позволяет эксплуатировать их в различных условиях. Например, при существенных изменениях в объемах добычи и транспорта нефти. Такая особенность многоступенчатых насосов находит свое применение на насосных станциях нефтепромыслов и в трубопроводном транспорте.
По конструкции корпуса насосы подразделяются в зависимости от способа разъема корпуса и по конструкции подвода и отвода.
Корпуса насосов представляют собой стальные отливки сложной формы с отводами, подводами и переводными каналами, имеющими высокую чистоту поверхности проточной части. Вся внутренняя полость корпуса насоса находится под давлением, поэтому его механическая прочность проверяется гидравлическими испытаниями. В корпусе насоса предусматриваются отверстия для выпуска воздуха при заполнении насоса перекачиваемой жидкостью и для слива жидкости при разборке насоса. Для насосов, работающих при высоких давлениях и температурах, предусматривается установка дополнительного наружного корпуса. Отводы у центробежных насосов конструктивно объединены с корпусом насоса. Они предназначены для отвода жидкой среды, выбрасываемой рабочим колесом в напорный трубопровод. Части корпуса насоса крепятся между собой шпильками и уплотняются прокладками.
По разъему корпуса насосы могут быть с разъемом корпуса в горизонтальной плоскости и с разъемом корпуса в вертикальной плоскости.
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
Исходя из выше отмеченного, для перекачки различных жидкостей может использоваться большое конструктивное разнообразие центробежных насосов. Наиболее характерные разновидности насосов приведены в приложении методических указаний.
Основные конструктивные и технические особенности насосов отражаются в их маркировке. В различных отраслях экономики находят применение, как правило, вполне определенные марки насосов. В частности, при добыче нефти, ее сборе и транспортировании на насосных станциях нефтегазовых промыслов распространение получили центробежные насосы типов К, НК, НМ, МС, НПС, НТС, НД, НГ, ЦНС, ЦНСн, ЭЦН и некоторые другие. Чаще других в Западной Сибири используются насосы типа ЦНС и ЭЦН.
Буквенная маркировка насосов расшифровывается следующим образом: Н - насос (в некоторых случаях Н - нефтяной); К - консольный с подшипниковым кронштейном; М - моноблочный (рабочее колесо посажено на вал двигателя, а корпуса двигателя и насоса непосредственно сопряжены болтовыми соединениями); С - секционный; ПС - спиральный секционный с плоским горизонтальным разъемом корпуса; ТС - спиральный секционный с торцовым разъемом корпуса; Д - первое колесо с двухсторонним входом; Г - «горячий» - для перекачки жидкостей с высокой температурой; ЦНС - центробежный насос, секционный (ЦНСн - для перекачки нефти); ЭЦ - погружной центробежный насос, смонтированный вместе с электродвигателем (ЭЦН - для нефти, ЭЦВ - для воды).
В маркировке насосов помимо буквенных обозначений приводятся группы цифр, с помощью которых сообщаются технические характеристики машин. Цифровые обозначения вносятся в маркировку двумя различными способами.
При первом способе общая маркировка насоса выглядит следующим образом:
12НД-10x3
Насосы нефтяные 4НК, 5НК или 6НК (Приложение 2) являются центробежными горизонтальными консольного одноступенчатого исполнения насосами. Среда, которую могут перекачивать такие насосы должны соответствовать следующим характеристикам: её плотность должна быть менее 1 т/м3, показатель вязкости не более 0,01 см2/сек, возможная температура перекачиваемой жидкости варьируется от 0 до 80oС и от 0 до +200oС.
Максимальное давление жидкости на входе, которое допускается насосом, 0,68 МПа (7 кгс/см2). Проточная часть насоса изготовлена из серого чугуна. Для предотвращения протечек в конструкции насоса использованы двойные торцевые или сальниковые уплотнения.
Нефтяные насосы такого типа обозначаются следующим образом: 4НК5х1- первое число обозначает диаметр всасывающего патрубка в миллиметрах (показатель уменьшен в 25 раз). Далее обозначение нефтяного консольного насоса включает 5х1 – коэффициент уменьшенной в 10 раз (округленной) быстроходности на количество ступеней насоса. УХЛ4 указывает на тип климатического исполнения и категорию размещения насоса (в соответствии с ГОСТом 15150).