Геец Сист. наливных судов

hдоп

При эксплуатации насоса немаловажной является всасывающая способность, которая характеризуется вакуумметрической высотой всасывания

Нвс или кавитационным запасом h. Причем, Нвс = f( h, pп), где pп – давление насыщенного пара жидкости на входе в насос, Па.

Высота всасывания на грани кавитации называется допустимой Ндвс.

H д вс	p	i		p	п	k h	v 2 вх	,
			g			доп	2g

где pi, pп – соответственно давление над поверхностью в грузовом танке и давление насыщенных паров, Па. Давление над поверхностью в танке равно атмосферному, или сумме атмосферного и давления инертного газа.

- допустимый кавитационный запас, м;

k – коэффициент допустимого кавитационного запаса, равный от 1,15

до 1,25;

3;

плотность перекачиваемой жидкости, кг/м

v2вх - энергия на создание скоростного напора, м, где vвх – скорость

2g

груза на входе в насос, м/с.

Допустимый кавитационный запас, если он неизвестен из паспортных данных насоса, определяется по формуле:

4 / 3

h 10 n Q ,

доп	C

где n – частота вращения насоса, об/мин,

С – постоянная, характеризующая конструкцию насоса, называемая кавитационным коэффициентом быстроходности и находящаяся в пределах

800÷1200.

8.2. Пересчет рабочих характеристик центробежных насосов с воды на вязкие жидкости

Стендовые характеристики насосов получают на воде, а для вязких жидкостей существуют методы пересчета параметров с воды на вязкие жидкости. Аналитических формул для такого пересчета нет, но существуют эмпирические способы. По наиболее распространенному способу параметры вязких жидкостей пересчитываются с воды на вязкие жидкости с помощью поправочных коэффициентов, полученных путем обобщения результатов испытаний различных центробежных насосов. Коэффициенты – это отношения искомых параметров к аналогичным параметрам для воды. Их находят из графиков, рис. 37.

KQ	Qн	;	K H	H н	; K	н	.
	Qв			H d		в

Индексы означают: н – нефть, в – вода.

51

Значения числа Рейнольдса определяются по расчетной секундной подаче насоса Qр при наибольшем КПД и характерному размеру, в качестве которого принят эквивалентный диаметр рабочего колеса:

	Re	Qр	; D 2 экв 4D2b2 k ,
		Dэкв v

где D2, b2 – наружный диаметр рабочего колеса и ширина его лопасти на выходе;

k – коэффициент стеснения потока лопасти колеса на выходе (k»0,9). Напор насоса при нулевой подаче от вязкости практически не зависит.

С увеличением вязкости растет крутизна напорной характеристики. При перекачивании маловязких жидкостей КПД насоса снижается в основном за счет потерь на дисковое трение. При увеличении вязкости происходит перераспределение потерь: увеличивается доля потерь на трение в каналах насоса и уменьшается доля потерь на дисковое трение и преобразование скоростного напора в потенциальный. Влияние вязкости жидкости на подачу, напор и КПД у крупных насосов проявляется в меньшей степени, поэтому они могут вести перекачивание вязких нефтепродуктов при параметрах, более близких к номинальным, чем небольшие насосы. Это объясняет тенденцию к увеличению подачи отдельных грузовых насосов при уменьшении их числа.

Рис. 37. Зависимость коэффициентов пересчета с воды на вязкие жидкости от значений Re

52

На рис. 37 приведена также кривая изменения в зависимости от числа Рейнольдса коэффициента KC – отношения кавитационных коэффициентов быстроходности.

8.3. Характеристика сети грузового насоса

Схематично грузовая сеть выглядит так, как она изображена на рис. 38.

Рис. 38. Грузовая сеть: 1 – грузовой танк; 2 – грузовой насос; 3 – судовая напорная магистраль; 4 – пирс терминала; 5 – соединительный шланг; 6 – береговая магистраль; 7 – береговая цистерна. Za – уровень груза в танке по отношению к уровню моря; Zk – уровень в береговой цистерне; Pa – давление над уровнем груза в танке; Pk – давление над уровнем в береговой цистерне

Во время выгрузки груз проходит всасывающую магистраль (не показана), рис. 38, насос 2, нагнетательную магистраль 3 до манифольда, соединительный шланг 5, начинающуюся на терминале 4 береговую магистраль 6 и закачивается в береговую цистерну 7. При этом насос должен сообщить жидкости такую энергию, которая преодолела бы статический напор, созданный разностью уровней в береговой и судовой цистернах Zk, а также разностью давлений Pk-Pa в них. Этот напор существует еще до начала работы насоса. Когда насос начал работать, возникло движение жидкости, а оно создало скоростной напор и гидравлические сопротивления во всасывающей и напорной магистралях, и на это ушла другая часть энергии, которую называют динамическим напором. Используя обозначения на схеме рис. 38, уравнение сети представим в виде:

	Н гс	g(Z k	Z a )	P	P v 2			hвс.тр hнаг.тр ,	(7.1)
				k	a
					2

53

Рис. 40. Рабочая точка системы ГС-центробежный насос

где v – скорость потока жидкости в трубе, hвс. тр и hнаг. тр – гидравлические

сопротивления во всасывающем и нагнетательном трубопроводе, – плотность жидкости.

На рис. 39 показан вид характеристики сети и ее составляющие.

Рис. 39. Напорная характеристика гидравлической сети и ее составляющие

На рис. 39 статический напор и его составляющие изображены прямыми, параллельными оси абсцисс, т. е. условно статический напор можно считать постоянной величиной. Однако, во время выгрузки он увеличивается в связи с ростом разности уровней в цистернах 1 и 7 (рис. 38).

Динамический напор и его составляющие имеют вид параболы, так как и гидравлические сопротивления, и скоростной напор находятся в квадратичной зависимости от подачи.

Под рабочим режимом ГС понимают установившийся режим работы комплекса ГС-насос, которому соответствует соблюдение материального и энерге-

54

8.4. Совместная работа насосов

При перевозке однородных грузов с целью ускорения выгрузки используют параллельное включение двух и более насосов на одну нагнетательную магистраль. Если два или три грузовых насоса (как правило, одинаковые) берут груз из одного

кормового танка,

Рис. 41. Характеристики двух центробежных грузовых насо- куда он стекает из сов при их параллельной работе на один трубопровод в одинаковых условиях других танков, то

они имеют одинаковые напорные характеристики. Для двух параллельно работающих насосов совпадающие кривые I, II (рис. 41) являются одинаковой характеристикой H – Q каждого из насосов. Для получения их суммарной характеристики следует удвоить абсциссу точки AI,II, соответствующей напору HI,II . Пересечение суммарной характеристики I+II с характеристикой III трубопроводов грузовой системы дает точку А, абсцисса и ордината определяют суммарную подачу обоих насосов QI+II и развиваемый ими напор HI,II. Однако, при параллельной работе центробежных насосов происходит некоторое снижение подачи и увеличение напора по сравнению с теоретическими значениями, так как с увеличением скорости жидкости на общем участке на-

55

тического баланса. Первый выражается равенством Qцн = Qгс, второй ¾ QцнНцн = QгсНгс. Параметры в точке А (рис. 40) называют расчетными или спецификационными, при этом КПД насоса имеет максимальное значение.

Если судовой и береговой танки сообщены с атмосферой, давление над уровнем груза в них одинаково. В этом случае статический напор определяется только разностью уровней в цистернах, т. е. Нгсст= g(zк-zа). Изменение этой разности уровней определяет изменение статического напора во время выгрузки. Если судовой танк инертизирован, а береговой сообщен с атмосферой, статический напор определяется по формуле (7.1), в которой Ра равняется избыточному давлению, создаваемому инертным газом, а Рк равно нулю.

Рис. 42. Характеристики совместной работы двух центробежных насосов при их последовательном включении

порного трубопровода возрастает его сопротивление, для преодоления которого насосы развивают более высокий напор. Поэтому режимная точка суммарной работы насосов перемещается по кривой I + II в область более высоких напоров и меньших подач (точка А1).

Иногда напора одного насоса недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление сети, в особенности, когда велика его статическая составляющая. В этом случае используется последовательная работа насосов. Суммарная характеристика последовательно включенных насосов получается за счет суммирования напоров каждого из насосов при одной и той же подаче (рис. 42). В этом случае будем иметь:

НI+II =HI +HII; QI,II = QI =QII.

На рис. 42 насосы I и II развивают разный напор по отдельности, но при этом имеют равную подачу. Такое возможно, когда два одинаковых насоса берут груз из разных танков с различной протяженностью всасывающих магистралей. Но если эти насосы включены последовательно, их подачи в любом случае будут равными.

8.5. Регулирование подачи центробежного насоса дросселированием

Дросселирование – наиболее простой способ регулирования, заключающийся в снижении части напора, развиваемого насосом, за счет искусственного увеличения сопротивления в сети закрытием клапана на напорной линии. При своей простоте и удобстве это наименее экономичный способ регулирования, так как часть напора теряется непроизводительно в клинкете.

Дросселирование имеет и тот недостаток, что происходит более интенсивный износ не только клинкета, но и основных деталей насоса из-за нарушения потока жидкости в колесе и спирали. Сильное уменьшение подачи при дросселировании может привести и к возникновению таких усилий на ротор, которые превосходят допустимые, поэтому дросселирование должно, по возможности, применяться для относительно небольших изменений подачи.

56

При расчете параметров рабочей точки при дросселировании следует ориентироваться на

рис. 43.

При уменьшении открытия клинкета характеристика трубопровода пойдет более круто. Напор будет увеличиваться и последовательно занимать положения Н1, Н2, Н3. Подача насоса будет уменьшаться, принимая значения Q1, Q2, Q3. В каж-

дом режиме, отличающемся от

Рис. 43. Характеристики регулирования рабочего, например в режиме, системы ГС-насос дросселированием соответствующем точке 2, насос

будет развивать напор Н2 >НВ, необходимый для подачи в трубопровод расхода Q2. При этом режиме напор Н2 складывается из напора НВ при расходе Q2 с полностью открытым клинкетом, и потерь напора в клинкете Ндр = Н2 – НВ.

Н В			Н 2	Н др		kин 2 2 .
Н	2		Н	2
	2			2

Новое значение КПД для каждого положения клинкета находят на пересечении штриховой линии с ординатой напора, соответствующего этому положению клапана. kин2 называют коэффициентом использования напора.

8.6. Регулирование подачи центробежного насоса изменением частоты вращения, перепуском расхода среды и изменением статического напора

Более качественным и экономичным способом регулирования подачи является изменение частоты вращения приводного двигателя. В этом слу-

чае по мере снижения частоты вращения рабочая точка смещается по характеристике грузовой сети вниз и влево (рис. 44). При этом понижается и подача, и напор. При таком способе регулирования отсутствуют дополнительные сопротивления в сети, однако для его осуществления необходим приводной двигатель с регулируемым числом оборотов. Иногда находит применение способ регулирования подачи перепуском части перекачиваемой жидкости в приемную цистерну (рис.45). При включении в сеть параллельно основной линии 1 с характеристикой R1 добавочной линии 2 с R2 общая сеть насоса будет иметь характеристику R1+R2 и рабочая точка переместится из А1 в А2. Напор при этом снизится с Н1 до Н2, а подача насоса возрастет с Q1 до Q2. Однако в связи с уменьшением напора уменьшается подача жидкости через основную линию от Q1 до Q3, а через байпасную ли-

57

нию 2 пойдет расход воды Q4. С экономической точки зрения такой способ регулирования выгоден для насосов, у которых потребляемая мощность снижается с увеличением подачи (высокооборотных).

Для насосов, у которых мощность возрастает с увеличением подачи, это может привести к перегрузке привода. Кроме того, работа с повышенной по сравнению с оптимальной подачей может привести к кавитации и к более быстрому износу элементов проточной части.

Рис. 45. Регулирование системы ГС-насос перепуском

Рис. 44. Смещение рабочей точки по характеристике сети при изменении частоты вращения центробежного насоса

Статический напор существенно влияет на подачу насоса. Однако, как способ регулирования он используется только в том случае, если есть техническая возможность увеличить давление в выгружаемом танке с помощью инертных газов на нефтевозе. При погрузке танкера и значительной высоте над уровнем моря береговых танков статический напор может использоваться для подачи груза на танкер самотеком. На газовозах с прочными вкладными танками давление в танке могут повысить грузовым компрессором настолько, что

грузовой насос может не потребоваться. В этом случае принцип изменения статического давления используется как самостоятельный способ выгрузки.

Контрольные вопросы к лекции 5

1.Какими параметрами характеризуется работа насоса?

2.Что такое характеристики насоса?

3.Режимы работы насоса.

4.Коэффициент быстроходности насоса.

5.Как пересчитать напорные характеристики с одного насоса на другой, подобный первому?

6.Высота всасывания насоса и кавитационный запас.

58

7.Пересчет рабочих характеристик с воды на вязкие жидкости.

8.Что включает в себя грузовая сеть?

9.Из чего складывается напорная характеристика гидравлической сети?

10.Из чего складывается статический напор?

11.Из чего складывается динамический напор?

12.Что такое рабочая точка системы гидравлическая сеть-насос?

13.Характеристики параллельной работы двух центробежных насосов.

14.Характеристики последовательной работы двух центробежных насосов.

15.Регулирование подачи насоса дросселированием.

16.Регулирование подачи насосов изменением его частоты вращения.

17.Регулирование подачи насоса перепуском.

Лекция 6

9.Насосы, используемые в системах зачистки грузовых

ибалластных танков

9.1.Поршневые паровые насосы

На танкерах для зачистки танков используются в основном прямодействующие паровые сдвоенные насосы двойного действия. В качестве примера рассмотрим устройство отечественного насоса ПНП250, рис. 46.

Блоки паровых 13 и гидравлических 3 цилиндров соединены четырьмя

стальными колоннами 18 (рис. 46а). К их нижним концам, проходящим через гидравлический блок, крепят стальные опоры-башмаки 1, устанавли-

ваемые на фундамент. Цилиндровые блоки изготавливают из чугуна. Внутренняя часть парового блока между цилиндрами использована для размещения паропроводящих каналов и золотниковых камер. Блок гидравлических цилиндров отлит заодно с клапанной коробкой, в которой имеется по два впускных и по два нагнетательных плоских кольцевых клапана на каждую из четырех рабочих полостей.

Паровые 12 и гидравлические 2 поршни (рис. 46а), а также кольца паровых поршней изготовлены из чугуна. Гидравлические поршни для уста-

новки уплотнительных колец имеют латунные обоймы и работают в латунных втулках 5, запрессованных в цилиндры и закрепленных стопорными стержнями, проходящими через крышки. Неразъемные штоки 8 соединяют каждую пару паровых и гидравлических поршней, приводя в движение при помощи рычажной передачи (рычаг 15, его опора 17, муфта 16) штоки 11 золотников парораспределительных устройств. Выходы штоков из цилиндров уплотнены сальниками 6 и 9. Смазка паровых поршней и золотников осуществляется масленками 14.

59

Рис. 46. Поршневой насос ПНП-250: а – насос; б – золотниковая коробка

Золотниковая коробка насоса показана на рис. 46б. В чугунных втулках 2, запрессованных в корпусе блока, закрытого крышкой 1, перемещаются

цилиндрические золотники 3 с чугунными уплотняющими кольцами. Золотники приводятся в движение от золотниковых штоков 4, шарнирно связанных с тягами, нижние концы которых соединены с качающимися рычагами, лежащими в опорах. Каждая золотниковая коробка сообщается с нижней и верхней полостями парового цилиндра 5 двумя каналами: впускном 6 и выпускным 7. Такое размещение каналов обеспечивает образование паровой подушки у крышки 9 цилиндра при подходе поршня к своему крайнему положению. Ее толщина может быть изменена с помощью буферных клапанов, соединяющих каналы свежего и отработавшего пара соответствующей полости цилиндра. Всего у насоса четыре таких клапана.

Другие конструкции насосов отличаются от приведенных на рис. 46 конструкцией парораспределительного устройства, клапанных коробок и других деталей при неизменности основного принципа их устройства.

60