Динамические насосы

В нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности динамические насосы используются главным образом для транспортировки нефти, нефтепродуктов и подачи их в аппараты, транспортировки воды, сжиженного газа и глинистых растворов по трубопроводам, извлечения нефти из скважин, нагнетания воды и неньютоновских жидкостей, описываемых реологическим степенным законом, в пласты с целью поддержания пластового давления и увеличения отбора нефти из недр.

Для приведения насосов в действие в настоящее время применяются главным образом электродвигатели.

Условия работы для центробежных насосов в нефтяной промышленности являются тяжелыми. Наличие абразивных частиц и газа, а также коррозионных компонентов, повышенная по сравнению с водой вязкость, повышенные температуры и давления сильно ухудшают условия работы насосов и их рабочие параметры.

Продолжительность работы без ремонта, низкая стоимость, минимальные массы и габариты, простота устройств, высокая маневренность насосов и возможность автоматического управления процессами перекачки оказали большое влияние на широкое распространение их в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Принцип действия и устройство динамических насосов

Рассмотрим принцип действия и устройство насоса. Центробежный насос, схема которого дана на рис. 2 состоит из рабочего колеса 1, всасывающего устройства 2, корпуса 3 спиральной формы, отводящего устройства 4. Рабочее колесо насоса представляет собой два диска, между которыми закрепляются лопатки.

При вращении колеса заполняющая его внутренний объем жидкость под воздействием лопаток также совершает вращательное движение вместе с колесом. На вращающуюся жидкость в направлении вдоль радиуса колеса действует центробежная сила, под действием которой жидкость перемещается внутри колеса по направлению от оси колеса к его периферии, создавая тем самым разрежение в центральной части внутреннего объема колеса и одновременно – избыточное давление (напор) в периферийной части корпуса насоса. Разрежение в центральной части колеса приводит к всасыванию в эту центральную часть новых порций жидкости, а избыточное давление в периферийном кольцевом объеме и составляет основную объемную энергию, которую сообщает жидкости центробежный насос.

Рис. 2. Схема одноступенчатого центробежного насоса.

Внутри колеса жидкость совершает сложное движение, складывающееся из перемещения вдоль канала переменного сечения между соседними лопатками и вращательного движения вместе с колесом. На рис. 3 приведены параллелограммы скоростей жидкости на лопатке центробежного насоса.

При вращении колеса, насаженного на вал, лопатки воздействуют на жидкость и сообщают ей потенциальную и кинетическую энергию, т.е. давление р_т. Неподвижный корпус снабжен каналами, расположенными против выхода из колеса. Они служат для сбора и отведения жидкости. Спиральная камера заканчивается диффузором, в котором происходит преобразование скоростной энергии в давление.

Рис. 3. Параллелограммы скоростей жидкости на лопатке центробежного насоса.

с₁ и с₂ – скорости жидкости на входе в рабочее колесо и выходе из него, ₁ и ₂ – углы лопатки, w₁ и w₂ – скорости движения жидкости на входе в колесо и на выходе из него, D₁ = 2r₁ и D₂ = r₂ – диаметры и радиусы отверстия в колесе и колеса, u₁ и u₂ скорости колеса во входном отверстии и на периферии, b₁ и b₂ – толщина колеса.

Для получения давления, превышающего р_т, жидкость заставляют проходить последовательно через несколько колес, насаженных на общий вал. Если насос имеет z колес, то общее давление р_о, развиваемое им, будет равно сумме давлений, последовательно насаженных на вал колес:

р_о = z р_т. (7)

На рис. 4 приведена схема многоступенчатого центробежного насоса, в котором жидкость последовательно проходит через 4 колеса.

Рис. 4. Схема многоступенчатого центробежного насоса.

Для увеличения подачи насоса при постоянном давлении колеса изготавливаются с двухсторонним входом жидкости. На рис. 5 представлена схема центробежного насоса с двухсторонним вводом жидкости в колесо.

Рис. 5. Схема центробежного насоса с двухсторонним вводом жидкости в колесо.

Центробежные насосы могут быть секционными и спиральными. В насосе секционного типа преобразование скоростной энергии в энергию давления происходит в направляющем аппарате. В насосе спирального типа таким преобразующим устройством является спиральная камера. Насосы спирального типа имеют лучший к.п.д.

Центробежные насосы классифицируются по следующему ряду конструктивных признаков: по материалу корпуса насоса - стальные и чугунные насосы; по конструкции опор вала: консольные (имеющие на валу опору, т. е. подшипник, толь­ко с одной стороны рабочего колеса насоса); с выносными опорами (подшипники с двух сторон рабочего колеса и вынесены вне корпуса насоса); встроенные в емкости (опора вала в стенке или в крышке технологической емкости); по числу ступеней подачи рабочего потока (числу рабочих колес на валу) - одно-, двух, четырех- и восьмиступенчатые, иногда более; по типу рабочих колес - с односторонним входом (всасыва­нием) перекачиваемой жидкости и с двухсторонним входом; по расположению вала насоса - горизонтальные и верти­кальные.

Привод центробежных насосов осуществляется от электро­двигателей, а резервных (аварийных) насосов - от паровых тур­бин. Количество подаваемой жидкости изменяют перекрытием сечения трубопровода на выкиде насоса (задвижкой вручную) или регулирующим клапаном системы автоматического регулирования.

Обслуживание центробежных насосов состоит в системати­ческом контроле давления на напорной линии, подачей воды на охлаждение подшипников, отсутствием течей и вибра­ций и др.

На рис. 6 и рис. 7 приведены разрезы одно- и многоступенчатого центробежных насосов.

Рис. 6. Разрез консольного центробежного насоса:

1 ‑ вал; 2 ‑ подшипниковый кронштейн; 3 ‑ уплотнение вала; 4 ‑ корпус; 5 ‑ рабочее колесо; 6 ‑ крышка

Рис. 7. Многоступенчатый насос типа ЦНС:

1 - кронштейны; 2 - сальниковое уплотнение; 3 - гидропята; 4, 7 - крышки (фланцы); 5 - секция; 6 - рабочее колесо; 8 - стяжной болт; 9 - упругопальцевая муфта.

В нефтяной, нефте- и газоперерабатывающей промышленностях широкое распространение по­лучили стальные центробежные консольные насосы типа К и агрегаты на их базе, секционные межопорные насосы НПС и НСД. Изготовители насосов — ОАО "Волгограднефтемаш" (табл. П.1) и РУП "Бобруйский машиностроительный завод" (табл. П2).

Применяются на НПЗ также насосы типа НМ и НПВ, разработанные для использования в насосных станциях магистральных трубопроводов. Изготавливает насосы НМ и НПВ объединение "Насосэнергомаш" г. Сумы (табл. П3). В табл. П4 помещены характеристики некоторых горизон­тальных стальных и чугунных центробежных насосов на разную подачу и напор.

Для откачки нефтепродуктов из заглубленных резервуаров применяются насосы типа НА, а для откачки продуктов из дренажных заглубленных емкостей — насосы НВ. Произ­водители этих насосов — ОАО "Лебедянский машинострои­тельный завод", ОАО "ЭНА" (г. Щелково).

Пример условного обозначения центробежного насоса:

НК 65/35-125В1бСДН60М02-У4,

где Н - нефтяной; К — консольный; 65/35 — в числи­теле подаче при роторе 1, в знаменателе при роторе 2, м³/ч; 125 — напор, м ст. жидкости; В — направление входного па­трубка; 1 — вариант ротора; б — вариант диаметра рабочего колеса; С — материальное исполнение; ДН60МО2 — тип уплотнения; У4 — климатическое исполнение и категория размещения.

В зависимости от свойств перекачиваемого продукта нефтяные насосы комплектуются различными типами уп­лотнений:

торцовые одинарные — ОНП, ОКК, ОКТ, БО, УТ,

торцовые двойные — ДНК, ДНТ, УТД, УТДХ;

торцовые двойные типа "ТАНДЕМ" — ДНМО2, СУДНМО2ТТ, УСГ, ССПТ, ДН;

сальниковые — СО, СГ.

Основные производители уплотнений — ООО "М-Б Гидромаш", "Нальчикский машиностроительный завод", на­учно-производственный центр "АНОД".

Герметичные насосы. За последние годы широкое распро­странение получили бессальниковые герметичные насосы со встроенным двигателем типа ЦТ, БЭН.

Производительность этих насосов — от 6,3 до 400 м³/ч, напор — от 12,5 до 400 м ст. жидкости, изготовитель объеди­нение "Молдавгидромаш", (г. Кишинев).

Пример условного обозначения таких насосов:

ЦГ 6,3/25а-К-0,75-4-У2,

где 6,3 — производительность, м³/ч; 25 — напор, м ст. жидкости; а — обточка колеса; К — материальное исполне­ние; 0,75 — мощность электродвигателя, кВт; 4 — конструк­тивное исполнение: У2 — климатическое исполнение и ка­тегория размещения.

Центробежные герметичные насосы с магнитной муфтой типа ЦМГ с выносным двигателем, имеющие производи­тельность от 2,5 до 25 м³/ч и дифференциальный напор до 50 м ст. жидкости, изготавливаются концерном "Российские насосы" (г. Москва).

Химические насосы. Для перекачивания химически ак­тивных и нейтральных жидкостей используются химические насосы типа X, АХ, ТХ, АХП производительностью от 2 до 2000 м³/ч и напором от 10 до 390 м ст. жидкости. Насосы мо­гут быть изготовлены из углеродистой стали, хромистой ста­ли, хромоникелевых сталей и сплавов.

Пример условного обозначения:

Х(Е) 50-32-125а-К-55-У4,

где Х — тип насоса, Е — взрывозащищенное исполнение; 50 — диаметр входного патрубка, мм; 32 — диаметр выходного патрубка, мм; 125 - номинальный диаметр рабочего колеса; а — вариант обточки рабочего колеса; К - материально исполнение: 55 — тип уплотнения; У4 — климатическое исполнение и категория размещения.

Химические насосы изготавливаются ЗАО "Катавский насосный завод", АООТ "Насосный завод" (г. Екатеринбург), ОАО "ЭНА" (г. Щелково) и др.

На рис. П6 – П9 приведены графики полей Q – Н ряда центробежных насосов, необходимые при их выборе.