Федеральное агентство образования Российской Федерации
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА
В.Н.ИВАНОВСКИЙ, Н.Н.СОКОЛОВ
ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ ПО МАШИНАМ И ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
Часть II
Москва 2005
Федеральное агентство образования Российской Федерации
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА
Кафедра машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности
В.Н.ИВАНОВСКИЙ, Н.Н.СОКОЛОВ
ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ ПО МАШИНАМ И ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
Часть II
Методические указания к самостоятельной работе студентов по курсу «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа»
Москва 2005
УДК 622.276
Ивановский В.Н., Соколов Н.Н. Домашние задания по машинам и оборудованию для добычи нефти.
Часть 2 «Машины и оборудование для добычи нефти»: Методические указания к самостоятельной работе студентов. – м.: ргу нефти и газа им. И.М.Губкина, 2005. –
Даны основные соотношения при расчетах одного из наиболее распространенных видов оборудования для добычи нефти - установок электроприводных центробежных насосов. Приведены три домашних задания, отражающих основные разделы курса машин и оборудования для добычи и подготовки нефти и газа, связанные с изучением УЭЦН.
Представлены материалы справочного характера.
Рекомендуется для контроля самостоятельной работы студентов вузов нефтегазового профиля по дисциплине «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа»
Рецензент – профессор, д.т.н. Дроздов А.Н.
Российский государственный университет нефти и газа им. И.М.Губкина, 2005 содержание
Стр.
Введение ……………………………………………………………..….. 5
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 1. Определение основных геометрических размеров рабочих колес и направляющих
аппаратов электроприводных центробежных насосов (ЭЦН)
для добычи нефти. Определение типа рабочего колеса и
теоретических характеристик рабочего колеса ЭЦН.………………….6
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 2. Определение осевых и
радиальных усилий, возникающих при работе электро-
приводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи
нефти. Выбор материалов осевых и радиальных опор ЭЦН.…….…….9
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 3. Подбор установок
электроприводных центробежных насосов (УЭЦН) для
добычи нефти………………………………………………………..………….15
ПРИЛОЖЕНИЯ …………….……………………………………...26
ЛИТЕРАТУРА ……………….……………………………………...44
Введение
Методические указания «Домашние задания по машинам и оборудованию для добычи и подготовки нефти и газа. Часть II» составлены в полном соответствии с новыми рабочими программами по специальным дисциплинам «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа», «Нефтегазопромысловое оборудование».
В зависимости от специальности, учебными планами предусматривается изучение дисциплины, основу которой составляет курс «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа». При изучении этой дисциплины определенное количество часов выделяется на самостоятельную работу студентов. В качестве контроля самостоятельной работы студентов, предложены варианты домашних заданий.
Предлагаемые домашние задания отражают связь теоретической части с ее прикладной частью в области машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов.
Количество домашних заданий определяется преподавателем в зависимости от количества часов, выделенных на самостоятельную работу студентов.
Выбор варианта домашнего задания осуществляется студентами по своему номеру в студенческом журнале.
Домашнее задание № 1.
Определение основных геометрических размеров рабочих колес и направляющих аппаратов электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти. Определение типа рабочего колеса и теоретических характеристик рабочего колеса ЭЦН.
Основными элементами центробежного насоса являются рабочее колесо (РК) и отвод. Задачей РК является повышение кинетической энергии потока жидкости за счет его разгона в лопаточном аппарате колеса центробежного насоса. Основной функцией отвода являются отбор жидкости от рабочего колеса, снижение скорости потока жидкости с одновременным превращением кинетической энергии в потенциальную (повышение давления), передача потока жидкости к следующему рабочему колесу или в нагнетательный патрубок.
Из-за малых габаритных размеров в установках центробежных насосов для добычи нефти отводы всегда выполняются в виде лопаточных направляющих аппаратов (НА). Конструкция РК и НА, а также характеристика насоса зависит от планируемой подачи и напора ступени. В свою очередь подача и напор ступени зависят от безразмерных коэффициентов: коэффициент напора, коэффициент подачи, коэффициент быстроходности (используется наиболее часто).
Коэффициентом быстроходности рабочего колеса центробежного насоса называется соотношение основных рабочих показателей этого насоса (его одной ступени):
n s = 3.65 n Q1/2/ H 3/4
где n – частота вращения рабочего колеса, об/мин;
Q – подача насоса в оптимальном режиме, м3/с;
Н - напор одной ступени насоса в оптимальном режиме, м в.ст.
В зависимости от коэффициента быстроходности меняются конструкция и геометрические параметры рабочего колеса и направляющего аппарата, а также характеристика самого насоса (см.рис.1, 2 и 3 ).
Для тихоходных центробежных насосов (малые значения коэффициента быстроходности – до 60-90 единиц) характерным является монотонно снижающаяся линия напорной характеристики и постоянно увеличивающаяся мощность насоса при увеличении подачи. При увеличении коэффициента быстроходности (диагональные рабочие колеса, коэффициент быстроходности составляет более 250-300 единиц) характеристика насоса теряет свою однозначность и получает провалы и горбы (линии напора и
Рис. 1. Характеристика насоса ЭЦНМ5 - 50 на воде плотностью ρ=1000 кг/м3 Количество ступеней – 100, коэффициент быстроходности n s = 80.
Рис. 2. Характеристика насоса ЭЦНА5А- 500 на воде плотностью р = 1000 кг/м3 Количество ступеней – 100, коэффициент быстроходности n s = 280.
мощности). Из-за этого для быстроходных центробежных насосов обычно не применяется регулирование подачи с помощью дросселирования (установки штуцера).
Использование центробежных насосов возможно при различных величинах подач и напоров по причине «гибкости» характеристики, однако практически подача насоса должна находиться внутри «рабочей части» или «рабочей зоны» характеристики насоса. Эти рабочие части характеристики должны обеспечивать наиболее экономичные режимы эксплуатации установок и минимальный износ деталей насосов (см. домашнее задание
№ 3) .
Наиболее правильным с точки зрения энергетики выбирать границы рабочей части характеристики в пределах от Qmin до Qmax, где - Qmin = (0,7-0,75) Qо , а Qmax = (1,25-1,3) Qо, - подача в оптимальном (при максимальном значении КПД) режиме. Другим вариантом выбора границ рабочей части характеристики является определение подачи при значениях КПД
η = 0,9 ηmax.
Задание.
По заданному варианту ЭЦН определить:
1.Коэффициент быстроходности (КБ) рабочего колеса (РК).
2.По КБ и схемам РК и направляющих аппаратов определить соотношение основных размеров деталей.
3.По основным размерам деталей и внешнему виду РК выбрать натурные образцы деталей.
4.Для выбранных деталей замерить основные размеры: диаметр входа, диаметр выхода, диаметры опорных шайб, диаметры переднего и заднего дисков, диаметры вала и ступицы и т.д.
5.Построить теоретическую характеристику одноступенчатого и многоступенчатого насоса с определенными геометрическими параметрами и коэффициентом быстроходности. На характеристике указать границы рабочей части.
Варианты
№ |
Тип насоса |
Количество ступеней |
1, 11 |
ЭЦН5-30 |
340, 440 |
2, 12 |
ЭЦН5-50 |
420, 380 |
3, 13 |
ЭЦН5-60 |
290, 400 |
4, 14 |
ЭЦН5-80 |
330, 420 |
5, 15 |
ЭЦН5-125 |
280, 340 |
6, 16 |
ЭЦН5-200 |
250, 300 |
7, 17 |
ЭЦН5А-160 |
250, 320 |
8, 18 |
ЭЦН5А-250 |
220, 310 |
9, 19 |
ЭЦН5А-400 |
340, 275 |
10, 20 |
ЭЦН5А-35 |
430, 390 |
21, 22 |
ЭЦНД5-80 |
300, 410 |
23, 24 |
2ВННП5-125 |
290, 340 |
25, 26 |
DN 4300 |
290, 340 |
Рис.3.Диаметральные разрезы рабочих колес и направляющих аппаратов ЭЦН:
а- тихоходные рабочие колеса - коэффициент быстроходности n s = 60-80;
б-быстроходные колеса - коэффициент быстроходности n s = 150-220;
в- диагональные колеса - коэффициент быстроходности n s = 280 и более