1. Классификация насосов по принципу действия

Насос — это гидравлическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии двигателя, приводящего его в действие, в механическую энергию перекачиваемой жид­кости. По принципу действия, как и любые гидромашины, насосы подразделяются на гидродинамические (турбонасосы) и гидростатические (объемные).

Основные особенности указанных групп насосов следующие.

Гидродинамические насосы: 1. Осн-ой раб-й орган — лопаточный аппарат. 2. Нагнетательный патрубок соединен со всасывающим рабочей полостью насоса. 3. Подача перекачиваемой жид-ти равномерная. 4. Кол-во жид-ти, подаваемой насосом, зависит от развиваемого напора. 5. Максимально развиваемый напор ограничен.

Объемные насосы: 1. Наличие рабочих камер (полостей), периодически сообщающихся со всас-м и нагнет-м патрубками. 2. Нагнет-ый патрубок герметически изолирован от всасыв-го. 3. Подача перекачиваемой жид-ти неравномерная. 4. Кол-во жид-ти, подаваемой насосом, не зависит от развиваемого давления. 5. Максимальный развиваемый напор теоретически неограничен и определяется мощностью двигателя и прочностью деталей насоса и нагнетательного трубопровода.

К динамическим насосам относятся центробежные, вихревые, осевые, лопастные; к объемным — поршневые, плунжерные, диафрагменные, шестеренчатые, шиберные. Особенности тех и других насосов обусловливают области их применения.

Объемные насосы применяют для извлечения из скважин нефти, перекачивания нефти по трубопроводам, подачи в скважины различных реагентов. Помимо этого в нефтепромысловых процессах насосы объемного действия применяют при промывке скважин, гидравлическом разрыве пласта, обработке скважин, т. е. тогда, когда необходимо перекачивать строго определенный, сравнительно небольшой объем жидкости, содержащей абразив­ную взвесь, растворенный газ, химически активные компоненты. Насосы динамического действия применяют для перекачива­ния больших объемов чистых маловязких жидкостей: подъем жидкости из скважины, перекачивание ее по трубопроводам и т. д.

3. Устройство и принцип действия центробежного, осевого, вихревого насосов.

Лопастные насосы (ЛН) широко применяют в нефтедобывающей пром-ти. Ими оснащены многие высокодебитные скважины д/подъема из них пластовой жид-ти, системы транспортировки по промыслу нефти и пластовой воды, установки подготовки нефти, установки д/закачки воды в нефтесодержащие пласты, магистральные нефтепроводы. Особенно эф-ны ЛН при перемещении отн-но больших масс жид-ти.

ЛН по сравнению с другими типами насосов просты конструктивно, компактны и дешевы. Они удобны для непосредственного соединения с валами электродвигателей, быстроходных турбин. Подача жидкости ЛН легко регулируется в широких пределах.

Устройство и принцип действия. Работа ЛН основана на силовом взаимодействии вращающейся лопасти с жид-ью, к-ая ее обтекает. В рез-те такого взаимодействия жид-ти передается энергия и совершается работа по ее перемещению. Жид-ть поступает в патрубок 1 и далее в раб-е колесо 2, у к-го м/у дисками 3 и 4 имеются лопасти 8. Диск 4 соединен с валом ступицей 5 и шпонкой 6. Вал приводит колесо во вращение. Жид-ть нагнетается раб-м колесом в отводящий канал 9, заканчивающийся диффузором 10.

Можно выделить три осн-х типа ЛН с различными способами передачи энергии от лопасти к жидкости: центробежный, осевой и вихревой.

В рабочем колесе центробежного насоса используются лопасти, которые образуют каналы, направленные от оси насоса к его перефирии. Жид-ть, проходя м/у лопастями раб-го колеса, вращается ими и под действием центробежных сил выбрасывается в неподвижный периферийный канал 7. Последний служит д/плавного отвода жидкости от колеса и направления ее в напорный расширяющийся патрубок. Здесь скорость жидкости снижается, а ее давление еще более увел-ся. Вследствие движения жид-ти от оси к периферии колеса у входа в него (около вала) создается область пониженного давления. Благодаря этому возникает постоянный поток жидкости из приемного патрубка к рабочему колесу.

В осевом насосе лопасти образуют каналы, направленные вдоль оси насоса. Движение жид-ти в осевом насосе возникает благодаря тому, что вращающаяся лопасть 1 действует на жидкость как элемент многозаходного винта. При определенной скорости движения лопасти сила воздействия ее на жидкость преодолевает действие силы тяжести жидкости и силы сопротивления движению ее в канале. В рез-те жид-ть поступает в направляющий аппарат 2 и на выход насоса.

В литературе встречается термин «диагональный, или полу осевой насос». Этим терми­ном обозначается тип насоса, который имеет признаки центробежного и осевого насосов и является промежуточным между ними.

В вихревом насосе (рис. II.3) лопастями создается вихревое движение жид-ти, показанное в сечении а—а. Канал 2 размещен в корпусе насоса, а канал 1 образуется лопастями раб-го колеса. Лопасть продвигает жид-ть по окружности и в то же время центробежная сила отбрасывает жид-ть к периферии. У внешней части лопастей жид-ть выходит в канал и перемешивается с жид-ью, находящейся там. В канале смесь движется по винтовой линии, приближаясь к оси, и снова попадает в полость м/у лопастями. Т. обр., жид-ть в канале многократно получает приращение энергии, двигаясь от приема насоса к выкиду.

Способ передачи энергии от лопасти к жид-ти определяет осн-ые св-ва 3 типов ЛН. Сравним насосы этих типов с одинаковой частотой вращения вала и раб-ми колесами, имеющими равные ширину и внешние диаметры. При этом осевой насос будет подавать отн-но больше жид-ти при небольшом напоре, центробежный насос — среднее кол-во жид-ти при среднем напоре, а вихревой насос — меньшее кол-во жид-ти при наибольшем напоре. Центробежный и осевой насосы не обладают способностью самовсасывания, а при перекачке жид-ти с газом у них резко ухудшаются показатели работы. Эти насосы могут поднимать жидкость с нижележащего уровня только при тщательном заполнении ею насоса и приемного патрубка. Вихревой насос лучше, чем эти два типа насосов, приспособлен к перекачке жид-ти с газом и при определенной конструкции обладает способностью самовсасывания.

Для самовсасывания насос д. б. заполнен перед пуском небольшим кол-вом жид-ти. Достаточно того кол-ва жидкости, которое остается в насосе после предыдущего пуска.

Иногда в соответствии с заданными условиями эксплуатации в насосе предусматривают рабочие органы двух типов (из рассмотренных трех). Например, центробежные насосы могут иметь на приеме вихревое рабочее колесо. Такой насос может подавать жидкость, содержащую много свободного (не растворенного) газа, при запуске он не нуждается в предварительном заполнении жидкостью.