11.1.2 Насосы

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перекачивания жидкостей. Они преобразуют механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости.

По характеру сил, преобладающих в насосе они подразделяются на: объемные, в которых преобладают силы давления и динамические, в которых преобладают силы инерции.

Основными параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования а конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия.

Напор представляет собой разность удельных энергий жидкости в сечениях после и до насоса, выраженную в метрах. Напор, создаваемый насосом, определяет предельную высоту подъема или дальность перекачки жидкости (соответственно Н и L).

Подача, т, е. объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод за единицу времена, измеряется обычно а л/с или м³/ч.

Мощность затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь, неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам, Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции,

Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).

Классификация насосов.

Динамические насосы подразделяются на:

• Лопастной (Осевой пропеллерный) насос, рабочим органом у которого служит лопастное колесо пропелерного типа. Жидкость в этих насосах перемещаются вдоль оси вращения колеса. (обладает большой подачей, но маленьким напором);

• Центробежные, у которых перекачка и создание напора происходят вследствие центробежных сил, возникающих при вращение рабочего колеса;

• Струйные насосы, в которых перемещение жидкости осуществляется за счет энергии потока вспомогательной жидкости, пара или газа(нет подвижных частей, но низкий КПД).

Центробежный насос — насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, получающейся при вращении лопаточного рабочего колеса в корпусе насоса.

Центробежные насосы классифицируют также по:

1) числу колес {одноступенчатые (одноколесные), многоступенчатые (многоколесные)}; кроме того, одноколесные насосы выполняют с консольным расположением вала – консольные;

2) давлению {низкого давления до 0.2 МН/м², среднего от 0.2 до 0.6 МН/м², высокого давления более 0.6 МН/м²,};

3) способу подвода жидкости к рабочему колесу {с односторонним входом жидкости на рабочее колесо, с двухсторонним входом (двойного всасывания)};

4) расположению вала (горизонтальный, вертикальный);

5) способу разъема корпуса (с горизонтальным разъемом корпуса, с вертикальным разъемом корпуса);

6) способу отвода жидкости из рабочего колеса в спиральный канал корпуса (спиральный и турбинный). В спиральных насосах жидкость отводится непосредственно в спиральный канал; в турбулентных жидкость, прежде чем попасть в спиральный канал, проходит через специальное устройство – направляющий аппарат (неподвижное колесо с лопатками);

7) степени быстроходности рабочего колеса (тихоходные, нормальные, быстроходные);

8) роду перекачиваемой жидкости (водопроводные, канализационные, кислотные, щелочные, нефтяные, землесосные и т.д.);

9) способу соединения с двигателем {приводные (с редуктором или со шкивом), непосредственного соединения с электродвигателем с помощью муфт}. Насосы со шкивным приводом в настоящее время встречаются редко.

Необходимо отметить, что, несмотря на большие различия в принципе действия, конструкции насосов всех типов должны удовлетворять требованиям, к числу которых в первую очередь относятся:

- надежность и долговечность работы;

- экономичность и удобство эксплуатации;

- изменение рабочих параметров в широких пределах при условии сохранения высокого КПД;

- минимальные габариты и вес;

- простота устройства и возможность взаимозаменяемости;

- удобство монтажа-демонтажа.

Устройство и принцип действия центробежных насосов.

Основным рабочим органом центробежного насоса, один из возможных вариантов конструкции которого схематически изображен на рисунке 11.2, является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, насаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и боковые поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые для нормальной работы должны быть заполнены перекачиваемой жидкостью.

При вращении колеса на объем жидкости, находящийся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала, будет действовать центробежная сила, зависящая от угловой скорости.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части — повышенное давление. Для обеспечения непрерывного потока жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу к отвод ее от него.

Жидкость подводят через отверстие в переднем диске рабочего колеса с помощью всасывающего патрубка и всасывающего трубопровода. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемное бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разрежение).

Для отвода жидкости корпус насоса имеет расширяющийся спиральный канал (в форме улитки), в который и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральный канал (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый обычно с напорным трубопроводом.

1-колесо; 2-лопасти, 3-вал; 4-корпус; 5-всасывающий патрубок; 6- всасывающий трубопровод; 7- напорный патрубок; 8- напорный трубопровод.

Рисунок 11.2 - Центробежный насос.

Для успешного ведения перекачки на входе в центробежные насосы должен поддерживаться определенный подпор. Его величина не должна быть меньше некоторого значения, называемого допустимым кавитационным запасом.

По величине развиваемого напора центробежные насосы магистральных нефтепроводов делятся на основные и подпорные. В качестве основных используются нефтяные центробежные насосы серии НМ.

Марка насосов расшифровывается следующим образом: Н -насос, М - магистральный, первое число после букв - подача насоса (м³/ч) при максимальном кпд, второе число - напор насоса (м) при максимальном КПД. Насосы НМ на небольшую подачу (до 710 м³/ч) -секционные, имеют три последовательно установленных рабочих колеса с односторонним входом жидкости. Остальные насосы являются одноступенчатыми и имеют рабочее колесо с двусторонним входом, обеспечивающим разгрузку ротора от осевых усилий.

Основное назначение подпорных насосов - создание на входе в основные насосы подпора, обеспечивающего их устойчивую работу. При подачах 2500 м³/ч и более применяются подпорные насосы серии НМП . При меньших подачах используются насосы серии НД (насос с колесом двустороннего всасывания).

Объемные насосы работают по принципу вытеснения, который заключается в создании гидравлической системы, имеющей изменяющийся объем. Если этот объем заполнить перекачиваемой жидкостью, а потом его уменьшать, то жидкость будет вытесняться в напорный трубопровод.

Последовательная и параллельная работа насосов.

На НПС обычно установлены 4 магистральных насоса, при этом гидравлическая схема, по которой они работают, может быть различна.

Соединение насосов между собой может быть последовательное, параллельное и параллельно - последовательное. На рисунках 11.3.а-в представлены варианты соединения насосов.

На рисунке. 11.3.а. показано последовательное соединение насосов. Параллельное соединение насосов используется для обеспечения необходимой производительности при работе НПС на два параллельных нефтепровода.

Возможные схемы включения насосов (см. рисунок 11.3.б):

• при закрытых задвижках 12,13,14 насосы работают последовательно;

• при открытой задвижке 12 и закрытой 2а НА1 работает параллельно НА2, НА3, НА4;

• при открытых задвижках 12, 13, 14 и закрытых 1а, 2а насосов №1 и №2, НА1 и НА2 работает последовательно, и при этом параллельно НА3, НА4;

Возможные схемы включения насосов, (см. рисунок 11.3.в.):

• при открытой задвижке 14 все насосы работают последовательно;

• при закрытой задвижке 14 НА1 (НА3) и НА2 (НА4) между собой работают последовательно, но при этом НА1 и НА2 работают параллельно НА3 и НА4.

Анализ напорно-расходных характеристик показывает, что при последовательном соединении насосов увеличивается напор и производительность. При параллельном режиме производительность увеличивается (если включены параллельно два нефтепровода), напор остается без изменения, т.е. параллельный режим работы насосных агрегатов используется при работе НПС на два параллельных нефтепровода.

Рисунок 11.3.а - Последовательное соединение насосов.

Рисунок 11.3.б - Параллельно -последовательное соединение насосов (вар.1.)

Рисунок 11.3.в - Параллельно -последовательное соединение насосов (вар.2.).