1.4. Конструкции нефтяных центробежных насосов

Н еф т я н ы е ц е н т р о б е ж н ы е н а с о с ы, предназначены для работы в условиях возможного образования взрывоопасных смесей га­зов и паров с воздухом, применяют в промысловых системах сбора, подготовке и транспорте нефти, технологических установ­ках нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств для перекачивания нефти, сжиженных углеводородных газов, нефтепродуктов и других жидкостей, сходных с указанными по физическим свойствам (плотности, вязкости и др.) и коррозионному воздействию на материал деталей насосов.

Максималь­ное содержание твердых взвешенных частиц в перекачиваемой жидкости не должно превышать 0,2 % (по массе). Размеры ча­стиц должны составлять не более 0,2 мм. В зависимости от температуры перекачиваемой среды для изготовления деталей проточной части насоса используют раз­личные стали (табл. 1.1). Условное давление корпуса ру — один из параметров, опре­деляющий соответствие насоса конкретным условиям эксплуа­тации. При этом давление на входе в насос не должно превышать: для насосов типов К, С, СД — 2,5 МПа и для насосов типа ВМ—1 МПа.

Н а с о с ы т и п а К , предназначенные для работы в системах промыслового сбора, подготовке и транспорте нефти, выпуска­ются в специальном исполнении с охлаждением узлов и деталей перекачиваемой жидкостью. Одноступенчатые консольные насосы с подачей до 250 м³/ч имеют рабочее колесо одностороннего входа, насосы с подачей свыше 250 м3/ч — рабочее колесо двухстороннего входа.

Корпус насоса отливается заодно с опорными лапами, вход­ным и выходными патрубками и устанавливается на стойках фундаментной плиты. Опорные поверхности лап расположены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вала насоса. Корпус насоса может быть изготовлен со спиральным отводом (рис. 1.1) или рассчитан на установку направляющего аппарата (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Одноступенчатый насос типа К со спиральным корпусом:

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

Направляющий аппарат одноступенчатых на­сосов к корпусу насоса крепится с помощью прижимных дисков винтами и фиксируется посредством штифтов. Направляющие аппараты в двухступенчатых насосах крепятся к торцу крышки насоса шпильками и гайками.

Крышка насоса присоединяется к корпусу со стороны при­вода, стык между фланцами крышки и корпуса герметизируется спирально навитой прокладкой.

Вал насоса устанавливают на двух опорах — шариковых подшипниках, смонтированных в подшипниковом кронштейне, который опорной лапой присоединен к фундаментной плите, а фланцем — к крышке корпуса.

Подшипниковая опора со стороны привода состоит из двух радиально-упорных подшипников, воспринимающих осевое и радиальные усилия. Между этими подшипниками устанавливаются комплектовочные шайбы, создающие предварительный на­тяг в подшипниках. Внутренние кольца подшипников от осевого перемещения закрепляются с помощью шайбы и гайки, которые одновременно крепят полумуфты зубчатой муфты и распорную втулку. Другая подшипниковая опора вала — два радиальных шариковых подшипника, предусмотрена для восприятия ради­альных усилий.

Рис. 1.2. Одноступенчатый насос типа К с направляющим аппаратом:

1 — вал; 2 — подшипниковый кронштейн; 3 — уплотнение вала,; 4 — крышка; 5 — рабо­чее колесо; 6— корпус; 7 — направляющий аппарат; 8 — уплотняющие кольца

Насосы с приводом монтируются на общей фундаментной плите, соединение валов осуществляется с помощью зубчатой муфты с промежуточным валом. При этом длина промежуточ­ного вала позволяет разбирать насос без демонтажа его кор­пуса, электродвигателя, входного и выходного трубопроводов. Зубчатая муфта имеет ограждение, которое крепится к фунда­ментной раме болтами.

Н а с о с ы т и п а К изготавливают с направляющим аппаратом или со спиральным отводом. Конструктивно одноступенчатый насос, имеющий рабочее колесо одностороннего входа жидкости с направляющим ап­паратом (см. рис. 1.2), состоит из вала, подшипникового крон­штейна, уплотнения вала, крышки, рабочего колеса, корпуса, направляющего аппарата с уплотняющими кольцами плаваю­щего типа. Снижение давления в камере перед уплотнением вала осу­ществляется разгрузочным устройством, соединяющим область высокого давления за колесом с полостью всасывания.

Н а с о с ы т и п а С и С Д — секционные межопорные насосы, под­разделяются на насосы типа НС — нефтяные секционные, и НСД — нефтяные секционные двухкорпусные (рис. 1.3). В горизонтальных секционных межопорных нефтяных насо­сах типа С (с осевым разъемом корпуса) и типа НС (двухкорпусные с торцовым разъ­емом корпуса) исполь­зуют рабочие колеса од­ностороннего входа. Их устанавливают на валу между двумя выносными опорами. В качестве опор вала используются два ра­диальных шарикопод­шипника, воспринимаю­щих радиальные нагруз­ки, и два радиально-упорных шарикоподшипника, воспринимаю­щих осевые усилия и ра­диальные нагрузки. Смазка подшипни­ков — жидкостная. Уп­лотнения вала — сальни­ковые (с подводом или без подвода затворной жидкости) и торцовые одинарные или двой­ные. Насос и электродви­гатель, соединенные с по­мощью зубчатой муфты с промежуточным валом, монтируют на общей фундаментной плите.

Насос состоит (см. рис.1.3) из верхней по­ловины корпуса 7 и ниж­ней половины 10, вход­ной камеры I ступени 4, входной камеры V сту­пени 8, секции 5, уплот­нения вала 3, вала 2 и

Рис. 1.3. Секционный межопорный насос:

1 – первая опора; 2 – вал; 3 - уплот­нение вала; 4 - вход­ная камера I ступени; 5 – секции; 6 - рабочее колесо; 7 - верхняя по­ловина корпуса; 8 - входная камера V сту­пени; 9 - вторая опо­ра; 10 - ниж­няя половина корпуса

рабочего колеса 6. Пер­вая опора /, расположен­ная у соединительной муфты, .имеет два радиально-упорных шарико­подшипника, вторая опо­ра 9 — два радиальных шарикоподшипника.

Н а с о с ы т и п а Н , предназначенные для работы при темпера­туре жидкой среды 3—200 °С, изготавливают двух- и четырех­ступенчатыми. Основные детали четырехступенчатого насоса типа Н с осе­вым разъемом (рис. 1.4) — опоры 1 вала (радиальные под­шипники) и 9 (радиально-упорные подшипники), вал 2, верх­няя половина корпуса 3, нижняя 7, уплотнения 4 вала—тор­цовые (одинарные и двойные) или сальниковые (с подводом или без подвода затворной жидкости), сменные защитные втулки 5 вала, рабочие колеса 6 одностороннего входа жидко­сти и переводная труба 8. Снижение давления на уплотнение вала обеспечивается разгрузочным устройством (лабиринтной втулкой и отводящей трубкой), устанавливаемым в насосе в области повышенного давления.

Рис. 1.4. Четырехступенчатый насос типа Н:

1 – первая опора вала; 2 - вал; 3 - верх­няя половина корпуса; 4 - уплотнение вала; 5 - сменные защитные втулки вала; 6 - рабочие колеса; 7 - нижняя половина корпуса; 8 - переводная труба; 9 – вторая опора вала

Входной и выходной патрубки, отлитые вместе с нижней по­ловиной корпуса насоса, расположены горизонтально в плоско­сти, перпендикулярной к оси насоса. Валы насоса и электродвигатели соединены посредством зуб­чатой или втулочно-пальцевой муфты. Насосный агрегат монтируется на общей фундаментной плите, включая вспомогательные трубопроводы в пределах на­сосного агрегата (в том числе запорно-регулирующая арматура и КИП и А).

М е ж о п о р н ы е н а с о с ы т и п а Н Д с рабочими колесами двух­стороннего входа предназначены для перекачивания жидкостей с температурой 3—200 °С. Насосы типа НД с осевым разъемом корпуса (рис. 1.5) со­стоят из опор вала 1 (радиальные шарикоподшипники) и 8 (радиально-упорные шарикоподшипники); вала 2, сменных защит­ных втулок 3, уплотнений 4 вала — сальниковых (с подводом или без отвода затворной жидкости) или торцовых (одинарных и двойных), верхней 5 и нижней 7 половин корпуса и рабочего колеса 6.

Заодно с нижней половиной корпуса отливаются входной и выходной патрубки, расположенные горизонтально в плоско­сти, перпендикулярной к оси насоса. О6e половины корпуса и рабочее колесо насоса изготавли­ваются из чугуна, вал и сменные защитные втулки — из стали. Насос соединяется электродвигателем посредством зубчатой или втулочно-пальцевой муфты. Насосы типа НК и НКЭ — консольные одноступенчатые предназначены для перекачивания нефтепродуктов температу­рой 0—200 °С (типа НК) и 0—80 °С (типа НКЭ).

Рис. 1.5. Насос типа НД:

1 – первая опора вала (радиальные шарикоподшипники); 2 – вал; 3 - сменные защит­ные втулки; 4 - уплотнения вала; 5 - верхняя половина корпуса; 6 - рабочее колесо; 7 - нижняя половина корпуса; 8 - вторая опора вала (радиально-упорные шарикоподшипники)

Н а с о с т и п а Н К Э (рис. 1.6) состоит из взрывобезопасного электродвигателя с удлиненным валом, на котором смонтиро­вано уплотнение 2 вала, рабочее колесо 4, корпус 3, переход­ник 1 и крышка насоса 5 с входным патрубком. Уплотнения валов насосов НК и НКЭ — торцовые (одинар­ные и двойные; у насосов НКЭ только одинарные) и сальнико­вые (с подводом и без подвода затворной жидкости). В качестве опор вала используются шариковые подшипники в корпусе электродвигателя (для насосов НКЭ), один радиаль­ный и два радиально-упорных шарикоподшипника (для насосов НК). Для уменьшения осевого давления в насосах предусматри­вается разгрузочное устройство (отводящая трубка), отключае­мое при давлении на входе в насос более 0,5 МПа. Входной патрубок располагается вдоль оси насоса, выход­ной — вертикально или может быть повернут на 90°, 180° или 270°.

Рис. 1.6. Насос типа НКЭ:

1 - переход­ник; 2 - уплотнение вала; 3 – корпус; 4 - рабочее колесо;

5 - крышка насоса с входным патрубком

Н а с о с т и п а Н К с приводом устанавливается на общей фун­даментной плите, валы насоса и двигателя соединяются друг с другом с помощью втулочно-пальцевой муфты. Насосы типов НА и НВ. К этим насосам относятся верти­кальные насосы, предназначенные для откачки из заглубленных резервуаров нефтепродуктов (насосы типа НА) и дренажных жидкостей (насосы типа НВ) температурой не более 80 °С с плотностью не выше 1100 кг/м3.

Н а с о с ы т и п а Н А (рис. 1.7) состоят из насосной части, вклю­чающей приемный патрубок 1, рабочие колеса 2, направляющие аппараты 3, вертикальный вал 4, напорную колонку 5, яв­ляющуюся напорным трубопроводом, опорной стойки. На­порная колонка соединяет насосную часть с опорной стойкой, на верхнем фланце которой установлен электродвигатель. В зависимости от глубины резервуара, из которого ведется от­качка, изменяется число секций, составляющих напорную ко­лонку; в стыках секций устанавливаются секционные крестовины со втулками 6, выполняющими роль подшипников проме­жуточного вала 7. Промежуточный вал состоит из нескольких частей, соединяемых резьбовыми муфтами 8.

Рис. 1.7. Насос типа НА:

1 - приемный патрубок; 2 - рабочие колеса; 3 - направляющие аппараты; 4 - вертикальный вал; 5 – напорная колонка; 6 - секционные крестовины со втулками; 7 -проме­жуточный вал; 8 - резьбовые муфты

В опорной стойке размещены выходной патрубок насоса, узел уплотнения вала и спаренный радиально-упорный под­шипник. Соединение промежуточного вала с валом электро­двигателя осуществляется с помощью втулочно-пальцевой муфты.

Конструктивно н а с о с т и п а Н В (рис. 1.8) отличается от на­соса типа НА тем, что над насосной частью установлена напор­ная камера 6, к боковому фланцу которой подсоединен отдельный напорный трубопровод для транспортирования откачивае­мой жидкости. Соответственно изменена конструкция опорной стойки, где отсутствует выходной патрубок.

Основные детали насоса типа НВ — насосная часть, напор­ная камера, промежуточный вал, поддерживающая колонка и опорная стойка. Насосная часть состоит из приемного патрубка 1, верти­кального вала 5, четырех рабочих колес 3 и четырех направ­ляющих аппаратов 4. Напорная камера 6 присоединяется к насосной части и под­держивающей колонке 8. К фланцу патрубка напорной камеры присоединяется на­порный трубопровод. Промежуточный вал 10 насоса состоит из нескольких частей, соединяемых резьбовыми муфтами 9 с левой резьбой. Поддерживающая колонка 8 состоит из нескольких трубных секций, число которых зависит от положения емкости, из кото­рой должна откачиваться жидкость. В верхней секции располо­жена камера уплотнения вала. В середину камеры к уплотне­нию 12 подводится затворная жидкость. В каждом стыке трубных секций устанавливают направляющие подшипники 11 промежуточного вала.

\

Рис. 1.8 Насос типа НВ

1 - приемный патрубок; 2 – подшипник; 3 - рабочее колесо; 4 – направ­ляющий аппарат; 5 - верти­кальный вал; 6 - напорная камера; 7 – подшипник; 8 - под­держивающая колонка; 9 - резьбовая муфта; 10 - промежуточный вал; 11 - направляющий подшипник; 12 - уплотне­ние; 13 - опорная стойка; 14 - радиально-упорный шарикоподшипник

Охлаждение и смазка подшипника 2, расположенного в при­емном патрубке, и подшипника 7— в стыке напорной камеры и поддерживающей колонки, а также направляющих подшипни­ков 11 промежуточного вала осуществляется чистой водой или перекачиваемой жидкостью, прошедшей через фильтр, давле­нием 0,12—0,15 МПа. Поддерживающая колонка присоединяется к опорной стойке 13, на верхний фланец которой устанавливается фланцевый электродвигатель. В опорной стойке размещены два радиально-упорных шарикоподшипника 14. Смазка шарикоподшипников — консистентная. Валы насоса и электродвига­теля соединены втулочно-пальцевой муфтой.

В зависимости от требуемой глубины спуска насоса в заглуб­ленный резервуар насосы типа НА поставляют с числом секций напорной колонки от 1 до 7; на­сосы типа НВ поставляют в за­висимости от числа секций, ого­вариваемых в заказе в варианте исполнения насоса по длине. Центробежные нефтяные на­сосы для магистральных трубо­проводов, применяемые в систе­мах магистральных трубопрово­дов, предназначены для пере­качки нефти и нефтепродуктов с температурой от —5 до 80 °С, с кинематической вяз­костью не более 310^-4 м²/с. Эти насосы подразделяются на спиральные одноступенчатые упорных шарикоподшипника 14. Смазка шарикоподшипников — консистентная. Валы насоса и электродвига­теля соединены втулочно-пальцевой муфтой.

В зависимости от требуемой глубины спуска насоса в заглуб­ленный резервуар насосы типа НА поставляют с числом секций напорной колонки от 1 до 7; на­сосы типа НВ поставляют в за­висимости от числа секций, ого­вариваемых в заказе в варианте исполнения насоса по длине.

Эти насосы подразделяются на спиральные одноступенчатые (с подачей 1250 м³/ч и более) и секционные многоступенча­тые (с подачей до 1250 м³/ч). Предусмотрено изготовление следующих типов: НСУ — неф­тяные для откачки утечек; НПВ — нефтяные подпорные верти­кальные; НМ — нефтяные магистральные.

Насосы с подачей 1800 м³/ч и более предназначены только для магистрального транспорта нефти. С целью расширения области применения насосов типа НМ с подачей 1250 м³/ч и более допускается применение сменных роторов для работы при подачах 0,5; 0,7 или 1,25 от номинальной; при этом предельные отклонения не должны превосходить: по к. п. д.— 2 % и по напору ( + 5) — (—3 %). Для насосов типов НМ и НПВ аналогично насосам типа НК допускается уменьшение подачи и напора при неизменной ча­стоте вращения в пределах полей Q—H путем обточки рабо­чих колес (не более четырех вариантов размеров рабочих ко­лес) при условии снижения КПД не более, чем на 3 %.

Предельное давление корпуса насосов НМ125—НМ310 равно 10 МПа, насосов НМ1250—НМ10000—7,4 МПа, подпорных на­сосов (НПВ) — 1,6 МПа, насосов для откачки утечек (НОУ) — 4,4 МПа. Прочность корпуса и конструкция магистральных насосов типа НМ с подачей 500 м³/ч и более обеспечивают надежную работу трех последовательно соединенных однотипных насосов. Конструкция магистральных насосов типа НМ с подачей до 360 м³/ч включительно позволяет осуществлять последователь­ное соединение двух однотипных насосов.

В качестве привода центробежных нефтяных насосов приме­няются электродвигатели во взрывозащищенном исполнении, для насосов типа НМ (подачей 1250 м3/ч и более) допускается при­менение электродвигателей в обычном исполнении, устанавли­ваемых в отдельном помещении или отделенных от насоса раз­делительной стенкой. Конструкция уплотнения проема в разде­лительной стенке должна исключать попадание паров нефти и нефтепродуктов в помещения электродвигателей.

Конструктивно магистральные нефтяные насосы подразде­ляются на спиральные одноступенчатые (с подачей 1250 м³/ч и выше) и секционные многоступенчатые (с подачей до 1250 м³/ч).

Ц е н т р о б е ж н ы й о д н о с т у п е н ч а т ы й г о р и з о н т а л ь н ы й м а г и с т р а л ь н ы й н а с о с (рис. 1.9) с двухзавитковым спиральным отво­дом и рабочим колесом двухстороннего входа состоит из кор­пуса и ротора.

Рис. 1.9. Насос типа НМ:

1 — корпус; 2 — регулировоч­ный винт; 3 —втулка зубча­тая; 4 — ротор;

5— подшип­ник опорный; 6 — маслоот­ражатель; 7 — торцовое уп­лотнение; 8 — крышка кор­пуса; 9 — уплотнительное кольцо; 10 — подшипник радиально-упорный

Корпус насоса с осевым разъемом состоит из верхней и ниж­ней половин, соединяемых с помощью шпилек. Уплотнение между половинками корпуса обеспечивается прокладкой; для гашения струи нефти при выходе из строя прокладки разъем корпуса по контуру закрывается специальными щитками. В нижней части корпуса отлиты лапы для крепления насоса к фундаменту. Входной и напорный патрубки отлиты заодно с корпусом, располагаются в его нижней части и направлены в противопо­ложные стороны перпендикулярно к оси насоса.

Ротор насоса состоит из вала с закрепленным на нем рабо­чим колесом, защитных втулок и подвижных деталей торцо­вого уплотнения. Рабочее колесо — сварно-литое, посажено на вал плотной посадкой с помощью шпоночного соединения. Детали ротора зафиксированы на валу от осевого перемещения с помощью гаек со стопорными шайбами. Ротор в корпусе насоса устанавливается с помощью дистан­ционного кольца соответствующей толщины. Опоры ротора —подшипники скольжения, корпусы и крышки подшипников — чугунные с баббитовой заливкой. Поло­жение корпусов подшипников в кронштейнах фиксируется штифтами.

Смазка подшипников — принудительная, при аварийном от­ключении электроэнергии предусмотрены смазочные кольца. Для предупреждения вытекания масла из корпусов подшипни­ков устанавливаются уплотнительные и маслоотражательные кольца на валу насоса. Осевые усилия ротора воспринимаются двумя радиально-упорными шарикоподшипниками, внутренние обоймы которых жестко зафиксированы на валу с помощью гайки. Уплотнения вала в местах его выхода из корпуса — торцо­вое, гидравлически разгруженное. Маслоустановка насосного агрегата обеспечивает смазку подшипников насоса и электродвигателя.