использованием погружного центробежного электронасоса
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис 2.17. Консольный насос
-68-
В многоступенчатых насосах отвод переходит в канал, подводящий жидкость к следующему рабочему колесу. Отвод при этом может быть кольцевым и с непрерывной лопаточной системой. Лопаточный отвод, а в многоступенчатом насосе узел отвода и подвода часто называется направляющим аппаратом.
Уплотнения в насосе. Уплотнения в насосе предназначаются для предотвращения утечек жидкости или проникновения воздуха в полости всасывания насоса, уменьшения утечек жидкости в зазорах между рабочим колесом и корпусом, отводом или направляющим аппаратом насоса и предотвращения утечек жидкости в месте уплотнения вала.
В консольном насосе проникновение воздуха на его вход возможно только через соединение входа с подводящим трубопроводом. В этом месте применяются различные уплотнения (во фланцевом соединении ушютнительные кольца, прокладки и др.). В насосе с выносными опорами устанавливаются уплотнения по вращающемуся валу. Применяются в основном уплотнительные устройства двух типов: сальники с уплотнениями из мягкого материала и торцевые уплотнения.
Сальник (рис. 2.18, а) состоит из упругой набивки 1 и грундбуксы 2, поджимающей набивку. Грундбукса подтягивается обычно двумя гайками, навинчивающимися на шпильки, которые ввинчены в корпус насоса (см. рис. 2.17.). Сальники, устанавливаемые на входе насоса, часто имеют полое кольцо (фонарь), к которому подается заградительная жидкость под небольшим давлением. В результате создается дополнительное препятствие попаданию воздуха на вход насоса.
В сальниках на выходе насоса иногда устанавливаются полые кольца для подвода охлаждающей или смазывающей жидкости или задержки и отвода подаваемых насосом токсичных или огнеопасных жидкостей.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Упругая набивка сальника прижимается к валу с большим усилением. Это вызывает нагрев и износ вала и набивки. Поэтому при подтягивании грундбуксы не следует прикладывать чрезмерное усилие, но в то же время необходимо поджимать набивку регулярно.
Упругая набивка обычно изготавливается из хлопчатобумажного шнура, пропитанного графитом и жиром. При высоких температурах применяется асбестовый шнур и другие специальные набивки. Упругая набивка сальника иногда чередуется с кольцами из антифрикционного металла которые применяются для отвода теплоты от вала, а в некоторых случаях для лучшей его центровки. Для предохранения вала от износа на него обычно надевается втулка.
Широкое распространение получили торцевые уплотнения (рис. 2.18, б), состоящие из неподвижного кольца 1, закрепленного в корпусе
- 69 -
РИС. 2.18. Сальниковое (а) и торцевое (6) уплотнения
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
насоса, и кольца 2, вращающегося с валом. Кольцо 2 прижимается к кольцу 1 пружиной 3, которая может располагаться и в неподвижных деталях. При применении заградительной жидкости, последняя подводится между двумя торцевыми уплотнениями. Давление на плоскости соприкосновения колец составляет 0,08-0,15 МПа. Кольца изготавливаются из износоустойчивых материалов (бронза, нержавеющая сталь, керамика, твердые сплавы, обработанный для получения повышенной твердости графит) и отличаются высокой точностью размеров и чистотой обработки поверхностей. Торцевые уплотнения применяются, в частности, в нефтяных магистральных насосах, подающих нефть и нефтепродукты с температурой от -15 до +80 °С и содержанием механических примесей по объему не более 0,2 %. Торцевые
уплотнения обеспечивают герметичность в месте выхода вала из корпуса насоса. К материалам пар трения торцевых уплотнений
-70-
предъявляются следующие требования: стойкость к воздействию подаваемой среды (потери по массе за 60 сут. не более 0,01 %), непроницаемость для подаваемой среды, отсутствие схватывания и заедания в момент пуска насоса, фрикционная теплостойкость (наработка до появления первой трещины не менее 3000 ч), значение коэффициента трения на контакте не более 0,1. Средняя наработка на отказ торцевых уплотнений нефтяных магистральных насосов составляет 10000 ч.
Вопрос 2.21. Конструкция центробежного насоса серии ЦНС -180.
Схема узла гидроразгрузки.
В настоящее время широко внедрена эксплуатация нефтяных месторождений с применением методов воздействия на нефтяные пласты для увеличения добычи нефти, в частности заводнения нефтяных пластов, для чего применяются в основном центробежные многоступенчатые секционные насосы ЦНС (см. рис. 2.19).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 2.19. Насос ЦНС секционного типа:
1 - рабочее колесо; 2 - направляющий аппарат; 3 - секция; 4 - защитная рубашка; 5 - крышка всасывания; 6 — крышка нагнетания; 7 - разгрузочный диск; 8 - подшипники скольжения; 9 - комбинированные концевые уплотнения;
10 - шпильки стягивающие секции насоса
-71-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 2.19. Насос ЦНС секционного типа:
1 - рабочее колесо; 2 — направляющий аппарат; 3 - секция; 4- защитная рубашка; 5 - крышка всасывания; 6 - крышка нагнетания; 7 - разгрузочный диск;
8 - подшипники скольжения; 9 - комбинированные концевые уплотнения;
10 - шпильки стягивающие секции насоса
Насосы ЦНС предназначены для подачи чистой неагрессивной воды с содержанием механических примесей не более 0,1 % по массе и размером твердых частиц не более 0,1 мм с подачей до 1000 м3/ч и напором от 20 до 2000 м. КПД насосов в зависимости от типоразмера изменяется от 44 до 80 %. Материалы быстроизнашивающихся деталей обеспечивают наработку на отказ: для нержавеющей стали -не менее 10000ч; для чугуна и углеродистых сталей - не менее 5000 ч; для насосов работающих на загрязненной неагрессивной воде с содержанием механических примесей до 0,5% по массе и размером частиц до 0,2мм, - 2400ч.
Для подачи большого количества воды применяется насос ЦНС 500-1900 с подачей от 300 до 720 м3/ч при напорах соответственно от 2020 до 1600 м. В номинальном режиме при подаче 500 м3/ч насос развивает напор 1875 м. Приводом служит двигатель СТД - 4000 - 2 мощностью 4000 кВт с частотой вращения 50с-1.
-72-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис 2.19а. Схема узла гидроразгрузки
Конструкция насосов типа ЦНС максимально унифицирована. Базовыми деталями насоса (см. рис. 2.19) являются: рабочее колесо 1, направляющий аппарат 2, секция 3, защитная рубашка 4, крышка всасывания 5 и нагнетания 6.
Различные напоры насосов достигаются в результате изменения числа ступеней: от 6 до 8 у насосов ЦНС 500 и от 8 до 16 у насосов ЦНС 180.
Детали в насосах для обеспечения высоких показателей надежности и долговечности изготавливают из хромистых сталей: рабочие колеса и направляющие аппараты - литые из стали 20Х13Л; секции, основные детали гидравлической разгрузочной пяты и защитные втулки вала-поковки - из стали20Х13; вал-поковка - из стали 40ХФА; крышка всасывания - литая из чугуна СЧ 21 - 40; крышка нагнетания - литая из стали 25Л.
Секции насоса зажаты между всасывающей и нагнетательной крышками, которые стягиваются шпильками. Стыки секций уплотняются за счет контакта из уплотняющихся поясков и дополнительно за счет резиновых уплотнительных колец.
Переток воды между ступенями насоса ограничен передними и задними щелевыми уплотнениями рабочего колеса. Концевые уплотнения насоса комбинированные, при этом щелевое уплотнение
-73-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
предназначено для разгрузки сальникового. Осевое давление воспринимается разгрузочной пятой.
Опорами вала насоса служат подшипники скольжения с парой трения вала - баббит во втулке подшипника. Смазка подшипника - принудительная, масляная. Валы насоса и синхронного электродвигателя СТД соединены зубчатой муфтой. Система смазки и охлаждения узлов насосного агрегата предназначена для подачи турбинного масла для смазки и охлаждения подшипников насоса, электродвигателя, а также зубчатой муфты. Маслосистема включает пусковой и рабочий шестеренные насосы, бак, маслоотделитель, фильтр и арматуру. Масло охлаждается водой, подаваемой в змеевиковый маслоохладитель. Водой также охлаждаются сальники концевых уплотнений насоса.
Система автоматики и контрольно-измерительных приборов контролирует режим работы узлов установки, сигнализации и защиты насосного агрегата.
Вопрос 2.22. Назначение, схема и устройство насосного блока БКНС
Насосы на нефтяных промыслах обычно располагаются в насосных станциях (первого и второго водоподъема, кустовых и нефтяных), представляющих собой закрытое капитальное помещение, в котором располагаются насосы и приводящие двигатели, аппаратура управления и контроля насосных агрегатов, электрическая высоковольтная и низковольтная аппаратура, а также бытовые помещения.
-74-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 2.21. План блочной кустовой насосной станции:
I- насосные блоки; II - блок низковольтной аппаратуры; III - блок управления;
IV - блок гребенки; 1 - бак маслосистемы; 2 - центробежный насос; 3 — зубчатая муфта; 4 - электродвигатель; 5 - пост местного управления; ^ 6 - приемный коллектор; 7 - задвижка; 8 - колонка; 9 - всасывающий трубопровод;
10 - трубопровод дренажных вод; 11 — задвижка с электроприводом; 12 - обратный клапан; 13 - нагнетательный трубопровод; 14 - трубопровод отвода воды; 15 - щиты станции управления; 16 - бак для дренажных вод; 17, 25 - печи отопления;
18 - общестанционные щиты; 19 - переход; 20, 22 - вентили регулировочные; 21 - нагнетательные трубопроводы; 23 - сбросный коллектор; 24 - шкаф управления;
26 - шкаф дифманометров; 27 - нагнетательный коллектор
В настоящее время на нефтяных промыслах широкое распространение получили блочные насосные станции, блоки которых изготавливаются и комплектуются всем необходимым оборудованием на заводе. Предусматривают такие размеры блоков, которые позволяют транспортировать их по железным дорогам. На монтаж блочного оборудования затрачивают в 8-10 раз меньше времени, чем на сооружение капитального помещения.
Блочная кустовая насосная станция (БКНС) (рис. 2.21) состоит из следующих блоков: насосных, низковольтной аппаратуры, управления, гребенки и бытового. Каждый из блоков имеет фундаментную плиту, на которой монтируется весь комплекс оборудования и укрытие. Часть оборудования, например некоторое высоковольтное, монтируется без
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943-75-
укрытия, если это допускают условия его установки и эксплуатации, а также требования безопасности. БКНС комплектуются насосами ЦНС 180.
Подача блочных насосных станций с насосами ЦНС 180 достигает 17280 м3/сут. Блоки БКНС имеют весь необходимый комплект трубопроводов
и арматуры для монтажа оборудования. При монтаже обвязку БКНС соединяют с внешними коммуникациями.
Вопрос 2.23. Схема системы ППД с использованием погружного центробежного электронасоса
Все увеличивающееся использование пластовых вод для нагнетания их в нефтяные пласты обусловило применение глубинных центробежных насосов, не требующее трудоемких и дорогостоящих строительных работ. При этом отпадает необходимость в сооружении промежуточных и кустовых насосных, в водоочистных и водоподготовительных объектах, так как пластовые воды без дополнительной обработки могут нагнетаться в нефтеносные горизонты. Благодаря этому строительные работы значительно сокращаются.
Рис. 2.22. Схема установки для подъема и нагнетания пластовых вод и подачи их к нагнетательным скважинам
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
-76- Установки глубинных насосов для подъема и нагнетания пластовой воды имеют те
же узлы, что и установки центробежных насосов с электроприводом для подъема из скважины воды (ЭЦВ) и нефти. Разница состоит лишь в параметрах и конструктивном исполнении узлов.
Общий состав оборудования и компоновка узлов установки для подъема и нагнетания пластовых вод показаны на рис. 2.22.
Агрегат погружного центробежного насоса 3 отбирает из водоносного пласта воду, поднимает ее на поверхность и нагнетает далее по напорным трубам 2 в нагнетательные скважины 1. На поверхности располагаются станция управления 4 и трансформатор 5.
Вопросы для самоконтроля
1.Схема одноступенчатого центробежного насоса с указанием деталей.
2.Обладает ли центробежный насос способностью самовсасывания?
3.Принцип действия центробежного насоса.
4.Из каких элементов состоит рабочее колесо?
5.Характер движения жидкости в каналах рабочего колеса.
6.Основное уравнение центробежного насоса.
7.Принцип создания напора в центробежном насосе.
8.Определение подачи центробежных насосов.
9.От чего зависит подача центробежного насоса?
10.Определение коэффициента подачи центробежных насосов.
11.Схемы уплотнений рабочих колес в корпусе.
12.Сальниковые уплотнения вала центробежного насоса.
13.Принцип действия торцевого уплотнения.
14.Конструкция торцевых уплотнений.
15.Снятие рабочей характеристики центробежных насосов на стенде.
16.Рабочая характеристика центробежного насоса, рабочая часть.
17.Почему запуск центробежного насоса осуществляется при закрытой задвижке на выкиде?
18.Какой режим работы насоса называется оптимальным?
19.Последовательное соединение рабочих колес, многоступенчатые насосы.
20.Параллельная работа насосов в линию, насосы с двухсторонним рабочим колесом.
21.Сущность осевого усилия в центробежных насосах.
22.Определение величины осевого усилия.
23.Методы компенсации осевого усилия.
24.Принцип действия узла гидроразгрузки в многоступенчатых насосах.