Гидромашины могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах и нагнетательных машинах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных – потенциальная энергия давления рабочей жидкости.
Динамические гидромашины характеризуются высокими скоростями движения их рабочих органов. В объемных же гидромашинах большие скорости рабочих органов не обязательны, т.к. главную роль в их рабочем процессе играет давление жидкой среды.
К динамическим насосам относятся лопастные насосы (жидкая среда перемещается путем обтекания лопасти): Центробежные – жидкость перемещается от центра к периферии (центробежные силы) Осевые – жидкость перемещается через рабочее колесо в направлении его оси.
Объемные насосы: Зубчатые (или шестеренные) – перемещение жидкой среды осуществляется в плоскости, перпендикулярной оси вращения рабочих органов; Винтовые – перемещение жидкой среды вдоль оси рабочих органов; Роторно-поступательные (плунжерные, или поршневые)
В центробежных насосах жидкость перемещается от сечения с меньшим давлением к сечению с большим давлением центробежной силой, возникающей при вращении рабочего колеса с профильными лопатками.
Классификация ЦБН. По конструкции рабочего колеса: — консольный с подшипниковым кронштейном (с колесом одностороннего входа); — с колесом двустороннего входа. По числу рабочих колес: — с одним рабочим колесом; — секционный.
Основным рабочим органом центробежного насоса является рабочее колесо 1 (см. рис. 2.2), закрепленное на валу и свободно вращающееся внутри корпуса 2 насоса. Рабочее колесо одностороннего входа жидкости состоит из двух дисков: ведомого 6 и ведущего 7, с помощью которого рабочее колесо крепится на валу посредством шпонки. Между дисками располагаются лопатки 3, изогнутые в сторону, противоположную вращению колеса.
Центробежная сила заставляет жидкость двигаться вдоль лопаток колеса от центра к периферии. Та часть насосного агрегата, в которой находится рабочее колесо, называется центробежным нагнетателем, или насосом, а та часть, которая создает вращение вала с рабочим колесом – приводом. Приводом насоса м.б. электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания или иное механическое устройство.
Вал Концевые уплотнения Разгрузочные устройства Рабочее колесо Спиральный отвод (диффузор) 6. Корпус 7. Уплотняющие кольца (кольцевые уплотнения)
Проточная часть состоит из рабочего колеса 1, подвода 2 и спирального отвода 3. По подводу жидкость поступает в рабочее колесо из всасывающего трубопровода. Рабочее колесо состоит из двух дисков, между которыми находятся лопасти, изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса.
1 – ведущий диск; 2 – ведомый диск.
Спиральная камера. Лопастные направляю- щие аппараты (в секционных насосах)
С мягкой набивкой Торцовое
Преимущества ЦБН: равномерность подачи жидкости; малые габаритные размеры при большой производительности; удобство непосредственного соединения с двигателями (электромотором или турбиной); простота обслуживания и ремонта.
Недостатки: перед пуском насос необходимо заполнять жидкостью, так как разрежение, создаваемое при вращении рабочего колеса в воздушной среде, недостаточно для подъема воды во всасывающую полость насоса из-за большой разности плотностей жидкости и воздуха ; зависимость напора от скорости вращения ротора; невозможность варьировать производительность без изменения напора; сравнительно невысокий КПД (для насосов небольшой производительности); снижение КПД с увеличением вязкости перекачиваемой жидкости.
В практике трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов в качестве основных (магистральных) насосов используются центробежные насосы преимущественно типа НМ. Центробежные магистральные насосы типа НМ делятся на секционные и спиральные. Марка насоса означает: Н – нефтяной, М – магистральный, цифры после букв – подача (м 3 /ч), цифры после тире – напор (м).
Секционные насосы типа НМ имеют сравнительно невысокую подачу (до 710 м 3 /ч), но довольно высокий напор (до 550 м). Они рассчитаны на работу одним, двумя или тремя последовательно соединенными насосами. Секционные насосы применяются в трубопроводах с диаметром до 530 мм.
Типоразмер насоса Пода ча, м 3 /ч Напор, м Частота вращения, об/мин Доп. кавитац. запас, м К.п.д., % Масса, кг НМ 125-550 125 550 2980 4,0 72 1950 НМ 180-500 180 500 2980 4,0 74 1950 НМ 250-475 250 475 2980 4,5 77 3100 НМ 360-460 360 460 2980 4,5 80 3200 НМ 500-300 500 300 2980 4,5 80 2800 НМ 710-280 710 280 2980 6,0 80 2920 Таблица 2.1 – Технические характеристики секционных насосов типа НМ
Это насос многоступенчатый, горизонтальный, в однокорпусном секционном исполнении с рабочими колёсами одностороннего входа 5. Разгрузка осевого усилия осуществляется гидравлической пятой, состоящей из подушки пяты 11 и разгрузочного диска. Колёса соединяются последовательно, что наращивает напор пропорционально количеству ступеней (до 5). Опорами ротора служат подшипники скольжения. Концевые уплотнения ротора - торцовые, рассчитаны на рабочее давление до 5 МПа. Для передачи вращения от электродвигателя к насосу применяется зубчатая муфта.
Типоразмер насоса Подача, м 3 /ч Напор, м Частота вращ., об/мин Доп. кавитац. запас, м К.п.д., % Масса, кг НМ 1250-260 1250 260 3000 20 80 2800 НМ 1800-240 1800 240 3500 НМ 2500-230 2500 230 32 86 3920 НМ 3600-230 3600 230 38 87 4490 НМ 5000-210 5000 210 42 88 4600 НМ 7000-210 7000 210 52 89 6125 НМ 10000-210 10000 210 65 89 9795 НМ 10000-210 со сменным ротором на 12500 м3/ч 12500 210 87 87 9795 Таблица 2.2 - Технические характеристики спиральных насосов типа НМ
В спиральных насосах типа НМ установлено рабочее колесо с двухсторонним входом жидкости. Такое колесо в осевом направлении уравновешено, поэтому насосы не имеют гидравлической пяты, вызывающей большие потери мощности. Небольшие осевые нагрузки при динамических усилиях, связанных с пуском и остановкой насосов, воспринимаются радиально-упорным шариковым подшипником.
На рис 2.4 представлена схема основного спирального магистрального насоса с колесом двустороннего входа 5, насаженном на вал 2 и установленном в корпусе 3. Корпус имеет подвод 7 и отвод 6 перекачиваемой жидкости. Щелевые уплотнения 4 осуществляют разделение области нагнетания от области всасывания насоса, предотвращая перетекание жидкости между корпусом и колесом. Торцовые уплотнения 9 предотвращают выход жидкости по валу в окружающую среду.
В насосах НМ 2500-230, НМ 3600-230, НМ 7000-210 и НМ10000-210 предусматривается применение сменных роторов с рабочими колесами на подачу 0,5 и 0,7 номинальной. Насос НМ 1250-260 комплектуют одним сменным ротором на подачу 0,7 номинальной. В насосах НМ 2500-230, НМ 3600-230, НМ 10000-210 предусмотрен сменный ротор на подачу 1,25 номинальной.
Кроме насосов типа НМ в настоящее время на НПС в качестве основных используются в эксплуатации и насосы, снятые с производства: 6 Н-10х4, 10 Н-8х4, 14 Н-12х2, 8 НД-6х3, 8 НД-9х2, 8 НД-10х5, 10 НД-10х5, 16 НД-10х1, 20 НД-12х1, 24 НД-14х1. Первое число марки насоса означает диаметр всасывающего патрубка в дюймах, буква Н – нефтяной, Д - колесо с двухсторонним входом жидкости, число после тире – коэффициент быстроходности насоса, уменьшенный в 10 раз, последняя цифра – число ступеней.
Подпорные насосы служат для создания необходимого на входе основного насоса напора, обеспечивающего его бескавитацион-ную работу. Кавитационный запас основных магистральных насосов составляет величину от 4 до 65 м, а для более распространенных спиральных насосов типа НМ - от 25 до 65 м. Высокий кавитационный запас основных насосов и определяет необходимость установки подпорных насосов, которые имеют хорошую всасывающую способность. Кавитационный запас подпорных насосов составляет всего от 2 до 5 метров.
В настоящее время подпорные насосы изготавливаются в вертикальном исполнении. Они не требуют специальной насосной, что приводит к экономии капитальных затрат. Диапазон подачи подпорных насосов от 150 до 5000 м 3 /ч и напоров от 60 до 120 м, марка НПВ. Насосы типа НПВ опускают в колодец, заполненный нефтью или нефтепродуктом.
На насосных станциях до настоящего времени используются подпорные насосы типа НМП – насосы магистральные подпорные. Эти насосы горизонтальные одноступенчатые с колесом двустороннего входа. Устанавливаются они в специальных помещениях, имеющих заглубления до 5 м. Кроме этого на некоторых перекачивающих станциях имеются снятые с производства подпорные насосы " Вортингтон 26 QLCM /2", 18 DVS - F, 12 НДсН … 20 НДсН, 5НДв, 6НДв и 8НДв, конструктивно схожие с насосами НМП.
Марка насосов означает, например 14 НДсН : первое число – диаметр всасывающего патрубка, уменьшенный в 25 раз; буква Н – нефтяной, буква Д – колесо с двухсторонним входом жидкости, буква с – средненапорный, в – высоконапорный, буква Н – нефтяной.
Работа осевых насосов основана на силовом взаимодействии лопасти с обтекающим ее потоком. В осевых насосах поток жидкости параллелен оси вращения лопастного колеса. Осевой насос состоит из корпуса и свободно вращающегося в нем лопастного колеса. При вращении колеса в потоке жидкости возникает разность давлений по обе стороны каждой лопасти и, следовательно, силовое взаимодействие потока с лопастным колесом.
Силы давления лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательное движение жидкости, увеличивая ее давление и скорость, то есть механическую энергию. Удельное приращение энергии потока жидкости в лопастном колесе зависит от сочетания скоростей протекания потока, скорости вращения колеса, его размеров и формы, то есть от сочетания конструкции, размеров, числа оборотов и подачи насоса.
1 — рабочее колесо; 2 — камера; 3 — нижний подшипник; 4 — выправляющий аппарат; 5 —диффузор; 6 — отвод; 7 — вал; 8 — шток управления поворотом лопастей; 9 ~ верхний подшипник; 10 — электропривод механизма поворота лопастей; 11—указатель угла разворота лопастей
Рис. 2.7 Открытая Подпорная насосная
Рис. 2.8 Открытая насосная (электродвигатели находятся под навесами)
Рис.2.9 Насосный цех закрытого типа с объединенным залом
Рис.2.10 Насосный цех с электродвигателем под навесом
