Конструкция центробежного насоса серии ЦНС-180

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 (рис. 2.18. и 2.19.).

Рис. 2.18. Насос ЦНС секционного типа:

I -рабочее колесо; 2 - направляющий аппарат; 3 — секция; 4 —защитная рубашка; 5 - крышка всасывания; 8 - подшипники скольжения; 10- шпильки, стягивающие секции насоса

Рис. 2.19. Насос ЦНС секционного типа:

б - крышка нагнетания; 7 - разгрузочный диск; 8 — подшипники скольжения; 9 - комбинированные концевые уплотнения

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 10000 ч; 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 0,2 мм, - 2400 ч.

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 50 с^-1.

Конструкция насосов типа ЦНС максимально унифицирована. Базовыми деталями насоса (рис. 2.18. и 2.19.) являются: рабочее колесо 1, направляющий аппарат 2, секция 3, защитная рубашка 4, крышки 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 20X13Л; секции, основные детали гидравлической разгрузочной пяты и защитные втулки вала-поковки - из стали 20X13; вал-поковка - из стали 40ХФА; крышка всасывания литая из чугуна СЧ 21-40; крышка нагнетания литая из стали 2 5 Л.

Секции насоса зажаты между всасывающей и нагнетательной крышками, которые стягиваются шпильками. Стыки секций уплотняются за счет уплотняющихся поясков и дополнительно за счет резиновых уплотнительных колец.

Рис. 2.20. Схема узла гидроразгрузки

Переток воды между ступенями насоса ограничен передними и задними щелевыми уплотнениями рабочего колеса. Концевые уплотнения насоса комбинированные, при этом щелевое уплотнение 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 в себя пусковой и рабочий шестеренные насосы, бак, маслоотделитель, фильтр и арматуру. Масло охлаждается водой, подаваемой в змеевиковый маслоохладитель. Водой также охлаждаются сальники концевых уплотнений насоса.

Рис. 2.21. Схема установки насоса ЦНС:

1 — электродвигатель; 2 - насос; 3 —линия возврата подаваемой воды на вход насоса; 4 — маслоохладитель; 5 - масляные фильтры; 6 - пусковой маслонасос; 7—масляный бак.

Система автоматики и контрольно-измерительных приборов контролирует режим работы узлов установки, сигнализации и зашиты насосного агрегата.

Осевые насосы

Осевые насосы предназначаются для подачи воды от 0,2 до 18 м3/сек и напоров от 1,3 до 22 м Они применяются в качестве циркуляционных на мощных тепловых электростанциях, в насосных шлюзовых установках, магистральных каналах и ирригационных системах, станциях городского и промышленного водоснабжения и т. п. Осевые насосы могут быть как пропеллерными, так и поворотаолопастными.

На рис. 2.22. изображен пропеллерный осевой насос. Он имеет рабочее колесо, состоящее из корпуса 17 и жестко связанных с ним лопастей 3. Рабочее колесо насажено на вал 7, вращаемый двигателем. Для обеспечения плавного подвода воды к рабочему колесу имеются входной патрубок 2 и обтекатель 1. После рабочего колеса устанавливается осевой направляющий (вьшравляющий) аппарат, состоящий из корпуса 6 и лопаток 16. В нем закрученный колесом поток раскручивается и далее поступает в отводящее колено 8, а затем в отвод 75. Опорами вала служат подшипники 4 и 10 с лигнофолевыми или резиновыми вкладышами 5 и 11, омываемые чистой водой. Вода подводится по трубке в камеру над верхним подшипником, уплотненную сальником (детали 12 и 13). Пройдя через зазор между вкладышем 11 подшипника и валом, вода поступает через зазор между валом и трубой защитного обтекателя 9 к нижнему подшипнику, а затем она сливается в основной поток. Для защиты вала от истирания вкладышем на него одевается сменная втулка. Соединение вала насоса с валом двигателя осуществляется муфтой 14.

Для регулирования подачи осевых насосов применяется поворот лопастей рабочего колеса. Осевые насосы могут быть выполнены как с вертикальным, так и с горизонтальным расположением вала. Они обычно работают с подпором, т. е. с отрицательной высотой всасывания.

Такие условия всасывания необходимы во избежание кавитации, и, кроме того, они облегчают пуск насоса в ход, так как при этом не требуется производить его заливку. Хорошо выполненные осевые насосы имеют КПД до 90 % и выше.

Рис. 2.22. Осевой насос:

1 - входной обтекатель: 2 - входной патрубок; 3-лопасть рабочего колеса; 4 — корпус нижнего подшипника; 5-вкладыш нижнего подшипника; 6- корпус направляющего аппарата; 7-вал; 8 —колено; 9 —защитный обтекатель; 10- корпус верхнего подшипника; 11 - вкладыш верхнего подшипника: 12 - набивка сальника; 13 — корпус сальника; 14 — муфта соединительная; 15 - отвод: 16- лопатка направляющего аппарата; 17 - корпус рабочего колеса

Вихревые насосы

Вихревые насосы по принципу действия относятся к классу насосов увлечения. Вихревые насосы примечательны тем, что на небольших подачах (до 50 м3/ч) они создают напоры, которые в 2...5 раз выше напоров, развиваемых центробежными насосами при одинаковых диаметрах колеса и частоте вращения вала.

Вихревые насосы имеют невысокий КПД (не более 45 %). Однако, если для небольших подач и тех же напоров, что и у вихревых, создавать центробежные насосы, их пришлось бы строить многоступенчатыми, КПД которых будет на том же уровне, что и у вихревых (не более 45 %). Вихревые насосы делятся на насосы закрытого и открытого типов.

Вихревой насос открытого типа ВК (рис. 2.23.) состоит из корпуса 1, рабочего колеса 2, вала 3, напорного окна 4, всасывающего отверстия 5 и бокового канала б.

Рис. 2.23. Схема вихревого насоса с открытым боковым каналом

При вращении колеса жидкость всасывается через всасывающее окно, поступает в межлопаточное пространство, откуда под действием центробежных сил вытекает в боковой канал, образуя осевой вихрь. В канале жидкость отстает по скорости от вращающегося колеса, вихревой поток многократно своими периферийными полями входит снова в межлопаточное пространство, приобретая дополнительную энергию от рабочего колеса. Рабочий (боковой или периферийный) канал заканчивается напорным окном. Лопатки колеса, увлекая поток жидкости, направляют его под давлением нагнетания в напорное окно. Сектор с дугой около 30° служит перемычкой, разобщающей напорную и всасывающую полости. Рабочее колесо вихревого насоса устанавливается на валу на шпонке свободно, имея зазоры между корпусом величиной около 0,1 мм.

Струйные насосы

Струйные насосы являются разновидностью гидроприводных насосов, они обладают всеми достоинствами этого вида оборудования. Действие струйных насосов основано на использовании кинетической энергии струи рабочей жидкости. Принципиальное отличие струйных насосов (эжекторов, инжекторов, гидроэлеваторов) от других видов насосов - отсутствие движущихся частей.

Если в струйном насосе для перекачки воды используется энергия струи пара, то такой аппарат называется инжектором.

Благодаря своим конструктивным особенностям струйные аппараты отличаются высокой надежностью и эффективностью. Они применяются для откачки воды из котлованов, глубоких колодцев, на насосных станциях для отсасывания воздуха из насоса перед пуском, надежно работают на агрессивных и загрязненных жидкостях, особенно в осложненных условиях эксплуатации, например, при добыче пластовой жидкости со значительным содержанием механических примесей и коррозионно-активных веществ из наклонно направленных скважин.

К преимуществам струйных насосов относят их малые габариты, большую пропускную способность и возможность стабильно отбирать пластовую жидкость с высоким содержанием свободного газа. Кроме того, проста конструкция установок, отсутствуют движущиеся детали, возможно исполнение струйного насоса в виде свободного, сбрасываемого агрегата.

В струйном насосе (рис. 2.24.) поток откачиваемой жидкости перемещается от забоя скважины до устья скважины за счет получения энергии от потока рабочей жидкости, подаваемой поверхностным силовым насосом с устья скважины.

Нагнетание скважинной жидкости осуществляется благодаря явлению эжекции в рабочей камере, т.е. смешению скважинной жидкости с рабочим потоком жидкости, обладающим большой энергией.

Рис. 2.24. Схема струйного насоса (а) и движение жидкостей в нем (б):

1 - подвод откачиваемой жидкости; 2 - подвод рабочей жидкости;3 — входное кольцевое сопло; 4 - рабочее сопло; 5 - камера смешения; 6- диффузор; I- невозмущенная откачиваемая жидкость; II - пограничный слой; III— невозмущенная рабочая жидкость (ядро)

Режим работы струйного насоса характеризуется следую­щими параметрами: рабочий напор затрачиваемый в насосе и равный разности напоров рабочего потока на входе в насос (сече­ние В—В) и на выходе из него (сечение С—С), полезный напор создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жид­кости за насосом (сечение С—С) и перед ним (сечение А—А); рас­ход рабочей жидкости ; полезная подача . КПД струйного на­соса равен отношению полезной мощности к затраченной:

и может достигать величины КПД в пределах 0,2...0,35. Такое значение КПД струйных насосов обусловлено большими потерями энергии, сопровождающими рабочий процесс: в камере смешения (на вихреобразование и гидравлическое трение жидкости о стенки камеры); в элементах насоса, подводящих и отводящих жидкость (в рабочем и кольцевом сопле и диффузоре).

Струйный насос работает следующим образом. При истечении рабочей жидкости со скоростью Vt из сопла в затопленное пространство сразу за передним срезом сопла на поверхности струи возникает область смешения. Быстрые частицы проникают в окружающий медленный поток невозмущенной жидкости, подсасываемый через кольцевой проход в камеру со скоростью V₀ и передают ей энергию. Этот процесс, основанный на интенсивном вихреоб-разовании, происходит в непрерывно расширяющемся струйном пограничном слое. Вместе с тем, внутренняя область рабочей струи, а именно ее ядро и внешняя область невозмущенной подсасываемой жидкости, постоянно уменьшается и на расстоянии L от рабочего сопла потоки рабочей и откачиваемой жидкостей уже полностью перемешаны. На дальнейшем участке камеры смешения происходит только выравнивание профиля скоростей потока жидкости. Чаще всего в струйных насосах применяют цилиндрические камеры смешения, технологически простые в изготовлении и обеспечивающие относительно высокий КПД.

Далее жидкость направляется в диффузор, где уменьшается скорость потока и увеличивается его давление.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: