Расчет и обоснование основных параметров насоса ЦНС 180-1900

3 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ  НАСОСА

Марка центробежного насоса содержит соответствующую информацию о нем. Рассматриваемый в данной работе насос центробежный ЦНС-180 –центробежный секционный, горизонтальный, однокорпусный  с односторонним расположением рабочих колес, с гидравлической пятой, подшипниками скольжения и концевыми уплотнениями комбинированного типа (щелевое и сальниковое уплотнения).

Насосы имеют условное обозначение, в которое входят: тип насоса, величина  подачи  (м3/ч),  развиваемый  максимальный  напор (м).

Так, рассмотрим непосредственно насос ЦНС-180-950. У данного насоса следующие параметры:  подача 180 м3/ч, напор 950 м.

Сведения об основных параметрах центробежных насосов приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Техническая характеристика насосов ЦНС

 

Насос	Подача,  м3/ч	Напор,  м	Допускаемый кавитационный запас, м	К. п. д., %	Частота вращения (синхронная), мин-1	Число ступеней	Габаритные размеры, мм			Масса,   кг
							длина	ширина	высота

 

ЦНС-38-88	38	88	3,6	67	3000	4	981	420	430	260
ЦНС-60-250	60	250	3		1500	10	1860	640	620	960
ЦНС-105-441	105	441	5,5	74	3000	9	1915	600	620	930
ЦНС-180-85	180	85	4	73	1500	2	1125	690	715	735
ЦНС-180-255		255				6	1545			1215
ЦНС-180-383	180	383	4	73	1500	9	1860	690	715	1590
ЦНС-180-500	180	500	7	72	3000	3	1510	640	710	1250
ЦНС-180-700		700				5	1720			1450
ЦНС-180-950		950				8	1930			1650
ЦНС-300-180	300	180	4,5	76	1500	3	1485	865	830	1390
ЦНС-300-360		360				6	1845			1940
ЦНС-300-910		910	12		3000	7	2545	760	790	2320
ЦНС-500-480	500	480	5	76	1500	6	2640	1070	1050	3980
ЦНС-500-104		1040	16	79	3000	11	2500	1300	1500	6200

Так, для получения  высоких давлений (напоров) применяют многоступенчатые (многоколесные) центробежные насосы (ЦНС-180-950), в которых жидкость проходит последовательно через несколько рабочих колес при чем в каждом колесе удельная энергия жидкости повышается на определенную величину Н1. В соответствии с числом последовательно  расположенных колес  z  увеличится и напор, создаваемый насосом,  т.   е.   Н = z×Н1. Соответствующим образом  можно  регулировать  напор  насоса.

Таким образом, как было указано выше, при последовательном соединении рабочих колес производительность насоса на изменяется и остается такой, какую обеспечивает одно колесо. В этом случае увеличивается напор, который будет равен  сумме напоров, развиваемых каждым колесом в отдельности.

В частности, насос ЦНС-180-950 развивает давление  до 9,5 МПа (95 кгс/см2).

Так, в задании на проектирование  насоса указывают его подачу, напор, характеристику перекачиваемой жидкости, функции, выполняемые насосом, и дополнительные требования к нему, такие например, как ограничение его габаритов, массы, условия применения по климатическим факторам, по размещению.

Существует  так называемый практический напор центробежного насоса, что объясняется  различными причинами, в частности вязкостью жидкости, равномерностью подачи,  различными утечками  и другими параметрами, напрямую или косвенно влияющие на соответствующий исходный, то есть теоретический напор.

У насоса  имеются соответствующая характеристика насоса которая строится в координатах  Н – Q.  Исходя из нее и из непосредственно характеристики трубопровода – всасывающего и нагнетательного, определяется так называемая рабочая точка и подбирается соответствующий насос. Так, по горизонтали при расчетах выбирают как минимум 6 значений (Q), по вертикали отмечают расчетные значения напоров.

Так, допустимую высоту всасывания центробежного насоса можно найти:

                                       (1)

где   Нмах  –  допустимый вакуум на приеме насоса, м;

                                       (2)

Ра– атмосферное давление, которое оказывается на поверхность жидкости, находящейся в приемной емкости, 0,1 МПа;

Рt  – давление насыщенных паров, Па;

 – падение напора на входе  в рабочее колесо, м;

                                         (3)

n –  число оборотов вала насоса, мин-1;

Q –  производительность насоса, м3/мин;

c –  коэффициент, зависящий от коэффициента быстроходности;

hBC– гидравлические потери напора на всасывающем трубопроводе, м;

                             (4)

λbc – коэффициент гидравлического сопротивления;

  

lbc – длина всасывающего трубопровода, м;

Dbc – внутренний диаметр всасывающего трубопровода, м;

– сумма местных сопротивлений во всасывающем трубопроводе;

– кинематическая вязкость жидкости, м2/с;

 – скорость движения жидкости  во всасывающем трубопроводе, м/с;

 – плотность перекачиваемой  жидкости, кг/м3.

Коэффициент удельной быстроходности определяется:

                                       (5)

где Нс – напор, создаваемый одной ступенью, м

                       ,                                                     (6)

 k – коэффициент, зависящий от характеристики ступеней, для насосов с направляющим аппаратом  (1,1 … 1,4) 10-4;

Dk – наружный диаметр колеса, м.

Напор жидкости в нагнетательном трубопроводе определяется:

                           (7)

где Нст – статический напор, необходимый на преодоление сопротивлений, зависящих от атмосферного давления, геодезических отметок разности высот и противодавления в нагнетательной скважине, м;

Lнаг – длина нагнетательного трубопровода, м;

Dнаг – внутренний диаметр нагнетательного трубопровода, м;

 – сумма местных сопротивлений в нагнетательном трубопроводе;

 – коэффициент гидравлического  сопротивления нагнетательного  трубопровода.

Таким образом на основе расчетных выражений строят графические зависимости  напоров  во   всасывающем  и  нагнетательном  трубопроводах  от производительности насоса.

При эксплуатации центробежных насосов по надобности производства приходится уменьшить, а иногда увеличить их производительность.

Регулирование производительности этих насосов можно проводить изменением числа оборотов насоса и при постоянном числе оборотов насоса.

Регулирование с изменением числа оборотов  насоса – производительность изменяется пропорционально первой степени числа оборотов, напор — пропорционально квадрату числа оборотов и мощность — кубу числа оборотов.

Способ регулирования центробежного насоса изменением числа оборотов  является  наиболее  экономичным.

На нефтяных промыслах в качестве двигателей насосов применяют асинхронные электродвигатели с постоянным числом оборотов, при необходимости число оборотов можно уменьшить, для этого пользуются гидромуфтами, которые помещают между асинхронным электродвигателем и насосом.

Существует много способов регулирования характеристик насоса с сохранением постоянного числа оборотов насоса.

Рассмотрим некоторые из них. Это регулирование напорной задвижкой — этот способ регулировании достигается прикрытием напорной задвижки. При этом создается дополнительное местное сопротивление на выходе жидкости из насоса. С увеличением сопротивления на выкиде напор растет, а подача насоса уменьшается. Также осуществляется регулирование перепуском части жидкости из напорной во всасывающую трубу – открытием задвижки на обводной линии.  Этот способ регулирования весьма не экономичен, так как вместе с перепускаемой жидкостью теряется и затраченная на нее энергия. В многоступенчатых насосах при регулировании иногда часть жидкости, перепускают не из напорной линии, а с первой или же со второй ступени. При этом теряется  только та часть энергии, которую получила перепускаемая жидкость от первой или второй ступени,  и тем самым экономичность  регулирования повышается.

Регулирование  подачи многоступенчатых   насосов   снятием некоторого числа рабочих колес можно применять в том случае, если насос может разлить напор гораздо больше, чем противодавление в трубопроводе. При такой возможности регулирование со снятием необходимого числа рабочих колес экономично и даже дает снижение приводной  мощности.