Регулирование дросселированием

Блок 1. Насосное оборудование

 

1.​ Общая классификация насосного оборудования, применяемого в нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности и при транспорте нефти и нефтепродуктов.

Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого определения приводит к пониманию насоса как машины, предназначенной для перемещения жидкости и увеличения ее энергии. При работе насоса энергия, получаемая им от

двигателя, превращается в потенциальную, кинетическую и в незначительной мере в тепловую энергию потока жидкости. Подразделяет насосы на два основных класса: динамические и объемные.

В динамических насосах передача энергии потоку происходит под влиянием сил, действующих на жидкость в рабочих полостях, постоянно соединенных с входом и выходом насоса. Характерным представителем этого класса является центробежный насос

В объемных насосах энергия передается жидкой среде в рабочих камерах, периодически изменяющих объем и попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса. Для этого класса типичным является поршневой насос

Среди динамических насосов, применяемых в промышленности, наиболее распространены лопастные, в которых жидкая среда перемещается под воздействием движущихся лопастей, и вихревые. В последних жидкость перемещается в тангенциальном направлении благодаря действию плоских радиальных лопастей, расположенных по периферии рабочего колеса. Среди объемных насосов наиболее распространены поршневые и роторные. Машины для подачи газовых сред аналогично машинам для жидкостей также подразделяют на динамические и

объемные.

 

2.​ Общая классификация проточных машин: динамические и объемные; нагнетатели и передачи. Основные параметры машин.

Динамические машины. Эти машины представлены в современной промышленноститремя основными группами: центробежными и осевыминасосами, вентиляторами и компрессорами, вихревыминасосами. Машины первых двух групп являются лопастными,третью группу государственный стандарт относитк машинам трения.Большое распространение лопастных машин обусловленоудобством комбинирования их с приводными электродвигателями,компактностью при больших подачах, достаточновысоким КПД, возможностью достижения высоких давлений,В отличие от центробежных и осевыхмашин в вихревой машине вход и выход жидкости производятся на периферии рабочего колеса.

Объемные машины. Работа таких машин выполняется путем всасывания и вытеснения жидких или газовых сред твердыми телами —поршнями; пластинами, зубцами, движущимися в рабочих полостях — цилиндрах, корпусах специальных форм. При этом открытие и закрытие всасывающего и напорного клапанов происходят автоматически. Периодичность движения поршня обусловливает неравномерность подачи и всасывания и возникновение инерционных сил. Эти факторы проявляются тем существеннее, чем значительнее изменение скорости на полном ходу поршня. Поэтому привод таких машин высокооборотными двигателями недопустим. Эти обстоятельства вызвали появление объемных насосов вращательного типа, называемых роторными. Широко используемыми представителями этой группы насосов являются шестеренные и пластинчатые.

Машинами, развивающими малые напоры и наибольшие подачи, являются осевые.Вихревые машины занимают промежуточную область между центробежными и поршневыми.

 

 

3.​ Устройство и принцип действия центробежного и осевого насосов. Основные рабочие органы. Способы разгрузки осевых усилий. Уплотнения. Типичные конструкции лопастных насосов.

Схема центробежного насоса Рабочие лопасти /, жестко скрепленные с дисками, один из которых закреплен на валу, соединенном с валом приводного двигателя, вращаются вокруг оси вала. Под влиянием центробежных сил, обусловленных массами жидкости, находящимися в межлопастных пространствах, жидкость повышает свою энергию, выбрасывается в спиральный

канал, образованный корпусом, и далее вытесняется в напорный трубопровод. Через приемное отверстие происходит непрерывное всасывание жидкости.

Схема осевого насоса. Лопасти / закреплены на втулке  под некоторым углом к плоскости

нормальной оси вала насоса, образуя рабочее колесо. При вращении лопасти взаимодействуют с потоком жидкости, сообщая ей энергию и перемещая ее вдоль оси насоса.

Отличительной особенностью подобных насосов, имеющих рабочие колеса с односторонним входом, является то, что во время их работы возникает осевое гидравлическое давление, которое направлено против движения жидкости во всасывающем патрубке насоса и стремится сдвинуть вал с рабочим колесом в эту сторону. Оно возникает вследствие отсутствия симметрии в рабочем колесе с односторонним входом.

Способы разгрузки:

1)применение рабочих колес с двусторонним всасыванием.

2) устройство второго кольцевого уплотнения с наружной стороны заднего диска колеса и отверстий во втулке, вследствие чего выравнивается давление по обе стороны рабочего колеса.

3) устройство механических пят в виде упорных подшипников в опорной части насоса

Важным условием надежной работы центробежного насоса является конструкция его уплотнения. Основное назначение уплотнений насосов — ограничение или полное исключение проникновения рабочей жидкости через соединения полостей разного давления. Все уплотнения насосов делятся на контактные, бесконтактные и комбинированные.

Если жидкость в насосе перемещается вдоль оси вращения рабочего колеса с лопастями, то насос называют осевым, если жидкость перемещается перпендикулярно оси вращения, то насос называют центробежным, если жидкость движется по диагонали между осью вращения и перпендикуляру к ней, то насос называют диагональным.

Различия между этими типами лопастных насосов заключаются не только на направлении движения жидкости, но и в характеристиках. Центробежные лопастные насосы способны развить самый большой напор (среди лопастных машин), осевые - самую большую подачу, диагональные насосы - промежуточный вариант.

 

4.​ Схема проточной части, кинематика потока.

Проточная часть многоступенчатой турбины выполняется расширяющейся. Объясняется это тем, что плотность газа при его расширении в СА и РК понижается от ступени к ступени, а удельный объем газа увеличивается. Поэтому, чтобы не допустить значительного роста скорости потока и, следовательно, потерь, площадь проточной части турбины необходимо увеличивать. При этом угол уширения между поверхностью втулки и корпусом турбины не должен быть более 15—20°. При большем угле уширения может произойти отрыв потока от стенок канала, что приведет к возрастанию потерь.

В существующих двигателях наибольшее распространение получили следующие схемы проточной части:

— с постоянным наружным диаметром (рис.8,а);

— с постоянным средним диаметром (рис.8,б);

— с постоянным внутренним диаметром (рис.8, в);

— с возрастающими внутренним и наружным диаметрами (рис.8, г).

Кинематика жидкости устанавливает законы движения частиц жидкости независимо от действующих на них сил. Таким образом, законы кинематики устанавливаются на основе подхода Лагранжа.

Основные законы кинематики жидкости устанавливает теорема Коши-Гельмгольца

«Скорость любой частицы жидкости имеет в общем случае 3 составляющие:

- поступательную;

- вращательную;

- деформационную».

Кинематика жидкости устанавливает законы её движения, независимо от сил, действующих на жидкость.

Кинематика потока жидкости в лопастных гидравлических насосах изучает законы движения жидкости в полости лопастного колеса насоса, независимо от сил, действующих на жидкость со стороны лопастей.

Жидкость, двигаясь в полости лопастного колеса центробежного насоса, участвует в двух движениях: перемещается вдоль лопасти с относительной скоростью и вращается с окружной (переносной) скоростью вокруг оси вращения вала, то вектор абсолютной скорости частицы жидкости, равен векторной сумме двух её скоростей и согласно равенству:

;

 

5.​ Состав напора, влияние конструктивных и режимных параметров на подачу и напор.

Напором насосаназывается разность энергий веса жидкости в сечении потока в напорном патрубке (после насоса) и во всасывающем патрубке (перед насосом), отнесенная к весу жидкости, т.е. энергия единицы веса жидкости, обычно обозначается латинской буквой Н. Напор насоса равен разности полного напора жидкости после насоса и перед насосом

, (15.1)

где индексами "н" и "вс" – обозначены напорная и всасывающая магистраль. Напор выражается в единицах столба перемещаемой жидкости.

Если подачу измеряют в единицах объема, то ее называют объемной и обозначают Q.

Системой СИ введена массовая подача М, кг/с, — масса жидкости (газа), подаваемой машиной в единицу времени. Очевидно, что M=pQ

где р — плотность среды, кг/мя ; Q — объемная подача, При отсутствии утечек массовая подача одинакова для всех сечений проточной полости машины независимо от подаваемой среды. Объемная подача практически одинакова по всей длине проточной полости только в насосах и приблизительно одинакова в вентиляторах. В компрессорах вследствие существенного повышения давления Происходит уменьшение удельного объема газа и объемная подача по длине проточной полости падает. В расчетах принято исчислять объемную подачу компрессоров при условии всасывания или при нормальных условиях,

т. е. при параметрах среды Т= 293 К, р = 100 кПа, р= 1,2 кг/м3. Подача насоса (вентилятора, компрессора) зависит от размеров и скоростей движения его рабочих органов и свойств трубопроводной системы, в которую он включен.

 

6.​ Зависимость напора от подачи.

Подача q насоса (производительность насоса) – это количество жидкости, которое перекачивает насос в единицу времени. Обозначается буквой Q. Измеряется в кубических метрах в час(м3/ч), или литрах в час(л/ч).

Напор насоса – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости. Другими словами напор это высота столба воды на которую насос способен поднять жидкость. Напор насоса обозначается буквой H. Измеряется в метрах водного столба (м).

Напор насоса обычно имеет большие значения при меньшей подаче и уменьшается с её возрастанием.

 

7.​ Потери энергии в насосе.

КПД насоса отношение его полезной мощности к потребляемой.

Полезная мощность насоса всегда меньше затраченной, что есть той которая подводится к валу насоса, от электрического, либо другого двигателя.

Разность между полезно и затраченной мощностью обуславливается потерями энергии в насосе.

Весь комплекс потерь энергии можно разделить на три типа механические, гидравлические объемные.

Механическими называют потери энергии на преодоление механического трения в подвижных узлах, например, трение в подшипниках.

Гидравлическими потерями называют потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в рабочей камере насоса от всасывания к нагнетанию. Эти потери энергии определяют значение гидравлического КПД

В современных динамических насосах гидравлический КПД как правило составляет 0,80...0,96.

Объемными потерями называют потери энергии, возникающие в результате перетекания жидкости из нагнетания в линию всасывания. Для динамических насосов эти потери более существены чем для объемных, ведь в динамических машинах линии всасывания и нагнетания не разделены. Эти потери определяют объемный КПД насоса. Для современных насосов работающих в оптимальных режимах объемный КПД составляет порядка 0,90...0,98.

 

8.​ Характеристика насоса на воде. Нормальные испытания центробежного насоса.

Проверяется отсутствие воздуха в насосе. При открытии вен­тиля в верхней части корпуса из трубки должна ровной струйкой течь жидкость. Необходимость залива центробежного насоса объясняется тем, что плотность воздуха несоизмеримо мала по сравнению с плот­ностью жидкости, и рабочее колесо, воздействуя на воздух, не может

создать необходимого перепада давлений для поступления жидкости в насос.

4.2. Закрывается задвижка на нагнетании. Это необходимо для
обеспечения минимума потребляемой мощности у насосов малых

ко­эффициентов быстроходности, к которым относится испытуемый

на­сос.4.3. Проверяется стопорение статора двигателя. Этонеобходимо для снятия динамического рывка с силового динамометра в момент
пуска двигателя. 4.4. Пускается электродвигатель.

4.5. Плавно открывается задвижка на нагнетании. Снимать ха­рактеристику насоса надо в диапазоне подач 0 < Q < I »1 Q_o, где Q₀ — по­
дача насоса при максимальном значении к.п.д. На установке этот ре­
жим практически соответствует полностью открытой задвижке на на­гнетании. 4.6. Подключаются измерительные приборы и снимаются их

по­казания. 4.7 Задвижка на нагнетании частично прикрывается, и для ново­го режима записываются показания всех приборов. Общее число ре­
жимов должно быть не менее 16. Снимать показания приборов необ­ходимо в установившихся режимах за время, не превышающее 15 с.
Последний замер производится в режиме, соответствующем полностью закрытой задвижке на нагнетании. 4.8. Стопорится двигатель и отключается электромотор. Данные испытания заносятся в журнал испытания.

9.​ Влияние плотности и вязкости жидкости на характеристику насоса.

Вязкость светлых нефтепродуктов не значительно отличается от вязкости воды. И поэтому практически не влияет на характеристику насоса. А изменение плотности, в частности уменьшение плотности на 20-25% приводит к уменьшению всех видов мощности и потерь мощности в насосе, т.е. приводит к изменению рабочих параметров насоса и к изменению характеристики насоса.

Тогда потребляемая мощность будет меньше, чем на воде. Характеристика Н остается практически без изменений.

При перекачке темных нефтепродуктов вязкость этих продуктов может в 10 раз быть больше вязкости воды, в результате чего резко возрастают гидравлические потери в насосе, что приводит к увеличению мощности N при перекачке, к снижению КПД и напора.

Кривая КПД всегда снижается, при этом максимум этой кривой перемещается в сторону меньших расходов.

 

10.​ Пересчет характеристик с воды на вязкую жидкость.

При перекачке вязких жидкостей напор и подача на режиме максимального к.п.д. меньше, чем при работе на воде, так как увеличиваются потери на трение, а мощность возрастает главным образом из-за увеличения дисковых потерь. На основании чисто теоретических заключений невозможно определить характеристику насоса, перекачивающего вязкий нефтепродукт, даже если известна его характеристика при работе на воде.

Характеристику насоса, перекачивающего вязкие нефтепродукты, строят путем пересчета характеристик, построенных для воды, с учетом поправочных коэффициентов.

Значения поправочных коэффициентов kQ, kH, kз определяют либо по графикам, либо по таблицам, путем интерполяции .

11.​ Работа насоса на трубопроводную сеть.

Трубопроводная сеть - это совокупность расходных и приемных резервуаров, связанных посредством трубопроводов

При выборе насоса необходимо учитывать характеристику сети, т. е. трубопровода и аппаратов, через которые перекачиваются жидкости.

Характеристика сети выражает зависимость между расходом жидкости и напором, необходимым для перемещения жидкости по данной сети. Характеристика сети описывается уравнением параболы, т.к. потери напора пропорциональны квадрату расхода жидкости.

Последовательная работа

Включение насосов последовательно на практике встречается очень редко. Последовательная работа насосов используется для увеличения значения напоров (H) при одинаковом расходе (Q), и предполагает включение двух или более насосов в режим, когда все они перекачивают жидкость ступенчато в один и тот же напорный трубопровод

Параллельная

Если система имеет по времени постоянно меняющийся расход или когда требуется установка резервного насоса, то в таких случаях применяется параллельное включение центробежных насосов. Самым простым примеров параллельной работы насосов являются сдвоенные насосы, которые применяются в системах отопления. При работе насосов параллельно на напорном патрубке также необходимо устанавливать обратные клапана, для избегания обратного протока жидкости. В сдвоенных насосах функцию обратного клапана выполняет перекидной шибер. Если параллельно включено несколько насосов, то их расходы (Q) суммируются.

 

 

12.​ Коэффициент быстроходности как классификатор типов лопастных насосов.

Важной величиной, определяющей подобие течений в насосах, является коэффициент быстроходности n_S. Для сравнения насосов различных типов пользуются коэффициентом быстроходности, объединяя группы рабочих колёс по принципу их геометрического и кинематического подобия.

Коэффициентом быстроходности n_S насоса называется частота вращения другого насоса, во всех деталях геометрически подобного рассматриваемому, но таких размеров, при которых, работая в том же режиме с напором 1м, он дает подачу 0,075 м³/с при максимальном КПД.

Коэффициент быстроходности можно определить, воспользовавшись законом подобия для разных диаметров колеса при разных числах оборотов.

Универсальность n_S заключается в том, что он одновременно учитывает три наиболее существенных параметра любого насоса: частоту вращения, подачу (или мощность) и напор. Учитывая n_S сопоставить различные типы рабочих колёс насосов, произвести изучение больших насосов по их уменьшенным моделям, составить гидравлическую классификацию насосов.

Тихоходные центробежные насосы при 50<n_S<80. Эти насосы обеспечивают малую производительность, но при этом развивают большой напор за счёт увеличенного диаметра колеса на выходе. Небольшая ширина достигается малой шириной рабочего колеса на выходе и малым диаметром его на входе. Колесо сильно вытянуто в радиальном направлении. Большой диаметр колёс обуславливает значительные дисковые потери, а малая ширина проходов ведёт к большим гидравлическим потерям.

Нормальные центробежные насосы 80<n_S<150. Увеличение быстроходности сопровождается уменьшением диаметра рабочего колеса на выходе и, следовательно, к уменьшению напора, а также к увеличению ширины колеса на выходе и диаметра его на входе, что ведет к увеличению подачи колеса.

Быстроходные центробежные насосы 150<n_S<350. С уменьшением давления на колесо отношение Д₂/Д₁ обычно уменьшается при одновременном увеличении подачи. Форма колеса переходит из радиальной в полуосевую и чисто осевую.

Диагональные насосы 350<n_S<500. Выходная кромка лопатки колеса диагонального насоса занимает наклонное положение по отношению к оси насоса.

Пропеллерные насосы (осевые) 500<n_S<1500. Высокий коэффициент быстроходности позволяет уменьшить размеры насосов, выполнить их более компактными. Однако при увеличении числа оборотов допустимая высота всасывания уменьшается.

13.​ Совместная работа насосов на сеть.

При подборе насоса нередко возникает ситуация, когда один насосный агрегат не может обеспечить необходимый напор при заданной подаче. В таких случаях подбирается группа насосов, см. п.1.3.

При определении числа насосов, работающих совместно в заданном режиме, необходимо учитывать, что

1) экономически выгоднее устанавливать как можно меньше рабочих насосов, так как крупные насосы имеют более высокий к.п.д., чем группа малых;

2) при учете особенностей технологического процесса, в котором участвует данная насосная установка, определяя число насосов, следует вводить в рассмотрение коэффициент использования оборудования;

3) целесообразно устанавливать насосы одного типоразмера, что обеспечивает взаимозаменяемость насосов и упрощает их эксплуатацию.

Центробежные насосы могут включаться параллельно и последовательно.

· Последовательная работа

· Включение насосов последовательно на практике встречается очень редко. Последовательная работа насосов используется для увеличения значения напоров (H) при одинаковом расходе (Q), и предполагает включение двух или более насосов в режим, когда все они перекачивают жидкость ступенчато в один и тот же напорный трубопровод

· Параллельная

· Если система имеет по времени постоянно меняющийся расход или когда требуется установка резервного насоса, то в таких случаях применяется параллельное включение центробежных насосов. Самым простым примеров параллельной работы насосов являются сдвоенные насосы, которые применяются в системах отопления. При работе насосов параллельно на напорном патрубке также необходимо устанавливать обратные клапана, для избегания обратного протока жидкости. В сдвоенных насосах функцию обратного клапана выполняет перекидной шибер. Если параллельно включено несколько насосов, то их расходы (Q) суммируются.

14.​ Регулирование подачи насоса (воздействием на коммуникацию, воздействием на привод, воздействием на насос).

Методы регулирования могут быть различными: воздействие на коммуникацию (дросселирование и байпасирование), воздействие на привод (изменение частоты вращения вала насоса), воздействие на насос (изменение размеров рабочих колес: сменные роторы, обточка колес) и др.

Регулирование дросселированием

Регулирование дросселированием в напорном трубопроводе производится задвижкой

При работе подобранного насоса на данный трубопровод (без регулирования) параметры его работы определяются рабочей точкой А – балансовой точкой, в которой напор, развиваемый насосом, равен напору, необходимому для преодоления гидравлического сопротивления трубопровода, а подача насоса равна расходу жидкости по трубопроводу.

При прикрытии задвижки на нагнетании увеличивается гидравлическое сопротивление трубопровода, его характеристика становится круче, рабочая точка переходит из положения А в В. При этом подача насоса снижается, оставаясь одинаковой с расходом жидкости в трубопроводе. При обеспечении подачи Q_р = Q_в рабочей точкой насоса будет точка В. Очевидно, что DН будет представлять потери напора в дросселирующей задвижке.

Соответственно уменьшается КПД самого насоса и КПД регулирования h_др в целом насосной установки

Регулирование дросселированием на всасывающем трубопроводе может вызвать явление кавитации, поэтому его производят только в исключительных случаях, например, при перекачке кислот, когда кислота поступает в насос под напором.

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1594; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!