Общие сведения о насосах и компрессорах

Лекция № 1 1.1. Общие сведения о насосах и компрессорах Насосы и компрессоры, применяемые в нефтяной и газовой промышленности, относятся к обширному классу проточных гидравлических машин, в которых процесс передачи энергии связан с потоком среды, протекающей через них. Если среда является жидкостью, то машины называются насосами, если газом – компрессорами. По принципу действия насосы и компрессоры делятся на: 1) Динамические, для которых характерно: а) наличие лопаточного аппарата, обтекаемого рабочей средой; б) непрерывность потока в каналах машин; в) взаимодействие гидродинамических сил с текучей средой. 2) Объёмные, для которых характерно: а) наличие рабочих камер (полостей), которые периодически сообщаются с входом и выходом из машины; б) давление в рабочих камерах изменяется от начального на входе до конечного на выходе плавно (поршневой насос) или скачкообразно (шестерённый насос); в) усилия на рабочих органах практически не зависят от скоростей омывающих их жидкостей. 1.2. Принципиальная схема насосной установки и основные параметры насосов Принципиальная схема насосной установки показана на рис. 1.1. К основным параметрам относятся 1) Подача насоса – отношение объёма (объёмная подача Q, м3/с) или массы (массовая подача G, кг/с) подаваемой жидкости ко времени. При этом: , (1.1) где ρ – плотность жидкости, кг/м3. Рисунок 1.1 – Принципиальная схема насосной установки 1 – обратный клапан; 2 – всасывающий трубопровод; 3 – насос; 4 –вакуумметр; 5 – манометр; 6 – задвижка; 7 – расходомер (счётчик); 8 – напорный трубопровод; 9 – резервуар Действительная подача – количество жидкости, проходящее через напорный трубопровод в единицу времени, Qд, Gд. Измеряется счётчиками, расходомерами, мерниками. Теоретическая подача – количество жидкости перемещаемое рабочими органами насоса без учёта потерь, Qт , Gт. 2) Объёмный коэффициент полезного действия (к.п.д.). Определяется из выражения . (1.2) 3) Напор насоса – это энергия, сообщаемая единице веса жидкости. Напор насоса Н, м. Определяется по формуле (1.3) где z, Р, v – соответственно отметка высоты, давление, скорость потока, нижние индексы к, н – соответственно конечное (после насоса) и начальное (перед насосом); g – ускорение свободного падения, g=9,8 м/с2, - плотность жидкости, кг/м3. - «+» ставится, если Рн < Ратм, где Ратм = 0,1 МПа – атмосферное давление. Скорость потока , м/с. Определяется по формуле где d – диаметр трубопровода, м 4) Давление p, Па (Н/м2). Определяется по формуле (1.4) Перевод в другие системы: 1 кгс/см2 = 0,1 МПа; 1 мм вод.ст. = 9,8 Па; 1 мм рт. ст. = 133,3 Па; 1 бар = 0,1 МПа; 1 кгс/см2 = 10 м вод.ст. 5) Полезная (гидравлическая) мощность насоса N, Вт, определяется по формуле (1.5) 6) Общий к.п.д. определяется по формуле , (1.6) где N – мощность, потребляемая насосом, кВт; ηм , ηг , ηо – соответственно механический, гидравлический, объёмный к.п.д. (потери на трение, гидравлические и объёмные). 7) Быстроходность насосов: для объёмных насосов – это частота вращения вала n, об/с или об/мин, для динамических – коэффициент быстроходности. При n заданной в об/мин (1.7) 1.3. Динамические (лопастные) насосы 1.3.1. Классификация лопастных насосов 1) По принципу действия: а) центробежные; б) осевые; в) вихревые; г) совмещённые. 2) По расположению оси вала: а) горизонтальные; б) вертикальные. 3) По числу рабочих колёс: а) одноколёсные; б) многоколёсные: действующие последовательно (многоступенчатые - увеличивается напор) или параллельно (многопоточные – увеличивается подача). 4) По расположению входа в насос: а) осевой; б) боковой; в) двухсторонний. 5) По расположению рабочих органов и опор: а) консольные; б) с выносными опорами; в) с внутренними опорами. 6) По разъёму корпусов: а) с торцовым разъёмом; б) с разъёмом по оси. 7) По способу соединения с двигателем: а) моноблочные (рабочее колесо на валу двигателя); б) соединённые с валом муфтами; в) приводные (со шкивом или редуктором) 8) По назначению: а) общего назначения (для воды до 105о С); б) специальные (высокотемпературные, кислотостойкие, коррозионностойкие, шламовые и т.д.). 9) По размещению относительно перекачиваемой жидкости: а) поверхностные; б) погружные (для подъёма жидкостей из скважин, колодцев, резервуаров). 10) По коэффициенту быстроходности ns: а) 10 ÷ 50 – вихревые; б) 50 ÷ 80 – тихоходные центробежные; в) 80 ÷ 150 – нормальные центробежные; г) 150 ÷ 300 – быстроходные центробежные; д) 300 ÷ 500 – полуосевые; е) 500 ÷ 1000 – осевые или пропеллерные. 1.3.2. Центробежные насосы Центробежные насосы не обладают способностью самовсасывания. Поэтому, перед пуском насоса их следует заполнять жидкостью. Центробежные насосы весьма разнообразны по конструктивному исполнению и назначению. 1) Конструктивная схема Конструктивная схема простейшего одноступенчатого центробежного насоса показана на рисунке 1.2. 1 2 3 4 5 6 3 4 7 8 9  Рисунок 1.2 – Конструктивная схема одноступенчатого центробежного насоса 1 – вход жидкости; 2 – всасывающий патрубок; 3 – корпус насоса; 4 – рабочее колесо; 5 – сальник вала; 6 – вал; 7 – лопасти; 8 – напорный патрубок; 9 – выход жидкости 2) Движение жидкости в рабочем колесе Основные параметры рабочего колеса, планы и треугольники скоростей приведены на рисунке 1.2. Абсолютная скорость движения в векторной форме имеет вид (1.8) где – абсолютная скорость жидкости относительно корпуса насоса, м/с; – относительная скорость движения жидкости, м/с; – переносная (окружная) скорость движения жидкости, м/с. Переносная скорость, м/с определяется по формуле (1.9) где  – угловая скорость вращения вала, с-1; n – скорость вращения вала, об/мин. Относительная скорость w, м/с определяется по формуле (1.10) где Qк – объём жидкости, проходящей через каналы рабочего колеса, м3/с; F – площадь проходного сечения каналов рабочего колеса, м2. r – расстояние от оси вала до частицы жидкости, м b2 с2 u2 2 1 b1 ww w1 w1 w2 2 c1 c1  D2 D1 2 1 u1 а w2 c2 w1 c1 c2m c1m 2 1 2 u2 u1 c1u c2u б Рис. 1.2 – Скорости движения жидкости в центробежном насосе а – схема рабочего колеса и планы скоростей; б – треугольники скоростей