Нефтепромысловые машины и механизмы
..pdfОсновными их конструктивными отличиями от насосов ЭЦН является наличие промежуточных резино-металлических подшип ников, а пары трения текстолит — чугун у опор колес заменены на резину — сталь. Кроме того, для изготовления рабочих колес и на правляющих аппаратов широко применяется пластмасса. В резуль тате этого значительно повышена износостойкость насосов для ука занных условий.
При наличии свободного газа в откачиваемой жидкости резко -снижается эффективность работы насоса, и при определенном коли честве газа подача жидкости насосом может быть полностью прекра щена. Насос может нормально работать, если количество свободного газа у первой ступени не превышает 2 % от объема перекачиваемой ж и д к о с т и . Для возможности работы насоса при большом количестве газа разработан газосепаратор, размещаемый в насосе перед первым колесом. Жидкость, содержащая газ, проходит приемную сетку на соса и поступает к вихревой ступени, менее подверженной влиянию газа, которая создает необходимый напор для прохождения жидкости ■с газом через газосепаратор. После вихревой ступени смесь жидкости с газом подается в завихритель, где вследствие усиленного вращения жидкость отходит к периферии, а газ скапливается у вала. Выше расположены каналы для отвода газа в затрубное пространство и подвода жидкости к первой ступени насоса. В результате улуч шается гидравлическая характеристика работы электронасоса в сква жине со. значительным газовым фактором и снижается коррозия
деталей насоса. |
|
|
|
§ 62. |
Расчет |
отдельных деталей |
|
у |
|
|
|
Погружной |
центробежный |
насос — разновидность |
|
наземных центробежных |
цасосов. |
||
Некоторые особенности этих насосов обусловлены |
|||
малыми поперечными габаритами элементов и значи |
|||
тельной длиной |
насоса. |
вала |
насоса по отношению |
В частности, |
диаметр |
||
к длине весьма мал. Наблюдения за характером износа ступиц рабочих колес показали, что вал при работе насоса теряет свою прямолинейность и его ось при нимает волнообразную формУ с несколькими полувол нами на всей длине (рис. Ю7).^ Наибольший износ ступиц замечен в середине каждой полуволны.
В износоустойчивых насосах для уменьшения из
носа ступиц |
рабочих коЛеС вал удерживается |
при |
Рис. 107. |
Форма изгиба ос* вала при работе насоса. |
|
/ — дл и н а полуволны; / - р а д и а Л ^ й односторонний зазор |
между |
|
|
валом и опорой. |
|
работе в прямолинейном состоянии несколькими радиальными подшипниками. Расстояние между ними принимают равным поло вине длины полуволны изгиба оси вала.
Характер изгиба вала насоса аналогичен изгибу колонны буриль ных труб в скважине, который изучался Г. М. Саркисовым.
Используя полученные им положения, можно найти длину полу волны изгиба (в см) вала насоса из следующего выражения:
У Н2и + т дп2 - я н
1= к-т W
где п — скорость вращения вала насоса в об/мин; d — диаметр вала
в |
см; q — |
вес ротора |
насоса, отнесенный к |
единице длины вала* |
в кг/см] Я н |
— напор, |
развиваемый насосом, в |
м вод. cm.] К — коэф |
|
фициент, учитывающий влияние внешних сопротивлений изгибу вала.
При напоре менее 1000 м можно пользоваться упрощенной фор мулой:
7 ^ 166(М
,^ д 1/4 '
Коэффициент К уточняют по опытным данным. Для условиш откачки воды или весьма обводненной жидкости (95% воды и выше}- можно принять при предварительных расчетах значение К равным 1,2-1,5.
Корпус насоса. При работе насоса на режиме закрытой задвижки" развивается наибольшее давление. При этом корпус подвергается наибольшей нагрузке и на него действуют следующие силы: р0 и рр — осевые и радиальные усилия от давления, развиваемого на сосом; рост — остаточное усилие затяжки ступеней, действующее при работе насоса на режиме закрытой задвижки и препятствующее нровороту направляющих аппаратов; G — вес оборудования, рас положенного под насосом.
Расчетным и наименее прочным является поперечное сечение корпуса в месте выхода верхней резьбы. Напряжение в этом сечении равно (в кГ/см2)
Y>K^пр
0t — |
10 -2S |
’ |
|
гДе Я н — напор, создаваемый |
насосом |
при режиме |
закрытой за |
движки, в м вод. cm.] D Пр — диаметр |
проточки у |
выхода резьбы |
|
в см] s — толщина стенки в расчетном сечении в см.
Одновременно в корпусе возникает напряжение от осевых сил
(в кГ/см2)
л ^ п р ^ н VJK | Рост + G
4 • Ю^к i " |
FK |
где |
FK — площадь поперечного |
сечения |
корпуса в месте проточки |
|
под |
резьбу в см2: |
|
|
|
Рост принимают равным 300—400 кГ. |
по |
энергетической теории |
||
Приведенное напряжение (в |
кГ/см2) |
|||
прочности равно |
|
|
|
|
|
СГ = ] / " CJt - j“ CTZ “h O t^z |
• |
||
Запас прочности находят по найденному напряжению и пределу |
||||
текучести: |
|
|
|
|
|
п = |
> 1,5. |
|
|
Иногда корпус испытывает наибольшие нагрузки не в процессе работы, а при гидравлической опрессовке. Тогда напряжение от осевых сил (в кГ/см2)
__ |
^исп л ^пр ’ 4 __ |
Dпр |
|
° z " |
л2— |
Т " Рисп |
л2 |
ют радиальных сил |
(^н |
|
пр |
|
|
|
|
|
ot = |
.Рисп-Рпр |
|
|
|
2s |
|
где/?исп — давление при испытании корпуса, обычно равное 1,25 # Н| в кГ/см2.
Приведенное напряжение (в кГ/см2)
я ' = J / C ;! + « ' 2 + ° ; 2 <J '!2
Запас прочности, как и ранее.
Колонна подъемных труб. Максимальный диаметр подъемных труб определяется из условия, чтобы поперечный габаритный размер погружной части установки не превышал допустимый для данной обсадной колонны, которой обсажена скважина. При этом имеют в виду, что вдоль колонны подъемных труб проходит токопроводя щий кабель.
Затем проверяют возможность уменьшения диаметра труб пи величине потерь напора на трение жидкости о стенки труб.
Потеря напора (в м сод, cm.) в подъемной колонне (трубопроводе) на трение жидкости о стенки труб определяется по формуле
lv2
D-2g v
где l — длина колонны труб (в м) при нормальных условиях экс плуатации (при отсутствии газа в откачиваемой жидкости); практп-
чески она равна |
расстоянию от устья |
до |
динамического |
уровня; |
|
D — внутренний |
диаметр насосно-компрессорных |
труб в |
м; v — |
||
скорость движения жидкости в трубах |
в |
м/сек; |
X — коэффициент |
||
Дарси, являющийся функцией числа Рейнольдса Re, размеров трубы п шероховатости ее стенок.
Численное значение коэффициента Дарси определяют по форму лам гидравлики или по таблицам.
Допустимость потерь в трубопроводе проверяют по коэффициенту
т)т = jzph > условно |
называемому коэффициентом полезного |
дей |
|||||
ствия трубопровода. Условно ^ |
|
|
|||||
принимают I = Нции\ |
Цт при |
|
|
||||
нимают |
> 0,94. |
показаны |
|
|
|||
На |
рис. |
108 |
|
|
|||
кривые |
потерь |
напора |
на |
|
|
||
длине 100 м при различных |
|
* |
|||||
диаметрах труб и подачах. |
|
||||||
Необходимый |
напор |
на |
|
||||
соса НЕ определяют |
из |
вы |
|
|
|||
ражения |
|
|
|
|
|
|
|
НВ = Н: |
|
|
Л-п + |
|
|
|
|
|
1дин + Й + |
|
|
|
|||
+ |
Ятр м вод. cm., |
Рис. 108. |
Кривые потерь напора при длине |
||||
|
|
|
|
|
|||
где Ядин — расстояние |
от |
труб 100 м. |
|
||||
устья скважины до |
динами |
|
|
||||
ческого уровня в м; |
h — потеря напора в подъемной колонне в м; |
||||||
hn — потеря |
напора |
в |
поверхностных |
трубопроводах в м; |
при |
||
нимается ориентировочно в зависимости от условий и района равной
10—20 м вод. cm., а для морских |
скважин 100—150 м вод. ст.\ |
#тр — среднее трапное давление в |
системе сбора промысла, равное |
5—10 м вод. cm. |
|
Потребляемую насосом мощность (в кет) можно определить по заданным напору и подаче при нормальном режиме работы насоса:
д т |
(>Я н Уж |
’ |
|
Ю2г)„ |
|
где Q — подача насоса при номинальном напоре в л/сек\ т]н — коэф |
||
фициент полезного действия |
насоса; |
у « — уд. вес откачиваемой |
жидкости в Г/см3, обычно принимаемый равным единице.
Учитывая возможность работы насоса не при оптимальном ре жиме, N увеличивают на 5 — 8 % .
§ 63. Подбор насосной установки
Для подбора насосной установки, наиболее пригодной по своей характеристике и габаритам для выбранной скважины, необходимо иметь ряд данных о скважине и насосе.
Исходя из этого, принимаем глубину подвески погружного агре гата равной 405 ж.
В связи с отсутствием газа в скважине для нормальной работы насоса достаточно погрузить его под динамический уровень на 5 ж, т. е. динамический уровень не должен снижаться больше чем на 400 м от устья.
Согласно индикаторной кривой для обеспечения указанного динамического уровня отбор жидкости из скважины должен быть 370 м3/сутки.
Для поддержания динамического уровня насос должен разви
вать напор |
Ну» |
Ян = Яд |
|
где Яд — напор, соответствующий |
расстоянию от динамического |
уровня до устья скважины, в ж; Я w — потери напора в подъемных трубах и наземном трубопроводе.
Потерю напора в трубах можно определить по формуле
Н ю = 8Х |
Q2L |
? |
л2 gd6 |
||
где К = 0,035 (для воды); Q — подача |
насосов в м 3/сутки; L — |
|
полная длина трубопровода в ж; d — диаметр труб в ж. Примем диаметр труб для данной подачи равным 3":
L = 150 + 405 = 555 ж.
Тогда
Hw = 8-0,035^ 24-3600 ) 3,142 • 9,81 • 0,07595 = 11,7 М'
Кроме того, будут происходить потери напора в задвижках муфтах, отводах и т. п.
Оцениваем общие потери напора Я = 15 м. Тогда необходимый напор, развиваемый насосом, должен быть
Я н = 400 + 15 = 415 м.
Из рассмотрения рабочих характеристик погружных электро насосов видим, что для условий эксплуатации данной скважины
наиболее подходит насос ЭН-700/300 |
(рис. 110). При подаче Q = |
= 370 м 3/сутки этот насос развивает |
напор Я н = 470 м вод. cm. |
при г) = 0,32. Следовательно, для соответствия характеристик на соса и скважины необходимо либо увеличить противодавление на выкиде насоса, либо уменьшить развиваемый им напор при расчет ной подаче на величину
АЯ = 470 |
— 415 = 55 м |
вод. cm., |
||
т. е. |
Д// у |
|
|
|
Р = |
55 • 1,16 |
= |
6,4 am. |
|
10 |
10 |
|
|
|
должно быть ниже 0,05 Мом, а наземного оборудования не ниже 20 Мом.
Вся аппаратура станции управления должна быть очищена от пыли и грязи, слабые контакты поджаты, а подгоревшие зачищены. Если контактор сильно гудит, нужно проверить целость короткозамкнутого витка магнитной системы, а также проверить, не пере кошен ли якорь. При сильном нагреве катушки следует проверить, не слишком ли велик воздушный зазор. Максимальная и минималь ная защиты станции управления должны быть настроены в соответ ствии с установившимся режимом установки по силе тока.
Уход за автотрансформатором сводится к периодическому кон тролю надежности затяжки болтов на вводе и выводе, а также бол тов, крепящих регулирующие перемычки.
§ 64. Погружные центробежные электронасосы для водяных скважин
Во многих отраслях народного хозяйства, в том числе и в неф тяной промышленности, применяют погружные центробежные элект ронасосы для подъема воды из буро вых (артезианских) скважин для различных надобностей. Из схемы установки электронасоса (рис. 111)
видно, что она имеет много общего с установкой погружных центробеж ных электронасосов для нефти. В то же время есть ряд различий. Электронасосный агрегат, состоящий из насоса, соединенного с электродвига телем, погружают под уровень воды в скважине. Агрегат подвешивается на колонне водоподъемных труб. Верх колонны заканчивается опор ной плитой, которую обычно опи рают на торец верхней обсадной трубы. У устья скважины колонна водоподъемных труб снабжена отво дом (коленом), на котором устана вливается манометр. Отвод присо единяют к водопроводной линии, по, которой воду подают обычно в водо напорную емкость, а оттуда — к мес ту потребления. Токоподводящий кабель, соединяющий электродвига тель со станцией управления, распо лагают вдоль колонны водоподъемных
13 Заказ 298.
воды, смазывающей и охлаждающей поверхности трения. Пята элек тродвигателя гидродинамического типа. У нее плоский шлифованный закаленный диск, который опирается на обрезиненную профилиро ванную поверхность. При работе двигателя между указанными поверхностями образуется небольшой слой воды, благодаря чему обеспечиваются хорошие условия для работы этой пары. Узлы под шипников и пяты могут работать надежно в течение длительного времени.
В целях предохранения двигателя от проникания внутрь него песка из откачиваемой жидкости двигатель герметизирован. В верх ней части имеется лабиринтное уплотнение, внизу — резиновая диафрагма. При работе электродвигателя вода, заполняющая его, нагревается и расширяется, а при остановке охлаждается и умень шается в объеме. В результате «дыхания» двигателя внутрь может проникнуть песок, который может послужить причиной ускорен ного износа подшипников и пяты. Для компенсации изменения объема воды в герметизированном двигателе служит резиновая диафрагма, которая при увеличении объема воды выпучивается, а при
Таблица 24
Основные технические данные погружных электронасосов
Условное обозначение электронасоса
Условный |
В оптимальном режиме |
|
диаметр |
|
|
скваж и |
подача, |
напор, |
Дюймы |
jit.3/ час |
м вод. cm. |
ны, |
|
|
Мощность К оличе электро Н апря
ство двигате жение, ступеней ля, пет
6АПВ-9Х7 |
6 |
7,2 |
45 |
7 |
2,5 |
380 |
6АПВ-9Х12 |
6 |
7,2 |
75 |
12 |
2,5 |
380 |
ЭПЛ-6 |
6 |
18,0 |
70 |
8 |
8,0 |
380 |
8АПВМ-10Х7 |
8 |
22 |
110 |
7 |
12,0 |
380 |
10АПВМ-9Х7 |
10 |
34 |
165 |
7 |
35,0 |
380 |
10АПВМ-9Х5 |
10 |
34 |
117 |
5 |
35,0 |
380 |
ЭЦВ4-1.6-65 |
4 |
1,6 |
65 |
13 |
0,75 |
220 |
ЭЦВ4-2-25 |
4 |
2 |
25 |
9 |
0,37 |
220 |
ЭЦВ4-2-40 |
4 |
2 |
40 |
14 |
0,75 |
220 |
ЭЦВ4-4-70 |
4 |
4 |
70 |
18 |
1,6 |
380 |
ЭЦВ6-4,5-180 |
6 |
4,5 |
180 |
22 |
4,5 |
380 |
ЭЦВб-7,2-45 |
6 |
7,2 |
45 |
6 |
2,5 |
380 |
ЭЦВб-7,2-75 |
6 |
7,2 |
75 |
10 |
2,5 |
380 |
ЭЦВ6-7,2-120 |
6 |
7,2 |
120 |
16 |
4,5 |
380 |
ЭЦВ6-10-140 |
6 |
10 |
140 |
16 |
8,0 |
380 |
ЭЦВ6-10-185 |
6 |
10 |
185 |
21 |
8,0 |
380 |
ЭЦВ6-10-235 |
6 |
10 |
235 |
27 |
11,0 |
380 |
ЭЦВ8-17-150 |
8 |
16 |
145 |
10 |
12,0 |
380 |
ЭЦВ8-17-90 |
8 |
16 |
90 |
6 |
12,0 |
380 |
ЭЦВ10-120-60 |
10 |
120 |
60 |
3 |
32 |
380 |
ЭЦВ12-255-30 |
12 |
255 |
30 |
1 |
32 |
380 |
ЭЦВ14-200-300 |
14 |
210 |
300 |
6 |
250 |
3000 |
ЭЦВ16-360-180 |
16 |
360 |
180 |
3 |
250 |
3000 |