книги / Нефтепромысловые машины и механизмы
..pdfДля получения больших напоров следует увеличивать число оборотов п данного колеса или увеличивать наружный диаметр колеса D 2 (D e — наружный диаметр входного канала колеса), величина напора колеса пропорциональна квадрату его диаметра Do и квадрату окружной скорости на выходе из колеса. Для получе ния больших напоров насосы выполняют многоступенчатыми или применяют последовательное соединение насосов.
Из рассмотрения формулы (III. 18) следует, что при заданном числе оборотов п коэффициент быстроходности ns увеличивается с увеличением подачи и уменьшением напора. Следовательно, тихо ходные колеса служат для создания больших напоров при малой подаче, а быстроходные колеса (диагональные и пропеллерные) дают большую подачу при небольших напорах. Поэтому тихоходные насосы наиболее часто применяют для водоснабжения и в нефтяной промышленности для подачи нефти из скважин, где требуется созда ние больших напоров, а пропеллерные насосы используют в уста новках, предназначенных для подъема больших масс жидкости на сравнительно небольшую высоту, например для подачи воды в оро сительные каналы.
§ 46. Зависимость подачи, напора и мощности от числа оборотов
Зачастую приходится испытывать насос при числе оборотов, отличном от нормального. Поэтому необходимо знать, как изме няются подача, напор и мощность при изменении числа оборотов. Из рассмотрения треугольника скоростей на выходе из колеса (рис. 86) видно, что если изме нить число оборотов п ротора насоса, которым соответство-
НаЛИ СКОРОСТИ |
с 2 11 w 2 н а n i i |
то будут получены новые ско
рости гг2, с2 и |
которые при |
тех же углах |
лопаток колеса |
аз и р2 создадут треугольники скоростей, пропорциональные ni и подобные первому.
Тогда
_Са_ =
Со
Так как
и2 = г со = л Dn
TO
Рис. 86. Треугольник скоростей при выходе из колеса.
_ CU2 |
(III. 19) |
|
U2 |
||
|
||
я Driy |
|
|
60 |
|
(III. 20)
установленной на выходе из насоса, замеряют подачу Q, напор Н и мощность N и вычислением находят по этим данным т] — к. п. д. насоса. Найденные таким путем зависимости удобно для наглядности изобразить графически в прямоугольной системе координат. Для этого подачу Q в л/сек или м г!час откладывают по оси абсцисс, напор Н в м столба жидкости, потребляемую мощность N в л, с. или в кет и к. п. д. в процентах откладывают по оси ординат. Полученные кривые называют рабочей характеристикой насоса (рис. 87). При закрытой задвижке (Q = 0) насос создает некоторый напор, который при начавшейся подаче сначала увеличивается, достигая максимума,
затем начинает уменьшаться. |
|
|||||||
Мощность |
сначала |
возрас |
|
|||||
тает быстро, затем ее рост |
|
|||||||
замедляется. |
Кривая к. п. д. |
|
||||||
имеет |
|
максимум, |
который |
|
||||
соответствует |
|
нормальному |
|
|||||
или |
оптимальному |
режиму |
|
|||||
работы |
насоса. Восходящий |
|
||||||
участок |
кривой |
напора дол |
|
|||||
жен |
быть |
возможно |
мень |
|
||||
шим, |
и |
еще |
лучше, |
если |
|
|||
кривая напора не имеет пе |
|
|||||||
региба, |
так |
|
как на |
левом |
Рис. 87. Рабочая характеристика центро |
|||
участке |
кривой |
(левее |
точ |
бежного насоса. |
||||
ки D) |
возможно образование |
|
неустановившегося режима; одному значению напора соответствуют два значения подачи, и незначительное изменение условий работы насоса может вызывать падение или увеличение подачи. Следует отметить, что наивысшие значения к. п. д. соответствуют понижаю щейся части кривой напора, как это видно из рис. 87. Поэтому в та ких насосах используется только ветвь кривой, располагающаяся ниже точки D. Форма кривой мощности желательна такая, чтобы при росте подачи выше нормальной не получалось сильного ее уве личения. Следовательно, хороша будет такая кривая мощности, которая будет иметь максимум при расходах, близких к нормаль ному. При эксплуатации центробежных насосов следует стремиться к тому, чтобы отклонения от нормального или оптимального режима не были значительными; уменьшение к. п. д. против его оптималь ного значения не должно быть более 5—7%. У многоколесных на сосов, работающих по схеме последовательного соединения ступеней г подача остается равной подаче одного колеса, а напор увеличивается пропорционально количеству ступеней (колес) и, следовательно, равен сумме напоров, создаваемых в отдельности каждым колесом (рис. 88). Ввиду одинаковости подачи этих насосов напоры двух ступенчатых и трехступенчатых насосов получаются сложениями соответственно двух или трех ординат характеристики одноступен-
Рис. 88. Характери стика насоса с после довательно располо женными колесами.
1 |
— с |
одним |
колесом; |
- |
— с |
двумя |
колесами; |
-3 — с |
тремя |
колесами; |
Ги Т' — характеристи ки трубопроводов.
чатого насоса. Таким образом, если имеется насос с z ступенями, то ординаты его характе ристики должны получиться умножением орди нат характеристики одной ступени на z сту пеней:
Я = zHv
Графически кривая т) = / (Q) будет одна, общая для всех насосов, так как к. п. д. почти не изменяется от количества ступеней при оди наковых подачах. Насосы с параллельно рабо тающими колесами имеют подачу ((?), равную сумме подач всех колес. Следовательно, если число колес z и подача одного колеса Q, то
Q = *Qv
Напор, создаваемый всеми рабочими коле сами, будет равен напору, создаваемому одним колесом. Характеристика центробежного на соса с параллельно соединенными рабочими колесами будет иметь абсциссы в z раз длиннее, чем абсцисса насоса с одним рабочим колесом, при одинаковых с ней ординатах. Кривая т] = f(Q) по абсциссам также вытянется в яраз.
Рис. 89. Универсальная характеристика насосов 6Н-7 X 2 и 6НГ-7 X 2 при постоянном числе оборотов.
^ Сплошными линиями показана рекомендуемая зоП^ работы; мощность при у = 1 ,^
На практике наиболее часто встречается насос с колесом, имеющим двойной подвод жидкости. Такое колесо должно рассматриваться, как два параллельно работающих колеса.
В целях экономии электроэнергии представляется возможным менять в насосах характеристики Q—H изменением наружного диаметра £)2 колеса (обточкой по этому диаметру). При этом дости
гло. 90. Универсальная характеристика насосов 6Н-7 X 2 и 6НГ-7 X 2 при переменном числе оборотов (мощность при у = 1,0 и ВУ = 1°).
гают такого соответствия между Q и Н насоса, которое требуется по условиям эксплуатации, при неизменном числе оборотов.
Если при постоянном числе оборотов характеристика насоса имеет ряд кривых Q—If, отвечающих нескольким диаметрам колеса, размерами менее максимального наружного диаметра D2, а также линии постоянных мощностей N и к. п. д. т), то такая характери стика насоса называемся универсальной (рис. 89). Универсальная характеристика может быть построена и для переменного числа оборотов ротора насоса. На такой характеристике в графической форме представлена связь между подачей, напором, числом оборотов
Тогда
У фвода |
У С^нефть |
|
|||
//3/4 |
Ц3/4 |
|
|||
х |
вода |
|
нефть |
|
|
откуда |
|
|
|
|
|
IT |
__ |
/ Фиефть \ |
^3 лт |
(III. 24) |
|
нефть _ |
\ ~ 0 ^ Г ) |
Лвода- |
|||
|
Рис. 91. График коэффициентов пересчета характеристик центробежных насосов с воды на вязкие жидкости.
#н — коэффициент пересчета напора Н; KQ — коэффициент пересчета подачи Q; К ц — эффнциент пересчета к. и. д . т|.
На рис. 91 даны значения коэффициентов Кп, К„ и АГ |
в зависи |
|
|
те н |
Т| |
мости от числа Рейнольдса, откуда получим |
|
|
Q нефть■ |
Ф-QQ вода ’ |
(Ш . 25) |
ТТнефть = |
К и Н в о ц а » |
(III. 26) |
Цнефть = |
' Цвода- |
(III. 27) |
Из рассмотрения кривых коэффициентов KQи К н видно, что для
Re > 7 1 0 3 величина коэффициентов К~ и К и мало отличается от |
|
ч |
п |
единицы, т. е. |
увеличение гидравлических потерь при |
пересчете |
с воды на нефть незначительно. |
что объяс |
|
Коэффициент |
К п изменяется довольно значительно, |
няется увеличением потерь на дисковое трение. Для потока жидкости режима Re < 7 103 гидравлические потери существенно возра стают и заметно влияют на снижение к. п. д. центробежного насоса.
Определив значения <?Нефтм #нефть и г)нефть, можно вычислить обычным способом мощность, потребляемую насосом.
При транспортировании вязких жидкостей рекомендуется выби рать центробежный насос с коэффициентом быстроходности тьш > 80 только спирального типа, т. е. без направляющего аппарата; с воз можно большим числом оборотов.
§ 49. Параллельная и последовательная работа центробежных насосов
На насосных станциях часто практикуют совместную работу насосов в один трубопровод путем последовательного или парал
лельного их соединения. |
|
|
|
|
|
подразуме |
||
П о д |
п о с л е д о в а т е л ь н о й работой насосов |
|||||||
вают непосредственную перекачку |
жидкости из насоса в насос |
|||||||
|
|
(рис. 92); при этом они могут быть |
||||||
|
|
расположены рядом или на некото |
||||||
|
|
ром |
расстоянии друг |
от друга. |
|
|||
|
|
При последовательной работе на |
||||||
|
|
сосов их подача остается неизмен |
||||||
|
|
ной, |
так |
как |
то |
же |
количество |
|
Рис. 92. |
Схема последовательной |
жидкости, |
которое |
перекачивает |
||||
перекачки из насоса в насос. |
один |
насос, |
перекачивается |
сле |
||||
|
|
дующим. |
Однако напор |
при |
этом |
увеличивается пропорционально числу насосов, поэтому такая работа насосов используется при необходимости значительного уве личения напора.
Для построения главной характеристики последовательно рабо тающих насосов ординаты напоров увеличиваются, а абсциссы подач остаются без изменения.
На рис. 93 показана совмещенная характеристика (кривая 2) двух одинаковых центробежных насосов, полученная в результате увеличения ординат напоров главной характеристики (кривая 1) одного насоса вдвое. На этом же рисунке нанесена характеристика трубопровода Т. Вследствие крутого подъема кривой Г, рабочая точка А соответствует значительному увеличению напора и подачи. При пологих характеристиках трубопровода последовательное вклю чение насосов мало эффективно.
П а р а л л е л ь н о е соединение насосов применяют при необ ходимости увеличения подачи насосной станции.