Работа одной половинкой рабочего колеса

Работа одной половинкой рабочего колеса целесообразна при подаче насоса менее 50 % от номинальной. При этом напор существенно ниже по сравнению с паспортным, полученным для серийного рабочего колеса. Это объясняется следующим.

Во-первых, работу серийного колеса можно приближенно рассматривать, как параллельную работу двух половинок и тогда полученный напор следует относить к удвоенной величине подачи, на которой производились замеры. Во-вторых, геометрия проточной части корпуса насоса рассчитана на эксплуатацию при подачах, близких к номинальной, а на малых подачах будут дополнительные потери в спиральном отводе насоса.

Полученная при испытаниях кавитационная характеристика для недогрузочных режимов удовлетворительно согласуется с паспортной при экстрополяции последней.

Учитывая повышение КПД насоса с половинкой колеса на 6-10 % по сравнению с серийным колесом и высокую виброустойчивость насоса (на корпусах подшипников виброскорость составляет 2-4 мм/с), следует признать целесообразным использование таких колес в тех случаях, когда выдаваемый насосом напор позволяет вести перекачку с заданной производительностью.

Оценка осевых сил, действующих на ротор насоса при применении половинок рабочих колес

Надежность работы подшипниковых узлов и торцевых уплотнений магистральных насосов во многом определяется величиной дополнительных нагрузок, возникающих при эксплуатации агрегатов. Эта дополнительная нагрузка зависит от неучтенных при проектировании или замене колеса осевых усилий, возникающих, в частности, от применения половинок рабочих колес.

Центробежное колесо одностороннего входа не обладает симметрией относительно плоскости, перпендикулярной к оси. Поэтому давление на боковые поверхности колеса распределяются по разному, что приводит к появлению неуравновешенной осевой силы, направленной в сторону входа.

Вычисление осевой силы, действующей на ротор насоса, весьма трудная задача и она до сих пор не имеет удовлетворительного решения и поэтому ее экспериментальное определение является наиболее достоверным. Обычно при вычислении осевой силы исходят из предположения о том, что жидкость, находящаяся в камере между боковыми стенками колеса и корпуса, вращается как твердое тело с угловой скоростью со1; равной половине угловой скорости колеса со.

Найдем распределение давления и осевую силу, считая, что вся жидкость вращается с постоянной угловой скоростью cot = со/2. Выделим элементарный объем жидкости двумя цилиндрическими поверхностями с радиусами г и г + dr (рис.   12.15) и двумя меридио-

Работа одной половинкой рабочего колеса

1 1   '2

Рис. 12.15. Расчетная схема осевых сил


нальными плоскостями, расположенными под углом dp одна к другой. На такой элемент действует центробежная сила

Осевые силы могут достигать больших значений, однако практика эксплуатации исследуемых институтом насосов с половинками рабочего колеса на НПС показывает, что они работают удовлетворительно в силу значительного запаса подшипников по долговечности. Тем не менее, недостаточно большая наработка агрегатов большой мощности не позволяет с уверенностью говорить о требуемой надежности их эксплуатации.

При наличии больших осевых нагрузок в насосах, использующих половинки рабочего колеса, могут быть рекомендованы следующие мероприятия, направленные на разгрузку ротора насоса.

1. Усиление   узла  радиально-упорного подшипника,  что с
точки зрения КПД является наилучшим, так как затраты мощности в этом случае минимальны, вследствие  малого коэффициента трения подшипников.

2. Перепуск нефти (разгрузка или стравливание давления)
со стороны заглушённой части рабочего колеса на всасывание насоса.

3. Сверление отверстий в основном диске рабочего колеса,
обеспечивающее выравнивание давлений по обе стороны рабочего колеса, однако в этом случае КПД насоса снижается  на 2—6 % в зависимости от его типоразмера.

4. Установка радиальных ребер на основном диске колеса,


что позволяет частично разгрузить  колесо. Этот способ рекомендуется, когда режим работы меняется в узких пределах.

5. Увеличение диаметра бурта щелевого уплотнения со стороны заглушённой части рабочего колеса с одновременным перепуском малого количества нефти на всасывающую сторону колеса. По сравнению с п.п. 2—4 можно обеспечить снижение КПД только на величину 0,2-0,8 %.

Применение сменных роторов, обточенных и специальных рабочих колес

Магистральные нефтяные насосы для магистральных нефтепроводов, изготовляемые согласно ГОСТ 12124, для работы на режимах меньших номинальных имеют сменные роторы на подачи 0,5-QHOM и 0,7-QHOM. Коэффициент полезного действия насосов со сменными роторами несколько меньше величин, соответствующих номинальным режимам работы насоса с основным ротором, но выше по сравнению с вариантом применения на малых подачах основных роторов.


Таблица 12.3

Рекомендуемые пределы обточки в зависимости от коэффициента быстроходности

Коэффициент быстроходности

Допустимая обточка колеса ÓÚ D2, %

Снижение КПД насоса на каждые 10 % обточки колеса, %

70-120 120-170 170-220

20-15 15-11 11-7

1-1,5 1,5-2,5 2,5-3,5

Наши исследования, а также работы других авторов показали, что КПД зависит от коэффициента быстроходности насоса ns, с увеличением коэффициента быстроходности насосов и при применении обточки наблюдается увеличение падения КПД при той же степени обточки. Так, если для насосов с ns = 60-е-100 при обточке на 15 % почти не происходит снижения КПД, то при обточке на 10 % рабочего колеса насоса с nS= ̇ 2,5-3 %.

Таким образом, степень допустимой обточки рабочего колеса по наружному диаметру зависит от конструкции насоса, т.е. от коэффициента быстроходности. Для насосов малой быстроходности допускаемая обточка в процентах от первоначального диаметра D2 больше, чем для насосов с большим коэффициентом быстроходности.

Обработка материалов испытаний позволяет назначить наиболее целесообразные пределы допустимой обточки в зависимости от коэффициента быстроходности (табл. 12.3). Здесь приведены также значения снижения КПД насоса на каждые 10 % обточки. Если взять конкретные магистральные насосы, то для насосов НМ 1250-260 и НМ 2500-230 допустима обточка до 20 %, для ̇ÒÓÒÓ‚ çå 3600-230 Ë çå 5000-210 - ‰Ó 15 %, для насоса НМ 7000-210 до 10-11 %, а для насоса НМ 10000-210 целесообразный предел обточки составляет 5-7 %.

Подрезка рабочих колес является одним из простых способов приспособления характеристики насоса к конкретным условиям, определяемым объемом перекачки.

Повышение эффективности работы за счет применения лопаточных диффузоров (направляющих аппаратов)

Большую часть потерь в насосах при работе на режимах недогрузки составляют потери в отводе. Если на номинальной подаче потери в отводе составляют по отношению к гидравлической мощности насоса 3 %, то на подаче, равной 0,5  QHOM,


потери в отводе составляют 20 %, а на подаче 0,4 QHOM потери в отводе составляют по отношению к гидравлической мощности около 30 % (рис. 12.16).

Гидравлические потери в отводе имеют четко выраженную по подаче зону минимальных значений, в то же время гидравлические потери в рабочем колесе не имеют такой зоны, т.е. оптимальный режим работы насоса определяется отводом.

Поскольку в существующем (эксплуатируемом) насосе невозможна замена корпуса предлагается два направления уменьшения пропускной способности отвода:

установка в отводе специального направляющего аппарата;

установка в отводе специального сопла (вставок).

Одним из путей повышения эффективности и надежности работы магистральных насосов на пониженных подачах может быть одновременное применение сменных рабочих колес и лопаточного диффузора между рабочим колесом и улиткой (рис. 12.17). В этом случае уменьшаются потери на сопротивление в улитке (за счет лучшей организации потока на выходе рабочего колеса), а значит улучшаются условия преобразования кинетической энергии в энергию давления.

Такой лопаточный диффузор был рассчитан для насоса НМ 10000-210 с ротором 0,5 QHOM, изготовлен, прошел промышленные испытания и внедрен в отрасли.

Проектированию указанного диффузора предшествовал анализ конструкции насоса. Анализ показал, что из-за ограничения объема в проточной части насоса и с учетом особенностей его конструкции лопаточный диффузор, устанавливаемый в выточках щелевого уплотнения, должен быть выполнен сбор-

NrH/Nr, %

Работа одной половинкой рабочего колеса

Рис. 12.16. Гидравлические потери в рабочем колесе и отводе:

JVr - гидравлическая мощность насоса; JVK, JVOTB - мощность гидравлических потерь в колесе и отвода; JVrH — мощность гидравлических потерь в насосе


Работа одной половинкой рабочего колеса

Рис. 12.17. Установка лопастного диффузора (направляющего аппарата) в корпусе насоса:

/ - лопастной диффузор (направляющий аппарат); 2 - корпус;  3 - ротор; 4 - рабочее колесо

ным,   включающим  два  двенадцатиканальных   направляющих аппарата.

Сборка лопаточного диффузора предусматривалась на роторе, вместе с которым он должен был монтироваться в корпусе насоса.   Предусматривалась  также   некоторая   обточка  языков спирального отвода со стороны входных кромок, однако на действующей НПС такая операция крайне затруднена, и поэтому в процессе монтажа пришлось прибегнуть к дополнительной доработке двух диаметрально противоположных лопаток диффузора, смежных с языком.

Сравнительные испытания серийного насоса НМ 10 000-210 с ротором на подачу 5000 м3/ч и модернизированного насоса с тем же ротором, снабженным лопаточным диффузором, проводились на НПС Терновка нефтепровода Самара - Лисичанск. Испытания проводились в диапазоне подач 4050—5614 ь^/ч.

Анализ результатов сравнительных испытаний показывает, что установка лопаточного диффузора дала повышение напора на 10-12 м по сравнению с серийным насосом и увеличение КПД на 2,5-3,5 % (рис.12.18). Проведенное виброобследование показало, что величины виброскорости на корпусах подшипников у модернизированного насоса удовлетворительны, и меньше, чем у серийного насоса, эксплуатируемого на таких же режимах.

Следует отметить, что уровень шума насоса с лопаточным диффузором также меньше по сравнению с таким же насосом без диффузора.

Другим путем  повышения  эффективности   работы   магист-


Работа одной половинкой рабочего колеса



Рис. 12.18. Характеристика насоса НМ 10 000-210 с ротором 0,5 QH,

/ — серийный насос; 2 — насос с лопаточным диффузором


ральных насосов на пониженных подачах может быть одновременное применение сменных рабочих колес и соответствующих вставных сопел, уменьшающих площадь спирального отвода в соответствии с номинальной подачей сменного колеса, улучшающих организацию потока и, следовательно, условия преобразования кинетической энергии в энергию давления, что способствует повышению КПД и уменьшению потребляемой мощности.

Были разработаны несколько вариантов вставок и их установки и крепления в спиральном отводе насоса НМ 10 000-210. Окончательно был принят вариант, предусматривающий установку двух вставок, при котором одна вставка помещается в крышку корпуса с креплением к ней винтами, а вторая устанавливается в самом корпусе с прилеганием к разделительной перегородке (языку) и креплением к ней (рис. 12.19).

Рис. 12.19. Монтаж объемных вставок в корпус насоса:

1,4 — объемные вставки; 2 — крышка насоса; 3 — основание


При литье  корпуса и крышки насосов всегда имеются от-

Работа одной половинкой рабочего колеса


клонения от расчетной геометрии внутренней поверхности отвода, поэтому необходима индивидуальная подгонка по месту вставных сопел. Для уменьшения объема подгоночных работ сопряжения криволинейных поверхностей указанных сопел с внутренними поверхностями крышки и языка осуществлялись по трем площадкам на вставках.

Однако удовлетворительной подгонки для обеспечения плотного прилегания наружных поверхностей входных участков для вставки корпуса и для вставки крышки во избежание разветвления потока добиться не удалось. Это объясняется сложностью конфигурации проточной части спиральной улитки, большой длиной вставок, а также горизонтальным разъемом корпуса и крышки насоса. Следствием этого явилось образование щелей по боковым поверхностям профиля улитки, что привело к увеличению числа поверхностей трения, образованию вихревых областей в потоке и соответственно снижению КПД.

Испытания насоса НМ 10 000-210 с ротором на 0,5 Ономи с объемными вставками в диапазоне подач 4710—6105 м3/ч показали, что их применение, по сравнению с направляющим аппаратом, менее эффективно. Однако индивидуальная, более тщательная подгонка объемных вставок к корпусу насоса позволяет получить лучшие результаты.

Эффективность от применения объемных вставок может быть получена при их изготовлении заводом-изготовителем насосов и поставке в комплекте с насосами, что может быть реализовано лишь при поставке новых насосов.

Промышленное внедрение направляющих аппаратов подтвердило целесообразность их применения для снижения энергопотребления, уменьшения вибрации и шума насоса НМ 10 000-210, эксплуатируемого на подачах менее 0,7 от номинальной.

Опыт их применения указывает на необходимость распространения результатов работы на магистральные насосы других типоразмеров.

ищи здесь, есть все, ну или почти все