CC BY
39ИССЛЕДОВАНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ЗОН РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Краснова М.Н.
Воронежский Государственный Технический Университет, доцент, кандидат технических наук Новопольцев С.Д.
Воронежский Государственный Технический Университет,
студент, магистрант Жидких Н.С.
Воронежский Государственный Технический Университет,
студент, магистрант
CENTRIFUGAL PUMP IMPELLER CRITICAL AREAS STUDY
Krasnova M.,
Voronezh State Technical University, Associate Professor, Candidate of Technical Sciences
Novopoltsev S., Voronezh State Technical University, Undergraduate Zhidkikh N. Voronezh State Technical University, Undergraduate
Аннотация
В данной статье рассмотрен поиск критических зон рабочего колеса магистрального насоса, описан максимально допустимый износ рабочих частей, по формулам рассчитано давление в межлопастном канале, а также какое влияние оказывает изменение плотности перекачиваемой нефти на лопатки рабочего колеса насоса.
Abstract
The search of main line pump critical areas is examined, maximum permissible working section wear is described, intervane channel pressure is evaluated by the formulas, pumped petroleum density variation impact on impeller blades is described.
Ключевые слова: износ, магистральный насос, рабочее колесо, критические зоны, нефтеперерабатывающее производство.
Keywords: Wearing process, main line pump, impeller, critical areas, petroleum refinery.
Введение
Насос называется механическим устройством, которое передает энергию (механическую, электрическую) в жидкость для увеличения скорости потока и давления этой жидкости [5].
В современных насосных станциях агрегаты состоят из центробежных насосов типа НМ и электродвигателей типа СТД.
Магистральные насосы изготавливаются по ГОСТ 12124-80 [1] специально разработанные для транспортировки нефти.
Центробежные насосы - являются основным видом нагнетательного оборудования для перекачки нефти по магистральным трубопроводам, так как поток в них является равномерным, низкочастотные пульсации отсутствуют, и эти насосы менее подвержены механическим неисправностям.
Рисунок 1. Принципиальная схема насосной установки на базе центробежного насоса: 1 - всасывающий трубопровод; 2 - всасывающий патрубок насоса; 3 - спиральная камера; 4 - нагнетательный патрубок; 5 - напорная задвижка; 6 - напорный трубопровод; 7 - вакуумный
манометр; 8 - рабочее колесо; 9 - манометр.
Объект исследования Рабочее колесо магистрального насоса изготавливается из стали 20ГЛ КТ30. Химический состав материала представлен в таблице 1. _Химический состав в % материала 20ГЛ_
С Si Mn P S Fe
0,15-0,25 0,2-0,4 1,2-1,6 <0,4 <0,4 ~97
С течением времени происходит неизбежный износ рабочего колеса магистрального насоса, что приведёт к снижению его напора. В допустимых пределах снижение к.п.д. насоса целесообразно увеличивать частоту вращения насоса, восстанавливая требуемый напор [2], однако такое решение только сильнее приводит к износу рабочих поверхностей колеса центробежного насоса.
Зачастую, основными дефектами рабочего колеса являются:
- Коррозийный, эрозийный или кавитацион-ный износ;
- Трещины в рабочем колесе;
- Поломка рабочего колеса.
Коррозийному износу, как правило, подвергается вся поверхность соприкосновения детали с коррозийно-активной жидкостью. При пересечении жидкостей, вызывающих эрозию износ чаще всего, возникает в местах наибольшей скорости или резкого изменения направления жидкости.
В случае сплошной коррозии или эрозии рабочего колеса с глубиной раковины более 1 мм его заменяют новым;
Посадочные места под уплотнительные кольца не должны изнашивается более чем на 0,2 мм.
Если рабочее колесо имеет местные разрушения площади 25х25 мм в виде раковин не глубже 1,5 мм, а также если поврежденная поверхность составляет 25% поверхности лопасти и на выходных кромках лопастей отсутствуют раковины, то ремонт рабочего колеса можно не производить.
Разработанную шпоночную канавку на ступице рабочего колеса исправляют путем увеличения их ширины, при этом соответственно увеличивается шпоночная канавка на валу ротора.
При ремонте рабочего колеса должна быть обеспечена соосность между расточкой под вал и поясом под уплотнительное кольцо, отклонение -не более 0,5 мм [4].
Исходя из изученных данных можно выделить основные критические зоны рабочего колеса, которые показаны на рисунке 2:
1) Посадочная часть насоса на вал
2) Выходные кромки лопаток
3) Входные кромки лопаток
4) Внутренний диаметр колеса
5) Посадочные места под уплотнительные втулки
Рисунок 2. Критические зоны рабочего колеса
Рассмотрим движение жидкости в межлопас-ном канале и как она воздействует на лопатки рабочего колеса магистрального насоса.
Движение жидкости в межлопастном канале рабочего колеса описывается модифицированным уравнением Эйлера в виде [3, стр. 67]:
Р = рдН0 - QRt
(1)
где, р - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; Но - напор, учитывающий диаметры рабочего колеса, м;
Р - подача насоса, м3/с;
^ - внутреннее гидравлическое сопротивление, учитывающее углы лопаток на входе и выходе рабочего колеса насоса, соотношение входной и выходной ширины лопасти.
Давление Р на выходе межлопастного канала создается вынуждающей результирующей силой, зависящее от скорости потока, проходящего через колесо, и от его размеров, направление которой совпадает с направлением вектора абсолютной выходной скорости потока, рисунок 3.
Рисунок 3. Схема движения жидкости в рабочем колесе
Напор, учитывающее соотношение внешнего и внутреннего диаметров колеса находится по формуле [3, стр 14]:
Н0 =
(д1) 1 inP2n\ 1 (Drf ( 60 ) g
(2)
где, п - количество оборотов колеса, об/мин; Б: - внутренний диаметр рабочего колеса; Б2 - внешний диаметр колеса.
Внутреннее гидравлическое находится по формуле [3, стр 14]:
сопротивление
R*
ct3ßin\ „ p*n*ctgß2n 1 * .
ctgß2n)
60b7
(3)
где, Рш, Р2Л - лопастные углы; Ь2 - ширина лопатки на выходе; Ъ1 - ширина лопатки на входе. Полная формула движения жидкости в межлопастном канале рабочего колеса:
ctgßin\ + p*n*ctgß2n
ctgß2nj
60b2
(4)
Плотность нефти изменяется в пределах 7301040 кг/м3. Наиболее распространенные величины плотности нефти 800-980 кг/м3.
Соответственно нефть так же подразделяется на несколько типов:
1. Легкая (р: = 800 кг/м3)
2. Средняя (р2 = 860 кг/м3)
3. Тяжелая (р3 = 980 кг/м3)
Подставив в формулу исходные параметры рабочего колеса, а также значения для каждого типа перекачиваемой нефти рассчитаем давление на лопатки в межлопастном канале рабочего колеса:
I
г
*
Тип 1. Лёгкая нефть р1 = 800 кг/м3
Р1 = 2,67 МПа Тип 2. Средняя нефть р2 = 860 кг/м3
Р2 = 2,86 МПа Тип 3. Тяжелая нефть р3 = 980 кг/м3 Р3 = 3,27 МПа
Исходя из уравнений можно предположить, что чем больше плотность перекачиваемой нефти,
р=,
Выводы
В ходе проделанной работы было проанализировано какие рабочие поверхности колеса магистрального насоса подвержены активному износу, рассмотрено как движется жидкость в межлопастном канале, а также рассчитано давление на лопатки рабочего колеса при изменении плотности перекачиваемой жидкости.
Список литературы
1. ГОСТ 12124-80 Насосы центробежные нефтяные для магистральных трубопроводов. Общие технические условия.
2. Еникеев Г.Г. Проектирование лопастных насосов. Учебное пособие. - Уфа: УГАТУ, 2005. -97 с.
тем большая сила и давление воздействует на лопатки и тем быстрее протекает износ рабочих частей колеса.
Статистические данные показывают, что при постоянной работе перекачивания средней по плотности нефти, рабочее колесо насоса до капитального ремонта прослужит около 35000 часов.
Найдём зависимость как изменяется износ при увеличении плотности нефти до его капитального ремонта насоса и его рабочих частей.
Теоретические данные показаны на схеме 1.
3. Костышин В.С. Моделирование режимов работы центробежных насосов на основе электрогидравлической аналогии. Ивано-Франковск. 2000, 163 с.
4. Шабанов В.А. Анализ КПД МН эксплуатируемых нефтепроводов при использовании частотно регулируемого электропривода в функции регуляторов давления // Шабанов В.А., Хакимов Э.Ф., Шарипова С.Ф. ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет
5. Эксплуатация насосных и компрессорных станций. Учебное пособие/ А. Л. Саруев, Л. А. Са-руев: Изд-во Томского политехнического универ-ситета,2017. -с.
Схема 1. Срок износа рабочего колеса в зависимости от плотности перекачиваемой нефти
