CC BY
28
УДК 67.017
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ДЛЯ ЕГО РАБОТЫ В СОСТАВЕ ПЕРЕКАЧИВАЮЩЕЙ СТАНЦИИ ГОРЮЧЕГО СРЕДНЕЙ ПРОЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Д.У. Думболов, Н.С. Рушкин, В.С. Ганин 25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России
Аннотация.
В настоящее время технические средства заправки и перекачки горючего и масел, по своим параметрам должны соответствовать современному уровню требований, предъявляемым к ним. Это обуславливает необходимость применения в их составе технологического оборудования, к которому предъявляются особые требования. Один из наиболее важных элементов технологического оборудования - это насос.
Обеспечение устойчивой работы насоса с заданными характеристиками и показателями в составе технического средства заправки и перекачки горючего является актуальной задачей.
В статье, на основе проведенных типовых испытаний обосновывается применение центробежного насоса ЦН180/110-Е с одинарными торцевыми уплотнениями с дополнительными в составе перекачивающей станции горючего ПСГ-180 для обеспечения её устойчивой работы в различных климатических условиях.
Введение
Одним из наиболее важных элементов технологического оборудования технических средств нефте-продуктообеспечения (средств перекачки, заправки горючего и масел) является насосный агрегат, от рабочих характеристик которого в значительной степени зависят параметры технического средства в целом.
В соответствии с тактико-техническими требованиями к перекачивающей станции горючего средней производительности (по ГОСТ РВ 52308-2005) установлено, что номинальная подача насоса должна составлять 160...180 м3/ч (далее - ПСГ-180), а напор 100...110 м, при этом коэффициент полезного действия насоса должен составлять не менее 70%.
Перекачивающая станция горючего ПСГ-180 (далее - станция) предназначена для перекачивания дизельных топлив по ГОСТ 305-82, ГОСТ 305-2013, ГОСТ Р 52368-2005, ГОСТ Р 32511-2013, СТО 081511640157-2014; топлив для реактивных двигателей по ГОСТ 10227-86; автомобильных бензинов по ГОСТ Р 51105-97, ГОСТ 32513-2013, ГОСТ 51866-2002; авиационных бензинов по ГОСТ 1012-2013 (далее - «горючего») на полевых и стационарных складах горючего [1,2], для подачи горючего к головным насосным станциям полевых магистральных трубопроводов, для массовой заправки военной техники горючим в составе комплектов типа ПЗП, ПМТ-ЦЗТ, ГЗСТ, ГЗМК, БЗКР.
При необходимости ПСГ-180 может быть использована для перекачивания пресной воды для целей пожаротушения, дезактивации и других нужд склада при наработке до 10% от установленного ресурса работы.
Допускается наличие в перекачиваемых продуктах содержания твердых включений в количестве 0,2% по массе и размерами частиц до 200 мкм.
Ключевые слова:
насос, устойчивая работа, подача, напор, кавитационный запас. История статьи:
Дата поступления в редакцию: 24.12.20 Дата принятия к печати: 27.12.20
В ходе разработки станции в качестве основного насоса было определено применение центробежного насоса ЦН-180/110-Е с двойным торцовым уплотнением, серийно выпускаемым АО «ГМС Ливгидромаш» (г.Ливны) для перекачивания топлив для реактивных топлив в чистом виде или с противоводокристаллизационными жидкостями до 0,3% по массе, автомобильных бензинов, авиационных бензинов и дизельных топлив в соответствии с техническими условиями ТУ-26-06-1587-90, который в полной мере соответствует предъявляемым требованиям к станции.
Применение в конструкции насоса ЦН-180/110-Е двойного торцового уплотнения требует его дополнительного оснащения системой обеспечения работоспособности торцовых уплотнений, что значительно усложняет конструкцию станции, снижает надежность и эксплуатационную технологичность [3,4].
Вместе с тем, теоретическая проработка насоса ЦН-180/110-Е показала, что в его конструкции возможно применение одинарного торцового уплотнения со вспомогательным.
Для применения одинарного торцового уплотнения со вспомогательным требуется введение в технические условия и конструкторскую документацию насоса ЦН-180/110-Е исполнение с одинарным торцовым уплотнением со вспомогательным и проведение типовых испытаний.
Насос ЦН-180/110-Е с корпусными деталями из углеродистой стали и одинарным торцовым уплотнением со вспомогательным позволит перекачивать вышеуказанные нефтепродукты в составе перекачивающей станции горючего ПСГ-180, при этом климатическое исполнение насоса должно соответствовать техническим условиям ТУ 26-06-1587-90 при обеспечении температуры эксплуатации по требованию заказчика от минус 50 до плюс 50°С.
Методы испытания
Типовые испытания насоса ЦН180/110-тс-Е с одинарным торцовым уплотнением со вспомогательным проводились с целью оценки эффективности и целесообразности вносимых в конструкторскую документацию изменений в соответствии с Программой и методикой испытания, разработанной АО «ГМС Ливгидромаш», которая в свою очередь составлена в соответствии с требованиями ГОСТ 6134-2007 [5], ТУ26-06-1587-90 и РИСМ 21-2005.
Испытания проводились на аттестованном испытательном стенде №77 ОН-2080 ОАО «ГМС Насосы», технологическая схема которого представлена на рисунке 1.
В соответствии с программой и методиками испытаний насоса ЦН180/110-тс-Е проверены следующие характеристики и показатели:
напорная;
кавитационная;
энергетическая;
вибрационная.
В процессе испытаний насоса проводились измерения частоты вращения вала насоса и температура подшипниковых узлов насоса.
(Л X
I-<
2
<и
I
га т
0
1
и о ю О
<и и га
Б
о
и
и
о ю га а
О к со *
х га
5 И
^ о ^
О. е
Ч § = X
СО ф
н I
и га
с; о
ш
* «
* о
^ -Я Ч и
Рис. 1. Технологическая схема стенда №77 ОН-2080: НИ - испытуемый насос; П - привод; М1 - манометр; МВ - мановакуумметр;
РЭ1 - расходомер электромагнитный; К1 - напорная задвижка; КШ5 - кран шаровой;
БВ - бак водяной; В - вакуумметр; К2,К3,К4 - задвижки; НВ - насос вакуумный;
УЖ - указатель уровня жидкости; БР - бак разделительный.
Контроль напорной характеристики (зависимость напора насоса от его подачи) осуществлялась при подачах 01=0т.п> 02=0П0т> Q3=Qmax, определяющих границы рабочего интервала характеристики[6].
При этом измерялись и записывались:
частота вращения;
подача;
давление на входе;
давление на выходе.
Результаты испытаний представлены в таблице 1.
При проведении типовых испытаний проводился вибрационный контроль работы подшипниковых узлов (на номинальном режиме) на соответствие требованиям ТУ26-06-1587-90.
Вибрация подшипниковых узлов насоса замерялась в местах установки подшипников в плоскости, перпендикулярной оси вращения насоса в трех взаимно перпендикулярных направлениях (горизонтальном, вертикальном, осевом).
Напор насоса определялся по формуле:
где Ни - напор, м;
Qи- подача, м3/с;
Рм1,Рм2 - показания приборов измерения давления жидкости на входе и выходе из насоса, Па;
р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;
А - внутренний диаметр соответственно подводящего и отводящего трубопроводов в местах измерения давления, м;
Д£м — (7,^2 ~ ^ш) - расстояние по вертикали между отметками положения приборов измерения давления на выходе и входе в насос, м;
где 2т, - вертикальная отметка положения приборов для измерения давления (соответственно на входе и выходе из насоса) относительно оси насоса, м.
Полученные в результате проведенных испытаний значения подачи и напора, были приведены к номинальной частоте вращения по формулам:
(2)
(3)
где пн - номинальная частота вращения, об/мин; пи - измеренная частота вращения, об/мин.
Насос считается удовлетворяющим требованиям ТУ26-06-1587-90, если значения напора для трех значений подач = = Qnom^ (?з = (?тал:> полученные в результате испытаний и
приведенные к номинальным оборотам, находятся внутри полосы допустимых отклонений ограниченной кривыми, огибающими прямоугольники, которые строятся по допускаемым отклонениям.
При испытаниях по классу точности 2 допустимые отклонения для насосов серийного производства приведены в приложении А ГОСТ 6134-2007 и соответствуют: подача ^ = ±9%; напор tн = ±7%;
Мощность насоса подсчитывалась по формуле:
где ]УИ - мощность насоса, кВт;
£ VI/ - сумма показателей ваттметра, замеренных переносным измерительным комплектом К505 по трем фазам (А,В,С), кВт; ккип - коэффициент КИП; кдв - КПД электродвигателя. Значения мощности насоса при различных значениях подачи и напора насоса приведены в таблице 1.
Допускаемый кавитационный запас АЬдоп (ОТЗИК) определялся при трёх значениях подачи
(О ., о , О ).
у ^шт ^пош ^шах7
Допускаемый кавитационный запас АЬ определяется по формуле:
(Л X
I-<
2
<и
I
га т
0
1
и о ю О
АЛдоп. = я ■ АКр..
(5)
<и и га
13 о и
и
о ю га а
где К - коэффициент кавитационного запаса (при расчетах принимается равным 1,05), м; АЬкр - критический кавитационный запас, м.
Критический кавитационный запас АЬ (№8ИЗ) определялся по формуле:
где РБ- барометрическое давление, Па;
РП - упругость паров перекачиваемой жидкости, Па.
(6)
« £ со ¡5
ЗС га
5 И
^ о ^
Ч £ = X
СО ф °
^ н
о !Е
ш и
2 *
* 5
* о
* з ^ ■я
Ч и
о А
Результаты испытания напорной и энергетической характеристик
Г) П
ч
№ *
X О-
№ Ч № X X
о ь о
п X X
■о ы
м о м о
Наименование измеряемых величин (параметров) Значения измерений
Режимные точки
Ед.изм. 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Подача - 0 Частота вращения - п об/мин 2985 2984 2982 2979 2975 2974 2973 2970 2968 2965 2965
Значение подачи - 0 м3/час 0,0 31,8 62,8 90,5 125,6 135,8 154,2 184,8 201,2 222,6 237,3
Напор - Н Показания вакуумметра дел. 0,17 0,17 0,16 0,15 0,13 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,01
Показания манометра дел. 13,15 13,10 12,95 12,75 12,45 12,35 12,15 11,65 11,30 10,85 10,35
Скоростной напор м 0,0 0,1 0,2 0,4 0,8 0,9 1,2 1,7 2,1 2,5 2,9
Величина напора - Н м 130,2 129,7 128,5 126,8 124,4 123,6 122,1 117,8 114,8 111,0 106,6
Мощность - N Показания мультиметра кВт 42,1 49,5 55,9 63,4 73,7 76,5 81,2 90,0 94,2 97,4 103,2
Мощность нас. (агр.) - N кВт 39,4 46,3 52,3 59,3 68,9 71,5 75,9 84,2 88,1 91,1 96,5
КПД насоса - г|н % 0,0 24,2 41,9 52,6 61,6 63,8 67,4 70,3 71,3 73,7 71,2
Привед. величины к п=2900 Подача - 0 м3/час 0,0 30,9 61,1 88,1 122,4 132,4 150,4 180,4 196,6 217,7 232,1
Напор - Н м 122,9 122,5 121,5 120,2 118,2 117,5 116,1 112,3 109,6 106,1 102,0
Мощность - N кВт 36,1 42,5 48,1 54,7 63,8 66,3 70,5 78,3 82,2 85,2 90,3
Г) П
ч
№ *
X О-
№ Ч № X X
о ь о
п X X
■о ы
м о м о
Результаты испытания кавитационной характеристики насоса
Наименование измеряемых величин (параметров) Значения измерений
Режимные точки
Ед.изм. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Подача - Частота вращения - п об/мин 2975 Кавитационный режим при - 135,5 м3/ч
Значение подачи - м3/час 139,0
Напор -Н Показания вакуумметра дел. 0,00 -0,10 -0,20 -0,30 -0,40 -0,45 -0,50 -0,55 -0,60 -0,63 -0,65 -0,68
Показания манометра дел. 12,2 12,10 12,00 11,90 11,80 11,75 11,70 11,60 11,50 11,40 11,30 11,00
Напор -Н м 117,2 117,2 117,2 117,2 117,2 117,2 117,2 116,7 116,3 115,6 114,8 112,2
Кав.запас - ДЬ Кавитационный запас - ДЬ м 9,7 8,7 7,8 6,8 5,9 5,4 4,9 4,5 4,0 3,7 3,5 3,2
Подача - Частота вращения - п об/мин 2970 Кавитационный режим при - 180,6 м3/ч
Значение подачи - м3/час 185,0
Напор -Н Показания вакуумметра дел. 0,00 -0,10 -0,20 -0,30 -0,40 -0,45 -0,50 -0,55 -0,57 -0,59 -0,60
Показания манометра дел. 11,50 11,40 11,30 11,20 11,10 11,05 11,00 10,90 10,80 10,70 10,30
Напор -Н м 111,6 111,6 111,6 111,6 111,6 111,6 111,6 111,2 110,4 109,6 105,9
Кав.запас - ДЬ Кавитационный запас - ДЬ м 9,9 9,0 8,0 7,0 6,1 5,6 5,1 4,7 4,5 4,3 4,2
Подача - Частота вращения - п об/мин 2965 Кавитационный режим при - 220,1 м3/ч
Значение подачи - м3/час 225,0
Напор -Н Показания вакуумметра дел. 0,00 -0,10 -0,20 -0,30 -0,40 -0,45 -0,50 -0,55 -0,57 -0,59 -0,60
Показания манометра дел. 10,80 10,70 10,60 10,50 10,45 10,40 10,30 10,25 10,15 10,00 9,80
Напор -Н м 106,1 106,1 106,1 106,1 106,1 106,1 105,5 105,1 104,5 103,2 101,4
Кав.запас - ДЬ Кавитационный запас - ДЬ м 10,1 9,2 8,2 7,3 6,8 6,3 5,9 5,8 5,5 5,4 5,3
Полученные в результате проведенных испытаний значения подачи, напора, мощности и допустимого кавитационного запаса насоса были приведены к номинальной частоте вращения по формулам (2,3) и ниже приведенным:
(7)
(8)
Коэффициент полезного действия в % определялся по формуле:
(9)
Анализ результатов испытаний
При испытаниях по классу точности 2 допустимые отклонения для серийного производства приведены в приложении А ГОСТ 6134-2007 и соответствуют:
^=±9%
Подача О Напор Н КПД насоса Мощность, N
Допускаемый кавитационный запас, ЛЬдоп или требуемый надкавитационный напор на
входе в насос (№8НК) (принимается большее) иь оп (от8нщ=+0,3%
1н=±7%
^минус 7% tN=+9%
иь (ОТ8НЩ=+6%
доп.
Анализ полученных результатов испытаний насоса ЦН180/110-тс-Е показал:
• значения напора, полученные в результате испытания и приведенные к номинальным оборотам, находятся внутри полосы допустимых отклонений ограниченной кривыми, огибающими прямоугольники, которые построены по допустимым отклонениям, представленным на рисунке 2;
• значения максимальной потребляемой мощности насоса, замеренное при О=Отах не более приведенного в таблице 3.
Таблица 3
Допустимые значения максимальной потребляемой мощности насоса К, КПД и АЬ оп
Подача, м3/ч N , кВт насоса КПД, % ЛЬ , м доп.'
135 - 4,1
180 - 72 4,7
216 93,4 6,3
Шумовые и вибрационные характеристики соответствуют приведенным в таблице 4 значениям.
Гарантируемые виброшумовые характеристики насоса ЦН180/110-тс-Е
Уровни звуковой мощности (дБ) в октавных полосах
со среднегеометрическими частотами, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
109 113 111 112 110 111 113 116
Средние квадратические значения виброскорости агрегата, замеренные в диапазоне от 10 Гц до 1000 Гц, не более 7,1 мм/с.
Средние квадратические значения виброскорости (логарифмический уровень виброскорости, дБ) подшипниковых узлов, не более 7,1 мм/с.
Рис. 2. Характеристика испытанного образца насоса ЦН-180/110-тс-Е
Рис. 3. Кавитационная характеристика насоса ЦН-180/110-тс-Е при значении подачи
Q =135,5 м3/ч (АН =3,3 м; АНд =3,5 м)
(Л X
I-<
2
§ ;
I Щ
« Я
со га
0 С
1 о
% §
V© и
О 3
== §
5 11
2 12
« I!
со ¡5
х га
5 И
^ о ^
ч £
= £
СО (О °
^ н
О х
ш и
2 *
> 5 * о
^ ■Я Ч и
Навигационная характеристика при (3=180,6 м3/ч
Лп, м
Рис. 3. Кавитационная характеристика насоса ЦН-180/110-тс-Е при значении подачи
Q =180,6 м3/ч (АН =4,1 м; АН =4,3 м)
Кавитационная характеристика при Ц=220,1 м3/ч
107
1
£
(
Л
га X
102
!
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11
йИ, м
Рис. 4. Кавитационная характеристика насоса ЦН-180/110-тс-Е при значении подачи
Q =220,1 м3/ч (АНкр =5,2 м; АНдоп =5,5 м)
Климатическое исполнение насоса ЦН180/110-тс-Е (от - 50 до + 50°С), подтверждается Техническим описанием и инструкцией по эксплуатации насоса ЦН180/110-тс-Е и паспортами применяемыми покупными изделиями (торцевые уплотнения со вспомогательным Р0С-0450-34501 производства ТРЭМ Инжиниринг) в составе насоса. В процессе испытания насоса, на всех режимах утечки рабочей жидкости не обнаружено.
Выводы
Таким образом, полученные характеристики и показатели в процессе испытания насоса ЦН180/110-тс-Е подтвердили его соответствие ТУ-26-06-1587-90 и соответственно применение указанного насоса с одинарными торцевыми уплотнениями со вспомогательным Р0С-0450-34501 производства ТРЭМ Инжиниринг при разработке перекачивающей станции горючего средней производительности ПСГ-180.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Думболов Д.У., Савельев А.В. Современное состояние и перспективы развития технических средств службы горючего. Москва: Труды 25 ГосНИИ МО РФ. Выпуск № 56, 2014.
2. ДумболовД.У. Современное состояние и перспективы развития технических средств Службы горючего. Москва: Труды 25 ГосНИИ МО РФ. Выпуск № 57, 2016.
3. Думболов Д.У., Еремин В.Н., Новоселов А.В., Старый С.В. Повышение надежности динамических насосов для перекачки нефтепродуктов. В журнале: Ремонт, восстановление и модернизация №7, 2016.
4. Надежность и эффективность в технике: Справочник в 10 т.- Т.3 Эффективность технических систем / Под общ. ред. Уткина В.Ф., Крючкова Ю.В., авторы тома Охотников Г.Н. [и др.]., М.: Машиностроение, 1988. - 328 с.
5. ГОСТ 6134-2007 (ИСО 9906:1999). Межгосударственный стандарт. Насосы динамические. Методы испытаний.
6. Думболов Д.У., Коваленко В.П., Сыромятников В.И. Способ измерения расхода углеводородного горючего в потоке. В журнале: Международный технико-экономический журнал № 4, 2010.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Д.У. Думболов, Н.С. Рушкин, В.С. Ганин. Обоснование выбора центробежного насоса для его работы в составе перекачивающей станции горючего средней прозводительности— Системные технологии. — 2020. — № 37. —
C. 100—109.
JASTIFICATION OF CENTRIFUGAL PUMP SELECTION FOR ITS OPERATION AS A PART OF FUEL TRANSFER STATION OF MEDIUM CAPACITY
D.U. Dumbolov, N.S. Rushkin, V.S. Ganin
The 25th State Research Institute of Himmotology Ministry of Defense of Russian Federation
Abstract.
Currently, technical means of refueling and pumping fuel and oils, in their parameters, must meet the modern level of requirements imposed on them. This makes it necessary to use technological equipment in their composition, which has special requirements. One of the most important elements of technological equipment is a pump.
Key words:
pump, stable operation, feed, head, cavitation reserve.
Date of receipt in edition: 24.12.20 Date o f acceptance for printing: 27.12.20
Ensuring stable operation of the pump with the specified characteristics and indicators as part of the technical means of refueling and pumping fuel is an urgent task.In the article, on the basis of the conducted standard tests, the use of the ЦН180/110-E centrifugal pump with single end seals with additional ones as part of the PSG-180 fuel pumping station is justified to ensure its stable operation in various climatic conditions.
(Л X
I-<
<u s
I
ra ш
0
1
и о ю О
<и ш га
Б
о
и
ш
о ю га а
" к ri *
х га
s И
^ о
и
^ Û. О
ч S х X
СО VO
H I
и J га
ç
О ш
s
> f,
* о ^ -ft
Ч со
