Материал: Технологическая подготовка ремонтного производства нефтеперекачивающих насосов

Рисунок 8 - Шариковый подшипник

При больших окружных скоростях работоспособность шарикоподшипников снижается, а при их разрушении, как правило, разрушается и ротор насоса, поэтому для ответственных насосов в качестве радиальных опор применяются подшипники скольжения.

2.5 Сальниковые уплотнения насосов

Уплотнения - это приспособления для предотвращения или уменьшения протечки жидкости через зазоры между деталями.

Уплотнения насосов можно разбить на две группы: концевые уплотнения вала (наружные) и внутренние уплотнения ступеней. Концевые уплотнения предназначены для предотвращения утечек перекачиваемой жидкости из насоса и попадания воздуха в насос при его работе с разрежением на входе (сальниковые, торцовые). Внутренние уплотнения предназначены для уменьшения перекачиваемой жидкости между ступенями внутри корпуса насоса в многоступенчатых насосах или между корпусом и вращающимся рабочим колесом в одноступенчатых насосах (щелевые, лабиринтные).

Сальниковые уплотнения (сальник) - это уплотнение вращающегося вала в местах выхода его из неподвижного корпуса, выполненное из мягкой эластичной набивки. Применение сальников в качестве уплотнительного элемента - один из старейших способов герметизации подвижного соединения.

В сальниковых уплотнениях без принудительного поджатия сальниковая набивка укладывается в выточки на неподвижных и подвижных частях соединений. Используется для герметизации подшипников поршней при малых скоростях перемещения и небольшом избыточном давлении.

Сальниковые уплотнения с принудительным поджатием строятся по схеме, в которой герметизация достигается прижатием к валу набивки в результате сжимающего усилия.

В большинстве конструкций сальниковых уплотнений нажимные втулки и грундбуксы изготавливают с наклонной к оси вала плоскостью контакта, что позволяет увеличить радиальное давление уплотнительного давления на вал. Однако чрезмерное увеличение угла наклона приводит к возникновению больших напряжений около нажимной втулки, в результате чего увеличивается износ ближайших к втулке колец.

Поднос воздуха в рабочую полость насоса исключается применением уплотнительного устройства с гидравлическим затвором. Жидкость под избыточным давлением подается в промежуточное кольцо 2. Может подаваться от автономного источника или отбираться из насоса. Таким образом создается гидравлический затвор, препятствующий не только проникновению наружного воздуха в насос, но и предотвращающий утечки перекачиваемой жидкости из насоса. Сальниковые уплотнения с гидравлическим затвором обеспечивают хорошую смазку уплотнительной набивки, сокращая потери на трение в узле и обеспечивая отвод тепла.

Все рассмотренные выше уплотнительные устройства осуществляют поджатие мягкой набивки со стороны, противоположной действию давления перекачиваемой жидкости, т.е. создают максимальное радиальное давление уплотнительного элемента на вал там, где давление перекачиваемой жидкости минимальное.

Рисунок 9 - Сальникове уплотнение с поджатием набивки перекачиваемой жидкости: 1 - внутренняя втулка; 2 - уплотнительный элемент; 3 - подшипник; 4 - наружная втулка; 5 - вал

Лучшие условия работы уплотнения могут быть получены, если обеспечить максимальное радиальное давление элемента на вал там, где давление перекачиваемой жидкости максимальное. Например, уплотняющие устройства, в которых набивка поджимается давлением перекачиваемой жидкости. Поскольку площадь нажимной втулки со стороны жидкости больше, чем площадь со стороны поджатия набивки, создается напряжение, превышающее давление перекачиваемой среды. Такое уплотнение называется дифференциальным.

Рисунок 10 - Сальниковое уплотнение с радиальным поджатием: 1 - крышка; 2 - эластичная камера; 3 - уплотнительный элемент; 4 - корпус; 5 - грундбукса.

Равномерного распределения давления набивки на вал можно добиться применением радиального поджатия набивки. В уплотнении с радиальным поджатием набивки между корпусом 4 и уплотнительной набивкой 3 расположена эластичная камера 2, в которую через отверстие подается жидкость под избыточным давлением. Давление жидкости через эластичную камеру равномерно передается уплотнительному элементу, герметизируя соединение.

Рисунок 11 - Сальниковое уплотнение с гидравлическим затвором: 1 - корпус; 2 - промежуточное кольцо; 3 - сальниковая набивка; 4 - нажимная втулка

Для повышения долговечности мягкой набивки отдельные ее кольца ограничивают шайбами, которые изготовляют из металла или пластмасс. Уплотнение как бы разбивается на отдельные камеры. Кольца набивки защищены от преждевременного вытекания наполнителя, высыхания и быстрого износа, благодаря чему обеспечивается более длительный срок службы уплотнения.

Основной элемент сальникового уплотнения - эластичная набивка. Материал набивки должен обладать достаточной механической прочностью и упругостью, высокой износостойкостью, непроницаемостью и хорошими антифрикционными свойствами. Согласно ГОСТ 5152-84 различают набивки трех типов: плетеные, скатанные и кольцевые.

Плетеные набивки подразделяют на набивки сквозного плетения и плетения с оплеткой. Для набивки используются хлопчатобумажные, пеньковые, асбестовые, тальковые и синтетические нити. В насосах ЦНС для закачки воды в нефтенасосные пласты используется набивка АГ - плетеная из асбестовой нити пропитанная жировым составом с нанесением графитового порошка, АПР-31 - плетеная набивка из асбестовой нити армированная латунной проволокой пропитанная жировым составом. Ресурс работы таких набивок около 700 часов. Применяются и другие современные материалы с увеличенным сроком службы. Графитированная набивка НГ-Л изготавливается из терморасширенного графита армированная лавсановой нитью. Ресурс работы до 10000 часов.

2.6 Соединительные муфты

Соединительные муфты. (см. рисунок 12) Основное назначение муфт - соединение по длине отдельных частей вала (или валов) в одно целое для передачи вращения и крутящего момента. Муфты имеют большое число конструктивных разновидностей.

Простейшая муфта - глухая, которое имеет лишь одно назначение - соединение двух отрезков вала, чтобы полученное соединение работало как один целый вал. К таким муфтам предъявляют следующие требования: простота устройства при достаточной прочности, удобные монтаж и демонтаж и надежное центрирование, чтобы геометрические оси соединенных валов располагались по одной прямой.

В насосных агрегатах для закачки рабочего агента применяют зубчатые и пластинчатые упругие муфты.

Рисунок 12 - Соединительная муфта

При техническом обслуживании зубчатых муфт применяется консистентная смазка Литол-24 или ЦИАТМ-221.

Пластинчатая муфта (см. рисунок 13), за счет собственных упругих деформаций входящих в их конструкцию элементов в виде тонких металлических пластин, обеспечивают компенсацию несоосностей и смещений валов. Пластинчатые муфты обладают виброизолирующими свойствами, не требуют смазки.

Рисунок 13 - Пластинчатая муфта

Состоят из трех основных элементов: полумуфты электродвигателя, полумуфты насоса и проставки. Проставка представляет собой картридж, состоящий из втулки, компенсирующей расстояние между соединительными валами и двух пакетов из тонких металлических пластин (упругих элементов), собранных в пакете.

2.7 Характеристики центробежных насосов

При конструкции центробежного насоса рассчитывают рабочие органы, выбирают размеры и форму проточной части такимобразом, чтобы гидравлические потери при работе насоса на расчетном режиме были минимальными, а основные параметры насоса - подача, напор, мощность и частота вращения ротора - оптимальными. Однако в реальных условиях работы насос может работать в режиме, отличающемся от оптимального, например с большой или меньшей подачей. При таком отключении режима работы насоса изменяются также и другие его параметры. Для практического определения зависимости основных параметров работы центробежного насоса строят кривые, которые называются характеристиками. С их помощью определяют:

·  рабочий диапазон эксплуатации насосов;

·        предельно допустимые точки эксплуатации насосов;

·        сравнить действительные характеристики насоса, с теми, когда проводилось испытание.

Основная характеристика насоса - зависимости напора Н, мощности N, кпд - η от его подачи Q при постоянном количестве оборотов n = 3000 об/мин. Теоретическая характеристика Q - Н определяется для идеальной жидкости без учета потерь на трение в насосе и потерь энергии при поступлении жидкости на лопатки рабочего колеса.

Анализ кривых позволяет установить следующее:

·  зная мощность приводного двигателя, можно ограничить максимальную подачу Q по напору;

·        по кривой η - Q можно определить наиболее экономичную зону эксплуатации, которую принимают не более 5% понижения КПД от оптимальной точки, т.е. максимального КПД;

·        по кривой N - Q для каждой конкретной конструкции насоса можно определить минимальный расход, при котором можно избежать перегрева насоса;

·        по кривой Н - Q можно определить максимальное давление, развиваемое насосом для выбора запорной арматуры и трубопроводов.

Построить точную характеристику центробежного насоса расчетным путем невозможно, поскольку нельзя учесть влияние всех действующих факторов, поэтому характеристику Q - Н строят по экспериментальным данным.

Также существую зависимости для передачи параметров насоса в зависимости от диаметра рабочих колес.

Зависимость подачи и напора от диаметра рабочих колес выражается формулами:

 = ;  = ()²,

где D¹₂ - диаметр обточки рабочего колеса;

Н и Н¹ - напор, создаваемый колесом до и после обточки;

Q и Q¹ - подача до и после обточки колеса.

Во избегания значительно снижения КПД не допускается уменьшение диаметра рабочего колеса более чем на 20%.

Рисунок 14 - График характеристик

В многоступенчатых секционных насосах параметры можно изменять путем изменения соответствующего числа ступеней.

Характеристика Н - Q многоступенчатого насоса в зависимости от числа ступеней к и к¹ соответствующим образом смещается. При этом для заданной подачи Q развиваемый напор будет пропорционален числу ступеней:

Н = кН_с,

где к - число ступеней,

Н_с - напор, развиваемый одной секцией.

Таким образом, изменение количества ступеней приводит к увеличению напора насоса при неизменной подаче. При этом КПД насоса остается неизменным, а потребляемая мощность изменяется.

2.8 Область применения

Нефтяные насосные агрегаты применяются в первую очередь в нефтехимических и нефтеперерабатывающих производствах. Помимо этого, насосы данного типа работают и в других областях, где осуществляется процесс перекачки нефти и нефтепродуктов, сжиженного углеводородного газа, а также других веществ, которые имеют сходные физические свойства с перечисленными веществами (показатель вязкости, веса, уровень коррозийного воздействия на материалы элемента насоса и т.п.)

Насосы, изготавливаемые в различных климатических исполнениях и различных категорий, предназначены для работы вне помещений и в помещениях, где по условиям работы возможно образование взрывоопасных газов, паров или смеси пыли с воздухом, и относящихся с различным категориям взрывоопастности.

Таким образом, нефтяные насосные установки работают:

·  на предприятиях нефтегазодобывающей и нефтеперерабаывающей промышленности;

·        в составе систем подачи топлива ТЭЦ;

·        крупных котельных и газонаполнительных станциях;

·        на прочих предприятиях, которые занимаются распределением или использованием нефтепродуктов во взрывоопасных условиях;

·        перекачки нефтепродуктов различного типа;

·        магистральная перекачка сырой нефти;

·        перекачка товарной нефти;

·        перекачка газового конденсата;

·        перекачка сжиженных газов;

·        перекачка горячей воды га энергетических обьектах;

·        инжекция воды в пласт в системах ППД;

·        перекачка химических реаентов;

·        перекачка кислот и солевых растворов;

·        перекачка взрывопожароопасных сред;

·        закачка химических реагентов пласт для лучшей отдачи нефти;

·        перекачка различных химических сред на нефтегазовых объектах;

·        перекачка питательной воды в системах парового отопления;

·        в бустерных системах;

·        в системах генерации давления.

3. НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ ТИПА АЦНС 240 ДЛЯ ЗАКАЧКИ ВОДЫ В ПРОДУКТИВНЫЕ ПЛАСТЫ

.1 Назначение, условное обозначение, технические характеристики

Агрегаты насосного типа АЦНС 240 предназначены для закачки в нефтеносные пласты чистой воды и нефтепромысловых вод без содержания сероводорода, содержащие механические примеси не более 0.1% по весу и размерам твердых частиц не более 0.1 мм.

Насосы ЦНС 240-1900 (1422)-2ТМ оборудованы выносными подшипниками с принудительной подачей масла. Насосы модификации ЗТМ имеют встроенные подшипники, выполненные из материалов повышенной твердости карбида кремния, силицированного графита или стальные с напылением.

Агрегаты модификации типа АЦНС 240 предназначены для в нефтеносные пласты агрессивных нефтепромысловых вод, в том числе сероводородсодержащих, содержание сероводорода до 100 мг/л, содержание мехпримесей не более 0.1% по весу и размерам твердых частиц не более 0.2 мм.

Обеспечивают подачу 240 м³/ч при напорах 1422, 1510, 1600 и 1900 м. Напор насоса зависит от количества секций и рабочих колес. Насос ЦНС 240-1422 имеет 9 рабочих колес.

Пример условного обозначения: АЦНС 240-1900-ЗТМ, где А - агрегат, НЦС - насос центробежный секционный, ЗТМ - модификация с внутренними подшипниками, 240 - подача в м³/ч, 1900 - напор в метрах.

Температура закачиваемой жидкости 4+70⁰С.

Приводом насоса типа ЦНС служат синхронные электродвигатели СТД-1250 мощностью 1250 кВт и СДТ-1600 мощностью кВт. Направление вращения - правое, если смотреть со стороны электродвигателя, обозначено стрелкой на крышке всасывания насоса.

Маслосистема насосного агрегата состоит из оборудования и арматуры, предназначенных для подачи масла, необходимого для смазки и охлаждения подшипников насоса и электродвигателя в модификации 2ТМ или только электродвигателя в модификации 3ТМ.