Характеристики насосов НПС

Характеристикой насоса называется графическая зависимость основных параметров насосов (напора Н, мощности N, К.П.Д. h, допустимого кавитационного запаса Dh_д или высоты всасывания Н_S от подачи Q).

Центробежные насосы, к которым относятся агрегаты НМ, НПВ и НМП, могут иметь два вида характеристик – комплексную и универсальную. Основной характеристикой подобных насосов является комплексная. Общий вид её показан на рис. 3.18.

Рекомендуемая заводом-изготовителем область применения насосов по подаче (рабочая зона) отмечена на H-Q характеристике волнистыми линиями или выделяется в виде обособленного поля 1. Рабочей зоне отвечают наиболее высокие значения К.П.Д. насоса.

Область применения насоса может быть расширена обточкой их рабочих колёс. Насосы магистральных нефтепроводов допускается обтачивать не более чем на 10%, т.к. при большем значении обточки рабочих колёс наблюдается заметное снижение К.П.Д. насосов. Предельно допустимому значению обточки рабочего колеса соответствует нижняя кривая H-Q из двух приведённых на характеристике. Верхняя H-Q кривая отвечает необточенному колесу.

Допустимый кавитационный запас Dh_д, приводимый на характеристике, есть минимально допустимый избыток удельной энергии перекачиваемой жидкости на входе в насос над удельной энергией насыщенных паров жидкости, при котором не происходит холодного кипения жидкости в насосе или кавитации. С помощью Dh_д рассчитывается минимально допустимое давление на входе в насос Р_вхmin

,

где Р_S – давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при температуре перекачки, Н/м²; r – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м/с²; Dh_д – допустимый кавитационный запас, принимаемый по комплексной характеристике насоса для соответствующей подачи, м.

При давлениях на входе в насос, больших Р_вхmin , кавитации в насосе не наблюдается.

H = a - b×Q²

На H-Q характеристике в её рабочей зоне берут две любые точки с координатами Q₁, H₁ и Q₂, H₂ соответственно. Затем эти координаты подставляют и дважды записывают уравнение (3.1). В результате получают систему двух уравнений с двумя неизвестными – a и b.

Решение данных уравнений даёт зависимости для определения численных значений a и b через известные Q₁, H₁ и Q₂, H₂:

; .

Подставив рассчитанные значения a и b в (3.1) можно пользоваться выражением (3.1) для определения напора насоса в зависимости от его подачи.

Части нефтепровода

Насосы НПС и линейная часть нефтепровода составляют единую гидро­динамическую систему. Режим работы такой системы определяется её рабочей точкой.

Рабочей точкой системы, состоящей из нескольких насосов и нескольких трубопрово­дов, называется точка пересечения суммарной Н-Q характеристики всех насосов с суммар­ной H-Q характеристикой всех трубопроводов системы.

Рабочая точка системы характеризует гидродинамическое единство её элементов (на­сосов и трубопроводов) и показывает, что насосы развивают только такие напоры и подачи, которые равны гидравлическому сопротивле­нию и пропускной способности трубопроводов.

Рабочая точка системы определяет рабочие точки отдельных насосов, входящих в систему. Рабочие точки насосов (их Н и Q координаты) показывают напор и подачу, разви­ваемые насосами при работе их в данной системе.

Рассмотрим конкретные примеры нахождения рабочих точек системы и отдельных насосов при различных схе­мах соединения насосов на НПС.

На нефтеперекачиваю­щих стан­циях в общем случае возможны следую­щие схемы со­единения насосов: после­до­вательное соединение, парал­лельное и смешанное парал­лельно-последователь­ное со­единение.

Разберём первоначаль­ный случай с последова­тель­ным соединением насо­сов. Допус­тим, НПС оснащена двумя насо­сами с характери­стиками 1 и 2 (рис. 3.19). Станция работает на трубо­провод с характеристикой 3.

Рабочая точка такой сложной сис­темы есть точка пересечения характери­стики трубо­провода 3 с сум­марной ха­рактеристикой на­сосов, т.е. с кривой, яв­ляю­щейся суммой кривых 1 и 2.

Найдём эту суммарную кривую. Для этого необходимо знать пра­вило сложения 1 и 2. Оно дикту­ется схе­мой соединения насосов. Поскольку на­сосы соединены последовательно, то их подачи равны, а напоры складываются, об­разуя, таким образом, общий сум­мар­ный на­пор насосов.

Следовательно, правило сложения кривых 1 и 2 будет звучать так: для нахождения суммарной Н-Q характери­стики последовательно соединённых на­сосов необходимо склады­вать напоры отдельных насосов при одинаковых по­дачах.

Выполним такое сложение графически для нескольких подач и получим точки сум­марной Н-Q характеристики насосов (точки 1+2). Соединив данные точки плавной линией, будем иметь искомую суммарную Н-Q характеристику насосов.

Точка пересечения кривых (1+2) и 3 (точка М) является рабочей точкой системы «на­сосы – трубопровод». Её координаты показывают, что данная сис­тема работает с производи­тельностью Q₀, при этом гидропотери в ней состав­ляют Н₀.

Для нахождения рабочих то­чек отдельных насосов вновь обра­тимся к схеме соедине­ния различ­ных элементов системы (рис. 3.19а).

Из схемы сле­дует, что нефтеперека­чивающая станция НПС и трубо­провод 3 соединены ме­жду со­бой последовательно. Значит количество жидкости, проходящее через НПС, равно производительно­сти трубо­провода, т.е. НПС рабо­тает с пода­чей Q₀.

НПС состоит из двух насосов. С какой производительностью рабо­тает каждый из этих насосов? Оче­видно, что с производительностью Q₀, т.к. насосы соединены между со­бой по­следовательно.

При производительности Q₀ на­сос 1 согласно его характеристике разви­вает напор Н₁, а насос 2 соот­ветственно Н₂. Из определения по­ня­тия рабочей точки вытекает, что ко­орди­наты её показывают произво­ди­тельность и напор (развиваемый на­пор или потери напора) соответ­ст­вующего элемента системы. Сле­до­ва­тельно, рабочими точками насосов 1 и 2 будут точки М₁ и М₂. По коор­ди­на­там этих точек как отмечалось выше можно определить подачу и напор каж­дого насоса при работе его в рассматриваемой системе.

Очевидно, что с изменением системы изменяется местопо­ложение рабо­чей точки сис­темы и отдельных насосов. Например, при отключе­нии насоса 2 в системе останется один насос 1 и трубопровод 3. Рабо­чей точкой такой сис­темы будет точка М. Она совпадает с но­вой рабочей точ­кой насоса 1.

Найдём теперь рабочие точки системы и насосов при параллельном со­единении пере­качивающих агрегатов(рис. 3.20) на НПС. Суммарная Н-Q ха­рактеристика насосов 1 и 2 в данном случае будет находиться также исходя из схемы соединения насосов. При парал­лельном соединении агрегатов они имеют одинаковый напор, общая их подача равна сумме подач отдельных насосов.

В приведённом утверждении может вызвать сомнение лишь констатация равен­ства напоров параллельно подключённых насосов.

Допустим, что напоры параллельно работающих насосов не равны. Тогда насос с большим напором «задавит» насос с меньшим напором и будет вести перекачку жидкости не только по трубопроводу, но и через «задавленный» на­сос. Последний в гидравлическом смысле уже не будет являться перекачиваю­щим агрегатом или насосом, а предстанет неким подобием ещё одного трубо­провода. Таким образом, у параллельно работающих насосов на­поры всегда равны между собой.

На основе приведённых рассуждений формируется правило получения суммарной Н-Q характеристик параллельно соединённых агрегатов: характери­стика находится сложением подач отдельных насосов при одинаковых напорах.

Графическое сложение характеристик насосов 1 и 2 даёт кривую (1+2) (рис. 3.20), ко­торая, пересекаясь с Н-Q характеристикой трубопровода 3, обра­зует рабочую точку системы М. Координаты рабочей точки М показывают, что система работает с производительностью Q₀, потери напора в ней составляют Н₀.

Найдем отдельные точки рабочих насосов, учитывая, что оборудованная ими НПС имеет подачу Q₀ и напор Н₀.

Так как на НПС насосы соединены параллельно и напоры их равны, то каждый из на­сосов станции развивает напор, равный напору НПС, т.е. равный Н₀. При напоре Н₀ насос 1 согласно его Н-Q характеристики имеет подачу Q₁, а насос 2 – подачу Q₂.

Таким образом, рабочими точками насосов будут точки М₁ и М₂ соответ­ственно, а режим работы насосов определяется их напором Н₀ и подачами Q₁ и Q₂.