Повышение надежности Центробежного насоса ЦНС 180 - 1900 (Шнек)-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

АННОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте разрабатывается задача повышения надежности центробежного насоса ЦНС 180-1900. Для уменьшения числа ремонтов и увеличения межремонтного периода, предлагается установить шнек вместо первого рабочего колеса, тем самым повышая надежность центробежного насоса ЦНС 180-1900.
Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части.
Пояснительная записка включает в себя три раздела: техническая, экономическая часть и раздел безопасности и экологичности проекта. В технической части проводится обзор применяемого оборудования, описание конструкции и принципа работы центробежного насоса ЦНС 180-1900, необходимые расчеты надежности конструкций. Раздел безопасности и экологичности проекта рассматривает вопросы охраны труда и окружающей среды. Экономическая часть раскрывает оценку экономической эффективности внедрения разработанной конструкции.
Пояснительная записка объемом 103 машинописных листа формата А4, содержит 38 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 19 наименований.
Графическая часть состоит из графического материала объемом в количестве 10 листов чертежей, выполненных на формате А1.

2 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА ПУТЕЙ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ИЛИ ОСЛАБЛЕНИЯ КАВИТАЦИИ

2.1 Литературный обзор

Кавитационные качества насосов зависят от его параметров [19].
Увеличение числа лопастей рабочего колеса насоса с высо¬ким ns или уменьшение его в насосах с низким: ns приводит к умень¬шению кавитационного запаса на входе.




Увеличение диаметра D0 приводит к уменьшению скорости U0, а уменьшение β1 — к снижению W1, что уменьшает ∆h1. С точки зрения улучшения кавитационных качеств оптимальное значе¬ние β1 = 18-200. Для уменьшения ∆h1, необходимо обеспечить равномерное распределение скоростей на входе в рабочее колесо.
а) б) в)

Рисунок 2.1-Конструктивные пути повышения кавитационных качеств центробежных насосов

Входные элементы лопастей рабочего колеса можно спроекти¬ровать так, что они будут создавать вторичные токи на входе, подкручивающие основной поток непосредственно перед входом на лопасть. Предварительное закручивание потока за счет вну¬тренней энергии снижает ∆h1. Для предотвращения закрутки всего потока, что связано с большой затратой энергии, устанав¬ливают неподвижные лопатки (рисунок 2.1, а). Применение такой конструкции позволяет получить колеса с Скр = 1200-1500. Закрутка потока внешними силами (направляющим аппаратом) приводит к увеличению ∆h1.
Эффективным мероприятием по повышению антикавитационных качеств насоса является установка перед рабочим колесом первой ступени предвключенного осевого колеса (рисунок 2.1, б). Предвключенное колесо создает дополнительный подпор на входе в центробежное колесо, обеспе-чивая бескавитационную его работу. Само устройство работает в условиях развитой кавитации или суперкавитации, что, не¬смотря на применение специальных материалов, приводит к кавитационному разрушению его. Для уменьшения кавитационных разрушений применяют мероприятия, несколько снижающие гидродинамические качества предвключенных устройств. Эффек¬тивным мероприятием является увеличение радиального зазора б между лопастями и втулкой или выполнение клиновидного уступа на тыльной стороне лопасти. Применение предвключенных колес позволяет довести коэффициент С до значений Скр = 2500-3000 и выше.
При применении «бочкообразной» формы меридианной проек¬ции, с отношением площади живого сечения при входе на лопасть к площади входной воронки F1/F0 = 2-2,5 снижается ∆h1 за счет уменьшения нагрузки на входные элементы лопасти (рисунок 2.1, в). Входная кромка заостряется, что приводит к срыву потока с поверхности лопасти и нарушению картины потенциаль¬ного потока. При этом не возникает характерного минимума эпюры давления при обтекании лопасти. Значение коэффици¬ента Скр для таких колес доходит до 2200. Однако форма мериди¬анной проекции не способствует достижению высокого к.п.д. рабочего колеса, а заострение кромки отрицательно сказывается на долговечности колеса.
Пути уменьшения влияния кавитации можно достигнуть следующим образом [17]:
1) в многоступенчатых насосах выполнением колеса первой ступени
более высокой удельной быстроходности, чем колеса последующих
ступеней;
2) уменьшением числа оборотов;
3) уменьшением производительности колеса с применением колеса
первой ступени двустороннего всасывания;
4) смещением рабочей точки колеса первой ступени влево от точки
максимального КПД, так как Скр увеличивается при уменьшении
производительности колеса;
5) уменьшением потерь во всасывающем трубопроводе до минимума;
6) уменьшением высоты всасывания или увеличением подпора;
7) приданием заостренной формы входным концам лопатки с неболь¬шим радиусом закругления и с плавным переходом от тонкой к утолщен¬ной части лопатки.

2.2 Патентная проработка

2.2.1 Патент No1268825 Входной патрубок шнекоцентробежного насоса

Целью изобретения является повыше¬ние статического напора и антикавитационных качеств насоса в широком диапазоне режимов его работы. Используется для предотвращения кави¬тации в центробежных насосах. Сущность изобретения: во входном патрубке 1 разме¬щен неподвижный обтекатель 3, с которым соединена конфузорная кольцевая вставка 5, охватывающая установленную на обтека¬теле 3 с возможностью поворота относи¬тельно продольной оси насоса решетку радиальных лопастей 4 (рисунок 2.2), которые выполнены из тонколистового упругого материала с продольными гофрами 6, расширяющимися в радиальном направлении от обтекателя 3 к периферии.
Известен шнекоцентробежный насос, содержащий во входном патрубке перед шнеком дополнительное устройство: для по¬вышения давления. Которое состоит из цен¬тральной ступицы, периферийного кольца и криволинейных в радиальном направлении лопастей, а в осевом направлении лопасти прямолинейные. Такое техническое реше¬ние позволяет повысить антикавитационные качества насоса только на режимах с малой подачей по отношению к расчетной. Наиболее близким техническим реше¬нием к изобретению является шнекоцентробежный насос, содержащий размещенный в патрубке перед шнеком неподвижный обтекатель, установленной на нем с возможностью поворота относитель¬но продольной оси насоса решеткой ради¬альных лопастей.


Рисунок 2.2- Входной патрубок шнекоцентробнжного насоса

Указанное техническое решение обеспечивает повышения статического на¬пора и антикавитационных качеств насоса на разных режимах его работы.



А-А




Рисунок 2.3- Входной патрубок шнекоцентробнжного насоса

2.2.2. Патент No No881368 Повышение напора на режимах малых подач

Цель изобретения - обеспечение устойчивой работы гидравлической системы с ло¬пастным насосом путем повышения напора на режимах малых подач.
Сущность изобретения: обеспечение устойчивой работы гидравлической системы с лопаст¬ным насосом путем повышения напора на режи¬мах малых подач в насосе, состоящем из ра¬бочего колеса 1 и входного патрубка 5, где ус-тановлена пе-
репускная камера 2, с направляю¬щей лопастной решеткой 3 лопатки 4 выполнены серповидными. Лопастная решетка расположена от колеса 1 на осевом расстоянии, равном 0,3 — 0,5 калибра диаметра патрубка 5. Лопатки 4 на входе установлены под углом 25 - 30°, а на выходе - под углом 150 - 160° относительно фронта решетка (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4-Конструкция модернизированной части насоса

Рисунок 2.5-Варианты предлагаемых лопаток

2.2.3 Патент No Патент No2246041 Повышение антикавитационных и энергетических характеристик шнекоцентробежного насоса

Изобретение относится к конструкции щелевых уплотнений шнекоцентробежных насосов ТНА ЖРД. Шнекоцентробежный насос содержит корпус 1 (рисунок 2.5), входной патрубок 2, центробежное колесо 3, шнек 11, плавающие кольца 6, передний уплотнительный бурт 4 колеса 3. На бурте 4 колеса 3 выполнено дополнительное щелевое уплотнение за основным щелевым уплотнением 7. Между щелевыми уплотнениями во входном патрубке 2 на уровне основного щелевого уплотнения выполнена дополнительная полость, гидравлически сообщенная трубопроводом 10 с входом входного патрубка 2. Такое исполнение щелевого уплотнения исключает попадание горячей струи из-за щелевого уплотнения в полость между шнеком 11 и центробежным колесом 3. Исключение попадания горячей струи из-за щелевого уплотнения устраняет вредное влияние этой струи на физические свойства жидкости и на эпюру скоростей на входе в центробежное колесо 3. Особенно ярко этот эффект проявляется при работе на криогенных жидкостях. Изобретение направлено на повышение антикавитационных и энергетических характеристик шнекоцентробежного насоса.

2.2.4 Патент No2202051 Повышение основных параметров и характеристик насоса
Шнекоцентробежный насос состоит из корпуса, неподвижных

Рисунок 2.5 - Шнекоцентробежный насос ТНА ЖРД

направляющих аппаратов, шнекового преднасоса и центробежных колес, имеющих втулки и диски. В дисках вблизи втулки выполнены сквозные отверстия, а с обеих сторон - каналы, равномерно распределенные по окружности. Центробежные колеса выполнены закрытыми, а каналы - прямоугольными. Вход в каналы выполнен остронаправленным. Верхняя кромка каналов направлена по касательной к внутренней поверхности полости насоса перед колесами. Сквозные отверстия на дисках колес, предназначенных для перетекания жидкости на другую сторону колес, выполнены под углом 45...60o к продольной оси ротора и направлены в противоположную сторону их вращения. Вход в направляющие аппараты выполнен закругленным (плавным). На валу ротора со стороны привода установлена уплотняющая манжета. Полость перед манжетой соединена с полоcтью между шнековым преднасосом и первой ступенью насоса. В межканальном объеме колеса выполнены выборки материала. Изобретение направлено на повышение основных параметров и характеристик насоса, совершенствование его конструкции. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Рисунок 2.6- Усовершенствованная конструкция насоса


2.2.5 Патент No95110564 Повышение энергетических и антикавитационных качеств насоса


Целью заявляемого технического решения является создание простогомалорасходного шнекоцентробежного насоса для коэффициентов
быстроходности с достаточно высокими энергетическими и антикавитационными качествами. Шнекоцентробежный насос состоит из центробежных рабочих колес, шнекового преднасоса, спрямляющих аппаратов, корпуса и ротора, установленного на подшипниках. Новым в шнекоцентробежном насосе является то, что рабочие колеса являются дисками с каналами, выполненными с обоих сторон дисков под углом 0 - 45o к радиусу колеса и равномерно распределенными по окружности: вблизи втулки в них предусмотрены сквозные отверстия, а спрямляющие аппараты представляют собой неподвижно установленные в корпусе насоса диски с организованными в плоскости вращения с обоих сторон под углом 0 - 30o к радиусу каналами.
В данном дипломном проекте в качестве модернизации предлагается заменить первое рабочее колесо на шнек, т.к. выгодно отличается простотой применения и простотой конструкции. Модернизация подобного рода позволит снизить кавитацию в центробежном насосе, что позволит увеличить К.П.Д. насоса, а также отпадает необходимость установки дополнительных подпиточных насосов для увеличения подачи в основной насос, что ведет к существенным затратам.