Улучшение конструкции консольного насоса ТКН 315/125 путем замены сальникого уплотнения на двойное торцовое и замены щелевых уплотнений. Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

2 НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ НАСОСА ТКН 315/125

2.1 Назначение насоса ТКН 315/125

Промышленностью выпускается большая номенклатура центробежных насосов с различными техническими показателями для подачи нефти, нефтепродуктов, воды в соответствии с рядом стандартов и технических условий.
По ГОСТ 23447—79 изготавливаются центробежные насосы для подачи нефти, нефтепродуктов и других подобных жидкостей с содержанием твердых взвешенных частиц в количестве не более 0,2 % по массе и размером не более 0,2 мм. Показатели насосов рассчитаны для подачи жидкости вязкостью 0,01 см2/с и плотностью 1000 кг/м3 при частотах вращения вала 2950 об/мин и 1475 об/мин. Насосы можно эксплуатировать при температурах подаваемой жидкости от -80 до +400 oС. КПД насосов в зависимости от типоразмера изменяется от 44 до 80 %. Материалы быстроизнашивающихся деталей обеспечивают наработку на отказ: для нержавеющих сталей — не менее 10000 ч; для чугуна и углеродистых сталей — не менее 5000 ч; для насосов, работающих на загрязненной неагрессивной воде с содержанием механических примесей до 0,5 % по массе и размером частиц до 0,2 мм — 2400 ч. Ресурс насоса до первого капитального ремонта составляет соответственно не менее 20000, 10000 и 4800 ч [5].
Агрегат электронасосный ТКН 315/125 предназначен для откачки и циркуляции нефтепродуктов. Температура перекачиваемого продукта до 4000С, плотность при рабочей температуре 734...904 кг/м3, при 200С – 950...1100 кг/м3, вязкость при 1000С – 5,5...7,0 мм2/с, температура засасывания – 20...350С. Допускаемое содержание твердых частиц при массовой доле 0,3...2%, размером частиц мене 40 мкм, в том числе менее 20 мкм – 50% [8].
Насос пригоден для работы в районах с умеренным климатом, имеет климатическое исполнение «У» и категорию размещения 2,3 и 4 по ГОСТ 15150-69 и предназначен для работы во взрывоопасных производствах, где по условиям работы возможно образование взрывоопасных смесей газов или паров с воздухом, относящихся к категории взрывоопасности ПА, ПВ и группам Т1, Т2, Т3 и Т4 согласно ГОСТ 12.1.011-73.
Детали проточной части насоса (корпус, крышка, рабочее колесо) изготавливаются из стали 20Х5МЛ-II по ГОСТ 977-88. В качестве уплотнения вала насоса применено уплотнение ДНТ 80.
Приводом насоса является синхронный двигатель взрывозащищенного исполнения ВА02-450S-4 мощностью 200 КВт при 1500 об/мин.
Условное обозначение агрегата в технической документации – ТКН 315/125, при заказе, переписке ТКН 315-125-ХДНТ80крУ4 по ТКН 315/125.00.000ТУ, где Т– технологический, К – консольный, Н – низкооборотный ( на 1500 об/мин ); 315 – подача, в м3/час; 125 – напор в м, при номинальной подаче; Х – материал основных деталей проточной части насоса, хромомолибденовая сталь 20Х5МЛ-II по ГОСТ 977-88; ДНТ – двойное торцовое уплотнение с контуром циркуляции затворной жидкости и теплообменным устройством вала насоса; 80 – уплотняемый диаметр вала насоса; кр – для коррозионных нефтепродуктов, растворителей; У4 – климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69; ТКН 315/125.00.000ТУ – техническое условие [8].

2.2 Технические характеристики

Показатели назначения по параметрам в номинальном режиме работы должны соответствовать указанным в таблице 2.1 [8]

Таблица 2.1 – Показатели назначения
Наименование показателя Значение
Частота вращения, об/мин
Напор, м
Подача, м3/ч
Мощность, кВт
Давление корпуса и фланцев, МПа 1475
125
315
150
2,5
Коэффициент полезного действия, %
Допускаемый кавитационный запас, м 72
5

2.3 Устройство и принцип насоса ТКН 315/125

Принцип действия насоса заключается в преобразовании получаемой от привода динамической энергии в потенциальную энергию давления, кинетическую энергию потока перекачиваемой жидкости за счет взаимодействия с жидкостью рабочего колеса ротора и направляющего аппарата статора насоса [4].
Насос представляет собой агрегат, состоящий из центробежного насоса и электродвигателя, соединенного дисковой муфтой и установленного на общей фундаментной плите (раме).

3 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ В КОНСТРУКЦИИ НАСОСА ТКН
315/125

В данном дипломном проекте рассматривается центробежный насос консольного типа ТКН 315/125. После проведенного мною анализа патентов, я предлагаю заменить сальниковое уплотнение вала на двойное торцовое уплотнение, и повысить объемный КПД, путем установки двухщелевого уплотнения рабочего колеса вместо однощелевого.
В зазорах между вращающимися и неподвижными деталями возникают утечки жидкости, которые снижают подачу насоса. Для уменьшения перетоков в зазорах под действием перепадов давления между смежными полостями в насосах обычно предусматривают щелевые уплотнения проточной части.
В центробежных насосах щелевые утечки возникают в уплотнении рабочего колеса между областью нагнетания и всасывания. Как правило, каждая ступень насоса имеет два уплотнения: уплотнение рабочего колеса и межступенчатое. В корпусных деталях насоса устанавливают неподвижные уплотнительные кольца. Между уплотнительными поясками рабочих колес и кольцами образуется цилиндрическая кольцевая щель, в которой в которой понижается давление протекающей жидкости. Уплотнительные кольца запрессовывают или крепят винтами к корпусным деталям. Во избежание изгиба фланца уплотняющего кольца по его внешнему диаметру рекомендуется выполнять упорный бурт шириной 2 – 4 мм.
Если уплотнительные кольца устанавливают без крепления винтами, то вместо фланца выполняют небольшой буртик. Кольцо устанавливают в корпусе по неподвижной посадке и фиксируют винтами от проворачивания. Аналогичным образом устанавливают кольца межступенчатых уплотнений.
Наиболее простым является однощелевое уплотнение (рисунок 3.1, а). В насосах высокого давления для уменьшения объемных потерь применяют уплотнения более сложных конструкций.
Однощелевое уплотнение с козырьком (рисунок 3.1, б) повышает коэффициент сопротивления щели и обеспечивает меньшее возмущение основного потока на входе в рабочее колесо. Более благоприятные условия для основного потока обеспечивает уплотнение с наклонным козырьком (рисунок 3.1, в).
Двухщелевое уплотнение с внезапным расширением щели (рисунок 3.1, г) примерно на 20—30% снижает протечки по сравнению с однощелевым уплотнением. Несмотря на более высокую сложность изготовления, в насосах применяют также трехщелевые уплотнения (рисунок 3.1, д), которые обеспечивают более высокий коэффициент сопротивления. Однако трехщелевые уплотнения при определенных условиях могут служить источником дополнительной вибрации ротора.

Рисунок 3.1 – Схемы уплотнений ступени
Межступенчатые уплотнения за редким исключением, выполняют либо однощелевыми (рисунок 3.1, е) либо двухщелевыми с уступом (рисунок 3.1, ж). Иногда для увеличения коэффициента сопротивления на уплотняющих поверхностях выполняют кольцевые или винтовые канавки. Сопротивление щели в этом случае увеличивается на 25—30%. Однако наличие канавок может также служить причиной возникновения дополнительной вибрации ротора. Материал уплотнительных колец должен иметь хорошую эрозионную и коррозионную стойкость, а также стойкость против задирания при работе в паре с материалом рабочего колеса.
Для чугунных и стальных рабочих колес уплотнительные кольца можно изготовлять из чугуна СЧ 18–36. Для рабочих колес из стали 2X13 уплотнительные кольца часто изготовляют из термообрабатываемой стали 3X13. Разность твердостей сопрягаемых деталей должна быть около НВ 50. Уплотнительные кольца из стали 1Х18Н9Т имеют хорошую эрозийную стойкость, но плохо сопротивляются задиранию. Бронзовые кольца, наоборот, при хорошей сопротивляемости задиранию имеют малую долговечность работы из–за эрозийного размыва. Хорошо сопротивляется задиранию сталь Х17Н2 при достаточно высокой долговечности.