Модернизация верхнего и нижнего предвключенных колес насоса вертикального подпорного насоса НПВ-3600-90-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

В данной дипломной работе был сделан анализ нескольких существующих подпорных нефтяных насосов используемых в магистральном нефтепроводном транспорте. Произведена патентная проработка. Предложена модернизация проточной части насоса, обеспечивающая увеличение коэффициента полезного действия и всасывающей способности насоса, а также повышение долговечности ввиду снижения вибраций за счет уменьшения кавитации в насосе.
Произведены некоторые конструкционные и прочностные расчеты. Рассчитаны основные технико-экономические показатели, а также осуществлена оценка эффективности и экономичности использования предлагаемой модели.
Произведен анализ безопасности и экологичности проекта.
В настоящее время ОАО "Сибнефтепровод" использует подпорные насосы НПВ - 3600 (5000) примерно на 80 нефтеперекачивающих станциях в Западной Сибири. Они предназначены для обеспечения необходимого напора для магистральных насосов. Проблема кавитации этих насосов с каждым днем становится лишь актуальней и требует серьезных решений.
 За несколько десятков лет различные узлы насоса НПВ уже были неоднократно модернизированы.
 Прототипом в данном проекте был выбран самый простой (без модернизаций) насос НПВ-3600 в коротком исполнении для наглядности изменений проточной части насоса. К проточной части насоса относятся не только рабочее колесо и два предвключенных шнека, но и спиральный отвод, два подвода, переводной канал и крышка.
 В данной работе подробно рассматривается модернизация отдельно шнеков и подводов, в результате чего гораздо сложнее оценить эффективность проекта в целом.
Агрегаты нефтяные подпорные вертикальные типа НПВ (НПВ-М) предназначены для подачи нефти и нефтепродуктов в системах магистральных трубопроводов и обеспечения необходимого подпора перед магистральными насосами, а также для технологических перекачек на объектах насосных станций.
 Стоит заметить, что основное назначение подпорных насосов - это создание кавитационного запаса для более мощных насосов, у которых предел кавитации выше, чем доступное давление в источнике.
 Насосы типа НПВ применяются для достройки и ремонта, НПВ-М – насосы с улучшенными энергетическими показателями.
Рабочий диапазон насосов типа НПВ (НПВ-М): подача от 1250 до 5000 м3/ч и напор от 60 до 120 м в номинальном режиме. В качестве привода нефтяных насосов применяется вертикальный асинхронный взрывозащищённый электродвигатель.
 Насосы типа НПВ - центробежные, вертикальные, одноступенчатые, с рабочими колесами двустороннего входа, с предвключенными колесами с осевыми подводами и двухзавитковыми спиральными отводами. Насос состоит из стакана и выемной части. Насос устанавливается в бетонированный приямок и опорным фланцем стакана крепится болтами к основанию фундамента. Входной патрубок расположен в стакане, напорный в напорной крышке, патрубки направлены в противоположные стороны.

 Присоединение патрубков к трубопроводам: входного - сварное, напорного - фланцевое.
 Опорами ротора служат три подшипника или два для насосов второй модернизации. Верхний опорно-упорный подшипник с консистентной смазкой для насосов НПВ 1250-60, НПВ 2500-80 и жидкой смазкой для насосов НПВ 3600-90, НПВ 5000-120 - воспринимает остаточные осевые силы и фиксирует положение ротора. Нижний и промежуточный направляющие подшипники скольжения смазываются перекачиваемой нефтью.
 Предельное давление насосов не более 1,5 МПа .
 Уплотнение ротора - торцовое типа ТМ-120М.
 Ротор насоса и электродвигателя соединяется втулочно-пальцевой муфтой с проставкой или зубчатой муфтой.
 Агрегаты устанавливаются на открытых площадках с температурой окружающего воздуха от минус 50 0 С до плюс 40 С (климатическое исполнение У, категория размещения 1).

Анализ данных, приведенных в разделах 1 и 2 позволяет сделать вывод о том, что для улучшения кавитационных качеств шнекового колеса в первую очередь необходимо увеличь диаметр шнека на входе, что позволяет повысить давление, а затем обеспечить необходимый напор на выходе, например с помощью плавного увеличения диаметра втулки колеса (поз.1 рис. 4 и рис. 6). Применение переменного шага лопаток колеса (поз. 2 рис. 5 ) положительно влияет на снижение вероятности возникновения кавитации. Кроме того важно отметить, что уменьшение угла атаки и выбор правильного изгиба лопатки по длине также влияют на кавитационные качества насоса в целом. Как отмечалось ранее, нечетное количество лопаток (лопастей) предпочтительнее чем четное. Именно поэтому модернизированное колесо - трехзаходное (поз. 3 рис. 4).
Модернизация верхнего и нижнего предвключенных колес насоса повлекло за собой изменение соответсвенно верхнего и нижнего подводов. (рис. 6) Потребовалось увеличить диаметр на входе, из-за чего подводы принимают конусный вид, но угол наклона всего 5 градусов, что значительных изменений при изготовлении деталей не требует.
Следует отметить следующий недостаток предлагаемой модернизации: модернизация шнеков отдельно от рабочего колеса приведет к увеличению КПД и снижению вибраций не настолько заметно как с изменением и центробежного колеса тоже. Чтобы улучшить кавитационные показатели рабочего колеса необходимо после точных расчетов обеспечить колесо требуемым количеством лопаток с оптимальным углом наклона. Перспективным будет центробежное колесо с двумя или тремя рядами лопаток, наклоненных под разным углом. Кроме того не стоит забывать о важности уменьшения зазора между рабочим колесом и шнеками для уменьшения вероятности разрыва потока.
Еще одна деталь проточной части требующая внимания - это спиральный отвод. В ней необходимо изменить радиус скругления по бокам для того, чтобы поток перекачиваемой жидкости более плавно и без лишних колебаний проходил этот участок гидравлической части насоса.
Совокупность всех приведенных изменений позволит улучшить следующие характеристики насоса:
- увеличению КПД (примерно на 9%),
-улучшению всасывающей способности,
-уменьшению кавитационного показателя,
-следовательно уменьшению вибраций, что значительно увеличит долговечность и снизит межремонтный период.
Таким образом, снижение кавитационной эрозии, позволит увеличить срок службы насосного агрегата и снизить затраты на его эксплуатацию.
В данном проекте приведен теоретический и экспериментальный материал, обосновывающий перспективность применения осевых суперкавитирующих решеток в высокооборотных насосах.
Обобщен фактический материал по энергокавитационным характеристикам насосов, свидетельствующий о возможности создания новых или улучшения старых насосных агрегатов с предвключенными суперкавитирующими колесами, удовлетворяющих высоким требованиям к характеристикам и надежности современных высокооборотных лопаточных агрегатов.
Представленный в работе трехзаходный шнек был разработан с целью проверки возможности обеспечения в одном осевом колесе высоких коэффициентов напора, полезного действия, всасывающей способности и низкого уровня пульсаций давления и вибраций.
Расчет экономической эффективности доказывает перспективность данной конструкции. Но для реализации проекта следует обязательно провести более глубокие расчеты и экспериментальным путем проверить действительность предположений.