Модернизация проточной части насоса НПВ-3600-90. Трехзаходный шнек-Курсовая работа. Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Модернизация проточной части насоса НПВ-3600-90. Трехзаходный шнек-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
В ОАО магистральных нефтепроводов (АК «Транснефть») широко используются подпорные насосы типа НМП и НПВ (в основном, для расходов 2500 - 5000 м3/ч).
Насосы НПВ часто ремонтируются, много простаивают. Уровень их вибраций высок, кавитационные свойства невысокие (кавитационный запас - более 5 м). Эксплуатируются они более 20 лет, значительно устарели.
ОАО АК «Транснефть» поэтому поставила задачу (совместно с ОАО «Сибнефтепровод» и другими ОАО МН) создать новый подпорный горизонтальный насос (НГПН) - в рамках конверсии.
Основные параметры НГПН: расход - 3600 куб.м/ч; напор - 120 м; кавитационный запас -1,5 м (при испытаниях на воде).
Разработанные методы расчетно-теоретической оптимизации проточной части легли в основу компоновки нового уникального насоса (см. схему меридионального сечения насоса на рис.1.2).
 Рабочее колесо - осерадиальное, с двухсторонним входом, с двумя шнеками переменной геометрии. Отводом служит спиральная улитка, входом - спиральнобоковой подвод. Особенностью конструкции насоса являются встроенные гидростатодинамические подшипники, работающие на рабочей жидкости - сырой нефти, ввиду чего ресурс их практически неограничен и не требуются автономные системы смазки, что существенно повышает надежность и безопасность эксплуатации НПС.
Агрегаты электронасосные нефтяные подпорные вертикальные типа НПВ-М (НПВ1250-М, НПВ2500-М, НПВ3600-М, НПВ5000-М) предназначены для перекачивания нефти и нефтепродуктов. Применяются для подачи нефти к магистральным насосам для обеспечения их бескавитационной работы (подпорные насосы), а также для оснащения баз смешения нефти.
Насосы НПВ 150-60, НПВ 300-60, НПВ 600-60 — центробежные вертикальные одноступенчатые с предвключенным колесом. Осевое усилие, действующее на ротор, разгружается симметрично расположенными передним и задним уплотнениями рабочего колеса, остаточное осевое усилие воспринимается верхним сдвоенным радиально-упорным подшипником.
Для восприятия остаточных радиальных усилий в конструкции насоса предусмотрен подшипник скольжения, являющийся нижней опорой ротора. Смазка подшипника скольжения осуществляется перекачиваемой средой. Передача крутящего момента от двигателя к насосу осуществляется при помощи упругой втулочно-пальцевой муфты.
Насосы типа НПВ1250-М, НПВ2500-М, НПВ3600-М, НПВ5000-М — центробежные вертикальные двухкорпусные секционного типа с предвключенным колеcом и торцовым уплотнением патронного типа.
Опорами ротора являются: верхний опорно-упорный подшипник качения с жидкой картерной смазкой и нижний гидродинамический подшипник скольжения (смазка перекачиваемой средой).
Осевое усилие, действующее на ротор, компенсируется перепуском утечки, проходящей через дросселирующую щель на основном диске рабочего колеса концевой ступени с отводом ее на вход в насос через переводную трубу. Остаточное осевое усилие должно восприниматься опорно-упорным подшипником качения. Передача крутящего момента от двигателя к насосу осуществляется при помощи упругой пластинчатой муфты.
Насосы НПВ (НПВ-М) имеют три конструктивных исполнения: основное, укороченное и с разъемным ротором.
Насос имеет различные варианты исполнения подшипниковых опор: подшипники скольжения, смазываемые перекачиваемой средой и качения, смазываемые жидкой или консистентной смазкой.
В качестве подпорных насосов на предприятиях нефтепроводного транспорта эксплуатируются еще насосы типа НДВН и НДСН. Это одноступенчатые насосы с рабочим колесом двустороннего входа и частотой вращения до 1000 об./мин. насосы чугунного исполнения и имеют горизонтальный разъем вдоль оси вала. Уплотнение вала, как правило, сальниковое. Опорами вала служат либо подшипники скольжения (насосы типа 14НДСН, 24НДСН), либо шарикоподшипники (насосы типа 8НДВН, 12НДСН, 20НДСН, 32НД-8*1). Отличительной особенностью насосов этого типа являются высокие значения КПД, которые сохраняются в течение продолжительного срока работы, хорошая всасывающая способность, низкие уровни вибрации, надежность в эксплуатации.
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.

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. 2.4 и рис. 2.6). Применение переменного шага лопаток колеса (поз. 2 рис. 2.5 ) 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).
 Перечисленные изменения шнека представлены на рис.4, рис.5 и рис.6.
Модернизация верхнего и нижнего предвключенных колес насоса повлекло за собой изменение соответсвенно верхнего и нижнего подводов. (рис. 2.6) 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.