Модернизация уплотнения узла вала ротора насоса ЦНС 90-1100 с целью повышения эксплуатационной надёжности-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Модернизация уплотнения узла вала ротора насоса ЦНС 90-1100 с целью повышения эксплуатационной надёжности-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

3.1 Разработка и применение ОНТУ

Имеющие ряд преимуществ ОНТУ могут применяться в различных вращающихся гидромашинах для перекачки легкокипящих, легко-воспломиняющихся сред, или сред, содержащие твердые примеси, под высоким давлением или при высокой скорости вращения, при которых трудно функционировать традиционным контактным торцовым уплот-нениям. Четыре конструкции ОНТУ показаны на рисунке 3.1.
При остановке турбомашины конструкции ОНТУ на рисунке 3.1 а и b име-ют большие утечки уплотняемой жидкости; а конструкция ОНТУ на ри-сунке 3.1 в имеет ограниченную герметичность. С точки зрения эффективно-сти течения и стабильности уплотнения конструкция ОНТУ со спиральными ка-навками является оптимальной. Поэтому в настоящее время распространено применение конструкции ОНТУ со спиральными канавками (рисунок 3.1 г).
На рисунке 3.2 приведены конструкции ОНТУ с однорядными спиральны-ми гидродинамическими канавками, расположенными на внутреннем диаметре уплотнительного кольца (рисунок 3.2 а). Конструкция ОНТУ с гидро-динамическими канавками, расположенными на внешнем диаметре уплотнительного кольца (рисунок 3.2 б), по принципу работы похожа на кон-струкцию на рисунок 3.2 а, только нагнетание жидкости производится с внешне-го диаметра к внутреннему, а стабильность уплотнения лучше, чем в конструк-ции на рисунке 3.2 в.
Конструкция ОНТУ с гидродинамическими канавками, расположенными по середине кольца, является новым типом с двумя уплотнительными перегород-ками (рисунок 3.2 в), которая имеет наилучшую стабильность и прекрасную спо-собность к защите поверхностей от твердых включений .
На рисунке 3.2 приведены конструкции ОНТУ с двухрядными спиральны-ми канавками. Конструкция ОНТУ «Типа шеврона» (рисунок3.2 а) имеет два ряда канавок, которые разделяются уплотнительной перегородкой, нахо-дящейся по середине кольца. Направление нагнетания жидкости для внутреннего ряда канавок с внутреннего диаметра до внешнего диа-метра уплотнительного кольца, а направление нагнетания жидкости для внешнего ряда канавок с внешнего диаметра до внутреннего диаметра кольца. Эффект нагнетания двух рядов канавок с внутреннего диаметра до внешнего диаметра кольца реализуется благодаря тому, что ради-альная высота внутреннего ряда канавок больше внешнего ряда канавок.



в г
Рисунок 3.1- Освоенные конструкции
а- конструкция с круглыми ступенчатыми канавкам
б- конструкция с ступенчатыми линейными канавками
в- конструкция с наклонными ступенчатыми канавк
г- конструкция со спиральными канавками



а б

в
Рисунок 3.2- Конструкция ОНТУ с однорядными спиральными ка-навками
а- канавки с внутреннего диаметра кольца
б- канавки с внешнего диаметра кольца
в- канавки по середине кольца



направление обратного нагнетания


а б в г
Рисунок 3.3- Конструкция ОНТУ с двухрядными спиральными
канавками
а- тип шеврона; б- тип V; в- тип Y; г- тип отрезка

Конструкция ОНТУ типом V (рисунок 3.3 б) похожа на «тип шеврона», но два ряда канавок пересекаются на середине кольца. Эта конструкция имеет две уплотнительные перегородки, одна из которых близка к внутреннему диаметру, а другая к внешнему.
Для конструкции ОНТУ типа Y (рисунок 3.3 в) внутренний ряд кана-вок продолжается после пересечения двух рядов канавок и герметичность её лучше конструкции ОНТУ типа V. Конструкция ОНТУ типа отрезка (рисунок 3.3 г) тоже имеет два ряда канавок с одинаковым направлением наклона ка-навок и направлением нагнетания.
В общем, благодаря более высокой жёсткости гидродинамической плёнки в зазоре конструкция ОНТУ с двухрядными спиральными канав-ками лучше конструкции ОНТУ с однорядными спиральными канавками в стабильности работы уплотнения





3.2 Оптимизация ОНТУ

Сначала рассмотрена закономерность влияний рабочих парамет-ров и конструктивных параметров на характеристики ОНТУ, с помощью которой выбраны наиболее значимые конструктивные параметры как оптимизационные переменные. Оптимизация выбранных параметров проведена с использованием многомерного многопараметрического метода. В результате подучат оптимизированные зависимости для вы-бранных параметров при различных условиях работы. Влияния различ-ных параметров на характеристики ОНТУ.
При конкретном промышленном использовании рабочие парамет-ры уплотнения установлены и постоянны, поэтому ОНТУ для конкретно-го рабочего условия может проектироваться путём регулирования кон-структивных параметров. По сравнению с ГБКТУ при проектировании ОНТУ влияние рабочих параметров более существенно.

3.2.1 Влияния конструктивных параметров на характеристики ОНТУ

а) Глубина канавок Н.
На рисунок 3.3 представлено влияние глубины канавок на харак-терные параметры ОНТУ при постоянных остальных параметрах. Из этого следует, что безразмерное течение, из-за обратного нагнетания буферной жидкости не значительно изменяется с безразмерной глуби-ной канавок. Максимальное значение получено при безразмерной глу-бине канавок 6,0. Безразмерная раскрывающая нагрузка достигает мак-симума при безразмерной глубине канавок 7,0 и безразмерная жёст-кость смазочной плёнки максимальна при безразмерной глубине кана-вок примерно 4,5.
б) Число канавок Ng
На рисунок 3.5 проведены зависимости влияния числа кана-вок на
характеристики ОНТУ. С увеличением числа канавок монотонно и не-значительно повышаются все изученные параметры такие как жёст-кость смазочной плёнки, раскрывающая нагрузка и течение из-за об-ратного нагнетания. В связи с этим, нет необходимости в организации большого числа канавок для ОНТУ с учётом характеристик уплотнения и экономичности обработки канавок.


2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
без. глубина канавок
Рисунок 3.4- Влияние глубины канавки на характеристики ОНТУ :
 безразмерная жёсткость смазочной плёнки
безразмерное течение из-за обратного нагнетания
безразмерная раскрывающая нагрузка




10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
число канавок
Рисунок 3.5- Влияние числа канавок на характеристики ОНТУ
 безразмерная жёсткость смазочной плёнки
безразмерное течение из-за обратного нагнетания
безразмерная раскрывающая нагрузка

в) Входной угол канавок а.
Входной угол канавок в некоторой степени влияет на характери-стики ОНТУ (на рисунок 3.6). Безразмерная жёсткость смазочной плён-ки имеет максимальное значение при входном угле в пределах 16-20°, а безразмерная раскрывающая нагрузка и течение из-за обратного нагнетания не имеют больших изменений с увеличением входного угла.




12 14 16 18 20 22 24
входныйугол,0
Рисунок 3.6- Влияние угля канавок на характеристики ОНТУ
 безразмерная жёсткость смазочной плёнки
безразмерное течение из-за обратного нагнетания
безразмерная раскрывающая нагрузка
г) Отношение ширины канавок к ширине кольца по радиальному направлению .
На рисунок 3.7 представлены влияния отошения ширины канавок к ширине кольца по радиусу на характеристики ОНТУ. Течение из-за обратного нагнетания медленно увеличивается с увеличением и ста-новится стабильным. Сначала, жёсткость смазочной плёнки и раскры-вающая нагрузка резко увеличиваются с повышением и достигают максимальных при =0,73 =0,635 соответственно, затем резко уменьшаются с увеличением . Надо отметить, что отношение ширины канавок к ширине кольца по радиусу играет очень важную роль в ра-бочем режиме пары трения ОНТУ и стабильности работы уплотнения.
д) Отношение ширины канавки к ширине пары канавки-перегородки по окружности

0,13 0,27 0,4 0,53 0,67 0,8 0,93
параметр,
Рисунок 3.7- Влияние отношения ширины канавок к ширине кольца по
радиусу на характеристики ОНТ
 безразмерная жёсткость смазочной плёнки
безразмерное течение из-за обратного нагнетания
безразмерная раскрывающая нагрузка
Отношение ширины канавки к ширине пары канавки-перегородки по окружности имеет очень значительное влияние на характеристики ОНТУ (рисунок 3.8). Сначала жёсткость смазочной плёнки, раскрываю-щая нагрузка и течение из-за обратного нагнетания увеличиваются с повышением у и почти одновременно достигают максимальных значе-ний при =0,5; затем, уменьшаются с увеличением .

В данном дипломном проекте рассматривается такая проблема современной нефтяной промышленности, как утечки в центробежных насосах.
Разработаны новые конструкции уплотнения узла вала ротора (Обратно-нагнетательные торцевые уплотнения) которые направлены на решение указанной задачи, а так же разработан процесс восстановления шеек вала ротора путём наплавки в среде CO2.
Пояснительная записка включает в себя 5 разделов: общий, технологический, специальный , экономическую часть и раздел безопасности жизнедеятельности.
Дипломный проект состоит из: графического материала общим объемом в количестве 7 листов формата А1, и пояснительной записки объемом 107 машинописных листов , а также список литературы, включающий 13 пунктов.
2.3 Устройство и принцип действия наоса насоса ЦНС 90-1100

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 рабочих колес ротора и направляющих аппаратов статора насоса.
Конструкция насоса типа ЦНС-90 разработана с учетом создания на одной корпусной базе (корпусные детали, рабочие колеса и пр.) насосов с напорами 1900, 1422 и 1056 метров путем изменения коли¬чества ступеней.
Насос типа ЦНС-90 - центробежный, горизонтальный, секционный, однокорпусной с односторонним расположением колес, с гидравли¬ческой пятой, подшипниками скольжения и концевыми уплотнениями ком6инированного типа - щелевое уплотнение и уплотнение с мягкой сальниковой набивкой или торцовое уплотнение. Корпус насоса состоит из набора секций, крышек входной и напорной, концевых уплотнении.
Базовыми деталями насоса являются крышки входная и напорная с лапами, расположенными в плоскости, параллельной горизонтальной оси насоса. Входной патрубок – горизонтальный. Напорный патрубок - направлен вертикально вверх.
Герметичность стыков секций обеспечивается металлическим контак¬том уплотняющих поясков секций. В качестве дополнительно¬го уплотнения в этих стыках установлены резиновые уплотнительные кольца. Секции центрируются на заточках и стягиваются с крышками входной и напорной шпильками. В секциях по напряженной посадке посажены направляющие аппараты. От проворота направляющие аппараты стопорятся в секциях штифтами.
Ротор насоса состоит из рабочих колес, насажанных на вал по скользящей посадке, диска разгрузочного, защитных втулок и других деталей, собираемых на валу.
Во избежание перетока воды по валу имеется плотный металлический контакт в стыках рабочих колес. Уплотнения рабочих колес – щелевого типа.
Опорами ротора служат подшипники скольжения с принудительной смазкой.
Вкладыши – стальные, залитые баббитом, имеют цилиндрическую посадку в корпусе подшипника.
Для предотвращения обводнения масла предусмотрены водомаслоотражатели на валу и уплотнительные кольца в корпусах подшипников. Корпус подшипника имеет отверстия для подвода масла в подшипник и установки датчика температуры, снизу - отверстия для слива масла. Для того, чтобы выставить ротор в корпусе насоса, во фланцах корпусов концевых уплотнения предусмотрены три регулировочных винта. После центровки ротора корпус подшипников штифтуются. На период выбега ротора в подшипниках предусмотрено смазочное кольцо. На заднем подшипнике смонтирован визуальный указатель осевого сдвига ротора.
Переднее и заднее уплотнения представляют собой щелевые уплотнения и уплотнения с мягкой сальниковой набивкой марки АГ-12х12, ГОСТ 5151-77. Щелевое уплотнение предназначено для разгрузки сальника с отводом воды в безнапорную емкость. В качестве концевых уплотнений ротора насоса применены самоустанавливающиеся сальниковые уплотнения. Их особенность заклю¬чается в том, что пакет набивки установлен в гильзе и обжат с обеих сторон кольцами. Вместе с кольцами и гильзой пакет набивки при ее обжатии выставляется соосно валу, чем предотвращает износ уплотнителя.
При сборке самоустанавливающегося сальникового уплотнения следует обращать внимание на следующее:
а) наружное кольцо, которое прижимается поршнем к набивке, должно гарантированно входить в расточку гильзы во избежание каса-ния его о втулку вала и задира;
б) необходимо обеспечивать гарантированное размещение резинового уплотнительного кольца в канавке наружного кольца;
в) поджимающие гайки при сборке затягиваются от руки, а после пробного пуска агрегата, при необходимости проводится дополнительная их подтяжка для уменьшения утечек через уплотнение и нагрева узла.
Демонтаж сальниковых уплотнений удобно осуществлять гидровыпрессовкой, для чего при снятых буксах производится кратковременный пуск-останов агрегата, отработавшая набивка извлекается из гильзы, на ее место устанавливаются новые опрессованные кольца, после чего весь пакет с гильзой и кольцами подается в камеру. Сальниковое уплотнение после приработки насоса может быть заменено торцовым уплотнением.
Насос с электродвигателем соединяется с помощью зубчатой муфты с консистентной сказкой или упругой пластинчатой муфты без смазки

2.4 Привод

Приводом агрегатов электронасосных типа ЦНС-180 служат синхронные электродвигатели серии СТД с разомкнутым или замкнутым циклом вентиляции, а также двигатель серии 4АРМ или АЗМ.
Двигатели мощностью 1000 кВт изготовляются на подшипниках скольжения с кольцевой смазкой, двигатели большей мощности – на стояковых подшипниках с принудительной смазкой.
Направление вращения - правое, если смотреть со стороны электродви¬гателя, обозначено стрелкой на крышке всасывания насоса.