Модернизация уплотнения вала центробежного секционного насоса ЦНС 180-1185. Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Модернизация уплотнения вала центробежного секционного насоса ЦНС 180-1185-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

2 ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ РАЗРАБОТКИ
2.1 Выбор прототипа
На основании сделанного анализа, принимая во внимание
существующие конструкции центробежных насосов для закачки воды в пласт
в качестве прототипа выберем продукцию отечественных производителей. А
именно насос ЦНС 180-1185.
В качестве модернизации для данного насоса выбрал модернизацию
уплотнения вала.
2.2 Литературный обзор
2.2.1 Контактные торцовые уплотнения
В целях выявления аналога предлагаемому торцовому уплотнению
вала была проведена патентная проработка по технической литературе,
авторским свидетельствам и патентам глубиной 20 лет.
Одинарные контактные торцовые уплотнения имеют ряд преимуществ:
простая конструкция, удобные монтаж и обслуживание, низкие расходы в
течение работы, и отсутствие сложной вспомогательной системы, что
способствует широкому их применению в центробежных насосах, однако,
при сложных условиях работы одинарные торцовые уплотнения не
эффективны. На нефтеперерабатывающих заводах многие насосы
перекачивают легкие углеводородные жидкости, которые легко переходят в
парообразное состояние в стыке торцовых поверхностей, из-за повышения
Изм.
Лист
№ докум.
Подп. Дат
а Ли26с т
130602.009.000.ПЗ2
Разраб. Губарьков
Пров. Т рясцин
Н. Контр. Трясцин
Утв.
ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ
РАЗРАБОТКИ
Лит.
Лист10о в
ТюмГНГУ,
МОПз-10
Т К П
температуры от выделения тепла в паре трения. В связи с этим, торцовые
уплотнения работают в нестабильном парожидкостном двухфазном
состоянии, и досрочно выходят из строя. В случае герметизации легко
опасных высоко эрозионных сред, сред с высокой концентрацией твердых
частиц или при высоких давлениях и скорости одинарные торцовые
уплотнения плохо функционируют и их срок службы короток. Поэтому в
таких случаях одинарные торцовые уплотнения не рекомендуются к
использованию [2].
Наряду с одинарными торцовыми уплотнениями используются более
сложные уплотнительные узлы двойные контактные торцовые уплотнения,
составляющие из двух одинарных контактных торцовых уплотнений.
Схематичная конструкция двойных торцевых уплотнений представлена
на рисунке 2.1.
Для отделения перекачиваемой среды от атмосферы необходимо
использовать двойные торцовые уплотнения с подачей между ними
затворной жидкости под давлением немного большим, чем давление
перекачиваемой среды, что предотвращает утечки перекачиваемой среды в
атмосферу. Двойные торцовые уплотнения применяются для:
а) газообразных сред и жидкостей с плохой смазывающей способностью;
б) жидкостей с высокой температурой или низкой температурой;
в) жидкостей под высоким давлением;
г) жидкостей, содержащих твердые частицы или включения;
д) жидкостей, легко кристаллизующихся в зоне пары трения при
испарении жидкой фазы;
е) жидкостей, являющихся вредными веществами и оказывающих
токсичное воздействие на организм человека;
ж) жидкостей, являющихся легковоспламеняющимися, высоко
абразивными или горючими;
з) жидкостей под вакуумом;
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
аа
Лист
27 130602.009.000.ПЗ2
и) жидкостей при высокой скорости;
к) жидкостей с высоко эрозионной особенностью.
Успешная работа двойных торцовых уплотнений может быть обеспечена
при соблюдении следующих условий:
а) камера двойного торцового уплотнения должна быть постоянно
заполнена чистой затворной жидкостью;
б) во время работы давление затворной жидкости в камере уплотнения
должно быть не менее чем на 0,1МПа выше максимального давления рабочей
жидкости;
в) во избежание перегрева торцовых уплотнений должна быть
обеспечена циркуляция затворной жидкости через камеру уплотнения;
г) затворные жидкости должны иметь следующие свойства: хорошие
смазочные способности, высокую теплопроводность, стабильный состав при
рабочей температуре, минимальную химическую активность к материалам
деталей торцового уплотнения, хорошую совместимость с рабочей
жидкостью, низкую стоимость и не должны быть токсичными [3].
Вышеуказанные условия обеспечиваются системой затворной среды и
выполняют следующие функции: создание и обеспечение определённого
давления в камере уплотнения, охлаждение затворной жидкости до
определённой температуры, обеспечение циркуляции затворной жидкости
через камеру уплотнения.
Система затворной жидкости включает следующее: бачки с затворной
жидкостью, гидроаккумулятор, систему трубопроводов, охладитель,
подпиточную ёмкость, насос с ручным приводом, фильтр, контрольные
приборы (запорный вентиль, обратный клапан, предохранительный клапан,
регулятор расхода, редукционный клапан и т. д.) и измерительные приборы
(термометр, электроконтактный манометр, указатель уровня жидкости в
бачке и т. д.). Эти приборы контролируют условия работы двойного
торцового уплотнения и защищают торцовое уплотнение от работы в
отсутствии жидкости.
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
аа
Лист
28 130602.009.000.ПЗ2
Рисунок 2.1 - Конструкция двойных торцовых уплотнений
Из этого следует, что для обеспечения надёжности работы двойных
торцовых уплотнений необходимо обеспечивать нормальную функцию
системы затворной жидкости. Рабочее состояние контрольной системы
затворной жидкости прямо влияет на стабильность и надёжность
функционирования торцовых уплотнений, особенно двойных торцовых
уплотнений в центробежных компрессорах с высокой скоростью вращения.
На производстве имеют место остановки компрессоров при появлении
неисправности торцовых уплотнений из-за дефекта системы затворной
жидкости.
Поэтому в процессе работы системы затворной жидкости требуется
большой расход энергии для обеспечения её нормального
функционирования, что снижает экономичность двойных контактных
торцовых уплотнений и по этому показателю не удовлетворяет современного
требования промышленного производства к уплотнительному устройству.
2.2.2 Недостатки контактных торцовых уплотнений
Применяемый механизм герметизации одинарных и двойных
контактных торцовых уплотнений обусловливает следующие недостатки:
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
аа
Лист
29 130602.009.000.ПЗ2
а) в соответствии с механизмом контактных торцовых уплотнений при
существовании перепада давления между уплотняемой средой и атмосферой
(обычно давление уплотняемой среды выше, чем атмосферное давление)
уменьшение утечки уплотняемой среды в атмосферу осуществляется только
путём уменьшения осевого зазора между поверхностями. В связи с этим,
работа контактных торцовых уплотнений без утечки уплотняемой среды
нереальна. Непрерывное повышение требований к охране окружающей
среды ограничит применение простых контактных торцовых уплотнений в
современной промышленности;
б) для контактных торцовых уплотнений вследствие непосредственного
контакта между торцовыми поверхностями срок службы торцовых
уплотнений обязательно ограничен. Их ресурс, вследствие износа пары
трения, не превышает одного года; для таких контактных торцовых
уплотнений при герметизации сред с плохими смазочными свойствами или
содержащих высоко абразивные твердые частицы, срок работы достигает
лишь нескольких сотен часов или нескольких суток;
в) прямой контакт между торцовыми поверхностями, несомненно,
приведет к произведению твердых частиц из скользящих поверхностей,
неизбежно загрязнит технологические продукты и снизит их качество, и
значит их рыночную конкурентоспособность. В связи с этим, использование
контактных торцовых уплотнений в пищевой, фармацевтической и
некоторых других отраслях промышленности будет ограничено;
г) температура в паре трения обязательно повышается от выделения
теплоты трения, что изменяет в некоторой степени физические свойства
технологических жидкостей (парообразование, коксование и т. д.) и тоже
отрицательно влияет на качество продукции;
д) повышение температуры торцовых поверхностей от теплоты трения в
большой степени влияет на рабочее состояние пары трения. При работе
уплотнений в кипящих жидкостях (горячей воде, легких углеводородах,
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
аа
Лист
30 130602.009000.ПЗ2
аммиаке и других) часто наблюдаются хлопки и вибрация, в результате
которых происходят периодические выбросы рабочей жидкости в виде
парожидкостной смеси, которые также приводят к выходу строя пары трения
торцевого уплотнения;
е) быстрее повышение температуры уплотнительных колец может
ухудшить механические свойства уплотнительных материалов, вызвать фес
кивание на поверхности твердого кольца и разрушение вторичных резиновых
герметизаторов. Испытания и эксплуатация торцовых уплотнений
показывают, что терморасткрескивание колец наблюдается довольно часто и
уплотнение выходит из строя из-за недопустимо большой утечки жидкости
вследствие разрушения колец пары трения;
ж) для улучшения работы торцовых уплотнений обычно применяется
система охлаждения. На практике внедряют схемы с использованием
перекачиваемой жидкости в качестве охлаждающей от нагнетательного
патрубка насоса к стыку пары трения, что естественно снижает в некоторой
степени КПД гидромашин и соответственно уменьшает эффективность
производства технологического устройства. К тому же, применение воды в
качестве охлаждающего агента потребует увеличить потребления и очистки
уплотнения, в том числе, уплотнения под высоким давлением, уплотнения
при супервысокой или супернизкой температуре, уплотнения при высокой
скорости вращения, уплотнения с нулевой утечкой уплотняемых сред,
уплотнения с высокой долговечностью.
С появлением в 60-ые годы теории о трибологии и постепенным
развитием и улучшением гидросмазочных теорий (включая теории
гидростатической смазки, гидродинамической смазки и термогидродинами-
ческой смазки) получили развитие теоретического исследования и
технической разработки торцовых уплотнений. Достижением в области
торцовых уплотнений являются термогидродинамические торцовые
уплотнения, гидростатические и гидродинамические торцовые уплотнения.
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
аа
Лист
31 130602.009,000.ПЗ2
В основу предлагаемой модернизации уплотнения вала насоса положен
патент и рабочая модель.
Торцевое уплотнение вращающегося вала
Торцевое уплотнение вращающегося вала, содержащее охватывающее
вал и установленное во фланце неподвижное кольцо трения и размещенное
на валу с возможностью осевого перемещения подвижное кольцо трения,
подпружиненное относительно уступа вала и поджатое к неподвижному
кольцу трения пружиной, при этом неподвижное кольцо трения и подвижное
кольцо трения уплотнены соответственно относительно фланца и вала
эластичными кольцевыми элементами, отличающееся тем, что на валу между
его уступом и подвижным кольцом трения установлены с упором в
последние соответственно упорное и нажимное кольца, при этом упорное
кольцо зафиксировано от проворачивания относительно вала посредством
установленного в глухом отверстии на торцевой поверхности уступа вала по
Рисунок 2.1 – Торцевое уплотнение
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
аа
Лист
32 130602.009.000.ПЗ2
меньшей мере одного штифта, конец которого введен в одно из отверстий
упорного кольца, последнее выполнено с охватывающими вал выступами,
которые введены между охватывающими вал выступами нажимного кольца,
и передают последнему крутящий момент от вала, пружина выполнена
цилиндрической и расположена между упорным и нажимным кольцами с
упором в последние, при этом по периферии нажимного кольца выполнены
пазы, а подвижное кольцо трения выполнено с выступами, которые введены
в пазы нажимного кольца.
На основании изложенных патентов мной предложена модернизация
уплотнения вала насоса. Торцевое уплотнение с парой трения графит - сталь
заменяется торцевым уплотнением с парой трения графит - графит.
Модернизированное торцевое уплотнение изображено на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Модернизированное торцевое уплотнение
В качестве материала пары трения мной выбран силицированный графит
марки ГАКК 55/40. Силицированный графит – это эрозионно- и корозионно-
стойкий материал, состоящий из карбида кремния, углерода и кремния..
Силицированный графит обладает высокой жаростойкостью,
жаропрочностью, стойкостью к многократным тепло сменам и агрессивным
средам