Насосы для добычи нефти
..pdfРис. 13. Форма рабочих колес лопастных насосов
Z J H 7 H
Рис. 14. Форма сечений проточной части (а—е) и лопа ток (ж—к) вихревых насосов
О т в о д — устройство для направления жидкой среды из рабо чего колеса в отводящий трубопровод насоса или в рабочее колесо следующей ступени, предусмотренное для снижения скорости потока с наименьшими гидравлическими потерями и обеспечения его осесимметричности, чтобы поток стал установившимся.
Конструктивно изготавливают спиральные, кольцевые и двухзавитковые отводы. Спиральный отвод состоит из канала переменной ширины и диффузора.
Кольцевой отвод представляет собой цилиндрический канал пос тоянной ширины.
Двухзавитковый отвод применяют для уменьшения поперечной гидравлической силы, возникающей вследствие нарушения осевой симметрии потока.
Н а п р а в л я ю щ и й а п п а р а т (лопаточный отвод), приме няемый в многоступенчатых насосах, состоит из нескольких каналов со спиральными и диффузорными участками.
У р а в н о в е ш и в а н и е о с е в о г о |
у с и л и я . Во |
время экс |
|
плуатации насоса на рабочее колесо |
действует осевая |
сила — ре |
|
зультат воздействия потока жидкости |
на |
внутреннюю и |
наружную |
поверхности этого колеса. |
|
|
|
г
Рис. 15. Схемы уравновешивания осевого усилия
Осевая сила может быть значительной и в аварийной ситуации вызывать смещение рабочего колеса, нагрев подшипников, а при смещении ротора соприкосновение колеса с неподвижными частя ми корпуса, в результате чего происходят истирание стенок рабочего колеса и поломка насоса.
Для уравновешивания осевой силы в одноступенчатых насосах
применяют: |
|
|
|
|
|
рабочие колеса с двусторонним входом; |
|
|
|
|
|
разгрузочную камеру, сообщающуюся |
с |
областью |
всасывания |
||
с помощью трубки или через отверстия |
в заднем диске (рис. 15,а); |
||||
недостаток камеры — снижение к. п. д. |
насоса |
на |
4—6% ; |
||
радиальные ребра (рис. 15,6), уменьшающие |
воздействие осе |
||||
вой силы за счет снижения давления жидкости на заднем диске; |
|||||
упорные подшипники. |
|
|
|
|
|
Для уравновешивания осевого усилия в многоступенчатых насо |
|||||
сах используют: |
|
|
|
|
|
рабочие колеса при соответствующей системе подвода жидкости |
|||||
от колеса к колесу (рис. 15,6, е, ж)\ |
|
|
|
|
|
автоматическую гидравлическую пяту |
(рис. |
15, в), |
установлен |
||
ную за последней ступенью насоса. |
|
|
|
|
|
Рис. 16. Схемы щелевых уплотнений рабочего колеса |
|
|
Гидравлическая пята состоит из камеры низкого давления |
1, |
|
промежуточной камеры 2, отжимного |
устройства (механической |
пя |
ты 3 и пружины 4) и разгрузочного |
диска 5. Кольцевой зазор |
Ъ |
предусмотрен для снижения давления в промежуточной камере, тор цовый зазор а — для создания осевого усилия в направлении, про тивоположном осевой силе, действующей на рабочие колеса, и для дальнейшего снижения давления жидкости перед ее входом в каме ру низкого давления.
У п л о т н е н и я . Применяют для уменьшения перетоков жид костей вследствие разности давлений в соседних полостях, предуп реждения утечек жидкости и засасывания атмосферного воздуха в область между вращающимися и неподвижными деталями насоса, применяются щелевые и концевые уплотнения различной конст рукции.
Щелевые уплотнения — уплотнительные кольца, предназначенные для уменьшения перетоков жидкости в проточной части насоса, об разуют между корпусом и рабочим колесом щель прямой, ступенча той или лабиринтной формы (рис. 16, а—з).
В местах выхода вала из корпуса насоса устанавливают кон цевые уплотнения — сальниковые или торцовые.
Сальниковое уплотнение (рис. 17, а) состоит из эластичной на бивки 1 и нажимной втулки 2. При давлении всасывания ро ниже атмосферного в сальнике устанавливают кольцо 3 (рис. 17,6), к ко торому из отводящего трубопровода насоса подводится поток жид кости. Этим исключается подсасывание воздуха из атмосферы.
Иногда предусматривают разгрузку сальника (рис. 17, в). Жид кая среда в этом случае через цилиндрический дросселирующий за зор длиной / между валом и втулкой поступает в полость с пони женным давлением.
При перекачивании горячих жидкостей и сжиженных газов саль ник охлаждается водой, омывающей снаружи его корпус (рис. 17, г) или защитную рубашку вала (рис. 17,6).
Рис. 17. Схемы сальниковых уплотнений вала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Торцовые уплотнения |
по сравнению с е э л ь н и к о в ы мен е^ |
|
|
||||||
ствительные к несоосности |
вала и корпуса, при |
|
|
Тоение |
в |
них |
|||
в более широком диапазоне температур и давлении. |
1 рен |
|
|
|
|||||
уменьшено, а утечки сокращены. |
|
|
— т.пвы е |
уплот- |
|||||
По типу компенсации осевого смещения вал |
|
Р |
невращаю- |
||||||
нення подразделены на две группы: с вращающи |
|
|
|
|
|
|
|
||
щимся аксиально-подвижным элементом. |
|
|
|
„ |
П11Л. НС |
Vn- |
|||
По направлению подвода жидкости различают торцовые |
у |
|
|||||||
лоткения с внешним или внутренним подводом. |
|
|
|
|
|
лав. |
|||
Удельное д а м е н и , , |
паре трения не ясег*. |
|
|
|
|
|
|
|
|
ленню уплотняемой жидкости. Это зависит |
от |
к о н н я е с к о й |
раз- |
||||||
нения, которая характеризуется коэффициентом г др |
|
|
|
|
|
||||
грузки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K = f/F , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где f = i . (D J2—d2a) — площадь аксиально |
подвижной |
втулки, |
|
на |
|||||
которую действует давление жидкости р, |
г__ 71 |
(D2O—D2\) — ПЛО- |
|||||||
г |
А |
\ |
|
|
|
|
|
||
щаДь контакта рабочих втулок. Здесь D{ и |
0 2 — внутре!ший |
л |
_ |
||||||
РУЖный диаметр контактной поверхности неподвижной в |
|
|
|
||||||
внУтренний диаметр аксиально подвижной втулки. |
|
^ |
n„„rnv. KH |
Уп- |
|||||
В зависимости от коэффициента гидравлической |
р Р |
|
|
|
|||||
л°тнения подразделяются на два вида: неразгруженные |
’ |
|
'Г |
||||||
SM ) и разгруженные ( f < F ; К < D . т. е. удельное |
давление в |
паре |
|||||||
тРения меньше давления среды. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидравлическая разгрузка достигается установкой торцового уп лотнения на ступенчатом валу или на специальной втулке (гильзе), с помощью которых обеспечивается требуемая разность диаметров подвижной и неподвижной втулок.
Неразгруженные уплотнения применяют при легких рабочих ус ловиях (при низких давлениях уплотняемой жидкости), а разгру
женные— при давлениях более 0,7 |
МПа (для снижения |
удельного |
|
давления на контактных поверхностях рабочих втулок). |
|
||
Для центробежных нефтяных насосов используются торцовые |
|||
уплотнения следующих типов: |
|
|
|
Т — торцовое одинарное; |
|
|
|
ТП — торцовое одинарное для |
повышенных температур; |
||
ТВ — торцовое одинарное для |
высоких температур; |
|
|
ТД — торцовое двойное; |
|
|
|
ТДВ — торцовое двойное для |
высоких температур. |
|
|
Область |
применения торцовых |
уплотнений указана |
в табл. 4. |
Т а б л и ц а |
4 |
|
|
Температура перекачиваемой |
о о * |
|
||
жидкости, °С |
S3 |
|||
|
|
s в |
с |
|
|
|
Л _ |
|
|
|
|
* t |
S я |
|
|
рекоменду |
|
|
|
допускаемая |
1 |
о а |
х н |
|
емая |
и о |
|||
|
х |
®-Е |
Xн |
|
|
|
СИа |
|
|
|
|
■S3 |
si |
|
Вид перекачива емой жидкости
|
(—15)—(+80) |
(—15)—(+80) |
2,5 |
ЗОСО |
' |
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
ТП |
(—15)—(+150) |
(80)—(150) |
2,5 |
3000 |
; |
|
|
ТВ (—30)—(4-400) (150)—(400) |
2,5 |
3000 |
1 |
|
|
||
ТД |
(—15)—(+80) |
(—15)—(+80) |
2,5 |
3000 |
1 |
сжи |
|
|
(—30)—(+400) |
(—30)—0 |
|
|
ин, |
||
|
|
(80)—(400) |
|
|
женные |
газы и |
|
|
|
|
|
|
жидкости, |
со |
|
|
|
|
|
|
держащие |
га |
|
|
|
|
|
|
сжиженные |
||
|
|
|
|
|
зы, а |
также |
|
|
|
|
|
|
токсичные |
До |
|
|
|
|
|
|
жидкости. |
||
|
|
|
|
|
пускается |
со |
|
|
|
|
|
|
держание |
в |
|
|
|
|
|
|
жидкости абра |
||
|
|
|
|
|
зивных |
частиц |
• Допускаемая вязкость при 40°С не 6oiee 0,5 см’/с.
Уплотнение типа Т одинарное гидравлически разгруженное с вращающимся узлом аксиально подвижной втулки 4 (рис. 18), установленной в гильзе 8 на закладном уплотнительном кольце 3
круглого сечения. Крутящий момент втулке передается двумя штифтами 2, запрессованными в кольцо 1.
Неподвижная втулка 5 установлена в корпусе 15, прикреплен ном к обойме 6 на уплотнительном кольце 6 круглого сечения й удерживается от проворачивания штифтом 13, запрессованным в ла биринтную втулку 11, зафиксированной в осевом направлении с по мощью скобы 14. Гильза 8 крепится к валу насоса клеммным коль
цом 7 |
огражденным перегородкой 12 и стягиваемым болтом 10 и |
||
гаико . |
азор между гильзой и валом насоса герметизируется рези- |
||
новым |
кольцом 9. Благодаря R^ UUVO, |
„ |
|
|
маря возникающей силе трения положение |
||
клеммного кольца 7 надежно А тггит^ |
|
|
|
|
м ^ли фиксируется на валу, в результате че- |
||
го оно спосо но передать крутящий момент от вала к гильзе 8, |
а |
||
также |
воспринять осевую силу, прижимающую гильзу к кольцу |
7. |
По отверстию А в полость между неподвижной и лабиринтной втулками поступает охлаждающая жидкость, стекающая через от верстие в корпусе уплотнения. Такая жидкостная завеса способству ет отводу тепла от пары трения, а также препятствует испарению жидкости, отводимой на дренаж.
По отверстию В, соединенному трубкой с напорной спиралью насоса, в камеру уплотнения подводится в небольших количествах перекачиваемая жидкость, отводящая тепло от пары трения, а так же удаляющая продукты износа рабочих втулок.
Уплотнение типа ТП по конструкции аналогично уплотнению типа Т. Различие заключается лишь в том, что для отвода фрик ционного тепла с трущейся пары предусмотрена принудительная циркуляция перекачиваемой жидкости через камеру уплотнения, осуществляемая с помощью встроенного импеллера по системе ка мера уплотнения — охлаждаемый бачок — камера уплотнения.
Уплотнение ТВ — торцовое одинарное с теплообменным устрой ством. В отличие от уплотнения типа ТП оно имеет специальный холодильник, устанавливаемый в сальниковой камере насоса. Хо лодильник предусмотрен для охлаждения вала и жидкости, находя щейся в зазоре между валом и холодильником. Характеристика уп лотнений приведена в табл. 5.
Т а б л и ц а 5
|
Деталь |
Материал |
|
|
Примечание |
||
Втулка |
вращающаяся |
Сталь марки |
9X18 |
Рабочий |
торец |
втул |
|
|
|
(С- 0 ,9 % , |
|
ки |
термообработан |
||
|
|
Сг— 18,0%) |
|
ТВЧ до |
твердости |
||
Втулка |
неподвижная |
Углеграфит |
марки |
H R c^48—52 |
фенол |
||
С |
пропиткой |
||||||
|
|
2П-1000 |
|
формальдегидной |
|||
|
|
Графитосвинцовый |
смолой |
|
|
||
|
|
материал марки |
|
|
|
|
|
Уплотнительные |
АГ1500С05 |
|
|
|
|
|
|
Резина ИРП1225 |
|
|
|
|
|||
кольца |
|
|
|
|
|
|
|
Уплотнение двойное типа ТД (рис. 19) |
по |
конструкции |
анало |
гично уплотнению типа Т. Различие заключается в том, что предус
мотрены вторая |
(внутренняя) пара трения |
и стопорное |
кольцо 10. |
|
В полость, образуемую |
двумя парами трения и корпусом 5 с |
|||
переходником 7, |
поступает |
уплотнительная |
(затворная) |
жидкость |
с давлением на 0,05—0,15 МПа, превосходящим давление перекачи ваемой (уплотняемой) жидкости. Благодаря этому предотвращается утечка перекачиваемой жидкости или выделение ее паров в атмос-
6 7 8 9 10 1Г !2
Рис. 19.’ Разрез торцового двойного уплотнения типа ТД
феру. В системе подачи уплотнительной жидкости должна быть предусмотрена ее циркуляция для обеспечения интенсивного отвода фрикционного тепла от пары трения.
Внутренняя пара трения воспринимает перепад давления, рав ный разности между давлением уплотнительной и уплотняемой жид кости. Внешняя пара трения воспринимает больший перепад давле ния, равный разности между давлением уплотнительной жидкости в камере уплотнения и атмосферным давлением. В связи с этим внеш няя пара рабочих втулок выполнена гидравлически разгруженной,
а внутренняя — неразгруженной. Коэффициент |
разгрузки |
составляет |
|
примерно 0,7. На гильзе 4 предусмотрены вращающиеся |
втулки 2, |
||
9, установленные на закладных резиновых |
уплотнительных коль |
||
цах 8 круглого сечения. Крутящий |
момент |
от гильзы |
к каждой |
втулке передается штифтами. |
|
|
|
Пружины 6, опирающиеся опорными поверхностями во вращаю |
|||
щиеся втулки и опорное кольцо 1, |
напрессованное на гильзу, обес |
печивают предварительный контакт рабочих поверхностей в обеих ларах трения. Неподвижные рабочие втулки 3, 11 установлены в корпусе уплотнения 5 и переходнике 7. Втулка 11 удерживается от проворачивания штифтом 12. Стопорное кольцо 10 предназначено для ограничения. перемещения неподвижной втулки при внезапном падении давления уплотнительной жидкости в камере уплотнения.
Уплотнения типа ТД рассчитаны на циркуляционную систему подачи уплотнительной жидкости в камеру уплотнения. Уплотни тельная жидкость циркулирует через отверстия в корпусе под дав лением на 0,05—0,15 МПа выше, чем давление уплотняемой жид кости.
Уплотнение торцовое двойное с затворной жидкостью и тепло обменным устройством типа ТДВ по конструкции отличается от уп лотнения типа ТД тем, что жидкость, находящаяся в контакте с уз лом уплотнения, охлаждается до температуры 80 °С с помощью спе циального холодильника, устанавливаемого в сальниковой камере насоса.
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НЕФТЯНЫЕ НАСОСЫ
Центробежные насосы разнообразной конструкции широко при меняют в технологических процессах добычи нефти, внутрипромыслового сбора и транспорта продукции скважин, магистрального транспорта нефти.
УСТАНОВКИ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСОВ (УЭЦН)
Установки погружных центробежных электронасосов предназна чены для откачки из нефтяных скважин пластовой жидкости (неф ти, воды, нефтяного газа и механических примесей) со следующей характеристикой:
Максимальная плотность водонефтяной смеси, кг/м* |
До 1400 |
|||||
Температура откачиваемой жидкости, °С (не более) . . |
90 |
|||||
Максимальная объемная доля свободного |
газа |
на входе |
25 |
|||
в насос, % . . |
. . |
............................... |
|
|
. . . . |
|
Максимальная |
концентрация сероводорода, |
г/л (не бо |
0,01 |
|||
лее) . . . |
. . |
................... |
. |
. |
|
|
Максимальное содержание воды, % (не более) |
. . . |
99 |
||||
Водородный показатель pH пластовой воды |
|
6,0—8,5 |
||||
Максимальная массовая |
концентрация твердых |
частиц, |
0,1 |
|||
г/л . |
|
|
|
|
|