Специальные насосы.

Шестеренчатые насосы состоят из пары шестерен с внутренним или внешним зацеплением, которые помещены в корпус (рис. 249 –М).

Рис. Шестеренчатый насос

При вращении шестерен в месте выхода их из зацепления создается разряжение и жидкость из приемного трубопровода поступает в корпус насоса. В том месте, где шестерни входят в зацепление, жидкость выдавливается из пространства между зубьями и нагнетается в трубопровод. Зубчатые колеса изготовляют с прямыми зубъями, число которых колеблется от 8 до 12; иногда используются зубчатые колеса с косыми и шевронными зубьями. (Шестеренчатые насосы используют для подач от десятых долей (0,25 – 0,4) м3/ч до 50 м3/ч при давлениях нескольких мегапаскалей. ( число оборотов – до 3000 об/мин; число зубьев – 8 – 12, к.п.д. насосов около 0,7). Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением имеют больший объем вытеснения при вращении шестерен, благодаря чему заполненный насос обладает лучшей всасывающей способностью, имеет меньшие габариты, но более сложны по конструкции по сравнению с насосами, имеющими внешнее зацепление. Всасывающая и нагнетательная полости насоса обычно сообщаются через байпас, на котором установлен предохранительный клапан.

Преимущества шестеренчатого насоса: способность создавать большое давление, способность перекачивать вязкие и высокотемпературные жидкости, неприхотливость в эксплуатации, невысокая стоимость, возможность изменять направление перекачки.

Недостатки шестеренчатого насоса: работа на сухую губительна, нарушает структуру перекачиваемой жидкости и разрушает суспензии.

Винтовые насосы имеют в корпусе два или три вращающихся цилиндра с винтовой нарезкой по наружной цилиндрической поверхности. Один винт является ведущим. Создаваемый насосом напор определяется числом шагов нарезки. Винты насоса выполняются двухзаходными с передаточным числом, равным единице. Форма нарезки винтов обеспечивает герметичное разделение нагнетательной и всасывающей полостей насоса. Давление до 2 Мпа создается винтами, имеющими длину несколько больше шага нарезки. Дальнейшее повышение давления достигается пропорциональным увеличением длины винтов, что позволяет создать достаточно компактную конструкцию.

Рис. Винтовой насос

На рис. 250 М представлена конструкция трехвинового насоса. В корпусе 1закреплена обойма 2. В обойме размещены три винта: ведущий 3 и два ведомых 4. Ведущий винт получает вращение от двигателя, а ведомые от ведущего винта. Все винты двухзаходные, направление нарезки у ведущего и ведомого винтов разное. Жидкость поступает в корпус насоса через всасывающий патрубок 6, а затем через отверстия в обойме подходит к винтам, захватывается ими и выбрасывается из насоса через нагнетательный патрубок 7. Возникающая во время работы насоса осевая сила воспринимается подпятниками 5.

Винты подобных насосов изготавляют из стали, а обоймы – из резины или стали, выложенной изнутри резиной.

Поступившая во впадины нарезки со стороны всасывания жидкость при повороте винтов герметически отсекается от всасывающей камеры и затем перемещается в канале нарезки вдоль оси винтов в напорную камеру. Регулирование подачи достигается изменением числа оборотов двигателя или приводного вала ведущего винта. К.п.д. винтовых насосов составляет 0,8 – 0,9.

Одновинтовые насосы споосбны развивать напоры около 2 Мпа с производительностью 0,9 - 3,2 м3/ч. Трехвинтовые насосы способны создать давление до 20 МПа с производительностью 1,5 – 800 м3/ч. и частоте вращения до 1000 об/мин.

Преимущества винтового насоса: ровный поток перекачиваемого продукта на выходе из насоса; перекачивание продуктов с включениями без повреждения включений; пропорциональная скорости вращения винта подача продукта (позволяет легко регулировать производительность насоса); способность насоса к самовсасыванию продукта с глубины до 10 м , в зависимости от модели насоса; низкий уровень шума при работе.

Недостатки винтового насоса: эластичный винт периодически изнашивается и требует ремонта; при работе винтового насоса без перекачиваемого продукта (сухой ход) винт быстро приходит в негодность.

Вихревые насосы. В корпусе 1 вихревого насоса (рис.251-М) размещается рабочее колесо 2 с ячейками на наружной поверхности.

Рис. Вихревой насос

Рабочее колесо, представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопастями или с ячейками на наружной поверхности, смонтировано на валу 6, который приводится во вращение от двигателя. Вал имеет две опоры 5, заключенные в стойке 4. В отличие от центробежных насосов перекачиваемая жидкость подводится и отводится по боковым каналам 7. При вращении рабочего колеса жидкость, поступающая по боковому каналу, увлекается в движение по кольцевому пространству между колесом и корпусом и выбрасывается по другому боковому каналу в напорный патрубок. Особенность работы вихревого насоса заключается в том, что одна и та же частица жидкости, двигаясь по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопаточное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а, следовательно, и напора. Благодаря этому вихревой насос в состоянии развить напор в несколько раз больший, чем центробежный насос при одном и том же диаметре рабочего колеса и тех же оборотах. Это, в свою очередь, приводит к значительно меньшим габаритным размерам и весу вихревых насосов в сравнении с центробежными насосами

Достоинством вихревых насосов является: они обладают самовсасывающей способностью, особенно насосы типа ВКС с воздушными колпаками; исключают необходимость заливки корпуса и всасывающей линии насоса перекачиваемой жидкостью перед каждым пуском.

Недостатком вихревых насосов является сравнительно низкий к.п.д. (18 – 40%) и быстрый износ их деталей при работе на жидкостях, содержащих взвешенные твердые частицы.

С целью повышения к.п.д., предупреждения кавитации, повышения подачи на вал рабочего колеса вихревого насоса устанавливается центробежное колесо. Насос, состоящий из двух последовательно включенных колес – центробежного (первая ступень) и вихревого (вторая ступень) – называется центробежно-вихревым насосом.

Для перекачивания легко застывающих жидкостей насосы изготавливают с обогревом – исполнение ВКС. Воздушный колпак, присоединенный к напорному патрубку, имеет воздухоотвод и за счет инжекторного эффекта обеспечивает самовсасывающие способности насоса. При заполненном водой корпусе насос может обеспечить самовсасывание 4 м вакуумметрической высоты.

Уплотнение вала насоса – двойной мягкий сальник или двойное торцовое уплотнение. Насосы с торцовым уплотнением применяются для перекачивания токсичных, горючих, легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей с температурой от – 4 до + 85 ^оС. При этом насосы комплектуются электродвигателями во взрывозащищенном исполнении.

Пластинчатые насосы имеют вращающийся ротор, установленный эксцентрично или концентрично в корпусе и снабженный подвижными пластинами.

Рис Насос пластинчатый.

Пластины прижимаются к корпусу силой пружин, центробежной силой или давлением подводимой по оси насоса жидкостью. Отсекаемые между пластинами и корпусом объемы жидкости при вращении ротора вытесняются в напорный трубопровод. Пластин может быть две и более.

Водокольцевые насосы имеют вращающийся ротор с лопатками. При вращении ротора находящаяся в корпусе насоса рабочая жидкость отбрасывается с периферии и образует жидкостное кольцо. Если ротор расположен эксцентрично в корпусе, то между ротором и жидкостным кольцом образуется серповидное пространство. Проходя это пространство, лопатки сначала увеличивают объем камеры между ротором и жидкостным кольцом (всасывание), а затем уменьшают его (нагнетание). Поэтому насос может засасывать не только жидкость, но и воздух (газы), т.е. является самовсасывающим.

Рис. Схема водокольцевого насоса открытого типа:

1 – рабочее колесо (крыльчатка); 2 – корпус; 3 – канал обводной; 4 - нагнетательная щель; 5 - нагнетательный патрубок 6 - всасывающий патрубок; 7 - всасывающая щель; 8 – полость насоса.

Хотя к.п.д. водокольцевых насосов ниже (обычно равен 0,2 – 0,4), чем обычных центробежных насосов, в ряде случаев их применение оказывается целесообразным, особенно при необходимости быстрого пуска, перекачки агрессивных жидкостей и т.п.

 На установках сбора и подготовки нефти наибольшее применение получили центробежные насосы исполнения:

1. моноблочного, при котором рабочее колесо крепится на удлиненном валу электродвигателя;

2. бескорпусного, при котором каждая ступень насоса выполнена в виде отдельной секции, а затем все ступени стягиваются длинными шпильками вместе с концевыми секциями, в которых расположены опоры.

1. Агрегаты ЦНС 300 – 120…540 и ЦНС 105 - 98…441 предназначены для перекачивания обводненной газонасыщенной и товарной нефти с температурой 0 - 45 ^оС плотностью 700-1050 кг/м³, содержание парафина не более не более 20%, содержание механических примесей размером твердых частиц до 0,2 мм, объемная концентрация 0,2%, обводненностью не более 90%, давление на входе 0.5-6 кг/м³. Насосы ЦНС получили наибольшее распространение на объектах сбора и подготовки нефти.

2. Насосы типа НД – агрегат электронасосной дозировочной одноплунжерный, предназначен для объемного напорного дозирования нейтральных и агрессивных жидкостей. Эмульсий и суспензий с кинематической вязкостью 3,5х10^-7 - 8х10^-4 м²/с, с температурой до 100^оС, с максимальной плотностью 2000 кг/м³, с концентрацией твердой неабразивной фазы не более 1%. НД – тип агрегата с регулированием подачи вручную при остановленном агрегате. 1.0 – категория точности дозирования (не указывается в обозначении агрегата с п редельным давлением 400 кгс/м²).

3. Насос НВ 50/50 – погружной одноступенчатый, предназначен для перекачивания из подземных дренажных емкостей смеси воды и нефтепродуктов, содержащих твердые включения размером до 1 мм, объемная концентрация которых не превышает 1,5%.

4. Насосы типа ”Д” – горизонтальные насосы двустороннего входа с полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу. Предназначены для перекачивания воды и других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности, содержащие твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не п ревышает 0,05%, и микротвердостью до 6,5 ГПа. Установка агрегатов во взрывоопасных помещениях не допускается. После цифр указывается климатическое исполнение и категория размещения насоса при эксплуатации по ГОСТ 15150 – 69. Установленный ресурс до капитального ремонта 12000 часов.

Тип, марка оборудования	Подача, м3/час	Напор, м	Частота вращения, с-1	Частота вращения, об/мин	Мощность, кВт
Д 200-40	260	90	48	2900	90
Д 315-71	315	71	48	2900	110

5. Насосы типа “Ш” - горизонтальные одноступенчатые, предназначены для перекачивания гидросмесей с мелкой твердой фракцией плотностью 1200 – 1500 кг/м³ и максимальным размером частиц до 20 мм.

6. Насос НА – артезианский многоступенчатый насос с рабочим колесом одностороннего входа. Предназначен для откачки из заглубленных резервуаров нефтепродуктов, содержащих твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,2%.

7. Насосы ЦН-900-310, ЦН –100-180-3 горизонтальные спиральные, с рабочим колесом одностороннего входа. Предназначены для перекачки чистой воды и других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности, температурой до 100^оС, содержащих твердые включения не более 0.005% по массе размером до 0,2 мм.