Нефтегазопромыслове оборудование (стр. 27 )

Конструкция диффузора струйного насоса характеризуется двумя основными параметрами: угол конусности и степень расширения. Степень расширения, равную отношению площади выходного сечения к площади сечения на входе диффузора, обычно принимают не меньше 8. Угол конусности рекомендуется принимать равным 7°.

Как показали многочисленные исследования, коэффициент сопротивления диффузора зависит от вида эпюры скоростей во входном сечении. Минимальные потери энергии в коническом диффузоре наблюдаются при равномерном распределении скоростей по сечению на входе. С увеличением степени неравномерности распределения скорости по сечению увеличивается коэффициент сопротивления и потери энергии.

В струйном насосе с изменением режима его работы изменяется и вид эпюры скоростей на выходе камеры смешения. Протяженность камеры смешения меньше длины влияния местного сопротивления. Поле скоростей на такой длине не успевает выравниваться. Таким образом, значение относительного расхода оказывает влияние и на коэффициент сопротивления диффузора. Это влияние отражено в выражении (1.6).

Как показала практика, изготовление диффузоров представляет собой непростую операцию для условий на предприятиях нефтяной отрасли. При малых диаметральных размерах для уменьшения длины конической расточки диффузор выполняют из двух и более секций, которые соединяют последовательно. В этом случае, чтобы избежать возникновение уступов на стыках секций, приходится назначать жесткие допуски на линейные и угловые размеры. В противном случае, наличие уступов в диффузоре приведет к увеличению гидравлических потерь давления.

На кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности апробированы диффузоры с цилиндрическими промежуточными участками, разделяющими конические злементы рис. 1.3. В ходе стендовых испытаний струйных насосов установлено, что наличие одного или двух цилиндрических участков по длине диффузора не оказывает отрицательного влияния на энергетические показатели. При использовании подобной конструкции диффузора его длина несколько возрастает, однако удается добиться снижения степени точности угловых размеров с 9 до 14. Такое смягчение требований к точности позволило упростить технологию изготовления конических деталей.

Рис. 1.3. Конструкция камеры смешения и ………….. диффузора, оснащённого цилиндрическим участком:

1, 3 – конические участки диффузора;

2 – цилиндрический участок диффузора.

2. Кавитация в струйных насосах

Кавитацией называют процесс образования в капельной жидкости пузырьков, заполненных парами или газом, выделившимся из жидкости при снижении статического давления до некоторого критического значения. Критическое давление соответствует в реальных условиях давлению парообразования или давлению насыщения для растворенного в жидкости газа.

Рабочий процесс в струйном насосе при кавитации видоизменяется. Образующиеся в жидкости газовые пузырьки занимают часть поперечного сечения камеры смещения, которая до кавитации была заполнена только жидкостью. Замещение жидкости газом вызывает уменьшение расхода перекачиваемой жидкости.

Расчеты ведутся обычно для условий на входе в камеру смешения, где фиксируется минимальное статическое давление. На основе данных раздела 1 определяются условия возникновения кавитации. Критическое значение относительного расхода, при котором возникает кавитация:

(2.1)

Кавитация отсутствует, если относительный расход меньше критического. В этом случае расчет характеристики струйного насоса ведется по формуле (1.5).

Если имеет место кавитация, то при снижении относительного напора относительный расход остается неизменным и равным критическому [5]. При расчетах следует использовать формулу (2.1).

3. Методика расчета характеристики струйного насоса

Когда известны или заданы разработчиком геометрические размеры струйного насоса и параметры силовой установки, встает вопрос о расчете характеристики струйного насоса. Этот расчет всегда необходим при определении режима работы струйного насоса, включенного в какую-либо гидравлическую систему.

Расчет начинают с составления перечня параметров исходных данных: диаметр выходного отверстия сопла, диаметр камеры смешения, коэффициент сжатия струи, плотность жидкости, расход рабочей жидкости через сопло.

Расчет параметров струйного насоса производят в следующей последовательности:

1.  Определяют основной геометрический параметр струйного насоса:

(3.1)

Повторная запись некоторых формул проведена с целью придать методике целостный завершенный вид и облегчить работу при расчетах.

2. Задают первое значение относительного расхода. Для определения диапазона изменения этого параметра можно воспользоваться соотношением

(3.2)

3. Значения коэффициентов определяют с учетом выбранного относительного расхода и указанных ранее рекомендаций

(3.3)

(3.4)

;

Если отсутствует информация и не удается уточнить вид эпюр распределения скоростей во входном сечении камеры смешения, то в расчетах допускается принимать значения коэффициентов Буссинеска и Кориолиса равными единице.

4. Рассчитывают значения относительного напора и КПД (с допущений, изложенных в пункте 3).

(3.5)

(3.6)

5. После расчета безразмерных параметров определяют расход перекачиваемой жидкости и перепады давления

Q1 = qQ0 (3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

Все представленные выше формулы получены путём несложных

преобразований материала из раздела 1.

7. Далее задают новое значение относительного расхода. Расчеты по пунктам 3...6 повторяются с целью определения значений параметров при новом выбранном режиме работы насоса.

8. На основе полученных данных строят размерные и безразмерные характеристики струйного насоса, отражающие взаимосвязь между давлением струйного насоса и расходом перекачиваемой жидкости; относительным напором и относительным расходом, КПД и относительным расходом.

Представленная методика расчета характеристик струйного насоса переложена на алгоритмический язык программирования Фортран. Составлена соответствующая программа № 1.

Программа № 1

PROGRAM PUMP 1

REAL K0,K1,K2.K3.KQ

DIMENSION QS(100),HS(100),ETAS(100),Q1S(100),

•P41S(100),P04S(100),P01S(100)

READ (5.1)DS, DKS, E,RO, Q0,KQ

1 FORMAT (F 16.5)

K0=0.03

Kl=0.06

PI=3.1415926

J=5

43 I=1

WRITE (J.44)

44 FORMAT (4X,’Q’,7X,’H’,7X,’ETA’,5X,’Q1’,

*6Х,’Р41’,5Х,’Р04’,5X,’P01’)

A=(DKS/DS)**2./E

DQ=KQ*(A-l.)*0.5

QS(1)=0

7 IF(A-1.4)2,3,3

2 K2=0.08

K3=0.22

GOTO 4

3 K2=0.005+QS(I)(13.48*(A-l.)-3.41)

K3=0.125+QS(I)/(5.6*(A-l.)-! .14)

IF(A-24.) 4,4,5

5 K2=0.02

K3=0.16

4 Q=QS(I)

Y1=(A-1.-Q)*(A-1.+2.*(A-1.)**2.+Q)

Y2=(K2+K3)*((Q+1.)*(A-1.))**2.

Y3=K1*(Q*A)**2.

Y4=A**2.*((1.+K0)*(A-1.) **2-(l.+K1)*Q**2.)

HS(I)=(Y1-Y2-Y3)/Y4

ETAS(I)=QS(I)*HS(I)/(1.-HS(I))

QIS(I)=Q0*QS(I)

Y6=l.+K0-(Q/(A-1 .))**2.*(1.+K1)

Y5=DS**4/Y6

P01S(I)=Q0**2.*8*RO/(E*PI)**2/YS/10.**6.

P41S(I)=HS(I)*P0lS{I)

P04S(I)=P0lS(I)-P4lS(I)

WRITE (J.6) QS(I).HS(I),ETAS(I).Q1S(I),P41S(I),P04S(I),P01S(I)

10 IF (HS(I)0 8,8,10

I=1+1

QS(I)=Q+DQ

GOTO 7

6 FORMAT (1X,7F8.4)

8 WRITE (J,9) DS, DKS, E,RO, Q0,KQ, A

9 FORMAT (6Х, F16.5)

ТУРЕ*,۬ ВВЕДИТЕ ЧИСЛО:0-ВЫХОД НА ПРИНТЕР,

۫ I-ЗАВЕРШЕНИЕ РАСЧЕТА۬

ACCEPT*,D

IF(D-0)40,41,40

40 J=5

GOTO 42

41 J=6

GOTO 43

42 CONTINUE

STOP

END

При расчете на ЭВМ значения параметров исходных данных следует вводить при строгом соблюдении последовательности с использованием стандартных единиц измерения.

Результаты расчета на ЭВМ выводятся в виде таблицы, а под ней печатаются исходные данные, по которым велись вычисления.

В данной работе особое внимание уделено вопросам применения разработанной методики для решения разнообразных практических задач.

4. Методика проектирования струйного насоса по заданному режиму работы

При решении практических задач с использованием струйных насосов составляется гидравлическая схема, связывающая струйный насос с силовым насосом. Далее обычно требуется рассчитать геометрические размеры струйного насоса, способного обеспечить заданные выходные параметры. Для этого необходимо воспользоваться методикой проектирования струйного насоса по заданному режиму работы.

Режим работы струйного насоса задается значениями следующих параметров: давление струйного насоса, расход перекачиваемой жидкости, плотность жидкости.

На этом этапе рассмотрения темы необходимо сказать, что размеры проточной части струйного насоса будут зависеть от характеристики силового насоса, приводящего в действие струйный насос. Вид самой характеристики силового насоса определяется его типом. Так силовым насосам объемного типа свойственна характеристика вида Q0=idem; P04=var. Насосам динамического типа - Q0=var; P04=var. Возможен и вариант, когда силовой привод будет иметь характеристику вида Q0=var; P04=idem.

За основу возьмем более общий случай, когда подача и давление силового насоса являются переменными величинами. Так как линию любого вида можно с определенной точностью разложить на отдельные прямолинейные участки, следующие друг за другом, характеристику силового насоса представим таким образом: