Эксплуатация МН (МНПП) и оборудования НПС (стр. 10 )

где QЗ, HЗ и NЗ – подача, напор и потребляемая мощность, соответствующие заводскому диаметру рабочего колеса DЗ;

QУ, HУ и NУ – то же при уменьшенном диам рабочего колеса DУ.

Способ регулирования за счет обточки рабочего колеса может быть эффективно использован при установившемся на длительное время режиме перекачки. Следует отметить, что уменьшение диаметра рабочего колеса сверх допустимых пределов приводит к нарушению нормальной гидродинамики потока в рабочих органах насоса и значительному снижению к. п. д.

Изменение частоты вращения вала насоса – прогрессивный и экономичный метод регулирования. Применение плавного регулирование частоты вращения роторов насосов на ПС магистральных нефтепроводов облегчает синхронизацию работы станций, позволяет полностью исключить обточку рабочих колес, применение сменных роторов, а также избежать гидравлических ударов в нефтепроводе. При этом сокращается время запуска и остановки насосных агрегатов. Однако, в силу технических причин, этот способ регулирования пока не нашел широкого распространения.

Метод изменения частоты вращения основан на теории подобия

где Q1, H1 и N2 – подача, напор и потребляемая мощность, соответствующая частоте вращения рабочего колеса n1;

Q2, H2 и N2 – то же при частоте вращения рабочего колеса n2.

При уменьшении частоты вращения характеристика насоса изменится и рабочая точка сместится из положения А1 в А2 (рис. 3.15).

Рис. 3.15 Совмещенная характеристика нефтепровода и насоса при изменении частоты вращения вала

В соответствии с (1.66) при пересчете характеристик насоса с частоты вращения n1 на частоту n2, получим следующие соотношения:

.

Изменение частоты вращения вала насоса возможно в следующих случаях:

-  применение двигателей с изменяемой частотой вращения;

-  установка на валу насосов муфт с регулируемым коэффициентом проскальзывания (гидравлических или электромагнитных);

-  применение преобразователей частоты тока при одновременном изменении напряжения питания электродвигателей.

Дросселирование

Дросселирование- заключается в том, что в нагнетательный трубопровод вводится дополнительное сопротивление ( обычно путем дополнительного прикрытия задвижки)

1-  Напорная характеристика насоса; 2- Гидравлическая характеристика трубопровода до дросселирования; 3 - Гидравлическая характеристика трубопровода

Рис. 3.16 Совмещенная характеристика нефтепровода и насоса при регулировании дросселированием

Дросселирование является очень распространенным, но не очень эффективным видом регулирования

Эффективность дросселирования оценивается КПД дросселирования

- КПД насоса до дросселирования

- общий КПД после дросселирования

Дросселирование считается допустимым если потери на дросселе составляют не более 2% развиваемого напора

Байпасирование

Заключается в перепуске части жидкости с нагнетательной линии на всасывающую.

1 – Напорная характеристика насоса, 2 – Характеристика насоса без байпаса; 3 – Характеристика байпаса; 4 – Эквивалентная характеристика трубопровода с байпасом; A – Рабочая точка при работе без байпаса; B – Рабочая точка при работе с байпасом; ΔQ5 – Количество жидкости, которое циркулирует в байпасе; QA - Подача без байпасирования; QB – Подача насоса при байпасировании; QC– Подача в основной трубопровод; ΔQ5 - Количество жидкости, циркулирующей в байпасе

Рис. 3.17 Совмещенная характеристика нефтепровода и насоса при регулировании бйпасированием

ΔQб = QB- Qc

Рассмотрим методы, которые изменяют напорную характеристику насоса:

1 – Исходная характеристика насоса при частоте вращения n1;Hпотр– Характеристика трубы; QB– Потребная подача

Рис. 3.18 Совмещенная характеристика нефтепровода и насоса при регулировании изменением частоты вращения

Из частных формул подобия ЦБН следует:

Так как насос один и тот же, диаметр колеса не меняется

H=aQ2

Уравнение параболы подобия с помощью которой выполняется расчет новой частоты вращения.

Пример:

Пусть требуется определить новую частоту вращения n2 , при которой будет обеспечена подача QB. Записанные выше формулы подобия можно применить только для подобных точек (режимов), точки A и B не являются подобными.

Значит, на исходной характеристике насоса надо найти такую точку С, которая будет подобна точке В. Для этого строим параболу подобия.

Алгоритм построения параболы подобия

1.  Определим коэффициент параболы подобия по параметрам точки В:

а =

2.  Берут несколько произвольных значений расхода Qiи для них рассчитывают несколько соответствующих значений напора (4-5 точек)

Hi=aQi

По полученным парам значений Hi и Qi строим параболу подобия.

Эта парабола подобия объединяет все подобные точки и пересекает исходную характеристику насоса в точке С, так как точки В и С лежат на одной параболе подобия, они являются подобными, и для них можно применить формулы подобия, то есть

Расчет новой характеристики насоса

Рассчитаем новую напорную характеристику насоса при частоте вращения n2

На исходной характеристике насоса возьмем несколько произвольных точек: K, L, M, N и рассчитаем для них коэффициенты парабол подобия

aK =

aL =

aM =… и т. д.

Задавшись произвольными значениями расходов, определим соответствующие значения напора каждой из этих парабол и построим эти параболы по этим значениям.

Так как n2 уже известно, то можно рассчитать значения подобных подач:

= … и т. д.

Соединив точки K’, L’, M’, N’, B получим новую характеристику насоса при частоте вращения n2

Регулирование изменением частоты вращения при последовательном соединении насосов

Пусть последовательно соединены два насоса: один - подпорный, другой – магистральный.

Рис. 3.19 Совмещенная характеристика нефтепровода и насоса при регулировании изменением частоты вращения

Как правило, частота вращения вала магистрального насоса составляет – 3000 об/мин, а у подпорного – 1500 об/мин.

В - требуемая рабочая точка, через нее должна пройти новая суммарная характеристика насосов. Так как частоту вращения подпорного насоса мы не меняем, то его напор мы вычитаем из точки В и получаем точку В’, через которую пройдет новая напорная характеристика магистрального насоса(МН) с частотой вращения n2

Поэтому коэффициент параболы подобия определяем для точки В’ ( и через нее проведем параболу подобия)

Параболы подобия пересекает исходную характеристику МН в точке С. Точки С и В’ являются подобными, следовательно:

Регулирование обточкой рабочего колеса

Рабочее колесо обтачивается при этом по внешнему диаметру, характеризующемуся степенью обточки m

Рис. 3.20 – Схема обточки рабочего колеса

m= ,

где D2' - диаметр рабочего колеса после обточки

Допустимая степень обточки зависит от коэффициентов быстроходности

= 60…120	m80%
= 120…150	m85%
= 150…250	m90%

Пересчет характеристик также производят с помощью формулы подобия. Вместо параболы подобия вводят понятие параболы обточки.

Допускается, что площадь выходного сечения колеса по мере обточки не изменяется.

b2 D2