Опорный конспект лекций для студентов специальности 090602 (стр. 21 )

По характеристикам, данным на рис. 9.14 и 9.15, можно легко найти основные размеры проточной части требуемого струйного насоса по значениям его четырех основных рабочих параметров, приведенным в начале параграфа. Если задано не более трех пара­метров, а четвертый может варьировать, это означает, что задано либо h либо q. В этом случае недостающую относительную величину выбирают по огибающей на рис. 9.14 и с ее помощью уточняют нужное значение четвертого параметра. Далее, соответственно известному q по графику К = f (q) определяют требуемую относи­тельную площадь К и по графику LK/d2 = f(К) необходимую относи­тельную длину камеры смешения. 

  Рис. 9.15. Зависимость относительных параметров струйных на­сосов от числа  ..  ………  Рейнольдса

Диаметр d1 рабочего сопла насоса можно определить из выра­жения (9.5), если известна скорость в рабочей струе. Эта скорость зависит от разности напоров рабочего потока до и после сопла, т. е. от величины  Hп + Нр. Согласно рис. 9.10, а и выражениям (9.3), (9.4), (9.8) и (9.9)

  .  (9.16)

Решая совместно уравнения (9.5), (9.6), (9.11) и (9.14), получим

  .  (9 17)

Совместное решение уравнений (9.16) и (9.17) позволяет определить скорость  :

  .  (9.18) 

В выражении (9.18) величина  представляет собой переменный коэффициент расхода рабочего сопла. Как показано на рис. 9.13, с увеличением полезной подачи Qo и соответственно  q  рабочий расход Q1 и соответственно мр. с  слабо  возрастают. Это обусловлено понижением давления р1  у  входа в камеру смешения с увеличением  скорости перекачиваемого потока.

После определения по уравнениям (9.5) и (9.18) диаметра d1 сопла, из выражения (9.14) находят диаметр d2 = d0 камеры смешения и, пользуясь найденным относительным размером Lk / d2, ее длину LK.  Рекомендуется применять диффузоры с углами раскрытия  6 - 8°.  Рабочее сопло и кольцевое входное сопло камеры смешения (рис. 9.10,6) выполняют обычно в виде плавно сходящихся коноидальных насадков. Кромку рабочего сопла делают по возмож­ности тонкой с относом  Lc  от  начала камеры (сечение 1 -1 на рис.9.10, б) на  . При соблюдении этих рекомендаций можно принимать  и  .

Жесткое задание четырех основных параметров [формулы (9.3) - 9.6)] означает, что заданы  q и  h. Они определяют точку на поле огибающей (см. рис. 9.14). Если она лежит над огибающей, то соз­дание такого насоса невозможно и требуется корректировка задания. Если точка лежит под огибающей, то тип нужного насоса, характери­зуемый величиной К, находят подбором. Для этого, подбирая взаи­мосвязанные значения h0 и q0  по кривым h0 = f (К) и q0 = f (К) на рис. 9.14, строят приближенно характеристику, проходящую через данную точку под огибающей и касающуюся огибающей. Пользуясь значением  q  для точки касания определяют по кривой К = f (q) величину К нужного насоса. Далее, пользуясь найденным значением  К, определяют размеры его проточной части так же, как было описано выше.

Приведенные характеристики и расчеты, связанные с ними, действительны, если обеспечена  бескавитационная  работа  струйного насоса. При чрезмерно малом давлении p1 (рис. 9.10, а) у входа в ка­меру смешения, в месте контакта двух потоков, кавитация возникает в струйном пограничном слое, где из-за интенсивного вихреобразования образуются области наименьшего давления рmin = pн. п  (pнп - давление паров жидкости). Процесс смешения из-за интен­сивного выделения парогазовых пузырьков нарушается, и полезный напор Нп резко снижается по сравнению с нормальным.

Понижение давления в пограничном слое по сравнению с окру­жающим его невозмущенным потоком пропорционально скорости этого потока:

  .

Используя это уравнение для условий возникновения кавитации (Pmin = Рн. п)  и  решая его совместно с уравнением Бернулли для се­чений а - а и 1 - 1 перекачиваемого потока, получим критический напор на входе в насос:

  . 

  Из этого уравнения можно выделить критический запас давления сверх давления насыщенных паров, соответствующего началу кави­тации. Соответствующий этому запасу давления напор

  .

Критический запас напора можно представить в относительной форме. Используя выражения (9.17) и (9.18), получим

  .  (9.19)

Опытами установлено, что величина и для всех струйных насо­сов, работающих на оптимальных режимах, соответствующих точ­кам огибающей (см. рис. 9.14), изменяется мало:

  .

Это обусловлено тем, что для однотипных по форме входов в ка­меру, выполненных в виде плавных сходящихся насадков, С  ≈  const. Мало изменяется для оптимальных режимов и величина  мр. с. Следовательно, по выражению (9.19) легко найти  . Экс­плуатировать насосы во избежание кавитации надо при

  .

  § 9.5.  ПРИМЕНЕНИЕ  НАСОСОВ

  Области  применения  и  выбор  типа  и  марки  насосов

В нефтегазодобывающей промышленности насосы используют в следующих основных целях:

1) нагнетание жидкостей в пласты для их заводнения, запол­нения жидкими углеводородами, гидроразрыва;

2) подъем жидкостей  из скважин;

3) транспорт  нефти,  нефтепродуктов  и  сжиженных  газов;

4) водоснабжение систем заводнения пластов, промышленных предприятий и коммунального хозяйства;

5) поддержание  циркуляции  жидкости:

для разрушения горных пород при бурении скважин и их очистки от выбуренной породы (буровые насосы);

для очистки скважин от песчаных пробок (промывочные на­сосы);

для депарафинизации скважинного и наземного оборудования,

при обработке призабойной зоны скважины кислотой и дру­гими химическими реагентами,  при освоении  скважин, прпри  освоении скважин

при подготовке и первичной обработке нефти (сепарация нефти и воды, обессоливание),

в теплообменных аппаратах и устройствах, а также для охлаж­дения двигателей и компрессоров,

для смазки машин и гидравлического уплотнения валов на­сосов и компрессоров;

6) приготовление и кондиционирование смесей (цементных и глинистых растворов, суспензий для гидроразрыва), подготовка воды для закачки в пласт, для питания паровых котлов и систем охлаждения;

7) цементирование  скважин;

8) гидравлическая опрессовка трубопроводов и сосудов;

9) питание водой паровых котлов;

10) питание гидроприводов различных механизмов и обору­дования (см. § 59).

При комплектации насосных установок исходят из ассорти­мента существующих насосов. Так же, как и другое обору­дование, однотипные насосы выпускаются группами (размерными рядами). При этом предусмотрены графики, поля которых удов­летворяют требованиям потребителей данных насосов. Существуют размерные ряды буровых, центробежных, нефтяных и химических насосов, а также различных видов роторных насосов.

Для относительно малых расходов жидкости и больших давле­ний, как правило, предназначены возвратно-поступательные на­сосы, а для больших расходов при сравнительно низких давле­ниях - центробежные насосы. Это объясняется тем, что возвратно-поступательный насос тихоходный, так что повышение подачи в одном насосе может быть достигнуто лишь увеличением рабочего объема и, следовательно, размеров и массы машины. С другой стороны, расчетное давление центробежного насоса повышается с увеличением частоты вращения вала и числа ступеней. Чрезмер­ное увеличение того и другого связано с трудностями и сниже­нием технико-экономических показателей.

Пример графика с полями однотипных насосов представлен на рис. 9.16. На нем указывают шифр насоса, частоту вращения вала, число ступеней. Подробные сведения и полная характе­ристика даются в каталогах изготовителей насосов. Сводные гра­фики подач и напоров насосов, выпускаемых заводами СССР, содержатся в каталоге-справочнике [8].

Насосы выбирают по подаче и давлению (или напору). Если одной точке с координатами Q, Н соответствуют насосы разных типов, то возможные варианты сопоставляются по технико-экономическим показателям. В зависимости от назначения на­соса и условий эксплуатации одному и тому же показателю при­дается различное значение. Например, при непрерывной работе насоса особенно важно, чтобы он имел высокий к. п. д. Стоимость электроэнергии или топлива в этом случае является решающим экономическим фактором. Если насос работает в условиях частых пусков и остановок, то большое значение придается постоянной готовности и удобству запуска. Насос установки, монтируемой на платформе транспортного средства (трактора, автомобиля, возимой тележки), а также предназначенный для перевозки воз­душным транспортом, должен быть не только эффективным, но также легким и компактным и менее нуждаться в постоянном наблюдении и обслуживании.