Расчёт параметров и выбор типа насоса

Для перекачки нефти и нефтепродуктов в основном используются центробежные и шестерёнчатые насосы. Их характеристики – зависимости напора Н _н, мощности N _н, КПД η _н в функции расхода Q насоса – приводятся в справочной литературе. Важным показателем свойств жидкости является кавитационный запас Δ h _доп, определяющий ограничение зоны рабочих режимов насоса.

Иногда удобно пользоваться аналитическими выражениями этих зависимостей, полученных эмпирическим путём. Так, в частности, аналитические зависимости напора, кавитационного запаса и КПД центробежных насосов можно представить в виде [1]

Δ h _{доп ном} при 0, 5 Q _ном ≤ Q ≤ Q _ном;

Н _н =Н ₀ +аQ – bQ ²; Δ h _доп= η _н= с ₀+ с ₁ Q + c ₂ Q ². (2.9)

при Q> Q _ном;

Для шестерёнчатых насосов эти зависимости

и , (2.10)

где Q _ш и р _ш – расход и давление, создаваемые шестерёнчатым насосом.

Необходимо помнить, что в области малых давлений (р< р _ш) зависимость Q (р) носит линейный характер (b _ш=1), а при р< р _ш – криволинейный (b _ш > 1).

В каталогах приводятся характеристики центробежных насосов, снятые на воде. При транспортировке маловязких нефтей и нефтепродуктов эти характеристики изменений не претерпевают. Однако с ростом вязкости перекачиваемой жидкости они ухудшаются.

Формулы для расчета параметров работы насоса на нефти H_v, Q_v, η _v по известным параметрам работы на воде H _в, Q _в, η _в имеют вид

H_v = k_Н H _в, Q_v= k_Q H _в, η _v= k _η η _в,

где k_Н, k_Q, k _η – коэффициенты пересчёта соответственно напора, расхода и КПД насоса с воды на высоковязкий продукт.

Для всех насосов с коэффициентом быстроходности 50 ≤ п_s ≤ 130, кроме магистральных, пересчет характеристик производится при выполнении неравенства

ν _ниж< ν _Т < ν _верх, (2.11)

где ν _Т – вязкость нефтепродукта при температуре перекачки; ν _ниж и ν _верх – предельные нижнее и верхнее значения вязкости, при которых пересчёт характеристик необходим:

и , (2.12)

где Q _{в опт} – расход воды при максимальном КПД насоса, D ₂ и b ₂ – диаметр и ширина лопаток рабочего колеса на выходе.

При ν _Т < ν _ниж пересчета характеристик насоса не требуется, так как он работает в автомодельной зоне. А при ν _Т > ν _верх необходимо использовать другой насос.

В качестве параметра, определяющего необходимость пересчёта, используется число Рейнольдса в следующей записи

. (2.13)

Для центробежных насосов с рабочим колесом одностороннего входа жидкости существуют три зоны, в пределах каждой из которых действует гидравлическое сопротивление, подчиняющееся разным закономерностям:

–0, 774+0, 58 lgRe _н при 100 < Re _н ≤ 600

k_Q = 0, 412+0, 153 lgRe _н при 100 < Re _н < 7000

1 при Re _н ≥ 7000

_; (2.14)

–0, 852+0, 483 lgRe _н при 100 ≤ Re _н ≤ 2300

k _η = –0, 201+0, 17 lgRe _н при 2300 < Re _н < 50 000

1 при Re _н ≥ 50 000.

В методике пересчета характеристик магистральных центробежных насосов используется другая форма записи числа Рейнольдса

, (2.15)

где размерность частоты вращения вала насоса п [1/мин].

В целях оптимизации режимов работы насосов на пониженных и повышенных подачах некоторые из них комплектуются сменными рабочими колёсами, позволяющими работать с подачами 50, 70 и 125% от номинальной.

Пересчёт характеристик с воды на вязкую нефть необходим, когда величина Re _н меньше величины переходного числа Рейнольдса, определяемого по формуле

, (2.16)

где п_s – коэффициент быстроходности насоса.

Коэффициенты пересчёта напора, расхода и КПД с воды на высоковязкую нефть определяются по формулам

, (2.17)

где – граничное число Рейнольдса; .

Величины аппроксимирующих коэффициентов для нефти через аналогичные для воды рассчитываются по следующим формулам

. (2.18)