Поршневые насосы

Поршневые насосы являются основным видом объемных насосов. Отличительные особенности этих насосов: постоянное разобщение напорной и всасывающей областей насоса специальными клапанами; независимость развиваемого наосом напора от величины подачи (напор определяется прочностью деталей насоса и мощностью двигателя); подача жидкости отдельными порциями, зависящими от размеров рабочей части насоса и скорости движения поршня.

Принципиальная схема поршневого насоса приведена на рис. 9.2.

Поршневой насос (рис.9.2) состоит из двух частей - гидравлической и приводной. Гидравлическая часть, предназначенная для перекачки жидкости, состоит из цилиндра 1, в котором возвратно-поступательно движется поршень 2 со штоком 11, и клапанов 3 и 4, помещенных в специальные клапанные коробки. Всасывающий клапан 3 отделяет внутреннюю полость насоса от всасывающего трубопровода 5, а нагнетательный клапан 4 - от нагнетательного трубопровода 6.

 

	Рис.9.1. Схема насосной установки: Нв – высота всасывания; Нн – высота нагнетания		Рис.9.2. Схема поршневого насоса одинарного действия

 

.

 

Приводная часть поршневого насоса служит для передачи энергии от двигателя к поршню. Она состоит из кривошипно-шатунного механизма, включающего кривошип 7, шатун 8, ползун 9 и направляющее 10 для ползуна. Кривошип 7 жестко посажен на вал двигателя или редуктора и вращается вместе с ним. Кривошип шарнирно соединен с шатуном 8, который также шарнирно связан с ползуном 9. При вращении кривошипа шатун 8 перемешает ползун 9 в направляющих 10 взад и вперед. Благодаря этому совершает возвратно-поступательное движение и поршень 2, связанный штоком 11 с ползуном. Движение поршня оказывается неравномерным: его скорость непрерывно изменяется от нуля в крайних положениях до максимального значения в среднем положении.

Поршневой насос, показанный на рис.9.2, подает жидкость один раз за один полный оборот кривошипа. Подобные насосы называют насосами одностороннего действия.

Кроме насосов одностороннего действия, в промышленности используются поршневые насосы многократного действия, в которых за один полный оборот кривошипа жидкость подается в напорный трубопровод два и большее число раз. В соответствии с этим они называются насосами двустороннего, трехстороннего и т. д. действия.

В возвратно-поступательном насосе двустороннего действия (рис. 9.3) четыре клапана (по два с каждой стороны): два всасывающих 1 и 1¢ и два нагнетательных 2 и 2¢. При движении поршня вправо (по чертежу) в левой части цилиндра этого насоса происходит всасывание, в правой - нагнетание. При обратном движении поршня, наоборот, справа происходит всасывание, слева - нагнетание.

Рис.9.4. Схема дифференциального плунжерного насоса

Рис.9.3. Схема поршневого насоса двустороннего действия

 

Возвратно-поступательные насосы, у которых рабочие органы выполнены в виде плунжеров, называют плунжерными насосами. Они используются в основном для перекачивания жидкостей под большим давлением, так как плунжер легче уплотнить, чем поршень.

Один из типов плунжерных насосов - дифференциальный плунжерный насос показан на рис. 9.4. Этот насос имеет два клапана (всасывающий 1 и нагнетательный 2) и две камеры (рабочую 4 и дополнительную 5). Камеры соединены между собой напорным коленом 3. В дифференциальном насосе всасывание производится один раз за оборот коленчатого вала, а нагнетание - дважды. Благодаря этому достигается более равномерная подача жидкости в нагнетательный трубопровод, чем в насосе однократного действия.

Поршневые насосы для перекачки нефтепродуктов. Поршневые и плунжерные насосы на нефтеперерабатывающих заводах используют для перекачивания небольших количеств жидкости при больших давлениях, для перекачивания горячих жидких нефтепродуктов (мазута, гудрона и др.), а также холодных нефтепродуктов с температурой менее 100^оС. Применяют поршневые паровые прямодействующие насосы двойного действия, а также поршневые насосы с приводом от электродвигателя через редуктор. Прямодействующие паровые насосы горизонтального типа состоят из трех основных частей: гидравлической, паровой и средника, соединяющего обе части, на котором смонтирована стойка парораспределительного механизма. Гидравлический и паровой поршни расположены на одном штоке. Подача таких насосов регулируется открытием паровпускного клапана.

Прямодействующие поршневые насосы обладают рядом преимуществ по сравнению с поршневыми насосами, имеющими привод: постоянная готовность к пуску, надежность в работе, простота обслуживания, легкость регулирования подачи, путем изменения подачи пара в паровые цилиндры. Недостаток прямодействующих насосов – низкий к.п.д.

Подачу поршневых наосов регулируют изменением длины хода поршня (плунжера), изменением скорости вращения приводного вала. Их недостаток - громоздкость, сложность привода, неравномерность подачи жидкости и малая подача. Они более дороги и сложнее в эксплуатации, так как имеют отдельные двигатель и редуктор. Преимущество – более экономичны, возможность создания высокого давления в жидкости, величина которого ограничивается механической прочностью деталей насоса.

Эксплуатация поршневых насосов. Перед пуском необходимо залить рабочие камеры насоса перекачиваемой жидкостью, проверить состояние системы смазки, открыть задвижки на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Если имеется байпас, то задвижку на напорном трубопроводе закрывают, а на байпасе открывают. После пуска насоса постепенно закрывают задвижку на байпасе и открывают на напорном трубопроводе. В случае паровых прямодействующих насосов, кроме того, должны быть открыты краны на паровыпускной трубе и продуты паровые цилиндры.

Нарушение нормальной работы поршневых насосов проявляется в падении производительности и развиваемого напора. Причиной этого может быть износ гильзы цилиндра, поршня или поршневых колец. Поломка поршневых колец может разрушить цилиндр, клапанную коробку и разгерметизировать его Заклинивание поломанных колец между гильзой и поршнем может привести к обрыву штока или поломке привода. Поломки клапанов или седел приводит к резкому падению параметров работы насоса и создает р6альную опасность. Поэтому обслуживающий персонал должен регулярно «прослушивать» работу клапанов и по характерному стуку определять их состояние: стук должен быть мягким и плавным; усиление стука говорит о разрегулированности подъема клапанов и о необходимости их ревизии.

В результате ослабления крепежных болтов возможны пропуски в местах сопряжения с корпусом цилиндровых и клапанных крышек. Устранить эти дефекты можно только после остановки насоса и снятия давления в цилиндре и в клапанной коробке.

В электроприводных насосах должна быть обеспечена строгая центровка штоков цилиндров, поэтому крейцкопф кривошипно-шатунного механизма не должен иметь люфтов.

Штоки гидравлических цилиндров имеют сальниковые уплотнения, набивку сальников периодически подтягивают без лишних усилий, чтобы избежать повышения трения сальника о шток.

Чтобы остановить насос, выключают двигатель, а при использовании паровых насосов перекрывают паровыпускной трубопровод. После остановки насоса закрывают задвижки на выпускном и всасывающем трубопроводах. Закрывают паровыпускной вентиль паровых насосов и продувают паровой цилиндр.

Во время работы насоса необходимо следить за показаниями манометров, вакуумметров и других измерительных приборов. В напорных воздушных колпаках должен поддерживаться нормальный запас воздуха (примерно 2/3 объема колпака). Периодически необходимо проверять плотность сальников и гидравлической части насоса.

Обслуживающий персонал обязан хорошо знать и выполнять правила и инструкции по эксплуатации, подготовки насосов к ремонту, а также пуска их после ремонта.

Отремонтированный насос обкатывают, постепенно наращивая нагрузку, для проверки герметичности, исправности работы систем охлаждения, смазки и т.д.

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 ^о С 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 предельным 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 превышает 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, об/мин	Мощность, кВт
Д 200-40
Д 315-71

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.