Ponorné vícestupňové odstředivé čerpadlo je soubor velkého počtu stupňů – oběžných kol a vodicích lopatek, uzavřených v ocelovém plášti ve formě trubky. Oběžná kola a vodicí lopatky jsou sestaveny na jedné hřídeli, která je podepřena axiální podpěrou.
Vodicí lopatky, které jsou v jednom balení, spočívají na základně a jsou zajištěny proti otáčení v pouzdře horním ložiskem.
Oběžná kola jsou usazena na hřídeli pomocí pera, které zapadá do drážky hřídele a do drážky každého kola. Tato konstrukce umožňuje přenos rotace z hřídele na oběžná kola. [oběžné kolo]
Rozlišují se následující schémata montáže čerpadla:
– s „plovoucím“ typem oběžných kol,
– „kompresní“ sestava,
– „dávková“ montáž.
ČERPADLA S „PLOVOUCÍM TYPEM“ Oběžných kol.
U čerpadel této konstrukce nejsou oběžná kola upevněna na hřídeli a mohou se pohybovat podél hřídele mezi dvěma vodicími lopatkami, to znamená „plovoucí“. Hřídel, která nenese zatížení od kol, je zavěšena na axiální podpěře. Když je čerpadlo v provozu, každé oběžné kolo spočívá svým spodním kotoučem na prstencovém nákružku vodicí lopatky.
Pro snížení třecí síly je do spodního kotouče oběžného kola zalisována opěrná podložka z otěruvzdorného materiálu (textolit, karbonit atd.). Vzhledem k tomu, že v některých provozních režimech čerpadla (například spouštěcí režim) může oběžné kolo „plavat“, tzn. přesunout na opěrné rameno horní vodicí lopatky; do horního disku kola je také vtlačena opěrná podložka. Axiální síla z každého oběžného kola (vlastní hmotnost kola, tlakový rozdíl mezi horní a spodní částí oběžného kola atd.) je tedy přenášena na odpovídající vodicí lopatku a je pak přijímána skříní čerpadla.
Axiální síla od hřídele čerpadla (vlastní hmotnost hřídele, tlak na horní konec hřídele, axiální síla od kol nalepených na hřídeli atd.) je vnímána axiálním uložením hřídele. Axiální podpěra se skládá z patky a axiálního ložiska, z nichž každé je podložka z řemene, silikonizovaného grafitu nebo keramiky instalovaná v kovové kleci.
Patka je usazena na hřídeli přes pero a je držena v axiálním směru pomocí distančního a přídržného kroužku. Axiální ložisko spočívá na horním ložisku a díky drážce zasahující do otvoru horního ložiska je bráněno jeho otáčení. Axiální síla z hřídele je přenášena patou přes pojistný a distanční kroužek na axiální ložisko. Při provozu čerpadla proudí kapalina z horního ložiska mezerou mezi pouzdrem a axiálním ložiskem do střední části paty. Při otáčení paty je kapalina čerpána drážkami do mezery mezi plochými částmi axiálního ložiska a patou. Axiální ložisko tak klouže po vrstvě kapaliny.
Hlavní nevýhodou tohoto provedení je vystavení axiální podpěry mechanickým nečistotám. Proto v současné době výrobci ponorných zařízení vyrábějí čerpadla bez axiální podpěry hřídele v sekcích. U takovýchto čerpadel je axiální síla z hřídele přijímána: pátým hydraulickým ochranným chráničem, axiální podpěrou speciálního vstupního modulu nebo axiální podpěrou odlučovače plynů.
Příčné (radiální) síly vznikající při provozu čerpadla zachycují radiální ložiska. V každé sekci běžného čerpadla se hřídel otáčí ve dvou ložiskách – horním a spodním. Aby se zabránilo ohýbání a zachovala se přímost hřídele, jsou čerpadla odolná proti opotřebení vybavena mezilehlými radiálními ložisky.
U vylepšených konstrukcí čerpadel jsou radiální ložiska umístěna ve vodicích lopatkách, což eliminuje potřebu vložených ložisek a šetří užitečný prostor pro další stupně.
SESTAVA „KOMPRESNÍHO“ ČERPADLA.
U takových čerpadel je díky přesnému nastavení výšky nábojů oběžných kol zajištěn jejich vzájemný kontakt. Tento „hřeben“ kol je upevněn na hřídeli. Tím se axiální síla z každého oběžného kola přenáší na hřídel. Pro zachycení takového axiálního zatížení je zapotřebí zesílená axiální podpěra, kterou není možné umístit do čerpadla. Proto se celé axiální zatížení z hřídele čerpadla přenáší na patu hydraulické ochrany.
Výhody „kompresní“ sestavy: aplikace v podmínkách vysokého obsahu mechanických nečistot v extrahovaných produktech; odlehčení kotoučů oběžného kola z axiálního zatížení (v některých případech mohou chybět opěrné podložky oběžného kola).
Nevýhodou „kompresní“ montáže je složitost instalace. Protože, aby se zajistilo, že oběžná kola nepřijdou do kontaktu s vodicími lopatkami, je při instalaci čerpadla nastavena mezera v pracovních stupních instalací speciálních kalibrovaných desek mezi hřídele v drážkových spojkách.
SESTAVA ČERPADLA „BALENÍ“.
V takových čerpadlech je několik oběžných kol a vodicích lopatek (od 3 do 10 párů) sestaveno do balíčků a výška nábojů oběžného kola je zvolena tak, aby mezi koly byla malá mezera. Charakteristickým rysem této sestavy je schopnost čerpadla, respektive jeho jednotlivých prvků, měnit své funkce v závislosti na provozních režimech, parametrech čerpaného média a míře opotřebení. Oběžná kola, původně instalovaná „plovoucí“, jak se opotřebovávají opěrné podložky, začnou přenášet své axiální zatížení na spodní kola a tvoří „hřebenovou“ charakteristiku kompresních stupňů. Výsledkem je, že celý obal začne přenášet celkové axiální zatížení na speciální axiální podpěru instalovanou ve spodní části každého obalu. V této poloze je odstraněno zatížení podpěrných podložek kola a jejich opotřebení se prakticky zastaví, zatímco netěsnosti mezi stupni jsou minimální, protože mezery v těsnění jsou téměř nulové.
„Šaržová“ sestava má všechny výhody „kompresní“ sestavy a postrádá svou hlavní nevýhodu – nevyžaduje úpravu během instalace, což výrazně zkracuje dobu instalace a možnost chyb při instalaci.
Každý stupeň čerpadla se skládá z oběžného kola a vodicí lopatky.
Oběžné kolo se skládá ze dvou disků – spodního ve tvaru prstence s velkým průměrem otvoru uprostřed a horního – pevného disku s nábojem, kterým prochází hřídel. Mezi disky, které je spojují do jediné struktury, jsou lopatky, hladce zakřivené ve směru opačném ke směru otáčení kola.
Vodicí zařízení se skládá z difuzoru ve formě skla s otvorem o velkém průměru uprostřed a kotouče s otvorem, jehož průměr je o něco větší než průměr pouzdra oběžného kola. [rozváděcí lopatka] Mezi difuzorem a kotoučem, spojujícím je do jediné konstrukce, jsou lopatky zakřivené ve stejném směru jako lopatky oběžného kola.
V závislosti na provozních podmínkách jsou oběžná kola a vodicí lopatky vyrobeny z různých materiálů za použití různých metod:
— pracovní tělesa z modifikované šedé litiny a „niresist“ litiny jsou vyráběna odléváním;
– pracovní části vyrobené ze speciálního „prášku“ – slinováním;
– pracovní díly z polymerních materiálů – lisování.
Každý stupeň vyvine tlak 3 až 7 metrů vodního sloupce.
S rostoucím počtem stupňů se tlak bude rovnat součtu tlaků vyvinutých každým stupněm zvlášť, ale průtok čerpadla zůstane nezměněn, tzn. jako jeden stupeň poskytuje. Průtok čerpadla závisí na velikosti a konfiguraci stupňů.
Existují dva typy stupňů: stupně s válcovými lopatkami (používané u čerpadel s nízkými průtoky – do 250 m250/den) a stupně se šikmými válcovými lopatkami (používané u čerpadel s průtoky nad 3 mXNUMX/den).
S ohledem na hloubku, ze které musí být kapalina čerpána, a také na protitlak, který musí čerpadlo překonat při dopravě kapaliny do posilovací stanice, musí být do čerpadla instalováno velké množství stupňů (až 650 kusů). . Pokud by byl takový počet stupňů umístěn v jednom pouzdru, jeho délka by dosáhla 20 m, což by zkomplikovalo jeho výrobu, přepravu a instalaci u vrtu. Proto se vysokotlaká čerpadla skládají z několika sekcí (modulů), ne více než 6 m dlouhých (cca 120-200 stupňů).
Při připojování sekcí čerpadla se používají následující typy připojení:
— spojení mezi přírubou;
— spojení příruba-tělo;
— spojení příruba-pouzdro s přídavným ložiskem.
Spojení příruba s tělesem poskytuje vyšší pevnost křížového spoje ve srovnání se spojením příruba s přírubou (snížené koncentrátory napětí, zvýšená tloušťka stěny hlavy, snížení abrazivního opotřebení křížového spoje).
Spojení příruby a tělesa s přídavným ložiskem (ložisko je zabudováno v hlavě sekce) pomáhá snižovat úroveň vibrací čerpadla.
Vstupní modul.
Příjem a přívod studniční kapaliny do čerpadla se provádí přes vstupní modul. Vstupní modul se skládá z pouzdra s otvory pro průchod formační kapaliny, hřídele s ochrannými pouzdry a přijímací síťky, která zajišťuje hrubé čištění přiváděné kapaliny od mechanických nečistot. Horní část vstupního modulu je připojena k čerpací části a spodní část k chrániči. Aby se snížil počet připojení, výrobci v současné době vyrábějí ponorná zařízení s vestavěným vstupním modulem. Vstupní modul je zabudován do: spodní části čerpadla nebo hydraulické ochrany.
Při odsávání formační kapaliny s vysokým obsahem mechanických nečistot se používají lapače kalů nebo vstupní filtry, které zabrání jejich vniknutí do pracovních částí čerpadla.
Vstupní filtr se instaluje mezi hydraulickou ochranu a spodní část čerpadla.
Mechanické nečistoty jsou zadržovány, když kontaminovaná formační kapalina prochází filtračními prvky nainstalovanými uvnitř filtru.
Lapač kalu funguje jako součást ponorné instalace jako přídavná modulová sekce instalovaná mezi vstupním modulem a spodní částí čerpadla. Sběr a sedimentace mechanických nečistot se provádí pomocí speciálních sběrných zařízení.
Hřídele čerpacích sekcí jsou vzájemně spojeny drážkovými spojkami. Za tímto účelem mají konce hřídelů drážky (zuby) a prohlubně (drážky) umístěné radiálně na povrchu.
Princip činnosti odstředivého čerpadla.
Činnost čerpadla je založena na interakci rotujících lopatek oběžného kola a čerpané kapaliny. Rotující oběžné kolo uděluje kruhový pohyb kapalině umístěné mezi lopatkami. Vlivem vzniklé odstředivé síly se kapalina ze středu kola přesune k vnějšímu výstupu a uvolněný prostor se opět zaplní kapalinou vstupující působením vytvořeného vakua. Z oběžného kola je kapalina vrhána do vodicí lopatky, která svými kanály směřuje kapalinu do střední části dalšího kola. V důsledku tohoto vynuceného vychýlení proudu tekutiny vzniká tlak na vnitřní stěny vodicí lopatky. Energie rychlosti se tak přemění na energii tlaku.
Technické vlastnosti čerpadel.
Hlavní parametry čerpadla jsou průtok a tlak. Dodávkou se rozumí objem kapaliny, který čerpadlo přečerpá za určitou dobu (O, m3/den). Dopravní výška je maximální výška, do které může čerpadlo zvednout kapalinu (N, m), nebo tlak, který může čerpadlo překonat, vyjádřený v metrech sloupce kapaliny.
V závislosti na provozních podmínkách mají odstředivá čerpadla proměnlivé průtoky a tlaky. Grafická závislost tlaku, příkonu a účinnosti. z průtoku při konstantní rychlosti se nazývá charakteristika odstředivého čerpadla. Charakteristiky čerpadel jsou obvykle stanoveny experimentálně (test vody/> = 1000 kg/m3): při konstantní rychlosti čerpadla se změní stupeň otevření ventilu instalovaného na výstupu z čerpadla, průtok (O), změří se tlak (N) a výkon (I). Poté se pomocí těchto údajů vypočte účinnost čerpadla
Protože užitečná práce čerpadla je úměrná součinu dodávky a tlaku, pak pro tyto dva extrémní režimy provozu čerpadla bude užitečná práce rovna nule, a proto bude účinnost rovna nule. Při určitém poměru () a I účinnost. dosahuje maximální hodnoty přibližně 50 %. Průtok a tlak odpovídající maximální účinnosti se nazývá optimální provozní režim čerpadla. Závislost r(0) v blízkosti svého maxima plynule klesá (3 – 5 %), proto je zcela přijatelné provozovat ESP za podmínek, které se od optimálních v obou směrech o určitou hodnotu liší. Oblast možných provozních režimů čerpadla se nazývá pracovní část nebo pracovní zóna.
Křivka N(0) charakterizuje závislost výkonu spotřebovaného čerpadlem na dodávce. Zkoušky různých čerpadel na zkušebním stavu ukázaly, že se snižujícím se průtokem zpravidla klesá výkon čerpaný čerpadlem.
Výběr čerpadla v podstatě spočívá ve výběru ESP takové standardní velikosti, aby po spuštění do studny provedlo maximální přípustnou selekci kapaliny z dané hloubky a zároveň pracovalo v režimech blízkých maximální účinnosti .
SYMBOL ELEKTRICKÉHO ODSTŘEDIVÉHO ČERPADLA
ESP (K) (I) – XX – XXX – xxxx
1 2 3 4 5 6
1 — Elektrické odstředivé čerpadlo
2 — Čerpadlo odolné proti korozi
3 — Čerpadlo odolné proti opotřebení
4 — Rozměrová skupina čerpadla
5 — Jmenovitý průtok čerpadla (m3/den)
6 – Jmenovitá výška (m]
Velikostní skupina čerpadla 5 5A 6 6A
Minimální přípustný vnitřní průměr výrobní struny, mm 123,7 130 144,3 148
Vnější průměr tělesa čerpadla, mm 92 103 114 123
Příklad označení elektrického odstředivého čerpadla s vnějším průměrem pláště 92 mm, jmenovitým průtokem 80 m 3 / den a jmenovitou dopravní výškou 1200 m, vyrobeného v provedení odolném proti opotřebení:
ESP (I) – 5 – 80 – 1200
Velké množství volného plynu vstupujícího do vrtu přímo z formace nebo uvolněného z ropy ztěžuje provoz vrtů s ponornými odstředivými čerpadly. Když plyn vstupuje do odstředivého čerpadla, objevují se v kanálech oběžného kola a vodicí lopatky vířivé plynové „vaky“ naplněné směsí plynu a kapaliny o nízké hustotě. Na jedné straně akumulace plynu omezuje průtokovou plochu kanálu, snižuje průtok a na druhé straně zabraňuje normálnímu víření toku na výstupu oběžného kola, což vede ke snížení průtoku. tlak kola.
Jak se v nich obsažený plyn hromadí, vírové oblasti se zvětšují a zabírají stále větší část kanálu. Když se takový „pytel“ roztáhne po celé šířce kanálu, vytvoří se plynová zátka a zastaví se napájení čerpadla („porucha dodávky“).
Přípustná hodnota obsahu plynu na vstupu čerpadla se pohybuje (v závislosti na velikosti čerpadla) v rozmezí 5-25 % objemu vyráběných produktů.
Vysvětlení důvodů a diskuse – na stránce Ruviki: Toward unification / 21. srpna 2019.
Diskuse trvá minimálně týden (více podrobností). Šablonu nemažte, dokud není diskuse ukončena.
Horizontální odstředivé čerpadlo (konzolové čerpadlo)
Hlavní článek: Čerpadlo
Odstředivé čerpadlo (lidově nazývané spirální čerpadlo) je jedním ze dvou typů dynamických lamelových čerpadel, ve kterých se pracovní tekutina pohybuje v nepřetržitém toku v důsledku interakce tohoto toku s pohyblivými rotujícími lopatkami rotoru a lopatkami stacionární skříně. V tomto případě dochází k přenosnému pohybu pracovní tekutiny v důsledku odstředivé síly a proudí v radiálním směru, to znamená kolmo k ose otáčení rotoru.
Plynová čerpadla, která lze použít jak pro kapaliny, tak pro plyny, se obvykle nazývají odstředivé kompresory nebo odstředivé ventilátory.
Princip činnosti odstředivých čerpadel [ editovat | upravit kód]
Průřez odstředivým čerpadlem
Oběžné kolo odstředivého čerpadla
Vypouštěcí čerpadlo pračky (oběžné kolo)
Uvnitř tělesa čerpadla, které má obvykle spirálovitý tvar šneka, je na hřídeli pevně připevněno oběžné kolo. Ložiska jsou umístěna na obou koncích hřídele v závislosti na typu čerpadla, mohou být různého typu. Ložiska jsou připevněna ke skříni čerpadla pomocí speciálních svorek a zajišťují rotaci kola. Vedle jednoho z ložisek je umístěna polovina spojky, která zajišťuje přenos rotačního pohybu od elektromotoru. Polovina spojky na hřídeli a polovina spojky na hřídeli elektromotoru jsou spojeny pomocí speciálních šroubů, kterým se lidově říká „prsty“. Obě poloviny spojky mají stejný průměr a jsou soustruženy obracečem v jednom chodu, nasazeným na jedné hřídeli. To se provádí pro dosažení dokonalého vyrovnání mezi elektromotorem a čerpadlem, jinak dojde k házení a rychlému opotřebení ložisek a oběžného kola.
Kolo může být otevřeného typu (disk, na kterém jsou namontovány lopatky) nebo uzavřeného typu – lopatky jsou umístěny mezi přední a zadní kotouč. Lopatky jsou obvykle zakřiveny z radiálního směru ve směru opačném ke směru otáčení oběžného kola ve formě logaritmické spirály. Pomocí potrubí je těleso čerpadla připojeno k sacímu a výtlačnému potrubí.
Pokud je těleso čerpadla zcela naplněno kapalinou, pak při otáčení oběžného kola (například pomocí elektromotoru) bude kapalina, která je v kanálech oběžného kola (mezi jeho lopatkami), vyvržena ze středu oběžného kola. na periferii vlivem odstředivé síly. To povede k vytvoření vakua ve střední části kola a zvýšení tlaku na okraji. Jak se tlak zvyšuje, kapalina z čerpadla vstupuje do tlakového potrubí. V důsledku toho se na výstupu sacího potrubí čerpadla vytvoří podtlak, pod jehož vlivem se kapalina dostává ze sacího potrubí do čerpadla. Dochází tak k nepřetržitému přívodu kapaliny odstředivým čerpadlem ze sání do tlakového potrubí.
Odstředivá čerpadla se vyrábějí nejen jednostupňová (s jedním oběžným kolem), ale i vícestupňová (s několika oběžnými koly) – tzv. „sekční odstředivá čerpadla“. U sekčních čerpadel se dosáhne zvýšení celkového poklesu tlaku, který je přibližně úměrný počtu sekcí čerpadla. Současně zůstává princip jejich fungování v jakémkoli provedení stejný – kapalina se pohybuje působením odstředivé síly generované rotujícím oběžným kolem.
Klasifikace odstředivých čerpadel [editovat | upravit kód]
Odstředivá čerpadla jsou klasifikována podle [1]:
- Počet kroků (kolečka); jednostupňová čerpadla mohou být s konzolovým uspořádáním hřídele – konzolová;
- Podle umístění osy kola v prostoru (horizontální, vertikální)
- Tlak (nízký tlak – do 0,2 MPa, střední – od 0,2 do 0,6 MPa, vysoký tlak – více než 0,6 MPa);
- Způsob přivádění kapaliny do oběžného kola (s jednosměrným nebo dvoucestným vstupem – dvojité sání);
- Způsob konektoru pouzdra (s horizontálním nebo vertikálním konektorem);
- Způsob odvádění kapaliny z oběžného kola do kanálu skříně (spirála a lopatka). U spirálových čerpadel je kapalina vypouštěna přímo do spirálového kanálu; v lopatkách kapalina nejprve prochází speciálním zařízením – vodicí lopatkou (nehybné kolo s lopatkami);
- Koeficient rychlosti ns (nízkorychlostní, normální, vysokorychlostní);
- Funkční účel (instalatérské, kanalizační, požární, chemické, alkalické, ropné, bagrovací, prostor regulace teploty [2] atd.);
- Způsob spojení s motorem: pohon (s převodovkou nebo s řemenicí) nebo spojení s elektromotorem pomocí spojek, které se dělí na magnetické spojky, elastické spojky a další typy spojek;
- Způsob umístění čerpadla vzhledem k povrchu kapaliny: povrchový, hluboký, ponorný.
Na rychlostním koeficientu n závisí účinnost čerpadlas, provozní režim, design. Za optimálních provozních podmínek může účinnost velkých čerpadel dosáhnout 0,92 a malých – asi 0,6-0,75.
Viz také [upravit | upravit kód]
- Axiální čerpadlo
- Konstrukce pro příjem vody
- Dodávka vody
- Dodávka vody
- Benzínka
- Hydraulické stroje
- Požární odstředivé čerpadlo
- Eulerův vzorec pro radiální turbíny a odstředivá čerpadla