Недостатком данного уплотнения является невозможность автоматического регулирования усилия прижатия вращающего и не вращающего элемента, приводящее к быстрому износу пар трения, вызывающее увеличение утечки перекачиваемой среды.

Усовершенствование достигается тем что, в уплотнении вращающего вала, содержащим вращающийся и не вращающиеся элементы, заполняется затворной водой под давлением служащей гидрозатвором.

Усовершенствованное уплотнение вращающего вала работает следующим образом.

При вращении вала и подаче затворной среды в камеру под давлением, затворная среда из области высокого давления устремляется в область низкого давления, создает дополнительное усилие на уплотнительный элемент, тем самым частично разгружая пружину. При переходе насоса в другой режим например вращение вала с более высокой частотой, повышается давление затворной среды. При этом усилие прижатия между уплотняемыми элементами будет увеличиваться, уменьшая тем самым утечки.

Следовательно, величина усилия между кольцами уплотнения будет автоматически определяться давлением созданным в насосе.

3.5 Триботехнический анализ торцового уплотнения

При эксплуатации торцовых уплотнений отказы обычно возникают из-за износа пар трения. Пара трения - совокупность двух подвижно сопряженных поверхностей деталей в условиях эксплуатации. Помимо материала формы контактирующих поверхностей относительного их перемещения пара трения характеризуется окружающей средой, в том числе видом смазочного материала. Пара трения образуется соприкасающимися поверхностями деталей входящих в машинный узел. Притирка рабочих поверхностей трущихся пар торцового уплотнения - наиболее ответственная операция и заключительная по обработке пар трения. В ремонтных цехах притирку рабочих поверхностей выполняют в основном вручную. Эта операция трудоемкая не производительная и дорогостоящая, кроме того, она не обеспечивает требуемого качества притирки. К качеству же рабочих поверхностей трущихся пар торцовых уплотнений предъявляются высокие требования неплоскостность поверхности рабочего торца должна быть не более 0ё6 мкмё а шероховатость поверхности не ниже 0ё2. механизация процесса притирки рабочих поверхностей пар трения позволит получить не только высокое качество чистоты поверхности но и исключительную плоскостность притираемой поверхности [5ё с.116].

Отремонтированные уплотнения испытывают на герметичность на стенде. Он создан на базе вертикально-сверлильного станка 24-2А150. На столе станка крепят головку с испытываемым торцовым уплотнениемё которая состоит из основанияё установленного на подшипники. Детали и узлы торцового уплотненияё промытые и обдутые сжатым воздухомё монтируют на основании головкиё которое центровано по шпинделю. Шланги закрепляют на столе станка. К уплотнению подключают подачу смазочно-охлаждающей жидкости (воды) и давления (баллон со сжатым газом-воздухом или азотом). Вспомогательные системы собирают и комплектуют по схемеё приведенной в инструкции по эксплуатации торцового уплотнения.

Обкатку торцового уплотнения проводят 1 ч. без создания рабочего давления. Затем при вращающемся вале создают рабочее давление и испытывают уплотнение на герметичность 1 ч. После создания источник давления отключают и контролируют герметичность по падению давлению. Падение давленияё контролируемое по манометруё не должно превышать 0ё05 МПа в 1 ч. [5ё с.5].

3.6 Мероприятия по повышению надежности торцовых уплотнений

Выбор конструктивных параметров и материалов для изготовления торцовых уплотнений определяют исхода из двух основных требований минимум утечек и минимум износа пары трения. Последнее может иметь место при оптимальном режиме трения контактирующих поверхностей колец. Различают три основных режима трения: жидкостный, граничный и сухой.

Жидкостное трение характеризуется тем, что трущиеся поверхности разделены слоем сказывающей жидкости, находящейся под давлением. Давление жидкости уравновешивает внешнюю нагрузку, действующую на пару трения. При таком режиме трения сопротивление движению определяется внутренним трением (вязкостью) жидкости и складывается из сопротивления скольжения относительно друг друга слоев смазки по толщине смазывающей пленки. Этот режим со свойственным ему весьма малым коэффициентом трения является оптимальным с точки трения потерь энергии и возможно большей долговечности по износостойкости пары трения, так как жидкостное трение не зависит от природы трущихся поверхностей. Жидкостной режим трения в паре торцового утюжения отмечается при допустимости утечки.

Величина утечки зависит от толщины жидкостной пленки. Поэтому следует добиваться предельного утонения пленки за счет приложения нагрузки к паре трения, при которой наступает переход к граничному трению. Характерным для такого режима является то, что смазывающее действие становится зависящим не только от вязкости смазки, но и от ее физико-химических свойств содержания в ней поверхностно активных молекул, способных адсорбироваться на трущихся поверхностях, образуя граничные пленки. Граничные пленки при трении, естественно, подвержены износу. Однако в торцовых уплотнениях существуют условия для самовосстановления граничных пленок благодаря поступлению смазки в зазор пары трения через полости, всегда имеющейся между двумя волнистыми шероховатыми поверхностями.

Граничный режим характеризуется весьма малыми потерями па трение и отсутствием утечек следовательно, является желательным для уплотнения. Однако при неблагоприятных температурных условиях в зазоре происходит разрушение граничных пленок с появлением очагов сухого трения и повышение износа. Режим граничного трения чувствителен к изменению нагрузок, температуры, скорости скольжения, поэтому режим трения в паре торцового уплотнения часто является смешанным - либо граничным с переходом к жидкостному трению. Особенно неустойчив режим граничного трения в тех случаях, когда уплотняемые жидкости обладают плохими смазывающими свойствами. Тогда важную роль играет выбор материалов па трения. Материалы пар трения состояние уплотняющих поверхностей, конструктивные параметры торцового уплотнения всегда можно выбрать таким образом, чтобы обеспечить герметичность и долговечность торцового уплотнения.

4. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАСОСА ЦНС 300-600

Разработка конструкции насоса обычно выполняется при многократном чередовании расчетов, графического исполнения и испытания отдельных элементов или насоса в целом. горный насос торцовый проточный

Конструктивная схема собственно насоса определяется возможностями его размещения (в нашем случае с горизонтальным расположением вала), числом ступеней насоса (ступень - рабочее колеса и направляющий аппарат).

Если в результате расчета рабочего колеса его наружный диаметр D2 в 2,5 -3 раза больше диаметра D1 входа жидкости на лопасть по средней струйке жидкости, то выбирают многоступенчатый насос.

Проверкой коэффициента быстроходности ступени n_s насоса подтверждается необходимость создания центробежного насоса. Также определяют прочие размеры и параметры. Таким образом определяют принципиальную конструктивную схему насоса, его привода и обвязки.

Далее при наличии аналогичного (модельного по критериям) центробежного насоса с высокими технико-экономическими данными с него пересчитывают по законам подобия ступень проектируемого насоса.

Корпусные детали сложной конфигурации рассчитывают с определенными допущениями по отдельным его элементам. Элементы корпуса выбирают так, чтобы они максимально приближались к простым фигурам - цилиндру, пластине и т. д.

4.1 Расчет проточного канала рабочего колеса

Рассмотрим расчет колеса центробежного насоса ЦНС.

Теоретический расчет.

Основные исходные данные:

Насос ЦНС 300-600. Подача Q=300 м³/ч=0,083 м³/с ; напор Н= 600 м; число вращения n=3000 об/мин=50 с^-1; угловая скорость рад/с; плотность перекачиваемой жидкости кг/м³.

1. Рассчитаем коэффициент быстроходности по формуле:

, (4.1.1)

где Н_ст - статический напор, создаваемый одной ступенью;

n - частота вращения колеса;

Q - подача насоса;

м; (4.1.2)

.

2. Найдем расход жидкости в каналах рабочего колеса по формуле:

, (4.1.3)

где - объемный коэффициент полезного действия;

; (4.1.4)

м³/с.

3. Определим приведенный диаметр входа в рабочее колесо по формуле:

м. (4.1.5)

4. Определим гидравлический к. п. д. насоса по формуле:

. (4.1.6)

Принимаем , тогда к. п. д. насоса:

, (4.1.7)

где - соответственно гидравлический и механический к.п.д.

5. Определим мощность насоса по формуле:

, (4.1.8)

где Н - общий напор насоса;

- плотность жидкости;

кВт.

6. Найдем диаметр вала по формуле:

, (4.1.9)

где допустимое напряжение материала вала при кручении, Па, ;

м.

7. Рассчитаем внешний диаметр втулки по формуле:

 м. (4.1.10)

8. Определяем диаметр входа в колесо по формуле:

, (4.1.11)

где с₀ - осевая скорость жидкости у входа в пространстве между D₀ и d_ВТ;

м/с; (4.1.12)

м.

9. Найдем радиус колеса у входной кромки лопасти по формуле:

; (4.1.13)

м.

10. Определим ширину b₁ по формуле:

, (4.1.14)

где с_оm - скорость потока на входе у лопастей до стеснения ими проходного сечения;

;

 м.

11. Определим угол входной кромки лопасти по формуле:

, (4.1.15)

где - угол атаки;

-угол закругления лопасти;

; (4.1.16)

где k₁ - коэффициент стеснения, k₁ = 1,1 - 1,25, выбирае k₁ = 1,12.

Окружная скорость движения:

м/с. (4.1.17)

12. Рассчитаем диаметр колеса формуле:

; (4.1.18)

м/с; (4.1.19)

м; (4.1.20)

,

где - коэффициент окружной составляющей абсолютной скорости жидкости при выходе из колеса;

- коэффициент реакции, ;

м.

13. Найдем ширину формуле:

. (4.1.21)

Меридиальная скорость жидкости на выходе из колеса, взятая без учета стеснения проходного сечения лопастями:

м/с; (4.1.22)

м.

14. Определим число лопастей формуле:

; (4.1.23)

.

16. Определим теоретический напор формуле:

; (4.1.24)

; (4.1.25)

; (4.1.26)

;

;

.

4.2. Расчеты на прочность и долговечность

Валы многоступенчатых центробежных насосов проверяют на статическую прочность, выносливость и динамическую устойчивость. На статическую устойчивость вал проверяют при работе с наибольшей мощностью и в расчетном режиме. При этом учитывают силы тяжестей деталей, насаженных на вал, радиальные усилия от неравномерности распределения давления по периферии рабочего колеса, осевые усилия, центробежную силу, возникающую из-за дебаланса рабочих колес, и крутящий момент, который определяется мощностью, потребляемой насосом, и частотой вращения вала.

Для точного расчета мощности насоса надо определить потери во всех вращающихся узлах.

Исходные данные.

Насос ЦНС 300-600.

с=988кг/м³ ; h= 11,6 мм ; l=39 мм ; b= 7 мм ; t =3,16 мм; д=0,09мм ; d=111 мм; D_к= 741 мм; МПа

Мощность насоса определяется формуле:

, (4.2.1)

где плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

Н - создаваемый напор на выходе насоса, м;

Q - производительность насоса, м³/с;

- гидравлический к.п.д.;

- объемный к.п.д., 0,92 … 0,96, принимаем = 0,94;

= 0,7+0,0835 lg Dпр (4.2.2)

где Dпр - приведенный диаметр входа в рабочее колесо, мм;

Dпр = = = 110 мм; (4.2.3)

= 0,7+0,0835 lg110 = 0,87.

Сумму механических потерь мощности, Вт, определяем формуле:

, (4.2.4)

где Zc, Zn, Zy - число соответственно ступеней, опор и уплотнний;

N_д - потери мощности на дисковое трение, Вт;

, (4.2.5)

где коэффициент, зависящий от числа Re в щели;

; (4.2.6)

(4.2.7)

где коэффициент, учитывающий насосный эффект дисков;

Dк - наружный диаметр колеса, м;

угловая скорость вращения вала, с ^-1,

;

.

Потери мощности на терние в радиальных опорах скольжения, Вт;

; (4.2.8)

P_o= ,

где Po - радиальная сила в опоре , Н;

m_в - масса вала, кг;

m_р.к. - масса рабочих колес, кг;

f - коэффициент трения стальной вращающейся детали в материале опоры:для баббита f = 0,1;

d - диаметр вала, м;

кг; m_р.к. = 2,5 кг;

Po = Н.

Найдем потери мощности на трение в радиальных подшипниках скольжения формуле:

Вт,

Потери мощности на трения в уплотнении, Вт, рассчитываем по формуле:

, (4.2.9)

где r - радиус детали, вращающейся в сальнике, м;

h и l - толщина и длина уплотняющего элемента, м;

p - давление перекачиваемой жидкости, Па;

- коэффициент трения;

Вт. (4.2.10)

Определим сумму механических потерь мощности формуле:

Вт.

Определим мощность насоса по формуле (4.2.1):

кВт.

Рассчитаем вал на статическую прочность, для этого определим напряжения кручения, изгиба и растяжения (сжатия).

Определим напряжение кручения формуле:

; (4.2.11)

, (4.2.12)

где b и t - ширина и глубина шпоночного паза, м;

;

;

МПа.

Определим напряжение изгиба формуле:

 ; (4.2.13)

, (4.2.14)

где М_из - изгибающий момент;

М_из = ,

где F - центробежная сила, вызывающая изгиб вала, Н;

, (4.2.15)

где m - масса ротора насоса, кг;

- биение, м;

кг; (4.2.16)

H;

;

МПа.

Определим напряжение растяжения формуле:

, (4.2.17)

где P - осевое усилие, Н;

F - площадь поперечного сечения вала, м²;

Н; (4.2.18)

м² ; (4.2.19)

МПа.

Рассчитаем эквивалентное напряжение при совместном действии напряжений формуле:

, (4.2.20)

где - допускаемое напряжение материала вала при совместном действии напряжений, МПа; ;

МПа; (4.2.21)

, условие выполняется.

При проверке на выносливость учитываем силы, создающие перемену напряжений в сечении вала.

Определим запас прочности вала по усталости формуле:

, (4.2.22)

где - запас прочности при изгибе;

, (4.2.23)

где запас прочности при кручении;

, (4.2.24)

Предел выносливости при изгибе рассчитываем по формуле:

МПа. (4.2.25)

Предел выносливости при кручении рассчитываем по формуле:

МПа, (4.2.26)

эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе, для шпоночной канавки ;

эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении, для шпоночной канавки ;

амплитуда изменения напряжений при изгибе, МПа.

Амплитуду изменения напряжения при изгибе вычислим по формуле:

МПа. (4.2.26)

коэффициенты, учитывающие влияние асимметрии цикла напряжений на прочность вала при изгибе и кручении, .

Среднее изменение напряжения при изгибе; для многоступенчатых центробежных насосов составляет:

 МПа. (4.2.27)

Среднее изменение напряжения при кручении:

МПа. (4.2.28)

Допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности, .

Определим запас прочности при изгибе:

.

Определим запас прочности при кручении:

.

Определим запас прочности вала по усталости:

.

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В каждой насосной станции должны быть вывешены на видном месте схема коммуникаций станции и нагнетательных водоводов с колодцами и задвижками; первичная и вторичная схемы установки электропитания, а также утвержденный список лиц, имеющих допуск к выключению энергосистемы.

Все движущиеся и вращающиеся части механизмов насосов должны иметь прочные съемные металлические ограждения, надежно закрывающие доступ к движущимся частям со всех сторон. Выступающие детали вращающихся деталей необходимо закрывать кожухами по всей окружности вращения. Ремонт и осмотр огражденных частей и снятие ограждений допускаются только после полной остановки механизма.

Во избежание несчастных случаев из-за прорыва прокладок фланцевых разъемов корпусов центробежных насосов последние должны иметь ограждения в виде козырьков из железа толщиной 1,5 - 2 мм. Набивку сальников, а также торцовые уплотнения вала разрешается заменять только при остановленном насосе.

Насос, подлежащий разборке, должен быть остановлен и отключен от трубопроводов путем закрытия задвижек, и установки заглушек, а электропривод обесточен.

Во время работы насосов не допускается проводить замену или ремонт вентилей или задвижек, какие-либо операции под полом машинного зала, ремонт или замену арматуры и проводки силовой и осветительной сети.

На нагнетательных линиях должны быть установлены регистрирующие манометры и предохранительные клапаны. Пропуски в сальниках насосов и в соединениях трубопроводов должны устраняться немедленно.

На оборудовании, работающем под давлением, устанавливают манометры с трехходовыми кранами.

Манометры не допускаются к применению, если на них отсутствует пломба или клеймо; истек срок проверки; стрелка манометра при его выключении не возвращается к нулевому положению или имеются повреждения манометра (разбито стекло и др.).

Манометр выбирают с такой шкалой, чтобы при рабочем давлении стрелка его находилась в средней трети шкалы. Манометр устанавливают так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу, при этом он должен находиться в вертикальной плоскости или с наклоном вперед до 30.

Запрещается переключать работающий насос на запасной без проверки правильности открытия соответствующих задвижек и подготовленности запасного насоса к пуску. При запуске насосов нельзя находиться вблизи напорных патрубков. Фланцевые соединения напорной части насоса заключают в металлических кожух для защиты обслуживающего персонала от удара струей воды в случае нарушения фланцевых соединений.

Включать и отключать приводы масляных выключателей электродвигателей необходимо только с использованием защитных средств (диэлектрические перчатки, боты. коврики, подставки).

При отключении электроэнергии с подстанции и остановке насосов машинист - электромонтер обязан выключить все масляные выключатели. Категорически запрещается проводить какие-либо работы на агрегатах, если не отключены выключатель и разъединитель данного агрегата. На приводах должны вывешиваться плакаты «Не включать - работают люди».

При длительных остановках кустовых насосных станций категорически запрещается перепускать воду из нагнетательных скважин через манифольды кустовых насосных станций.

Перед пуском насосов проводят их наружный осмотр, проверяют положение ротора (нет ли смещения), набивку сальников (сальники должны быть набиты, но не туго затянуты), уровень масла в подшипниках (причем масло должно быть совершенно чистым), надежность стопорения подшипников, давление воды в приемной линии насоса, крепление ограждений соединительной муфты и кожухов на фланцевых соединениях. Обнаруженные неполадки немедленно устраняют. Если насос пускают после монтажа, то необходимо провернуть вал вручную на два, три оборота.

После этого насос можно пустить в ход в указанной ниже последовательности.

1) Залить корпус насоса перекачиваемой жидкостью. Для этого надо открыть на корпусе вентиль или же пробку для выхода воздуха. Заливку можно производить из обводной линии напорной трубы; через пробку (воронкой) на корпусе; засасыванием воздуха из всасывающей трубы и корпуса при помощи специального пускового вакуум-насоса. Обычно вакуум-насосом пользуются при больших диаметрах всасывающей трубы и отсутствии приемного откидного клапана.

2) Закрыть напорную и открыть приемную задвижку.

3) Пустить в ход двигатель при помощи специального пускового приспособления (в зависимости от вида двигателя) и следить за манометром на выкиде.

Как только давление будет соответствовать статической высоте напора, постепенным открытием напорной задвижки пустить насосную линию. При работе насоса с электродвигателем следить за показаниями амперметра. Хорошо установленный центробежный насос не должен вибрировать при работе; если вибрация будет сильной, то насос следует остановить и выяснить причину. При появлениях неестественных шумов насос также следует остановить.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения курсовой работы были закреплены знания полученные при изучении теоретического курса по предмету "Стационарные машины", представлены расчеты значений основных параметров насосов. Так же изучил конструкцию динамических насосов секционного типа и основных его узлов, принципы работы и назначение насосного агрегата, его достоинства, такие как: компактность и простота конструкций; простота соединения с электродвигателем и другими силовыми установками, повышающих к. п. д. установки; простота пуска и регулирования; плавность работы; экономичность при эксплуатации; надежность, долговечность в работе и возможность применения для перекачки любых жидкостей - и недостатки: низкий к.п.д. малых насосов; сложность отливки рабочего колеса; необходимость заполнения жидкостью корпуса насоса перед пуском и т.д. Пришли к выводу, что для эффективной работы насосного агрегата необходимо четко следовать инструкциям по его эксплуатации и подбирать оптимальные режимы работы, своевременно проводить техническое обслуживание и капитальный ремонт.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Ковалёв Н.И., Гилаев Г.Г., Хабибуллин М.Я. Интенсификация добычи нефти. Наземное и подземное оборудование. Краснодар: Просвещение-Юг, 2005. 335 с.

Справочник под редакцией Е.И. Бухаленко - 2-е изд. Нефтепромысловое оборудование. - М.:Недра, 1990, - 559 с.

Г.В. Молчанов, А.Г. Молчанов / Машины и оборудование для добычи нефти и газа. Учебник для вузов - М.:Недра, 1984, - 464с.

Лозовая С.Ю. Стационарные машины : учебное пособие для студентов специальности 150402.65 - Горные машины и оборудование / С.Ю. Лозовая, Д.В. Богданов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Белгор. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова. - Белгород : Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2011. - 258 с.

Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования: Учеб. пособие для вузов / Л.Г. Чичеров, Г.В. Молчанов, А.М. Рабинович и др. - М.:Недра, 1987.- 422с.

Э.А. Махмудбеков., А.И. Вольнов. Интенсификация добычи нефти. Учебник. М.: Недра, 1975, - 264 с.

Поддержание пластового давления на нефтяных месторождениях. В.А. Еронин, И.В. Кривоносов, А.Д. Ли и др. М.: Недра, 1973, - 200 с.

Размещено на Allbest.ru