Исследование применения насосного оборудования различных конструктивных схем для перекачивания жидкостей с высоким газовым фактором

Исследование применения насосного оборудования различных конструктивных схем для перекачивания жидкостей с высоким газовым фактором

А.А. Евтушенко, канд. техн. наук, доц.; Э.В. Колисниченко, асп.

Сумский государственный университет

Проблема транспортировки водовоздушных смесей возникла достаточно давно и на сегодняшний день является очень актуальной. Поэтому потребность в насосном оборудовании, перекачивающем газожидкостные смеси, существует во многих отраслях промышленности, в частности нефтегазовой, химической, микробиологической и других.

Традиционными насосами для газожидкостных смесей считаются насосы объемного типа, которые способны работать при относительном объемном газосодержании . Под относительным объемным газосодержанием понимают отношение расхода газа к общему расходу газожидкостной смеси и определяют выражением

,

где - расход газа, м³/ч; - расход жидкости, м³/ч.

Однако высокая стоимость и низкая надежность в работе являются важными недостатками этих насосов. По сравнению с насосами объемного типа лопастные насосы этих недостатков лишены, но имеют ряд своих - низкий КПД, а также при увеличении доли газа в смеси происходит полное прекращение подачи, т.е. наблюдается явление срыва параметров.

Перекачивание газожидкостных потоков требует широких пределов изменения напоров и подач, т.е. существует потребность в насосах с различным коэффициентом быстроходности. Это значит, что нужны насосы различных конструктивных схем.

Известно, что коэффициент быстроходности характеризует КПД, форму проточной части, соотношение геометрических размеров, а также форму характеристик насосов [1]. На рис.1 представлена классификация лопастных насосов, работающих на технически чистой жидкости, в зависимости от.

Центробежные насосы традиционных конструктивных исполнений являются наиболее изученными и наиболее часто используемыми при перекачивании газожидкостных смесей. Однако величина критического объемного газосодержания для них не превышает [2]. Поэтому для перекачивания водовоздушных смесей с высоким содержанием газовой фазы используют динамические насосы специального конструктивного исполнения.

Для получения представления о степени применения динамических насосов, перекачивающих газожидкостные смеси, проведен литературный обзор, в ходе которого были получены следующие результаты (см. рис. 2):

1) в пределах быстроходности для перекачивания газожидкостных смесей применяются лабиринтно-винтовые и вихревые насосы [3,4]. Хотя лабиринтно-винтовые насосы требуют дальнейшего изучения, вихревые являются достаточно хорошо изученными и для них известно, что при критическом объемном газосодержании максимальный КПД составляет;

2) проведенные на кафедре прикладной гидроаэромеханики СумГУ исследования работы свободновихревых насосов типа “Turo” на газожидкостной смеси показали, что в диапазоне быстроходности такие насосы устойчиво работают при объемном газосодержании, [5,6,7];

3) область быстроходности является наименее исследованной;

4) в диапазоне при относительном объемном газосодержании достаточно хорошо работают высокооборотные оседиагональные насосы [8];

5) при для работы на газожидкостных смесях наиболее приемлемыми являются осевые насосы, работающие без срыва параметров при , [9].

В отечественной литературе какие-либо упоминания об использовании того или иного вида насосного оборудования, работающего без срыва параметров на газожидкостных смесях в диапазоне быстроходности, отсутствуют. Следовательно, конструкции наиболее приемлемых насосов, устойчиво работающих на водовоздушных смесях, остаются неопределенными. Анализ зарубежных источников по этому вопросу показал, что часто встречаются ссылки о хорошей работе на газожидкостных смесях с высоким газовым фактором центробежных насосов с уменьшенным числом лопастей [10]. Однако имеющиеся по этому вопросу материалы носят в основном рекламный характер и не содержат необходимых количественных характеристик.

Рисунок 1 - Классификация лопастных насосов, работающих на технически чистой жидкости

1 - диапазон - центробежные тихоходные насосы;

2 - диапазон - центробежные нормальные;

3 - диапазон - центробежные быстроходные;

4 - диапазон - диагональные;

5 - диапазон - осевые

Рисунок 2 - Классификация динамических насосов, работающих на газожидкостной смеси

На частичное восполнение указанного пробела в области перекачивания газожидкостных смесей рабочими колесами с малым числом лопастей направлены работы, которые проводятся на кафедре ПГМ СумГУ. Согласно предварительным результатам, полученным в ходе этих работ, величина критического объемного газосодержания для однолопастных рабочих колес составляет, максимальный КПД равен. Следовательно дальнейшее изучение работы на газожидкостных смесях насосов с малым числом лопастей представляется актуальным и перспективным.

Summary

The article analyses the pump equipment for gas-liquid mixtures with graphical generation of the obtained results. The least investigated range of specific speed factors is found to be. This range can be partly filled by application of impellers with small number of blades. The previous research results concerning single-blade impellers demonstrate the prospectiveness of their further research in order to pump gas-liquid mixtures.

Список литературы

1. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. - М.: Машиностроение, 1977. - 288 с.

2. Конструкции центробежных насосов для подачи жидкостей с высоким газосодержанием / ВЦП. - № М - 16078. - Пер. ст. Kosmowski J.из журн.: British Pump Manufacturers Association. Technical Conference. - Cambridgs. -1983. - № 8. - Р. 159-169.

3. Сапожников С.В. Исследование влияния газосодержания на характеристики свободновихревого насоса // Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты: теория, расчет, конструирование / Тематический сб. науч. тр./ Под ред. И.А. Ковалева. - К.: ИСИО, 1994. - С. 89-95.

4. Сапожников С.В. Перекачивание газожидкостных смесей динамическими насосами // Праці ІІ Респуб. наук.-техн. конф. “Гідроаеромеханіка в інженерній практиці”. - Черкаси: ЧІТІ. - 1998. - С. 81-86.

5. Евтушенко А.А., Сапожников С.В., Соляник В.А. Коэффициент полезного действия свободновихревого насоса типа “Turo” при работе на чистой жидкости и на газожидкостной смеси // Вестник НТУУ “КПИ”: Машиностроение. - 1999. - Вып. 36. - Т. 1. - с.249-255.

6. Байбаков О.В. Вихревые гидравлические машины. - М.: Машиностроение, 1981.- 197 с.

7. Голубев А.И. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981. - 112 с.

8. Мураками М., Минэмура К. Влияние примешанного воздуха на работу горизонтального осевого насоса // Тр. амер. общества инж.-мех. «Теоретические основы инженерных расчетов». - 1983, - Т.105, №4. - С. 103-110.

9. Валюхов С.Г., Демьяненко Ю.В., Петров В.И. Высокооборотные лопастные оседиагональные насосы. Теория, расчет характеристик, проектирование и изготовление. - Воронеж: Изд-во Воронежск. ун-та, 1996. - С. 178-188.

10. The secrets of successflue submersible sewage pumps//World pumps.-1999.-№394.-Р.38-42.