Вспомогательные системы насосного цеха
Для обеспечения нормальной эксплуатации магистральных насосов с заданными параметрами используют- ся следующие вспомогательные системы:
- разгрузки и охлаждения торцовых уплотнений;
- смазки насосных агрегатов;
- охлаждения насосных агрегатов;
- сбора утечек.
Система разгрузки и охлаждения торцовых уплотнений.
В секционных насосах типа НМ с рабочими колесами одностороннего входа жидкости возникает нескомпенсированное осевое усилие Р0 (рисунок ниже).
Принципиальная схема системы разгрузки торцовых уплотнений
1 - диск гидропяты; 2 - подпятник; 3 - корпус насоса; 4 - деталь, закрепленная на корпусе; 5 - деталь, вращающаяся вместе с валом; 6 - рабочее колесо; 7 - вал; 8 - резиновое кольцо
Для его компенсации используется гидравлическая пята. Она устанавливается в насосе после последнего рабочего колеса. Основной деталью гидравлической пяты является диск, закрепленный на валу. Между ним и подпятником, неподвижно закрепленным на корпусе, имеется щелевое отверстие. Аналогичное щелевое отверстие а имеется между деталями.
Система работает следующим образом. Жидкость, выходящая из рабочего колеса, последовательно проходит щели, теряя при этом значительную часть энергии на трение и местные сопротивления. За счет этого возникает разность давлений на диск гидропяты, результатом чего является сила Р, направленная в сторону, противоположную силе Р0.
При изменении величины осевого усилия его уравновешивание в гидравлической пяте происходит за счет изменения величины зазора, т.е. автоматически.
Жидкость, прошедшая через щели, отводится снова на вход в рабочее колесо.
Другой проблемой эксплуатации торцовых уплотнений является большое количество тепла, выделяющегося в парах трения. Это приводит к возникновению в них температурных напряжений и деформаций, что, в свою очередь, может стать причиной выхода уплотнения из строя. Чтобы этого не произошло, прибегают к охлаждению торцовых уплотнений, используя перекачиваемую жидкость. При этом ее подают к уплотнению либо из области нагнетания насоса, либо из области всасывания.
Схема системы охлаждения насоса первого типа приведена на рисунке ниже.
Схема охлаждения торцовых уплотнений за счет циркуляции перекачиваемой жидкости из области нагнетания в область всасывания насоса
1 - щелевое уплотнение; 2 - камера торцового уплотнения; 3 - торцовое уплотнение; 4 - трубопровод; 5 - вентиль
В системе охлаждения второго типа перекачиваемая жидкость отбирается из всасывающего патрубка, где давление больше, чем на входе в рабочее колесо. Далее по трубопроводу, снабженному обратным клапаном, она поступает в камеру торцового уплотнения, где охлаждает его. После этого перекачиваемая жидкость поступает на всасывание рабочего колеса.
Система охлаждения второго типа предпочтительнее, поскольку ее работа не приводит к снижению объемного КПД магистрального насоса. Однако давление в его всасывающей линии существенно ниже, чем в нагнетательной. Поэтому для обеспечения стабильности расхода циркулирующей жидкости через камеру торцового уплотнения используется импеллерное устройство. Оно представляет собой винт (винтовой насос), который устанавливается на вал магистрального насоса вместо разделительной втулки. Всасывающая сторона импеллерного устройства обращена к камере торцового уплотнения, что позволяет отводить и тепло, выделяющееся при работе самого импеллера.
Зазор между винтом и корпусом насоса остается таким же, как в обычных щелевых уплотнениях. Прямоугольная винтовая нарезка глубиной 3-5 мм с шириной выступов не менее 3 мм выполняется под углом 10-17°. Число заходов составляет от 5 до 15. Расход циркуляции доходит до 1,5-2 м3/ч.
Система смазки насосных агрегатов.
Схема системы смазки насосных агрегатов
Работает система смазки следующим образом. Масло из основного маслобака М-1 забирается шестеренным насосом ШН-1 и прокачивается через фильтры Ф-1 - Ф-3. Поскольку одновременно со смазкой трущихся поверхностей производится и их охлаждение, далее масло охлаждается в аппаратах воздушного охлаждения АВОМ, откуда частично поступает в аккумулирующий бак ЕА, а частично подводится к подшипникам насосов и электродвигателей. Бак ЕА, расположенный выше уровня оси насосных агрегатов, предназначен для подачи масла к подшипникам самотеком в период, когда электроснабжение НПС прекращено, роторы насосов и электродвигателей еще продолжают вращаться.
Остальное оборудование системы смазки (кроме АВОМ) располагается в приямке на отметке заглубления около 2,2 м относительно пола насосной. Маслопроводы монтируются с уклоном в сторону маслобаков для обеспечения их самотечного опорожнения.
Возле насосной устанавливаются две подземные емкости объемом 5 м3 для масла: чистого и отработанного. Обвязка шестеренного насоса ШН-3 позволяет закачивать чистое масло в маслобаки М-1, М-2 и откачивать загрязненное масло в автоцистерну.
Кроме аппаратов воздушного охлаждения на ряде НПС используются маслоохладители, в которых масло охлаждается технической водой.
В системе смазки используются турбинные масла марок Т-22, Т-22л, Т-30.
Температура подшипников насосного агрегата не должна превышать 60 °С. Поэтому температура масла после их прохождения не должна быть выше 55 °С, что требует поддержания температуры масла в коллекторе перед поступлением в подшипники не более 35 °С.
Рассмотрим основы расчета системы смазки насосных агрегатов. Его целями являются:
- определение расхода масла, необходимого для охлаждения подшипников;
- определение диаметра маслопроводов и подбор маслонасоса;
- подбор маслоохладителей.
Для гидравлического расчета системы смазки необходимо располагать данными о протяженности ее отдельных участков, а также о количестве различных местных сопротивлений на них.
В качестве первого шага определяются расчетные расходов масла для каждого участка системы смазки qмi. Затем из уравнения неразрывности находятся ориентировочные величины внутренних диаметров данных.
Система охлаждения насосных агрегатов.
Система оборотного водоснабжения насосных агрегатов (рисунок ниже) предназначена для обеспечения охлаждения: а) подшипников основных насосов; б) подшипников промежуточного вала; в) подшипников и воздухоохладителя электродвигателя; г) масла в маслоохладителе (если не применяется АВОМ).
Принципиальная схема системы охлаждения насосного агрегата
1 - нефтяной насос; 2 - подшипник промежуточного вала; 3 - промежуточный вал; 4 - электродвигатель; 5 - градирня; 6 - водяной насос; 7 - маслоохладитель, 8 - нагнетательная линия, 9 - приемная линия
Система функционирует следующим образом. Из градирни вода насосами подается в нагнетательную линию, из которой распределяется между узлами, требующими охлаждения. Отработавшая (нагретая) вода по приемной линии поступает в градирню для охлаждения.
Вода, используемая в системе охлаждения насосных агрегатов, должна удовлетворять следующим требованиям:
- содержание взвешенных механических примесей: менее 25 г/м3;
- карбонатная жесткость: менее 3 мг-экв/л;
- содержание масла: следы;
- содержание минеральных и органических кислот: отсутствие.
Расчет системы охлаждения выполняется аналогично расчету системы смазки.
Система сбора утечек.
Для уменьшения износа пар трения торцовых уплотнений через них допускается утечка перекачиваемой жидкости с очень малым расходом. Относительно большая утечка (до 40 м3/ч с одного насосного агрегата) происходит через линии разгрузки торцовых уплотнений. Значительных размеров достигает аварийная утечка, связанная с внезапным раскрытием пар трения.
Принципиальная схема системы сбора утечек из магистральных насосов НПС приведена на рисунке ниже.
Принципиальная схема системы сбора утечек
1 - всасывающий коллектор; 2 - насос магистральный; 3 - коллектор сбора утечек; 4, 8 - задвижки; 5 - емкость сбора утечек; 6 - погружной насос; 7 - обратный клапан
Система работает следующим образом. Утечки перекачиваемой жидкости от торцовых уплотнений насосов по коллектору самотеком поступают в емкость. При ее наполнении автоматически включается погружной насос, который откачивает собранную жидкость в коллектор.
Помимо приема утечек от магистральных насосов емкость служит для дренажа в нее перекачиваемой жидкости из фильтров-грязеуловителей, из камер приема и пуска СОД, из регуляторов давления и других объектов НПС.