11.1. Основные сведения о насосах

Насосом называется гидравлическая машина, в которой подводимая извне энергия (механическая, электрическая) преобразуется в энергию потока жидкости.

Насосным агрегатом называют насос, двигатель и устройство для передачи мощности от двигателя к насосу, собранные в единый узел.

В основу классификации по принципу действия положены различия между насосами в механизме передачи подводимой извне энергии потоку жидкости, протекающей через них. По принципу действия насосы можно условно разделить на две группы: динамические и объемные.

В динамических насосах жидкость приобретает энергию в результате силового воздействия на нее рабочего органа в рабочей камере. К этой группе относят следующие насосы:

• лопастные (центробежные, диагональные и осевые), в которых постоянное силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывают обтекаемые ею лопасти вращающегося рабочего колеса;

• вихревые, в которых постоянное силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывают вихри, срывающиеся с канавок вращающегося рабочего колеса;

• струйные, в которых постоянное силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывает подводимая извне струя жидкости, пара или газа, обладающая высокой кинетической энергией;

• вибрационные, в которых силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывает клапан-поршень, совершающий высокочастотное возвратно-поступательное движение.

В объемных насосах жидкость приобретает энергию в результате воздействия на нее рабочего органа, периодически изменяющего объем рабочей камеры.

К этой группе относят:

• поршневые и плунжерные, в которых периодическое силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывают поршень или плунжер (длина его цилиндрической части много больше его диаметра), совершающие возвратно-поступательное движение в рабочей камере;

• роторные, в которых периодическое силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывают поверхности шестерен или винтовых канавок, расположенных на периферии вращающегося ротора.

К основным энергетическим параметрам любого насоса относят следующие величины:

• подачу Q – объем жидкости, проходящей через насос в единицу времени, л/с; м³/с; м³/ч;

• напор Н – приращение удельной механической энергии жидкости, протекающей через насос, м:

^, (11.1)

где Р₁, Р₂ – давление жидкости в сечениях до и после насоса; υ₁, υ₂ – скорость жидкости в тех же сечениях; ρ – плотность жидкости; z₁ – расстояние по вертикали между точками замера p₁ и р₂; g – ускорение свободного падения;

• мощность N – потребляемую насосом мощность. Полезная мощность насоса – это мощность, сообщаемая насосом перекачиваемой жидкости:

N_n = QР = QРgH, (11.2)

где р – давление, развиваемое насосом.

Полезная мощность насосного агрегата – это мощность, сообщаемая рабочей среде насосным агрегатом:

^, (11.3)

где N_a – потребляемая мощность насосного агрегата (определяется путем измерения энергии, подводимой от двигателя); η_дв, η_пер – коэффициент полезного действия двигателя привода и передачи от двигателя к насосу.

Коэффициент полезного действия η есть отношение полезной мощности N_п к потребляемой мощности насоса, и учитывает потери энергии в насосе:

^. (11.4)

КПД насосного агрегата – это отношение полезной мощности насоса к мощности насосного агрегата:

^.

Кавитационный запас насоса Δh характеризует кавитационные качества насоса и представляет превышение удельной энергии на входе в насос над удельной энергией, соответствующей давлению насыщенных паров жидкости при температуре перекачки:

^, (11.5)

где P_s – давление насыщенных паров жидкости.

Расстояние по вертикали от уровня жидкости в емкости до оси горизонтальных насосов, оси поворота лопастей вертикальных осевых насосов, оси напорного патрубка вертикальных центробежных насосов, верхнего положения поршня вертикальных поршневых насосов называют геометрической высотой всасывания h_в.

Коэффициент быстроходности насоса или удельная быстроход-ность – это частота вращения модели ротора, геометрически подобной насосу, которая создает напор, равный 1 м при подаче 0,075 м³/с.

Благодаря высокой экономичности, надежности, удобству экcплу-атации, малым габаритным размерам лопастные насосы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, том числе и в нефтяной. Классифицируют их по различным признакам: характеру движения жидкости в проточной части насоса, конструкции, назначению и т. д.

Лопастные насосы подразделяют:

• по форме рабочего колеса – на центробежные, диагональные и осевые;

• по расположению вала насоса – на горизонтальные и наклонные;

• по числу рабочих колес – на одноступенчатые и многоступенчатые;

• по напору – на низконапорные (H < 20 м), средненапорные (H = 20–60 м) и высоконапорные (Н > 60 м);

• по роду перекачиваемой жидкости и назначению.

В нефтяной промышленности, в том числе и в транспорте нефти и нефтепродуктов, наиболее распространены насосы центробежные, одноступенчатые с двусторонним входом жидкости к рабочему колесу.