Насос К (рис.) - горизонтальный одноступенчатый консольный насос, с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу. Насосы типа к предназначены для перекачивания в стационарных условиях чистой воды (кроме морской), с рН = 7, температурой от 0 до 85°С, содержащей твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1 %, а также других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности. Номинальная подача насосов составляет от 6,7 до 290 м3/ч, при напорах от 12 до 85 м. Привод насосов типа К (консольных насосов) осуществляется от асинхронного электродвигателя через соединительную муфту. Существуют два основных вида уплотнений вала: сальниковое и торцовое уплотнения. Сальниковое уплотнения обозначаются буквой "С" к основной марке, если его нет, то она подразумевается. Утечка через сальниковое уплотнение не более 2 л/ч. для смазывания и охлаждения мягкой набивки. Одинарное торцовое уплотнение - в марке индекс "5". Внешняя утечка через торцовые уплотнения всего не более 0,03 л/ч. Насосы с торцовыми уплотнениями могут перекачивать жидкости с температурой от 0 до 115°С.
Рис. Схема консольного насоса одностороннего всасывания типа К. 1 - крышка корпуса; 2 - корпус; 3 - уплотняющие кольца; 4 - рабочее колесо; 5 - гайка; 6 - набивка сальника; 7 - защитная втулка; 8 - крышка сальника; 9 - вал насоса; 10 - опорный кронштейн; 11 - шарикоподшипник.
2.1 РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Исходными данными являются:
подача Q = 20 м3/час;
напор H = 25 м;
число оборотов n = 2900 об/мин;
жидкость - вода 20єС.
Для определения типа конструкции насоса рассчитываем коэффициент быстроходности ns:
Далее по формуле определяем объёмный КПД зо:
где коэффициент, а зависит от соотношения между диаметрами входа и выхода и составляет a=0,68 Затем вычисляем приведённый диаметр D1п
Гидравлический КПД зг вычисляем по формуле
Механический КПД змех принимаем за змех = 0,93
Находим полный КПД з по формуле
Определяем мощность насоса N по формуле
Момент M вычисляем по формуле
Диаметр вала dв определяем по формуле
где [ф] допустимое напряжение материала вала при кручении
Принимаем dв = 25 мм.
Вычисляем диаметр ступицы dст по формуле
Принимаем dст = 40 мм.
Диаметр входа в колесо D1 вычисляем по формуле (Рис.2.1)
Длину ступицы lст вычисляем по формуле
Рис.2.1. Схема рабочего колеса центробежного насоса.
Рис.2.2. Схема параллелограмных скоростей.
Окружную скорость на входе в рабочее колесо u1 определяем по формуле (Рис.2.2)
Скорость входа в рабочее колесо с1 вычисляем по формуле (Рис.2.2)
Из входного параллелограмма находим в1 по формуле (Рис.2.2)
При коэффициенте стеснения входного сечения меж лопастных каналов м1 =0,9 определяем ширину лопасти b1 на входе по формуле (Рис.2.1)
Принимаем в2=36є и определяем окружную скорость u2 на выходе из колеса
Определяем диаметр D2 на выходе из колеса по формуле (Рис. 2.1)
Ширину лопасти b2 на выходе определяем по формуле (Рис. 2.1)
Число лопастей Z определяем по формуле
2.2 ВЫБОР ПРОТОТИПА ПРОЕКТИРУЕМОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Для выбора прототипа для заданного насоса необходимо использовать поле характеристик выпускаемых промышленностью насосов К. Из этого рисунка находим, что при Q = 20 м3/с и H = 25 м, прототипом является насос марки 2К-6а. Габаритный рисунок насосного агрегата приведён на рис. 3.3 для которого основные размеры следующие.
Размеры L = 831 мм, L1 = 561 мм, L3 = 193 мм, B = 331 мм, B2 = 270 мм, B4 = 174 мм, С =98 мм, C2 = 346 мм, С4 = 290 мм, H = 375 мм, H1 =339 мм, n =225 мм, масса агрегата 99 кг.
Размеры всасывающего патрубка: D = 50 мм, D1 =90 мм, D2 = 110 мм, D3 = 140 мм.
Размеры нагнетательного патрубка: D4 = 40 мм, D5 =80 мм, D6 = 100 мм, D7 = 130 мм.
Технические данные насоса: диаметр рабочего колеса 148 мм, подача Q = 20 м3/ч, 5,5 л/с; полный напор H = 25,2 м. ст. жидк; допустимая вакуумметрическая высота всасывания Ндоп = 6 м. вод. ст; допустимый подпор 2 кгс/см2; КПД насоса 65,6 %; мощность на валу насоса 2,1 кВт; частота вращения 2900 об/мин; масса ЛО 2-31-2 - 31 кг; ЛОЛ 2-31-2 - 26 кг, тип электродвигателя 4А90LA; мощность N =3 кВт; частота вращения 2840 об/мин; масса 28,7 кг.
Тип электродвигателя у этого насоса АОЛ 2-31-2.
Рис.3.1 Сводный график полей H-Q для консольных насосов
Рис.3.2 Центробежный насос 2К-6а.
Рис. 3.3. Характеристика центробежного насоса типа К.,
Рис 3.4. Габаритные размеры центробежного насоса типа К.
2.3 ПОДБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
От правильного выбора электродвигателя зависят надежность его работы в электроприводе и энергетические показатели в процессе эксплуатации. В тех случаях, когда нагрузка двигателя существенно меньше номинальной, он недоиспользуется по мощности, что свидетельствует об излишних капитальных вложениях, его КПД и коэффициент мощности заметно снижаются. Электродвигатель подбирается по частоте вращения, по рабочему положению (горизонтальный, вертикальный), мощности, напряжению и виду исполнения.
При выборе типа электродвигателя основных насосов придерживаются примерно следующего принципа. До мощности 250 кВт устанавливают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Если мощности превышают 250 кВт, устанавливают синхронные электродвигатели высокого напряжения.
Мощность необходимая для привода насоса, определяется по формуле
где к - коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки электродвигателя при эксплуатации. Так как мощность, данного нам электродвигателя, меньше 20 кВт, то к принимаем за к=1,25.
с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; g - ускорение силы тяжести, м/с2; Qм - подача насоса, максимально возможная в схеме проектируемой насосной станции; Нм - напор, соответствующий максимально возможной подаче Qм; зп - КПД передачи.
Для P = 2,3 кВт принимаем трёхфазный электродвигатель АО 2-31 со следующими параметрами: переменный ток, число оборотов - n = 2880 об/мин;
; масса - G = 35 кг.
2.4 ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Согласно указаниям инструкции завода-изготовителя по обслуживанию и уходу за насосами и в соответствии с местными условиями эксплуатации должны быть разработаны собственные инструкции и указания по техническому обслуживанию и уходу. В них устанавливают сроки проведения регулярных проверок и ревизий, а также работ по техническому обслуживанию и ремонту. Для каждого насоса заводят эксплуатационный журнал или книгу, по которым можно было бы определить состояние насоса, установить необходимость проведения ревизии и соответствующего вида ремонта. Следует также регулярно проверять эксплуатационную готовность резервных насосов, чтобы IB любое время гарантировать ввод их в эксплуатацию. При установке агрегатов на открытой площадке следует обратить внимание на необходимость постоянного прогрева при низких температурах (мороз), во время стоянки, а также на своевременное опорожнение от жидкости насосов и трубопроводов. Пуск насоса в холодном состоянии при перекачивании жидкости с различной вязкостью недопустим, так как это может привести к повреждению насоса. Кроме того, необходимо дать указания для проведения работ по техническому обслуживанию агрегатов.
Первую смену масла и чистку масляных полостей в подшипниках с жидкой смазкой проводят после 200 ч эксплуатации, следующую смену масла - после 1500-2000 ч, но не реже одного раза в год. При использовании высококачественных сортов масла (турбинное) допускают большую продолжительность работы.
При использовании муфт с масляной смазкой через 500-600 ч эксплуатации проверяют масло на шлакообразование, а при необходимости его доливают. Масло меняют по истечении 3000 ч эксплуатации.
В практике наибольшее распространение получил метод регулирования работы центробежных насосов с помощью обточки рабочего колеса. Как известно напор насоса находится в квадратичной зависимости от диаметра рабочего колеса и, поэтому уменьшая диаметр колеса с помощью обточки можно существенно менять и характеристики насоса.
Для получения расчётной величины нужного напора центробежного насоса при обточке колеса, необходимо номинальную величину напора умножить на квадрат отношения диаметра обточенного колеса к номинальному диаметру. Регулировать работу центробежного насоса можно и с помощью изменения сопротивления в потребительской сети. Изменение условий работы насоса на сеть позволяет регулировать работу насоса в широком диапазоне. Из графической напорной характеристики центробежных насосов, представляющей собой пологую кривую, видно, что с увеличением подачи уменьшается напор и наоборот. Для каждой конструкции насоса имеется зона оптимальной работы, представляющая собой энергетическую характеристику, определяющая крутизну и максимальную величину КПД. Рабочая точка на кривые характеристики соответствует максимальному значению КПД насоса.
Местоположение рабочей точки на характеристике определяется "сопротивлением сети". Если менять сопротивление сети, например, закрывая задвижку на напорной линии, то рабочая точка будет смещаться по кривой влево в пределах рабочей зоны, т.е. центробежный насос будет выбирать режим работы на меньшей подаче, так как "вынужден" работать с большим напором, чтобы преодолеть дополнительное сопротивление задвижки.
Другим способом изменения условий работы насоса на сеть является байпасирование, представляющее собой установку регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание.
В потребительской сети байпасирование приводит к снижению подачи. В результате в потребительской сети можно получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идёт на сброс). Снижение напора с помощью перепуска жидкости с напорной линии во всасывающую обеспечивает снижение напора на 10…30 % в зависимости от крутизны напорной характеристики насоса.
2.5 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА
В соответствии с действующими инструкциями к эксплуатации в ремонте насосного оборудования должны допускаться квалифицированные механики и слесари, знающие конструкции центробежных и приводных плунжерных насосов и обладающие определенным опытом обслуживанию, ревизии (сборка, разборка), ремонту, а при необходимости и проверки или испытанию этих насосов. Кроме того, рабочие ремонтирующие насосы, должны быть инструктированы в соответствии с правилами по технике безопасности, действующими на данной перекаченной станции магистрального продуктопровода или нефтепровода.
Вращающиеся или движущиеся механизмы, или отдельные детали насосов, двигателей трансмиссий должны иметь надежные ограждения, исключающие опасность для персонала, обслуживающего насосные агрегаты. Рабочие помещения насосной перекачечной станции должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией, обеспечивающей взрывобезопасность условий ее эксплуатации. Исправление или ремонт вращающихся, или движущихся частей или деталей во время работы насоса деталей не допускается.
Останавливать насос на ремонт с его разборкой можно только по разрешению начальника перекачечной станции. Насос, подвергаемый ревизии, должен быть остановлен и отключен от трубопроводов, а оставшаяся в нем жидкость должна быть с дренирована.
При ремонте насоса в помещении насосной (если, кроме ремонтируемого, здесь работают и другие насосы, перекачивающие нефть или нефтепродукты) необходимо принимать меры, предотвращающие появление искр. Например, инструмент, которым здесь разрешается пользоваться, должен быть обязательно покрыт медью (омеднен). Персоналу, занятому ремонтом (равно как и обслуживающему действующие насосные агрегаты), категорически запрещается вести какие-либо огневые работы, зажигать огонь, курить и т.п. Во избежание несчастных случаев из-за прорыва прокладок горизонтальных фланцевых разъемов корпусов центробежных насосов, последние должны иметь ограждения в виде козырьков из железа толщиной 1,5-2 мм. При ремонте центробежного или приводного плунжерного насоса с приводом от электродвигателя последний обесточивают, а на его пусковом устройстве вывешивают плакат "Не включать”.
Обслуживающий персонал станции и ремонтные рабочие должны спецодежду, рукавицы, а в отдельных случаях предохранительные очки.
Набивку сальников, а также торцовые уплотнения вала разрешается заменять только при остановленном насосе. во время разборки насоса нефть или нефтепродукты следует немедленно убрать.
Выявление и устранение неисправностей.
. Насос работает нормально, но процесс дозирования прерван:
а) закупоривание клапана - прочистите клапаны или замените их, если невозможно устранить засор;
б) чрезмерная высота всасывания - расположите насос или резервуар таким образом, чтобы снизить высоту всасывания (насос под водоприёмником);
в) чрезмерно вязкая жидкость - уменьшите высоту всасывания или используйте насос с большей пропускной способностью.
. Недостаточная пропускная способность насоса: а) утечка клапана - убедитесь, что кольцевые гайки затянуты правильно;