WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
Федеральное агентство образования Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА В.Н.ИВАНОВСКИЙ, Н.Н.СОКОЛОВ ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ ПО МАШИНАМ И ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Часть II Москва 2005 Федеральное агентство образования Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА Кафедра машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности В.Н.ИВАНОВСКИЙ, Н.Н.СОКОЛОВ ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ ПО МАШИНАМ И ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Часть II Методические указания к самостоятельной работе студентов по курсу «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа» Москва 2005 2 УДК 622.276 Ивановский В.Н., Соколов Н.Н. Домашние задания по машинам и оборудованию для добычи нефти.

Часть 2 «Машины и оборудование для добычи нефти»: Методические указания к самостоятельной работе студентов. – М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2005. – Даны основные соотношения при расчетах одного из наиболее распространенных видов оборудования для добычи нефти - установок электроприводных центробежных насосов. Приведены три домашних задания, отражающих основные разделы курса машин и оборудования для добычи и подготовки нефти и газа, связанные с изучением УЭЦН.

Представлены материалы справочного характера.

Рекомендуется для контроля самостоятельной работы студентов вузов нефтегазового профиля по дисциплине «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа» Рецензент – профессор, д.т.н. Дроздов А.Н.

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М.Губкина, 2005 3 СОДЕРЖАНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………..….. 5 ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 1. Определение основных геометрических размеров рабочих колес и направляющих аппаратов электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти. Определение типа рабочего колеса и теоретических характеристик рабочего колеса ЭЦН.………………….6 ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 2. Определение осевых и радиальных усилий, возникающих при работе электро- приводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти. Выбор материалов осевых и радиальных опор ЭЦН.…….…….ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 3. Подбор установок электроприводных центробежных насосов (УЭЦН) для добычи нефти………………………………………………………..………….ПРИЛОЖЕНИЯ …………….……………………………………...ЛИТЕРАТУРА ……………….……………………………………... ВВЕДЕНИЕ Методические указания «Домашние задания по машинам и оборудованию для добычи и подготовки нефти и газа. Часть II» составлены в полном соответствии с новыми рабочими программами по специальным дисциплинам «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа», «Нефтегазопромысловое оборудование».

В зависимости от специальности, учебными планами предусматривается изучение дисциплины, основу которой составляет курс «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа». При изучении этой дисциплины определенное количество часов выделяется на самостоятельную работу студентов. В качестве контроля самостоятельной работы студентов, предложены варианты домашних заданий.

Предлагаемые домашние задания отражают связь теоретической части с ее прикладной частью в области машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов.

Количество домашних заданий определяется преподавателем в зависимости от количества часов, выделенных на самостоятельную работу студентов.

Выбор варианта домашнего задания осуществляется студентами по своему номеру в студенческом журнале.

Домашнее задание № 1.

Определение основных геометрических размеров рабочих колес и направляющих аппаратов электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти. Определение типа рабочего колеса и теоретических характеристик рабочего колеса ЭЦН.

Основными элементами центробежного насоса являются рабочее колесо (РК) и отвод. Задачей РК является повышение кинетической и потенциальной энергии потока жидкости за счет его разгона в лопаточном аппарате колеса центробежного насоса и повышения давления. Основной функцией отвода являются отбор жидкости от рабочего колеса, снижение скорости потока жидкости с одновременным превращением кинетической энергии в потенциальную (повышение давления), передача потока жидкости к следующему рабочему колесу или в нагнетательный патрубок.

Из-за малых габаритных размеров в установках центробежных насосов для добычи нефти отводы всегда выполняются в виде лопаточных направляющих аппаратов (НА). Конструкция РК и НА, а также характеристика насоса зависит от планируемой подачи и напора ступени. В свою очередь подача и напор ступени зависят от безразмерных коэффициентов: коэффициент напора, коэффициент подачи, коэффициент быстроходности (используется наиболее часто).

Коэффициентом быстроходности ступени центробежного насоса называется соотношение основных рабочих показателей этого насоса (его одной ступени):

n s = 3.65 n Q1/2/ H 3/где n – частота вращения рабочего колеса, об/мин;

Q – подача насоса на оптимальном режиме, м3/с;

Н - напор одной ступени насоса в оптимальном режиме, м в.ст.

В зависимости от коэффициента быстроходности меняются конструкция и геометрические параметры рабочего колеса и направляющего аппарата, а также характеристика самого насоса (см.рис.1, 2 и 3 ).

Для тихоходных центробежных насосов (малые значения коэффициента быстроходности – до 60-90) характерным является монотонно снижающаяся линия напорной характеристики и постоянно увеличивающаяся мощность насоса при увеличении подачи. При увеличении коэффициента быстроходности (диагональные рабочие колеса, коэффициент быстроходности составляет более 250-300) характеристика насоса теряет свою монотонность и получает провалы и горбы (линии напора и Рис. 1. Характеристика насоса ЭЦНМ5 - 50 на воде плотностью =1000 кг/мКоличество ступеней – 100, коэффициент быстроходности n s = 80.



Рис. 2. Характеристика насоса ЭЦНА5А- 500 на воде плотностью р = кг/м3 Количество ступеней – 100, коэффициент быстроходности n s = 280.

мощности). Из-за этого для быстроходных центробежных насосов обычно не применяется регулирование подачи с помощью дросселирования (установки штуцера).

Использование центробежных насосов возможно при различных величинах подач и напоров по причине «гибкости» характеристики, однако практически подача насоса должна находиться внутри «рабочей части» или «рабочей зоны» характеристики насоса. Эти рабочие части характеристики должны обеспечивать наиболее экономичные режимы эксплуатации установок и минимальный износ деталей насосов (см. домашнее задание № 3).

Наиболее правильным с точки зрения энергетики выбирать границы рабочей части характеристики в пределах от Qmin до Qmax, где - Qmin = (0,70,75) Qо, а Qmax = (1,20-1,25) Qо, - подача в оптимальном (при максимальном значении КПД) режиме. Другим вариантом выбора границ рабочей части характеристики является определение подачи при значениях КПД = 0,9 max.(справа и слева от оптимального режима).

Задание.

По заданному варианту ЭЦН определить:

1.Коэффициент быстроходности (КБ) рабочего колеса (РК).

2.По КБ и схемам РК и направляющих аппаратов определить соотношение основных размеров деталей.

3.По основным размерам деталей и внешнему виду РК выбрать натурные образцы деталей.

4.Для выбранных деталей замерить основные размеры: диаметр входа, диаметр выхода, диаметры опорных шайб, диаметры переднего и заднего дисков, диаметры вала и ступицы и т.д. Начертить эскизы РК и НА.

5.Построить характеристику одноступенчатого и многоступенчатого насоса с определенными геометрическими параметрами и коэффициентом быстроходности. На характеристике указать границы рабочей части.

Варианты № Тип насоса Количество ступеней 1, 11 ЭЦН5-30 340, 2, 12 ЭЦН5-50 420, 3, 13 ЭЦН5-60 290, 4, 14 ЭЦН5-80 330, 5, 15 ЭЦН5-125 280, 6, 16 ЭЦН5-200 250, 7, 17 ЭЦН5А-160 250, 8, 18 ЭЦН5А-250 220, 9, 19 ЭЦН5А-400 340, 10, 20 ЭЦН5А-35 430, 21, 22 ЭЦНД5-80 300, 23, 24 2ВННП5-125 290, 25, 26 DN 4300 290, Рис.3.Меридианные сечения рабочих колес и направляющих аппаратов ЭЦН:

а- тихоходные рабочие колеса - коэффициент быстроходности n s = 60-80;

б-быстроходные колеса - коэффициент быстроходности n s = 150-220;

в- диагональные колеса - коэффициент быстроходности n s = 280 и более Рис.4. Номограммы отношений основных геометрических размеров РК электроприводных центробежных насосов для добычи нефти [5].

Домашнее задание № 2.

Определение осевых и радиальных усилий, возникающих при работе электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти.

Выбор материалов осевых и радиальных опор ЭЦН.

Осевые и радиальные усилия, действующие при работе ЭЦН, возникают за счт перепада давления на каждом рабочем колесе; в насосе в целом, а также за счет дисбаланса ротора (вал насоса с защитными втулками и рабочими колесами в сборе) насоса.

Наличие указанных нагрузок требует оснащения насосов системами осевых и радиальных подшипников.

В большинстве конструкций ЭЦН отечественного производства применяется «плавающее» рабочее колесо, осевая нагрузка, действующая на каждом рабочем колесе, передается на соответствующий направляющий аппарат (см.рис.5).

В этой конструкции ЭЦН осевая нагрузка, действующая на торец вала насоса, является произведением давления насоса (секции насоса) на площадь поперечного сечения вала. Эта нагрузка воспринимается осевой опорой вала, расположенной в секции насоса (см.рис.6), или осевой опорой протектора гидрозащиты погружного электродвигателя (ПЭД).

Выбор материалов осевых и радиальных опор насосов зависит от нагрузок и физико-химических свойств откачиваемой жидкости (см.табл. 1 ).

Рис.5. Конструкции рабочих колес и направляющих аппаратов ЭЦН:

а- с разгрузкой осевого усилия; б – с двухопорными рабочими колесами 1-корпус ЭЦН; 2-направляющий аппарат; 3- рабочее колесо; 4- опорные шайбы (осевой подшипник рабочего колеса) Рис.6. Конструкция осевой опоры вала ЭЦН:

1-пята; 2, 3-гладкая шайба; 4,5-резиновые шайбы; 6-верхняя опора; 7 – нижняя опора; 8-пружинное кольцо; 9 –дистанционная втулка; 10-радиальная опора;

11-защитная втулка Осевая нагрузка, возникающая на рабочем колесе при работе насоса, может быть приближенно определена по формуле:

А р.к. = К (F2- F1) g Hст. (1) где- К –коэффициент, учитывающий изменение напора в НА ступени и тип РК, К = 0,6-0,8;

F2 = 0,785 (D2 2 – d2 2), F1 = 0,785 (D1 2 – d1 2), D1 и D2- наружные диаметры переднего (нижнего) и заднего (верхнего) диска рабочего колеса (см.рис.7), м.

d1 и d2- наружные диаметры опорного бурта НА на переднем диске РК и диаметр защитной втулки на заднем диске РК(см.рис.7), м.

- плотность перекачиваемой жидкости, кг/мg – ускорение свободного падения, м/сHст.- напор ступени, м.

Осевое усилие, возникающее на валу электроприводного центробежного насоса с «плавающими» рабочими колесами, определяются по формуле:

А в.п.к. = Fв. * Pнас., (2) где : Fв = 0,785 d 2, Pнас. = g Hст.

Здесь Fв – площадь поперечного сечения вала насоса; d - диаметр вала насоса; Pнас.- давление насоса; - плотность перекачиваемой жидкости (все данные имеют размерность в системе СИ).





Осевое усилие на валу насоса с фиксированным расположением рабочих колес («распертые» колеса)определяется по формуле:

А в.ж.к. = А р.к. + А в.п.к. (3) где А р.к. – осевая нагрузка от одного рабочего колеса, А р.к. = 0,785 К (D22- D12) g Hст ).

Радиальная нагрузка, возникающая на валу насоса:

R = m r 2 (4) где m – масса ротора (вал насоса + защитные втулки + рабочие колеса);

r -радиус дисбаланса ротора (для нового насоса может быть принят радиальному зазору, равному допуску сопряжения «втулка рабочего колеса – расточка направляющего аппарата, см. рис. 4).

-угловая скорость вращения ротора насоса.

Рис.7. Диаметральное сечение рабочего колеса Таблица 1. Материалы подшипниковых узлов [3].

Материал Допускаемое Максимальная Свойства жидкости давление, скорость МПа скольжения, м/с Чугун-текстолит ПТК 9,0 3,0 Нефть с обводненностью до 99%, мех примеси- до мг/л, рН = 5,0- 8,Баббит-сталь 70,0 15,0 Масло минеральное или синтетическое, мех.примеси – до 5 мг/л, рН = 5,0- 8,Сталь - силицированный 60,0 5,0 Нефть с обводненностью до графит СГ-П 99%, мех примеси- до мг/л, рН = 5,0- 8,Сталь – 30,0 5,0 Нефть с обводненностью до маслонефтебензостойкая 99%, мех примеси- до резина мг/л, рН = 5,0- 8,Силицированный 70,0 5,0 Нефть с обводненностью до графит-силицированный 99%, мех примеси- до графит мг/л, рН = 5,0- 8,5; H2S до 1,25 г/л Силицированный 30,0 5,0 Нефть с обводненностью до графит СГ-П- 99%, мех примеси- до маслонефтебензостойкая мг/л, рН = 5,0- 8,резина Карбид – карбид 75,0 5,0 Нефть с обводненностью до 99%, мех примеси- до мг/л, рН = 5,0- 8,5; H2S до 1,25 г/л Сталь-бронза 50,0 3,0 Нефть с обводненностью до 99%, мех примеси- до мг/л, рН = 5,0- 8,Сталь-латунь 40,0 2,0 Нефть с обводненностью до 99%, мех примеси- до мг/л, рН = 5,0- 8,Удельная нагрузка на материал подшипника будет зависеть от нагрузок, определяемым по формулам (1,2,3,4 ) и от площади опорной поверхности подшипника.

Для осевых подшипников удельная нагрузка определяется по формуле:

= А / F о.п. (5) где А – осевая нагрузка (определяется по формуле 2 или 3).

F о.п.= 0,785 (d1 2 – d3 2), d1 и d3- наружный и внутренний диаметры опорной шайбы рабочего колеса или осевой опоры вала насоса (см.рис.5 и рис.6).

Выбор материала подшипника осуществляется в соответствии с табл. и для условия, когда [ ] > k (где [ ] – допускаемые, k -коэффициент запаса прочности, – максимальные расчетные напряжения).

Коэффициент запаса прочности для материалов осевых подшипников ЭЦН выбирается равным 3-4.

Для радиальных подшипников средняя удельная нагрузка определяется из уравнения р = W/ (l dвт) (6) где: W – несущая способность подшипника;

l – длина радиального подшипника(втулки подшипника) (см.рис. 7);

dвт – диаметр втулки радиального подшипника;

W = (l d / 2) (7) - динамическая вязкость смазывающей жидкости, Па*с;

- угловая скорость вращения втулки радиального подшипника, 1/с;

- безразмерный коэффициент нагруженности подшипника;

- относительный зазор;

= / dвт.

Рис. 8. Промежуточный радиальный подшипник 1 — втулка вала; 2 — втулка подшипника; 3 — корпус подшипника;

4 — вкладыш подшипника; 5 — рабочее колесо Безразмерный коэффициент для радиальных подшипников, применяемых в ЭЦН, зависит от геометрических размеров подшипника и смазывающей жидкости.

При радиальном подшипнике, работающем в потоке откачиваемой жидкости, самым напряженным режимом будет режим вывода насосной установки на режим, т.е. в тот момент времени, когда откачиваемой жидкостью будет вода практически без содержания нефти. В этом случае безразмерный коэффициент нагруженности подшипника может быть выбран в пределах от 0,1 до 0,3.

Задание.

По основным размерам рабочего колеса, полученным в домашнем задании № 1, и характеристикам ЭЦН (см. Приложения и [1]) определить геометрические размеры осевых и радиальных опор рабочих колес и подшипников самого насоса, а по размерам подшипников и характеристикам насосов (Приложение 1), а также по заданным свойствам пластовой жидкости (табл.2) провести выбор материалов подшипников ЭЦН.

Таблица 2. Варианты домашнего задания № Тип ЭЦН Количество Содержание Масса РК Радиус варианта ступеней, механических /масса вала, дисбаланса, мм шт. примесей, мг/л кг 1,16 ЭЦН5-50, 224 250 0,08 / 12,35 0,ЭЦН5А-160 0,102 / 17,1 0,2,17 ЭЦН5-80, 228 340 0,08 / 12,35 0,ЭЦН5А-250 0,102 / 17,1 0,3,18 ЭЦН5-125, 192 230 0,08 / 12,35 0,ЭЦН5А-320 0,102 / 17,1 0,4, 19 ЭЦН5-200, 208 320 0,08 / 12,35 0,ЭЦН5А-400 0,102 / 17,1 0,5, 20 ЭЦНД5-80, 373 560 0,08 / 12,35 0,ЭЦН5А-500 0,102 / 17,1 0,6, 21 ЭЦНА5А-35, 254 650 0,08 / 12,35 0,ЭЦНБ5А-30 0,102 / 17,1 0,7, 22 ЭЦНА5-45, 278 290 0,08 / 12,35 0,ЭЦНП5-50 0,102 / 17,1 0,8, 23 ЭЦНА5-60, 290 500 0,08 / 12,35 0,ЭЦНА5-18 0,102 / 17,1 0,9, 24 ЭЦНА5-30, 334 210 0,08 / 12,35 0,2ВННП5-50 0,102 / 17,1 0,10, 25 DN-3000, 373 760 0,168 / 12,35 0,FC 650 0,112 / 17,1 0,11, 26 DN-4300, 254 810 0,180 / 12,35 0,DC 800 0,142 / 17,1 0,12, 27 2ЭЦНА5-50, 278 670 0,085 / 12,35 0,FS 1150 0,142 / 17,1 0,13, 28 2ЭЦНА5-80, 290 1200 0,085 / 14,35 0,FS 925 0,125 / 17,1 0,14,29 ЭЦНА5-30, 334 1060 0,065 / 16,35 0,AN 900 0,102 / 17,1 0,15, 30 F 400 412 940 0,055 / 12,35 0,2ЭЦНА5- 0,112 / 17,1 0, Домашнее задание № Подбор установок электроприводных центробежных насосов (УЭЦН) для добычи нефти.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.