Расчет характеристик ЦБН в зависимости от плотности и вязкости перекачиваемой нефти

На заводах-изготовителях стенды приспособлены для испытаний только на воде, поэтому в паспорте насоса указывают характеристики по вязкости воды (ν = 0,01 см2/с) при температуре 20°С.

При перекачке вязких жидкостей напор и подача на режиме максимального к. п. д. меньше, чем при работе на воде, вследствие возрастания потерь на трение, а мощность повышается главным образом из-за увеличения дисковых потерь.

Определить характеристику насоса, перекачивающего вязкий нефтепродукт, на основании теоретических заключений нельзя, даже если известна его характеристика для воды. Для этого следует пересчитать характеристики, построенные для воды, с учетом поправочных коэффициентов.

Существует несколько методов пересчета характеристик центробежных насосов с воды на вязкую жидкость. При постоянной частоте вращения вала и переменной вязкости кривая Н — Q опускается по мере увеличения вязкости, однако напор, соответствующий нулевой подаче (закрытая задвижка) остается приблизительно одинаковым.

При постоянной частоте вращения вала и увеличении вязкости кривая Н — Q снижается так, что коэффициент быстроходности на режиме максимального к. п. д. остается постоянным.

.

Здесь QB, HB, QH, HH — соответственно подача и напор для воды и нефти. Следовательно,

(1)

Зависимость (12) очень важна, из нее следует, что для вычислений, относящихся к режиму максимального к. п. д. при перекачке вязкого нефтепродукта, необходим только один опытный поправочный коэффициент для напора или подачи. Второй коэффициент можно вычислить с помощью уравнения (1).

На практике подачу, напор и к.п.д. насоса при работе на вязких жидкостях определяют с помощью поправочных коэффициентов kQ, kH, kη

Как отмечалось выше, максимально необходимый избыток удельной энергии жидкости на приеме основных насосов характеризуется допустимым кавитационным запасом ∆hдоп, приведенным к оси насоса. При перекачке вязких нефтепродуктов значение необходимого избытка удельной энергии жидкости изменяется. Определяют значение ∆hдоп также с помощью поправочного коэффициента k∆h

где ∆hдоп. Н , ∆hдоп. В - допустимый кавитационный запас соответственно при перекачке нефти и воды. Поправочные коэффициенты kQ, kH, kη, k∆η, как показывают эксперименты, можно принять постоянными в диапазоне Q = (0,8 ÷ 1,2) QОПТ, где QОПТ — оптимальная подача насоса.

Значения поправочных коэффициентов kQ, kH, kη определяют по графику (рис. 1). Зависимость поправочного коэффициента для вычисления необходимого избытка удельной энергии на приеме от числа Рейнольдса представлена на рис. 2.

Рис. 1. Зависимость kQ, kH и kη от Re

Рис. 2. Зависимость k∆h от Re

Число Рейнольдса, необходимое для определения поправочных коэффициентов, рассчитывают по формуле

где νt — кинематическая, вязкость жидкости при, температуре перекачки; Dэкв - эквивалентный диаметр рабочего колеса:

Здесь D2 — наружный диаметр рабочего колеса; b2 — ширина лопатки рабочего колеса на наружном диаметре; ψ — коэф-фициент сжатия сечения каналов лопатками на выходе (ψ = 0,9 ÷ 0,95).

На графике (см. рис. 4) видно, что при Re > 7*103 коэффициенты kQ и kH мало отличаются от единицы, т. е. увеличение гидравлических потерь при пересчете с воды на нефть незначительно.

Коэффициент kη при Re > 7*103 существенно отличается от единицы, что объясняется увеличением потерь на дисковое трение, и только при Re > 5*104, значение kη соответствует единице.

Таблица 1

Данные о значении показателя α

Марка насоса	Модифи-кация	n, об/мин	nc	D2, мм	b2, мм	S / R	ηB
6 НДв НМ 2500-230 16 Н- 10×1 НМ 2500-230 НМ 2500-230 НМ 21 НМ 7000-210 НМ 7000-210 НМ 7000-210	- 6 - 2				24,0 12,0 20,0 16,0 22,0 24,1 27,5 30,0 38,5	0,05 0,20 0,12 0,17 0,15 0,16 0,20 0,15 0,10	0,76 0,73 0,81 0,85 0,86 0,81 0,83 0,86 0,87

Л. Г. Колпаков для пересчета максимального значения к. п. д. одноступенчатых насосов двустороннего входа с воды на вязкую жидкость (при n = 60 ÷ 200) рекомендует формулу

Относительная погрешность при этом составляет 2,5—4%. Число Рейнольдса подсчитывают по формуле

Данные о значении α для испытанных насосов приведены в табл. 1, а величин А и т показаны на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость А и т от nS

Ввиду незначительного отличия вязкости светлых нефтепродуктов от вязкости воды рабочие характеристики насосов остаются практически без изменения.