Диссертация (1172978), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На рисунке 9 показаны зависимости числа Рейнольдса от кинематическойЧисло Рейнольдса (Re)вязкости для тихоходных и нормальных ступеней ЭЦН.14000013000012000011000010000090000800007000060000500004000030000200001000000102030405060708090100110Кинематическая вязкость, сСтРисунок 9 – Зависимость числа Рейнольдса от кинематической вязкости длятихоходных и нормальных ступеней (■ - расчетные точки для нормальных ступеней;♦ - расчетные точки для тихоходных ступеней; ▬ - линия аппроксимации тихоходныхступеней; ▬ ▬ - линия аппроксимации нормальных ступеней).18Из рисунка 9 видно, что тихоходные ступени целесообразно применять вдиапазоне вязкости от 1 до 25 сСт, когда число Re больше 2300, а ступени нормальногокоэффициента быстроходности можно применять в диапазоне от 1 сСт до 45 сСт.
Придальнейшем увеличении вязкости, коэффициенты пересчета имеют малые значения, всвою очередь напор, подача, КПД имеют значения, при которых эксплуатация ЭЦНнецелесообразна.На рисунках 10 и 11 показаны линии аппроксимации зависимостейкинематической вязкости и КПД от числа Рейнольдса, основанные на полученныхэкспериментальных данных для тихоходных и нормальных рабочих ступеней ЭЦН.8000070000Число Рейнольдса, Re600005000040000КПД-Re30000Вязкость-Re200001000000102030405060708090100110Кинематическая вязкость, сСтКПД, %Рисунок 10 – Зависимость числа Рейнольдса от кинематической вязкости и КПД отчисла Рейнольдса для тихоходных ступеней (■ - расчетные точки зависимости числаРейнольдса от кинематической вязкости; ● - расчетные точки зависимости КПД отчисла Рейнольдса; ▬ - линия аппроксимации зависимости КПД от числа Рейнольдса;▬ ▬ - линия аппроксимации зависимости числа Рейнольдса от кинематическойвязкости).19160000Число Рейнольдса, Re14000012000010000080000Вязкость-Re60000КПД-Re400002000000102030405060708090100110Кинематическая вязкость, сСтКПД, %Рисунок 11 – Зависимость числа Рейнольдса от кинематической вязкости и КПД отчисла Рейнольдса для нормальных ступеней (■ - расчетные точки зависимости числаРейнольдса от кинематической вязкости; ● - расчетные точки зависимости КПД отчисла Рейнольдса; ▬ - линия аппроксимации зависимости КПД от числа Рейнольдса;▬ ▬ - линия аппроксимации зависимости числа Рейнольдса от кинематическойвязкости).При помощи графиков на данных рисунках есть возможность определения КПДот кинематической вязкости в зависимости от числа Рейнольдса.
К примеру, длятихоходных рабочих колес центробежного насоса при кинематической вязкости 25 сСтКПД равен 13%, а для нормальных рабочих колес – 20%.Пятая глава посвящена определению рабочего диапазона характеристики ЭЦН.При рассмотрении различных методик определения пересчетных коэффициентов,замечено, что большинство авторов при обобщении своих данных опираются нагеометрические размеры рабочих колес. В данной работе к индивидуальным даннымнасоса относятся: коэффициент быстроходности при работе насоса на воде, ширина ивысота проточной части канала на выходе из рабочего колеса.Необходимо отметить, что при любом способе определения коэффициентовпересчета есть необходимость в некоторых допущениях и упрощениях, позволяющих20создавать адекватные модели работы насоса на вязкой жидкости.
В общем случае ктаким допущениям относятся:•Число Рейнольдса определялось на выходном сечении канала рабочего колеса.•Для испытываемых рабочих колес не рассматривается влияние на числоРейнольдса шероховатости поверхности и материала ступеней.•Коэффициент быстроходности ns (типовое число К) рассчитывается только приработе насоса на воде.•Частота вращения вала насоса постоянная.После определения рабочего интервала характеристики ЭЦН при работе навязких жидкостях, определяем рабочий диапазон характеристики ЭЦН.
Данныйдиапазон даёт представление о количественных значениях параметров (напор, подача,КПД) в зависимости от вязкости жидкости. Ниже показан алгоритм определениярабочего диапазона характеристики ЭЦН.1. Производим расчет безразмерного числа Рейнольдса по формуле 9, чтобыопределитьграницыусловноламинарного,условнопереходногоиусловнотурбулентного течения жидкости. Для этого необходимо знать высоту и ширинупроточного канала рабочего колеса на выходе. Возможно также использование формулыЧерчилля для определения данных границ.2. Вычисляем коэффициенты пересчета по выведенным формулам 14÷16 или17÷19 в зависимости от коэффициента быстроходности рабочего колеса при разныхзначениях вязкости.3. Составляем таблицу, в которой указаны коэффициенты пересчета для подачиQ, напора H, КПД η.4. Строим характеристику рассматриваемой ступени на воде и отмечаем рабочийинтервал.5.
На графике отмечаем точки, характеризующие оптимальный режим ЭЦН приразличных вязкостях.6. Принимаем, что в крайних точках (0,75Qопт , 1,25Qопт) для каждого значениявязкости, коэффициент пересчетадля напора и КПД равен коэффициенту длянапора и КПД соответственно при оптимальном режиме, что является на самом делеблизким значением (исходя из полученных при проведении испытаний значений).21Таким образом, определяются значения КПД и напора на границах рабочего интервала.Проводим горизонтальные линии, отстоящие от крайних точек характеристики ступениЭЦН, полученной на воде, на величину равную, где- параметр,характеризующий значение напора или КПД, полученных при работе насоса на воде.7. Аналогично строятся точки для других значений вязкости.На рисунке 12 представлена блок-схема алгоритма определения рабочегодиапазона характеристики ЭЦН при определенной вязкости жидкости.Рисунок 12 – Блок-схема алгоритма определения рабочего диапазона характеристикиЭЦН при изменении вязкости жидкости.Рассмотрим рисунки 13÷14.22Экспериментальныеточки76Напор,м51 сСт410 сСт330 сСт260 сСт100102030405060Подача, м³/сутРисунок 13 – Сравнение напорных характеристик сборки ступеней плавающего типа изматериала нирезист при различной вязкости (▬ ▬ - рабочий диапазон напорнойхарактеристики ЭЦН, полученный при расчете по формулам Ляпкова П.Д.; ▬ ▪ ▬ рабочий диапазон напорной характеристики ЭЦН, полученный при расчете по новымформулам; ▬▬ - рабочий диапазон напорной характеристики ЭЦН, полученный прииспытании).Экспериментальныеточки353025КПД, %1 сСт2010 сСт1530 сСт1060 сСт500510152025303540455055Подача, м³/сутРисунок 14 – Сравнение энергетических характеристик сборки ступеней плавающеготипа из материала нирезист при различной вязкости (▬ ▬ - рабочий диапазонэнергетической характеристики ЭЦН, полученный при расчете по формулам ЛяпковаП.Д.; ▬ ▪ ▬ - рабочий диапазон энергетической характеристики ЭЦН, полученный прирасчете по новым формулам; ▬▬ - рабочий диапазон энергетической характеристикиЭЦН, полученный при испытании).23Для наглядного представления показанной выше методики приведем примеропределения рабочего диапазона характеристики для сборки ступеней плавающего типаиз нирезиста при различном значении вязкости жидкости.
К примеру, рассмотримзначения вязкости 1,10,30,60 сСт. На рисунках 13÷14 видим, что предложенныеформулыдаютдиапазонхарактеристикболее«близких»кхарактеристикам,полученных экспериментально.Основные результаты и выводы1. Усовершенствована методика определения характеристики центробежных насосовдля добычи нефти при работе на вязкой жидкости.2. Создан стенд и проведены испытания ступеней ЭЦН согласно разработаннойметодике стендовых экспериментальных работ.
Сборка ступеней насоса имеетвертикальное расположение. Диапазон рассматриваемой кинематической вязкости вдиссертационной работе от 1 до 100 сСт. В рамках данной работы рассмотренытихоходные (ns < 80) и нормальные (80 ≤ ns ≤ 150) рабочие ступени ЭЦН.3. Получены напорные и энергетические характеристики ступеней ЭЦН пятогодиаметральногогабарита,выполненныхлитьемизматериаловнирезист,комбинированных высокопрочных пластиков с чугуном, и ступеней, изготовленныхметодом порошковой металлургии, из чугуна ЧВШГ, при частоте вращения вала2910 об/мин.4.
Показано, что работа ступеней ЭЦН на вязкой жидкости значительно отличается отпоказателей работы на воде: например, для ступеней из материала нирезист приQопт=15 куб.м/сут и ν=30 сСт напор насоса снижается на 17,25%, КПД – на 66,67%.5. Установлено, что тихоходные ступени целесообразно применять в диапазоневязкости от 1 до 25 сСт, когда число Re больше 2300, а ступени нормальногокоэффициента быстроходности можно применять в диапазоне от 1 до 45 сСт.
Придальнейшем увеличении вязкости, коэффициенты пересчета имеют малые значения,в свою очередь напор, подача, КПД имеют значения, при которых эксплуатацияЭЦН крайне неэффективна.6. Предложены графики, при помощи которых есть возможность определения КПД откинематической вязкости в зависимости от числа Рейнольдса. К примеру, длятихоходных рабочих колес центробежного насоса при кинематической вязкости 25сСт КПД равен 13%, а для нормальных рабочих колес – 20%.247. Показано, что широко используемые для пересчета «водяных» характеристик ЭЦНметодикииформулыЛяпковаП.Д.даютпогрешностивопределениикоэффициентов пересчета не только в случае расчета показателей в оптимальномрежиме, но и при определении новых показателей ЭЦН на всем рабочем интервалехарактеристики.
Относительные погрешности расчетных и экспериментальныхвеличин отличаются до 140 % в диапазоне вязкости от 1 до 100 сСт. Данноеобстоятельство связано с изменением технологии производства ступеней, а также споявлением новых конструкций ступеней.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
