RU171446U1 - Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости - Google Patents

Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости Download PDF

Info

Publication number
RU171446U1
RU171446U1 RU2016127372U RU2016127372U RU171446U1 RU 171446 U1 RU171446 U1 RU 171446U1 RU 2016127372 U RU2016127372 U RU 2016127372U RU 2016127372 U RU2016127372 U RU 2016127372U RU 171446 U1 RU171446 U1 RU 171446U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pump
electric motor
speed
pole
low
Prior art date
Application number
RU2016127372U
Other languages
English (en)
Inventor
Альберт Дулфатович Багдатов
Игорь Олегович Стасюк
Ильдар Мирзаевич Хайруллин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ТатОйлПром"
Игорь Олегович Стасюк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ТатОйлПром", Игорь Олегович Стасюк filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ТатОйлПром"
Priority to RU2016127372U priority Critical patent/RU171446U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU171446U1 publication Critical patent/RU171446U1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/12—Combinations of two or more pumps
    • F04D13/14—Combinations of two or more pumps the pumps being all of centrifugal type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0066—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by changing the speed, e.g. of the driving engine

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к области насосостроения преимущественно для нефтегазовой отрасли, а именно к насосным системам для перекачки попутной воды, добываемой вместе с нефтью или газовым конденсатом, и мультифазных нефте-газо-водяных смесей с невысоким содержанием газовой фазы. Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности эксплуатации горизонтальной лопастной многоступенчатой насосной установки, расширение диапазона регулирования параметров ее работы, при одновременном снижении стоимости установки.Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости имеет в своем составе следующие элементы: насосный агрегат 1 и систему управления 2. При этом насосный агрегат включает горизонтально закрепленные на единой монтажной раме 3 тихоходный многополюсный электродвигатель 5, связанный с механическим мультипликатором 6, передающим вращательный момент на многоступенчатый центробежный насос 4, который имеет приемный 7 и выходной 8 модули, а также узел разгрузки осевых напряжений 9, который может размещаться как в насосах, так и на монтажной раме между насосом и мультипликатором. Механический мультипликатор выполнен с коэффициентом мультипликации 2,4-6,0, а тихоходный электродвигатель выполнен с 2-4 парами полюсов.Возможны следующие варианты установки:1). Электродвигатель выполнен четырехполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 2,4-3,0 раза. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 1500 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения вала центробежного насоса составит около 3600-4500 об/мин.2). Электродвигатель выполнен шестиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 3,6-4,5 раза. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 1000 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения вала центробежного насоса составит около 3600-4500 об/мин.3). Электродвигатель выполнен восьмиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 4,8-6,0 раз. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 750 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения вала центробежного насоса составит около 3450-4500 об/мин.4). В составе установки используются тихоходный многополюсный электродвигатель мощностью 400-1250 кВт и система управления с низковольтным частотным преобразователем или устройством плавного пуска, рассчитанными на эксплуатацию при напряжении 660-690 В.Заявляемое техническое решение может быть использовано при изготовлении лопастных насосных установок марок ГНК, ГНУ, ЦНС и т.д.

Description

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к области насосостроения преимущественно для нефтегазовой отрасли, а именно к насосным системам для перекачки нефти, попутной воды, добываемой вместе с нефтью или газовым конденсатом и мультифазных нефте-газо-водяных смесей с невысоким содержанием газовой фазы. В первую очередь она может применяться в насосных установках системы ППД (поддержания пластового давления) месторождений углеводородов, внутри промысловой перекачки или магистральной транспортировки жидкого углеводородного сырья (т.е. она применима в насосных установках для перекачки товарной нефти и СПГ (сжиженного природного газа)). Она также может быть использована в области энергетики, ЖКХ, шахтах, на горно-обогатительных комбинатах и т.д. То есть там, где требуется осуществлять перекачку жидкости в больших объемах с обеспечением высокого напора.
Уровень техники
Горизонтальные лопастные (центробежные, центробежно-вихревые, осевые) многоступенчатые насосные установки широко применяются для перекачки жидкостей либо мультифазных газожидкостных смесей в различных отраслях промышленности, ЖКХ и при транспортировке жидких сред. Такие насосные установки очень надежны, просты в эксплуатации и имеют высокий КПД при перекачки жидкостей с производительностью выше 3,3 м3/час (80 м3/сутки) и при содержании газовой фазы на приеме насоса не более 20%. Наиболее высокие давления на выходе таких насосных установок (до 35 МПа) требуется обеспечить при закачке воды в пласт систем ППД (поддержания пластового давления) при разработке месторождений углеводородов. Именно в этой области горизонтальные центробежные многоступенчатые насосные установки подобного типа, такие как ЦНС, ГПУ (или ГНК) нашли наиболее широкое применение [см., например, 1 - «Нефтепромысловое оборудование» под общей редакцией В.Н. Ивановского. Учеб. для ВУЗов. - М.: "ЦентрЛитНефтеГаз" 2006. - 720 с. и 2 - Красиков А.В. «Опыт применения горизонтальных насосных установок в системе ППД на месторождениях ТПП «ЛУКОЙЛ-Севернефтегаз» - «Инженерная практика» №04, 2014 г., с. 10-11].
Устройство всех указанных насосных установок [см., например, информацию с сайтов следующих предприятий 3 - ООО «КУПЕР» http://kupercompany.com/stc/GNK.php, 4 - ЗАО «Альянс-Агрегат-Сервис» http://aas-ppd.com/services/agregat_na. 5 - ОАО «Воткинский завод» http://www.vzavod.ru/products/neftegazovoe-oborudovanie/oborudovanie-dlya-podderzhaniya-plastovogo-davleniya/sentrobezhnyie-nasosnyie-agregatyi] имеет следующие общие обязательные основные компоненты:
- насосный агрегат, включающий следующие узлы:
насос с последовательно размещенными на его валу несколькими насосными ступенями лопастного типа (центробежного, центробежно-вихревого или осевого типа), у насоса имеются также приемный модуль, к которому подводится перекачиваемая жидкость, и выкидной модуль через который перекачиваемая жидкость выталкивается в высоконапорный трубопровод;
узлы разгрузки осевых напряжений, возникающих в насосе (они могут размещаться как в самом насосе, так и выполнятся отдельным элементом, размещаемым между приводом и насосом);
электродвигатель (электромеханический преобразователь), служащий приводом насоса;
монтажная рама (опорная конструкция), на которой крепятся все компоненты насосного агрегата.
Причем валы насоса, отдельного узла разгрузки осевых напряжений насосного агрегата (в случае его наличия) и электродвигателя соединены муфтами.
- система управления (СУ) насосной установкой с приборами КИПиА, которая может содержать частотный преобразователь или устройство плавного пуска.
При работе многоступенчатых насосов лопастного типа (центробежных, центробежно-вихревых, осевых) его производительность (Q) не зависит от количества последовательных рабочих ступеней. Но его напор (Н) и потребляемая мощность равны сумме напоров и потребляемых мощностей всех входящих в него рабочих ступеней (см. уравнения 1 и 2)
Figure 00000001
Figure 00000002
где Hs и Ws - напор и потребляемая мощность единичной ступени входящей в многоступенчатый центробежный насос, соответственно.
Для центробежных насосов справедливы следующие зависимости основных параметров его работы от частоты вращения рабочих органов насоса (см. уравнение 3-5):
Figure 00000003
где Q(ω) - производительность насоса при вращении насоса на конкретной рабочей частоте ω;
Q(ωo) - производительность насоса (номинальная) при его вращении на частоте, равной частоте сетевого напряжения, ωо=50 Гц.
Figure 00000004
где Н(ω) - напор насоса при вращении насоса на конкретной рабочей частоте ω;
Н(ωо) - напор насоса (номинальный) при его вращении на частоте, равной частоте сетевого напряжения, ωо=50 Гц.
Figure 00000005
где W(ω) - мощность, потребляемая насосом при вращении насоса на конкретной рабочей частоте ω;
W(ωo) - мощность (номинальная), потребляемая насосом при его вращении на частоте, равной частоте сетевого напряжения, ωо=50 Гц.
Изменением скорости вращения лопастного насоса достигается эффективное управление его производительностью и особенно напором (вследствие квадратичной зависимости этого параметра от частоты). Например, увеличив частоту вращения насоса с 50 Гц до 60 Гц, удается повысить напор в 1,44 раза, а при дальнейшем росте частоты до 70 Гц напор увеличивается в 1,96 раза. Справедливо и то, что, увеличив частоту вращения насоса, можно обеспечить необходимый напор при меньшем количестве рабочих ступеней, входящих в насос, а значит снизить длину и стоимость центробежного насосного агрегата.
Вследствие этого ЧРП (частотно-регулируемый привод) на базе систем управления с ПЧ (преобразователем частоты) все более широко используется в составе многоступенчатых насосных установок лопастного типа.
Кроме использования ЧРП для увеличения числа оборотов в ряде лопастных (главным образом, центробежных) насосных агрегатов применяются механические мультипликаторы. Это устройство, представляющие собой коробку передач, увеличивающую частоту вращения насоса по сравнению с частотой вращения электродвигателя. В частности ОАО «Воткинский завод» разработал и производит многоступенчатые насосные агрегаты ЦНС-25 в состав которых входит стандартный электродвигатель с оборотами вала 3000 об/мин и механический мультипликатор, обеспечивающий повышение скорости вращения вала насоса до 6800 об/мин [5 - ОАО «Воткинский завод» http://www.vzavod.ru/products/neftegazovoe-oborudovanie/oborudovanie-dlya-podderzhaniya-plastovogo-davleniya/tsentrobezhnyie-nasosnyie-agregatyi]. Т.е. в данном насосном агрегате механический мультипликатор имеет Км (коэффициент мультипликации), равный 2,2667. Известны также горизонтальные центробежные многоступенчатые насосные установки типа ГНК (или ГНУ) в которых используются электродвигатели с оборотами вала 3000 об/мин и мультипликаторы с Км=1,10-1,38. Такие насосные установки производят ООО «Купер» и ООО «УК «Система Сервис» [см. 3 - http://kupercompany.com/stc/GNK.php. 6 - http://www.sistemaservis.ru/upload/iblock/1bd/1bdb3881bb002534a5d1bf3e65b8b1d7.pdf].
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату и выбранным авторами за прототип является техническое решение, запатентованное Cameo International Inc. как «Горизонтальная насосная установка» [см. 7 - Патент Канады № СА 2236762 А1, МПК F04D 13/14, F04C 11/00, опубл. 07.11.1998 г., приоритет 07.05.1997 г.]. Суть прототипа, описанная в патентной формуле, заключается в следующем:
это мультинасосная (или многонасосная) горизонтальная установка, в которой на единой монтажной раме (опорной конструкции) горизонтально крепятся несколько насосов, единый электродвигатель, являющийся приводом для всех насосов и единая коробка передач, через которую на каждый из насосов передается вращательный момент от электродвигателя.
Перечислим дополнительные признаки технического решения, выбранного в качестве прототипа:
а). В качестве насосов данной горизонтальной насосной установки могут быть использованы насосы двух типов:
- многоступенчатые центробежные насосы;
- винтовые насосы.
б). Насосы данной горизонтальной насосной установки крепятся к монтажной раме (опорной конструкции):
- параллельно друг другу;
- бок о бок.
в). Горизонтальная мультинасосная установка, дополнительно содержит входные и выходные модули насосов соединенные с трубопроводами, с помощью которых производится передача жидкости в насосы и из насосов несколькими параллельными потоками.
г). Горизонтальная мультинасосная установка, дополнительно содержащая узлы разгрузки осевых напряжений (упорные подшипники), которые функционально соединены с каждым валом каждого насоса.
д). Горизонтальная мультинасосная установка, в которой коробка передач производит понижение скорости вращения ее валов на выходе по сравнению со скоростью вращения вала на ее входе. То есть данная коробка передач является механическим редуктором.
е). Горизонтальная мультинасосная установка, в которой коробка передач производит повышение скорости вращения ее валов на выходе по сравнению со скоростью вращения вала на ее входе. То есть данная коробка передач является механическим мультипликатором.
При практической реализации ранее описанных центробежных насосных систем электродвигателями насосного агрегата служат асинхронные (иногда и синхронные) двухполюсные электродвигатели. Они имеют номинальную скорость вращения ротора около 3000 об/мин (при частоте питающего напряжения электросети 50 Гц). Этим обеспечиваются приемлемые массогабаритные размеры насосного агрегата. Из-за квадратичной зависимости напора от скорости вращения насосов центробежного типа (см. формулу 4) при уменьшении скорости вращения насоса в 2 раза для достижения того же напора количество рабочих ступеней, а значит и длину насоса необходимо увеличить в 4 раза. Поэтому четырехполюсные, шестиполюсные и другие многополюсные электродвигатели в качестве привода центробежных насосов не применяются.
Недостатки технических решений, выбранных в качестве аналогов и прототипа, следующие:
1). При использовании лопастных (главным образом центробежных) насосных установок с ЧРП (частотно-регулируемых приводом) без механических мультипликаторов и при мощностях привода более 250 кВт возникают трудности с обеспечением частоты вращения электродвигателей выше 60 гц. Даже специализированные двухполюсные электродвигатели, производимые для работы в составе ЧРП мощностью 315 кВт и более не рекомендуется эксплуатировать на частотах выше 60 Гц (эквивалентных примерно 3600 об/мин) [см. 8 - Технический каталог АДЧР ОАО «НИПТИЭМ» www.ruselprom.ru/home/…/5-tekhnicheskie-katalogi.html?…katalog…]. Кроме того, с повышением частоты при эксплуатации ЧРП приходится увеличивать напряжение на выходе частотных преобразователей. Для обеспечения приемлемой надежности электропривода при повышенных частотах работы ЧРП необходимо использовать электродвигатель и частотный преобразователь, рассчитанные на повышенные значения номинальной мощности. А это приводит к существенному удорожанию насосной установки.
2). При использовании лопастных (например центробежных) насосных установок с механическими мультипликаторами и двухполюсными электродвигателями удается дополнительно увеличить скорость вращения насоса. Достигнуты скорости более 3600 об/мин, например до 4200 об/мин, а иногда и выше. Указанные скорости вращения вала насоса достигаются на частоте питающего напряжения электродвигателя, составляющей стандартные 50 гц. Однако в насосных установках повышенной мощности (в которых используются электродвигатели W=400-1250 кВт) именно электропривод становится очень уязвимым узлом. Из-за большой массы ротора возрастает скорость износа опорных подшипников электродвигателя. Для повышения надежности электропривода приходится применять более дорогие материалы подшипниковых узлов, обеспечивать их дополнительное охлаждение и интенсивную смазку. Ремонт же мощного электродвигателя самая трудоемкая и дорогая операция при техническом обслуживании центробежных насосных установок. Эти факторы приводят к возрастанию стоимости насосной установки и ее технического обслуживания.
Диапазон повышения частоты питающего напряжения для мощных электродвигателей еще более сужен. Следовательно, снижен диапазон частотного регулирования насосной установкой, а значит и гибкость управления параметрами процесса перекачки жидкости.
3). В настоящее время отечественная промышленность не выпускает низковольтные двухполюсные электродвигатели мощностью выше 450 кВт. Поэтому насосные установки приходится комплектовать либо высоковольтными электродвигателями, рассчитанными на работу при повышенных напряжениях (6 кВ, 10 кВ), либо закупать низковольтные импортные электродвигатели, рассчитанные на эксплуатацию при напряжении (038-0,4 кВ, 0,66-0,69 кВ). В первом случае при включении в состав установки ЧРП существенно возрастает цена СУ с высоковольтным частотным преобразователем, во втором случае - сам электродвигатель имеет очень высокую цену. То есть мощные центробежные насосные установки становятся неоправданно дорогими.
Раскрытие предлагаемого технического решения
Целью заявляемой полезной модели является повышение надежности эксплуатации горизонтальной лопастной многоступенчатой насосной установки, расширение диапазона регулирования параметров ее работы, при одновременном снижении стоимости установки.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что в горизонтальной лопастной насосной установке, состоящей из насосного агрегата 1 и системы управления 2, насосный агрегат включает горизонтально закрепленные на единой монтажной раме 3 электродвигатель 5, связанный с коробкой передач 6, передающей вращательный момент на многоступенчатый центробежный насос 4, имеющий приемный 7 и выходной 8 модули, а также узел разгрузки осевых напряжений 9, последний может размещаться как в насосе, так и на монтажной раме между насосом и коробкой передач, имеются следующие отличия:
- электродвигатель (электромеханический преобразователь) выполнен в виде тихоходного многополюсного электродвигателя с парными полюсами, число пар полюсов 2-4;
- коробка передач выполнена в виде механического мультипликатора с коэффициентом мультипликации (повышения оборотов передаваемых от электродвигателя к насосу), составляющим 2,4-6,0.
Возможны следующие варианты Горизонтальной лопастной многоступенчатой насосной установки для перекачки жидкости в рамках заявляемого технического решения:
1). Тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен четырехполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 2,4-3,0 раз. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 1500 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения вала центробежного насоса составит около 3600-4500 об/мин. Т.е. насос будет работать так же, как в установке без мультипликатора и с высокооборотным электродвигателем на частоте электропитания 60,0-75,0 Гц.
2). Тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен шестиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 3,6-4,5 раза. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 1000 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения вала центробежного насоса составит около 3600-4500 об/мин. Т.е. насос будет работать так же, как в установке без мультипликатора и с высокооборотным электродвигателем на частоте электропитания 60,0-75,0 Гц.
3). Тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен восьмиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 4,8-6,0 раз. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 750 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения вала центробежного насоса составит около 3450-4500 об/мин. Т.е. насос будет работать так же, как в установке без мультипликатора но с высокооборотным электродвигателем на частоте электропитания 60,0-75,0 Гц.
4). Тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен мощностью 400-1250 кВт, а система управления выполнена с низковольтным частотным преобразователем, которые рассчитаны на эксплуатацию при напряжении 660-690 В.
5). Тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен мощностью 400-1250 кВт, а система управления выполнена с низковольтным устройством плавного пуска, рассчитаны на эксплуатацию при напряжении 660-690 В.
В отличие от прототипа в заявляемом техническом решении в состав установки входит один многоступенчатый насос, а не несколько. Но не в этом суть его основных отличий, как от Прототипа, так и от аналогов.
Для заявляемого технического решения не важно какого типа применяемый в насосной установке электродвигатель: асинхронный или синхронный (вентильный, синхронно реактивный, вентильно реактивный и т.д.). Важно чтобы этот электродвигатель был тихоходным, а значит - многополюсным.
Основное отличие заявляемого технического решения от аналогов и прототипа состоит в том, что для многоступенчатого насоса лопастного типа в качестве привода используется не высокооборотный электромеханический преобразователь (с номинальной скоростью вращения ротора около 3000 об/мин), а какой-либо из тихоходных многополюсных (низкоскоростных) электродвигателей. У них может быть следующее количеством полюсов - 2 пары (четырехполюсный электродвигатель с номинальной скоростью вращения ротора около 1500 об/мин), 3 пары (шестиполюсный электродвигатель с номинальной скоростью вращения ротора около 1000 об/мин), 4 пары (восьмиполюсный электродвигатель с номинальной скоростью вращения ротора около 750 об/мин).
Снижение скорости вращения электропривода кажется на первый взгляд абсолютно нелогичным в применении к многоступенчатым насосам лопастного типа (центробежным, центробежно-вихревым, осевым). Действительно, при использовании четырехполюсного электродвигателя происходит снижение оборотов насоса в 2 раза его напор падает в 4 раза (см. Формулу 4), а значит для достижения одинаковых напоров надо увеличивать его длину в 4 раза. Аналогично, при использовании шестиполюсного электродвигателя обороты насоса уменьшаются в 3 раза, а его напор снижается в 9 раз (см. Формулу 4); при использовании восьмиполюсного электродвигателя обороты насоса уменьшаются в 4 раза, а его напор снижается в 16 раз (см. Формулу 4). Но в паре с низкооборотным электродвигателем у нас, как и в прототипе, применяется механический мультипликатор, с помощью которого достигается повышение скорости вращения насоса. Если уж мы вводим в установку мультипликатор, как предусмотрено, в том числе в прототипе, то мы его предлагаем использовать для более существенного подъема скорости вращения насоса, чем при реализации прототипа. При использовании предложенного технического решения скорость вращения вала насоса поднимается не в 1,1-1,4 раза, как при практической реализации прототипа, а в 2,4-6,0 раз.
Обеспечить надежную эксплуатацию электропривода, особенно повышенной мощности, на низких скоростях существенно проще, чем при работе на высоких скоростях. Реализовать охлаждение и смазку узлов мультипликатора, работающего с несколько большей нагрузкой, чем в прототипе, легче, чем электродвигателя. Ремонт мультипликатора проще и дешевле ремонта электродвигателя. Тихоходные четырех - восьмиполюсные электродвигатели меньше теряют КПД при их недогруженности, чем высокоскоростные двухполюсные электродвигатели [см. 9 - Статья «Как повысить эффективность электродвигателя» на сайте - http://www.fluidbusiness.ru/usefull/articles/kak-povysit-effectivnost-electrodvigatelya]. Диапазон повышения частоты для низкооборотных электромеханических преобразователей существенно шире чем для высокоскоростых электродвигателей. Так, например, для высокооборотных двухполюсных электродвигателей АДЧР мощностью 315-450 кВт допустимо повыщение частоты вращения по сравнению с номинальной не более чем в 1,2 раза, а для четырехполюсных двигателей той же мощности - частота вращения может быть увеличена в 1,8 раз, для шестиполюсных - в 2,6 раз [см. 8 - Технический каталог АДЧР ОАО «НИПТИЭМ» www.ruselprom.ru/home/…/5-tekhnicheskie-katalogi.html?…katalog…]. Это позволяет, как увеличить надежность насосной установки, так и расширить диапазон регулирования параметров ее эксплуатации.
Важнейшим аргументом в пользу практического применения предложенного технического решения является то, что оно позволяет изготавливать горизонтальные насосные установки центробежного типа с низковольтным ЧРП (напряжение 0,66-0,69 кВ) на базе отечественным низкооборотных частотно регулируемых электродвигателей АДЧР мощностью 630=1250 кВт [см. 10 - Технический каталог РУСЭЛПРОМ ОАО «Сафановский электромашиностроительный завод» - http://www.sez.ru/pdf/sez.pdf]. Стоимость таких ЧРП (электродвигатель + СУ с частотным преобразователем) существенно ниже, чем при использовании других технических решений. Так, например, если применять российские высоковольтные ЧРП, то цена ЧРП оказывается в 1,5-2,0 раза выше, чем при использовании низковольтных российских ЧРП. А если использовать высокооборотные импортные низковольтные электродвигатели, то при равной стоимости СУ стоимость электродвигателей в 1,6-2,2 раза выше, чем отечественных.
Суть полезной модели поясняется чертежами
Описание чертежей
На Фиг. 1 изображен общий вид горизонтальной многоступенчатой насосной установки лопастного типа для перекачки жидкости.
На Фиг. 2 – то же, вид сверху.
Приняты следующие обозначения:
1 - насосный агрегат
2 - система управления (СУ)
3 - монтажная рама (опорная конструкция)
4 - лопастной многоступенчатый насос
5 - тихоходный многополюсный электродвигатель (электромеханический преобразователь)
6 - механический мультипликатор с Км=2,4-6,0
7 - приемный модуль насоса, связанный с низконанапорным подводящим трубопроводом подачи жидкости
8 - выходной (выкидной) модуль насоса, связанный с высоконапорным трубопроводом для перекачки жидкости
9 - узел разгрузки осевых напряжений (при его исполнении отдельным элементом)
Устройство работает следующим образом.
Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкостей работает следующим образом.
Перекачиваемая жидкость, подводимая к насосному агрегату 1 через подводящий трубопровод, поступает в приемный модуль насоса 7 и далее в лопастной многоступенчатый насос 4, размещенный на монтажной раме 3. С помощью системы управления 2 производится запуск в работу тихоходного многополюсного электродвигателя 5, с постепенным нарастанием скорости вращения его подвижного элемента (ротора). Вращающий момент от электродвигателя передается на входной вал механического мультипликатора 6, вращающий ведущее зубчатое колесо. Это колесо вращает ведомое зубчатое колесо мультипликатора таким образом, что оно делают полный оборот вокруг своей оси в 2,4-6,0 раз чаще, чем ведущее зубчатое колесо мультипликатора. С вала ведомого зубчатого колеса вращающий момент передается на вал насоса. При этом скорость вращения вала насоса будет в 2,4-6,0 раз больше, чем подвижного элемента электродвигателя. Размещенные на валу насоса рабочие ступени разгоняют жидкость, поступившую в насос, и перемещают ее с возрастанием напора к выходному модулю насоса 8. Далее жидкость выбрасывается в высоконапорный трубопровод. Все элементы насосного агрегата, закреплены на монтажной раме 3. Связь между валом насоса, отдельно выполненными узлами разгрузки осевых напряжений, механическим мультипликатором и электродвигателем осуществляется с помощью муфт. Осевые нагрузки, возникающие при работе насоса, гасятся в узле разгрузки осевых напряжений (9). Он может размещаться как непосредственно в насосе, так и выполняться в виде отдельного элемента, размещаемого на раме между насосом и мультипликатором (см. Фиг. 2).
При работе установки система управления 2 производит плавный пуск в работу насосного агрегата с помощью преобразователя частоты, либо устройства плавного пуска. Применение СУ с преобразователем частоты позволяет регулировать скорость вращения низкооборотного электродвигателя, и в соответствии с формулами (3-5) дополнительно управлять производительностью и напором насосного агрегата, изменять потребляемую им мощность.
Примеры реализации технического решения
Представим 3 примера заявляемого в качестве полезной модели технического решения горизонтальных центробежных многоступенчатых насосных установок, спроектированных для практической реализации.
1). Горизонтальный насосный комплекс ГНК8-2400-1400 (ЧРП - 660 В - 50 Гц), спроектированный для месторождений «Жетыбай» и «Жанаозень» (Казахстан), в составе:
Насосный агрегат ГНК8-2400-1400 на базе многоступенчатой центробежной насосной секции (всего 41 рабочая ступень J350N REDA), с модулем разгрузки осевых напряжений, мультипликатора, у которого Км=2,8 (обеспечивающим увеличение частоты вращения вала с 1500 об/мин на двигателе до 4140 об/мин на насосе), и специализированного четырехполюсного асинхронного электродвигателя АДЧР-450Х1-4У1 (W=630 кВт, U=660 B, 1500 об/мин), размещаемых на раме длиной не более 8,5 м.
Система управления на базе частотного преобразователя АТ24-Н-800-660В с GSM-модемом для дистанционного контроля и управления процессом закачки и с портами для работы с приборами КИПиА насосного комплекса. Управляющий контроллер, Версия ПО 49.33, обеспечивающая возможность осуществления PID-регулирования процессом закачки как по заданному давлению на выкиде насоса, так и по заданной скорости закачки.
Основные технологические параметры эксплуатации:
Производительность (Q) 1560÷2800 м3/сутки (65÷117 м3/час)
Напор (Н) 930÷1560 м (93÷156 атм)
Потребляемая мощность (W) Не более 530 кВт (при перекачке воды плотностью 1000 кг/м3)
Для справки: Аналогичная по производительности и напору насосная установка ГНК8-2100-1400 (с ЧРП - 6 кВ - 60 Гц) без мультипликатора и с высокооборотным высоковольтным электроприводом имеет длину 14 м и ее стоимость в 1,45 раза больше, чем ГНК 8-2400-1400 (ЧРП - 660 В - 50 Гц)
2). Горизонтальный насосный комплекс ГНК8-1400-2400 (ЧРП - 660 В - 50 Гц) спроектированный для месторождения «Доссор» (Казахстан), в составе:
Насосный агрегат ГНК7А-1400-2400 на базе насосной секции с 62 рабочими ступенями ЭЦН8-1000 с разгрузкой осевых напряжений непосредственно в насосных секциях, мультипликатора, у которого Км=4,2 (обеспечивающим увеличение частоты вращения вала с 1000 об/мин на двигателе до 4200 об/мин на насосе) и специализированного шестиполюсного асинхронного электродвигателя АДЧР-800-6У1 (W=1000 кВт, U=660 B, 1000 об/мин), размещаемых на раме длиной не более 8,5 м.
Система управления на базе частотного преобразователя АТ24-Н-1000-660В с GSM-модемом для дистанционного контроля и управления процессом закачки и с портами для работы с приборами КИПиА насосного комплекса. Управляющий контроллер, Версия ПО 49.33, обеспечивающая возможность осуществления PID-регулирования процессом закачки как по заданному давлению на выкиде насоса, так и по заданной скорости закачки.
Основные технологические параметры эксплуатации:
Производительность (Q) 950÷1700 м3/сутки (40÷71 м3/час)
Напор (Н) 1350÷2670 м (135÷267 атм)
Потребляемая мощность (W) Не более 705 кВт (при перекачке воды плотностью 1000 кг/м3)
Для справки: Аналогичная по производительности и напору насосная установка ГНК7А-1400-2400 (с ЧРП - 6 кВ - 50 Гц) с двумя параллельными насосами и с мультипликатором у которого Км=1,38 оснащенная высокооборотным высоковольтным электроприводом при одинаковых габаритах в 1,35 раза дороже, чем описанная выше ГНК 8-1400-2400 (ЧРП - 660 В - 50 Гц).
3). Горизонтальный насосный комплекс ГНК8-6500-500 (ЧРП - 660 В - 50 Гц), спроектированный для месторождения «Прорва» (Казахстан), в составе:
Насосный агрегат ГНК8-6500-500 на базе насосной секции с 15 рабочими ступенями ЭЦН8-4600 с узлом разгрузки осевых напряжений, размещаемым между насосом и мультипликатором, мультипликатора у которого Км=5,6 (обеспечивающим увеличение частоты вращения вала с 750 об/мин на двигателе до 4200 об/мин на насосе), и специализированного шестиполюсного асинхронного электродвигателя АДЧР-630-8У1 (W=1000 кВт, U=660 B, 750 об/мин), размещаемых на раме длиной не более 5,5 м.
Система управления с низковольтным устройством плавного пуска СС-11 (660 В), с GSM-модемом для дистанционного контроля и управления процессом закачки и с портами для работы с приборами КИПиА насосного комплекса. Управляющий контроллер, Версия ПО 49.33, обеспечивающая возможность осуществления PID-регулирования процессом закачки как по заданному давлению на выкиде насоса, так и по заданной скорости закачки.
Основные технологические параметры эксплуатации:
Производительность (Q) 5150÷7720 м3/сутки (215÷322 м3/час)
Напор (Н) 419÷532 м (42÷53 атм)
Потребляемая мощность (W) Не более 515 кВт (при перекачке воды плотностью 1000 кг/м3)
Для справки: Меньшая на 30% по производительности и аналогичная по напору насосная установка ГНК8-5000-500 (с ЧРП - 6 кВ - 50 Гц) с двумя параллельными насосами и с мультипликатором (у которого Км=1,38), оснащенная высокооборотным высоковольтным электроприводом, при одинаковых габаритах в 1,5 раза дороже, чем описанная выше ГНК 8-6500-500 (ЧРП - 660 В - 50 Гц).
Заявляемое техническое решение может быть использовано при изготовлении лопастных насосных установок марок ЦНС, ГНК, ГНУ и т.д.

Claims (6)

1. Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости, состоящая из насосного агрегата и системы управления, при этом насосный агрегат включает горизонтально закрепленные на единой монтажной раме электродвигатель, связанный с коробкой передач, передающей вращательный момент на многоступенчатый центробежный насос, имеющий приемные и выходные модули, а также узел разгрузки осевых напряжений, отличающаяся тем, что электродвигатель выполнен в виде тихоходного многополюсного электродвигателя с парными полюсами, а коробка передач - в виде механического мультипликатора, повышающего число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 2,4-6,0 раз.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель выполнен четырехполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 2,4-3,0 раза.
3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель выполнен шестиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 3,6-4,5 раза.
4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель выполнен восьмиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосу, в 4,8-6,0 раз.
5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен мощностью 400-1250 кВт, и система управления снабжена низковольтным частотным преобразователем, которые рассчитаны на эксплуатацию при напряжении 660-690 В.
6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен мощностью 400-1250 кВт, и система управления снабжена низковольтным устройством плавного пуска, которые рассчитаны на эксплуатацию при напряжении 660-690 В.
RU2016127372U 2016-07-06 2016-07-06 Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости RU171446U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127372U RU171446U1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127372U RU171446U1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017107132U Division RU176375U1 (ru) 2017-03-03 2017-03-03 Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU171446U1 true RU171446U1 (ru) 2017-06-01

Family

ID=59032897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016127372U RU171446U1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU171446U1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4179239A (en) * 1978-06-23 1979-12-18 Rockwell International Corporation Modular pump unit for multistage high pressure slurry pump
SU885621A1 (ru) * 1980-03-26 1981-11-30 Уфимский Нефтяной Институт Погружной электроцентробежный насос
CA2236762A1 (en) * 1997-05-07 1998-11-07 Paul J. Krowski Horizontal pumping system
RU2156379C2 (ru) * 1995-07-05 2000-09-20 Хэрриер Текнолоджиз, Инк. Система для добычи текучей среды, преимущественно нефти и воды из глубоких подземных месторождений
RU2193696C1 (ru) * 2001-09-21 2002-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "ЮганскНИПИнефть" Управляемая погружная электроцентробежная насосная установка

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4179239A (en) * 1978-06-23 1979-12-18 Rockwell International Corporation Modular pump unit for multistage high pressure slurry pump
SU885621A1 (ru) * 1980-03-26 1981-11-30 Уфимский Нефтяной Институт Погружной электроцентробежный насос
RU2156379C2 (ru) * 1995-07-05 2000-09-20 Хэрриер Текнолоджиз, Инк. Система для добычи текучей среды, преимущественно нефти и воды из глубоких подземных месторождений
CA2236762A1 (en) * 1997-05-07 1998-11-07 Paul J. Krowski Horizontal pumping system
RU2193696C1 (ru) * 2001-09-21 2002-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "ЮганскНИПИнефть" Управляемая погружная электроцентробежная насосная установка

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11396887B2 (en) Rotating diffuser pump
EP2295811B1 (en) High-pressure compression unit for process fluids for industrial plant and a related method of operation
Jones Motor selection made easy: Choosing the right motor for centrifugal pump applications
Van Antwerpen et al. Use of turbines for simultaneous pressure regulation and recovery in secondary cooling water systems in deep mines
CN103147955A (zh) 高速同步电动机驱动的给水泵系统
RU171446U1 (ru) Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости
CA3061943A1 (en) Multiphase pump
RU176375U1 (ru) Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости
CN103470530A (zh) 一种对流式水泵的三级对流式叶轮及其工作方法
RU2386818C2 (ru) Газотурбогенератор
RU2631578C2 (ru) Компрессорная система для природного газа, способ сжатия природного газа и установка, в которой они используются
US20180066547A1 (en) System and method for generation of electricity from any heat sources
RU196841U1 (ru) Трехсекционный электронасосный агрегат
CN113261195B (zh) 电力转换系统
Moechtar et al. Performance evaluation of ac and dc direct coupled photovoltaic water pumping systems
Kryukov et al. Optimize of parallel operation several electric driven gas pumping units on a single gas pipeline
RU2511934C1 (ru) Система управления центробежным насосом
Nygren Hydraulic energy harvesting with variable-speed-driven centrifugal pump as turbine
Kaya et al. Energy and exergy efficiencies in industrial pumps
Baharom et al. Performance study in energy efficiency on variable speed drive, VSD design for serting high lift pumping station
Rutter et al. Numerical Simulation and Design Optimization of an Electrical Submersible Power Recovery Turbine
Majidov et al. Investigation of the Stability Mechanisms with Asynchronous Motors Auxiliary of Power Plant and Substation with Decreasing Frequency
Gunasekaran et al. Design of Single Phase Induction Motor for Irrigation Pump Application to Reduce Voltage Regulation Problem
RU2691706C2 (ru) Способ работы многоступенчатых осевых машин
RU2433302C1 (ru) Двухступенчатая компрессорная установка

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200707