RU176375U1

RU176375U1 - Горизонтальная лопастная многоступенчатая насосная установка для перекачки жидкости

Info

Publication number: RU176375U1
Application number: RU2017107132U
Authority: RU
Inventors: Альберт Дулфатович Багдатов; Игорь Олегович Стасюк; Ильдар Мирзаевич Хайруллин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТатОйлПром"; Игорь Олегович Стасюк
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-01-17

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 электродвигатель 5, связанный с механическим мультипликатором 6, передающим вращательный момент на несколько многоступенчатых центробежных насосов 4. Насосы имеют приемные 7 и выходные 8 модули, а также узлы разгрузки осевых напряжений 9, которые могут размещаться как в насосах, так и на монтажной раме между каждым из насосов и мультипликатором. Электродвигатель 5 выполнен в виде тихоходного многополюсного электродвигателя с парными полюсами, число пар полюсов 2-4; а механический мультипликатор - с коэффициентом мультипликации, составляющим 2,4-6,0.

Возможны следующие варианты установки:

1) Тихоходный электродвигатель выполнен четырехполюсным, а механический мультипликатор - повышающим в 2,4-3,0 раза число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосам. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 1500 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения валов центробежных насосов составит около 3600-4500 об/мин.

2) Тихоходный электродвигатель выполнен шестиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим в 3,6-4,5 раза число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосам. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 1000 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения валов центробежных насосов составит около 3600-4500 об/мин.

3) Тихоходный электродвигатель выполнен восьмиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим в 4,8-6,0 раз число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосам. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 750 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения валов центробежных насосов составит около 3450-4500 об/мин.

4) В составе установки используется тихоходный многополюсный электродвигатель мощностью 400-1250 кВт и система управления с низковольтным частотным преобразователем или устройством плавного пуска, рассчитанные на эксплуатацию при напряжении 660-690 В.

Заявляемая полезная модель может быть использована 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 газо-жидкостных 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, ГНУ (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 «Боткинский завод» http://www.vzavod.ru/products/neftegazovoe-obomdovanie/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)

,

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):

,

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.

,

где H(ω) - напор насоса при вращении насоса на конкретной рабочей частоте ω;

Н(ωo) - напор насоса (номинальный) при его вращении на частоте, равной частоте сетевого напряжения ωо = 50 Гц.

,

где W(ω) - мощность, потребляемая насосом при вращении насоса на конкретной рабочей частоте ω;

W(ωo) - мощность (номинальный), 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 70Гц 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, представляющее 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/1bdb 3881bb002534a5d1bf3e65b8b1d7.pdf].

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату и выбранным авторами за прототип является техническое решение, запатентованное Camco 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, заключатся в следующем:

это мульти-насосная (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 мульти-насосная 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 мульти-насосная установка, дополнительно содержащая узлы разгрузки осевых напряжений (упорные подшипники), которые функционально соединены с каждым валом каждого насоса.

д) Горизонтальная мульти-насосная 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 мульти-насосная 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 60гц. 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- katalog i.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 450кВт. 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. При этом насосный агрегат включает горизонтально закрепленные на единой монтажной раме 3 электродвигатель 5, связанный с коробкой передач 6, передающей вращательный момент на несколько многоступенчатых центробежных насосов 4, имеющих приемные 7 и выходные 8 модули, а также узлы разгрузки осевых напряжений 9, которые могут размещаться как в насосах, так и на монтажной раме между каждым из насосов 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 электродвигателю к насосам), 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 в 2,4-3,0 раза число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосам. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 1500 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения валов центробежных насосов составит около 3600-4500 об/мин, т.е. насосы будут работать также, как в установке без мультипликатора с высокооборотным электродвигателем на частоте электропитания 60,0-75,0 Гц.

2) Тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен шестиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим в 3,6-4,5 раза число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосам. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 1000 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения валов центробежных насосов составит около 3600-4500 об/мин, т.е. насосы будут работать также, как в установке без мультипликатора с высокооборотным электродвигателем на частоте электропитания 60,0-75,0 Гц.

3) Тихоходный многополюсный электродвигатель выполнен восьмиполюсным, а механический мультипликатор - повышающим в 4,8-6,0 раза число оборотов, передаваемых от электродвигателя к насосам. В этом случае при номинальной скорости вращения электродвигателя около 750 об/мин (при частоте электропитания 50 Гц) скорость вращения валов центробежных насосов составит около 3450-4500 об/мин, т.е. насосы будут работать также, 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.

Для заявляемого технического решения не важно какого типа применяется 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 многоступенчатых насосов 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 со следующим 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 снижении 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 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 на высоких скоростях вращения. 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 повышение 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 раза, шестиполюсных - в 2,6 раза [см. 8-Технический каталог АДЧР ОАО «НИПТИЭМ» www.ruselprom.ru/home/…/5-tekhnicheskie- katalog i.html?… katalog..]. Все вышеуказанное позволяет как увеличить надежность насосной установки, так и расширить диапазон регулирования параметров ее эксплуатации.

Важнейшим для 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 отечественных 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 - тоже 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 низконапорным 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).

Установка 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 приемные модули насосов 7. Далее она перетекает в лопастные многоступенчатые насосы 4, размещенные 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, при этом оно вращает ведомые зубчатые колеса мультипликатора таким образом, что они делают полный оборот вокруг своей оси в 2,4-6,0 раз чаще, чем ведущее зубчатое колесо мультипликатора. С валов ведомых зубчатых колес вращающий момент передается на валы насосов. При этом скорость вращения валов насосов будет в 2,4-6,0 раз больше, чем подвижного элемента электродвигателя. Размещенные на валах насосов рабочие ступени разгоняют жидкость, поступившую в насосы, и перемещают ее с возрастанием напора к выходным модулям насосов 8. Далее жидкость выбрасывается в высонапорный трубопровод. Все элементы насосного агрегата закреплены на монтажной раме 3. Связь между валами насосов, отдельно выполненных узлов разгрузки осевых напряжений, механического мультипликатора и электродвигателя осуществляется с помощью муфт. Осевые нагрузки, возникающие при работе насоса, гасятся в узлах разгрузки осевых напряжений 9. Они могут размещаться как непосредственно в насосах, так и выполнятся в виде отдельных элементов, размещаемых 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 или устройства плавного пуска. Применение СУ с преобразователем частоты позволяет регулировать скорость вращения низкооборотного электродвигателя, а значит 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 ГНК8-5000-900 (ЧРП-660В-50 Гц) спроектированный для месторождения «Каламкас» (Казахстан) в составе:

Насосный агрегат ГНК8-5000-900 на базе двух параллельно размещенных насосных секций по 26 рабочих ступеней J350N (REDА) с модулями разгрузки осевых напряжений, мультипликатора, у которого Км = 2,8 (обеспечивающего увеличение частоты вращения вала с 1500 об/мин на двигателе до 4140 об/мин на насосе), и специализированного четырехполюсного асинхронного электродвигателя АДЧР-800-4У1 (W=800 кBт, U=660 B, 1500 об/мин), размещаемых на раме длиной не более 7,0 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 «Умка», Версия ПО 49.33, обеспечивающий возможность осуществления PID - регулирования процессом закачки как по заданному давлению на выкиде насоса, так и по заданной скорости закачки.

Основные параметры эксплуатации установки следующие:

Производительность (Q)	3 300÷5 740 м³/сутки (137,5÷239,2 м³/час)
Напор (Н)	630÷1040 м (63÷104 атм)
Потребляемая мощность (W)	до 730 кВт (при перекачке воды плотностью 1000кг/м³)

Для справки: Аналогичная по производительности и напору насосная установка ГНК8-5000-900 (с ЧРП-6 кВ – 50 Гц) без мультипликатора и с высокооборотным высоковольтным электроприводом имеет длину 16 м. Ее стоимость в 1,60 раза больше, чем стоимость ГНК 8-5000-900 (ЧРП-660В -50 Гц).

2) Горизонтальный насосный комплекс ГНК8-12000-500 (ЧРП-660В-47 Гц) спроектированный для месторождения «Прорва» (Казахстан) в составе:

Насосный агрегат ГНК8-12000-500 на базе двух параллельно размещенных насосных секций по 17 рабочих ступеней ЭЦН8-4600 с модулями разгрузки осевых напряжений, мультипликатора с Км = 4,2 (обеспечивающего увеличение частоты вращения вала с 1000 об/мин на двигателе до 4200 об/мин на насосе) и специализированного шестиполюсного асинхронного электродвигателя АДЧР-1000-6У1 (W=1000 кBт, U=660B, 1000 об/мин), размещаемых на раме длиной не более 6,0м.

Система управления на базе частотного преобразователя АТ24-Н-1200-660В с GSM-модемом для дистанционного контроля и управления процессом закачки и с портами для работы с приборами КИПиА насосного комплекса. Управляющий контроллер «Умка», Версия ПО 49.33, обеспечивающий возможность осуществления PID - регулирования процессом закачки как по заданному давлению на выкиде насоса, так и по заданной скорости закачки.

Производительность (Q)	8 130÷14 320 м³/сутки (339÷597 м³/час)
Напор (Н)	295÷520м (30÷52 атм)
Потребляемая мощность (W)	до 928 кВт (при перекачке воды плотностью 1000кг/м³)

Для справки: Аналогичная по производительности и напору насосная система - это две работающие параллельно установки ГНК9-5000-500 (с ЧРП-6 кВ – 50 Гц) без мультипликатора и с высокооборотным высоковольтным электроприводом. Они имеют длину 9,5 м. Их суммарная стоимость в 2,50 раза больше, чем одной установки ГНК 8-12000-500 (ЧРП-660В -47 Гц).

3) Горизонтальный насосный комплекс ГНК8-2800-2000 (ПП-660В-50 Гц), спроектированный для месторождения «Саматлорское» (Россия) в составе:

Насосный агрегат ГНК8-2800-2000 на базе двух параллельно размещенных насосных секций по 49 рабочих ступеней ВНН8-1000, мультипликатора, у которого Км = 5,6 (обеспечивающий увеличение частоты вращения вала с 750 об/мин на двигателе до 4200 об/мин на насосе), и специализированного восьмиполюсного асинхронного электродвигателя АДЧР-630-8У1 (W=630kBt, U=660B, 750 об/мин), размещаемых на раме длиной не более 7,0м.

Система управления с устройством плавного пуска АС 11 (660В), с GSM-модемом для дистанционного контроля и управления процессом закачки и с портами для работы с приборами КИПиА насосного комплекса. Управляющий контроллер «Умка», Версия ПО 49.33, обеспечивающий возможность осуществления PID - регулирования процессом закачки как по заданному давлению на выкиде насоса, так и по заданной скорости закачки.

Производительность (Q)	1 960÷3 640 м³/сутки (82÷152 м³/час)
Напор (Н)	1 620÷2 130м (162÷213 атм)
Потребляемая мощность (W)	до 518 кВт (при перекачке воды плотностью 1000кг/м³)

Для справки: Аналогичная по производительности и напору установка ГНК8-3000-2000 (ПП-6 кВ) без мультипликатора и с высокооборотным высоковольтным электроприводом имеет длину 23 м. Ее стоимость в 2,3 раза больше, чем установки ГНК 8-2800-2000 (ПП-660В - 50 Гц).

Claims

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 несколько многоступенчатых центробежных насосов, имеющих приемные и выходные модули, а также узлы 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 насосам, 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 насосам, 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 насосам, 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, рассчитанными 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, рассчитанными на эксплуатацию при напряжении 660-690 В.