Система разгрузки и охлаждения торцевых уплотнений

Устройства, уплотняющие выход вала насоса из корпуса, как в процессе работы, так и при остановках агрегатов, находятся под воздействием динамического или статического напора. В основных насосах, перекачивающих нефть или нефтепродукты, величина напора в камерах уплотнений колеблется от двух - трех десятков до 700 - 800 м.

При последовательном соединении насосов в первом насосе напор в камере уплотнения минимален, а в третьем максимален. Работа уплотнения под большим напором снижает надежность узла уплотнения. Поэтому для снижения напора в камерах уплотнения до допустимых значений предусматривают систему гидравлической разгрузки с отводом части перекачиваемой жидкости по специальному трубопроводу 4(см. рисунок 4.3) в зону пониженного давления.

Обычно жидкость из линии разгрузки подают либо в резервуар сбора утечек, либо в коллектор насосной станции со стороны всасывания. Наличие постоянной циркуляции жидкости из полости всасывания насоса через щелевые уплотнения 1 и полость камеры 2 торцевого уплотнения 3 обеспечивает не только снижение напора в камерах уплотнений, но и охлаждение деталей торцевого уплотнения. Отсутствие такой циркуляции контактных колец торцевого уплотнения может привести к нарушению режима работы торцевого уплотнения и даже к аварии.

ВП - всасывающая полость; НП - нагнетательная полость

Рисунок 4.3. Традиционная система разгрузки и охлаждения

концевых уплотнений вала насоса

На рисунке 4.4 приведена технологическая схема обвязки насосных агрегатов промежуточной насосной станции и системы разгрузки уплотнений вала при последовательном соединении основных насосов. Эта система получила название групповой и основным недостатком ее является снижение КПД установки из-за значительной величины перетока жидкости по линии разгрузки. Переток жидкости зависит от количества работающих насосов, развиваемых насосами напоров, состояния щелевых уплотнений и достигает нескольких десятков кубических метров в час.

С появлением торцевых уплотнений, обеспечивающих необходимую надежность работы насосного агрегата, при напорах в камере уплотнений до 500-800 м стало возможным от групповой системы разгрузки отказаться, а охлаждение торцевых уплотнений обеспечить путем создания циркуляции жидкости из полости нагнетаний насоса

1 - емкость для сбора утечки; 2 - насос для откачки утечки;

3 - основные насосы

Рисунок 4.4. Технологическая схема обвязки насосов

промежуточной НПС

 

в полость всасывания насоса (см. рисунок 4.5). Такая схема получила название индивидуальной системы охлаждения торцевых уплотнений.

Рисунок 4.5. Индивидуальная схема охлаждения торцевых уплотнений

«нагнетательная полость - камера уплотнений»

 

Объем постоянно циркулирующей жидкости заметно сокращается (2 - 4 м³/ч). Нагнетательную полость насоса соединяют с камерами уплотнений 2 трубопроводом 4 диаметром 14 - 16 мм. Жидкость при этом охлаждает торцевые уплотнения 3 и через щелевые уплотнения 1 проходит в полость всасывания насоса.Вентиль 5, устанавливаемый на выходе из нагнетательной полости, позволяет регулировать объем циркулирующей жидкости. Недостатком является некоторое снижение объемного КПД насоса и засорение вентиля и трубопроводов, обнаруженное при промышленном испытании этой системы.

Представляет интерес индивидуальная система охлаждения, основанная на использовании перетока части перекачиваемой жидкости под действием перепада динамического напора на всасывании насоса и во всасывающей полости рабочего колеса (см. рисунок 4.6).

Рисунок 3.6. Индивидуальная система охлаждения

 

Трубка 1, установленная во всасывающем патрубке насоса 2, направляет часть перекачиваемой жидкости по трубам 4, минуя клапан 3, в полость камер торцевых уплотнений 5; обходя уплотнение 6,жидкость поступает в полость всасывания колеса 7. Независимо от порядка работы насоса в последовательной схеме переток жидкости по трубопроводу 4составляет величину, в десятки раз меньшую по сравнению с групповой системой разгрузки уплотнений, и зависит только от разности напоров на всасывании насоса и всасывающей полости центробежного колеса. При этом циркуляция жидкости в указанной системе охлаждения торцевых уплотнений не влияет на объемный КПД насоса, так как происходит переток жидкости из полости всасывания насоса в полость всасывания центробежного колеса. Объемный КПД насоса не изменяется и при износе щелевого уплотнения, что заметно проявляется в традиционной схеме разгрузки торцевых уплотнений центробежных насосов.

В настоящее время в насосах, перекачивающих нефть, нашла применение импеллерная система охлаждения торцевых уплотнений. Вместо обычных щелевых уплотнений устанавливают втулку с винтовой нарезкой, которая при вращении вместе с валом насоса создает динамический напор, действующий в сторону, противоположную местоположению камеры уплотнения (см. рисунок 4.7).

Рисунок 4.7. Винтовой импеллер

Гладкая внешняя втулка, связанная с корпусом насоса, имеет предельный проточный канал, сообщающий полость всасывания колеса с камерой уплотнения. Устанавливающаяся постоянная циркуляция жидкости по этому каналу через камеру уплотнения обеспечивает необходимое охлаждение торцевого уплотнения. В этой системе циркуляция жидкости также не влияет на величину объемного КПД насоса. Применение подобных динамических уплотнений в насосах, перекачивающих маловязкие нефтепродукты, вызывает необходимость создания винтовой нарезки как на вращающейся, так и на неподвижной втулках.

Импеллер устанавливают вместо щелевого уплотнения в промежутке между камерой торцевого уплотнения и полостью всасывания насоса. Радиальный зазор (см. рисунок 4.7), обычный для лабиринтных уплотнений, составляет 0,3 - 0,6 мм. Втулка вала имеет винтовую нарезку с размерами: т, h - шаг и глубина нарезки; b - ширина выступов; α - угол наклона винтовой линии.

Взаимосвязь параметров определяют из безразмерных соотношений:

 Угол α выбирают в пределах 5^о - 10^о.

Число заходов нарезки не влияет на создаваемое импеллером давление, а подача возрастает пропорционально числу заходов нарезок. Расчеты и исследования показывают, что минимальный расход нефти через полость камеры торцевого уплотнениядолжен составлять 2 - 3 м³/ч. Расход зависит от материала трущихся пар, контактного давления в парах, режима работы торцевого уплотнения. При перекачке нефтепродуктов расход жидкости через полость камеры торцевого уплотнения должен быть увеличен.