Свойства и классификация перекачиваемых жидкостей

 

Плотность р — одна из основных физических характеристик, численно равная массе единицы объема жидкости, выражается в кг/м³.

Давление р — величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на единицу площади жидкости, выражается в паскалях (Па).

Вязкость (внутреннее трение) - свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой.

Количественно вязкость характеризуется значением величины, на­зываемой коэффициентом динамической вязкости г) — силой внут­реннего трения между соседними слоями жидкости, действующей на единицу площади слоя жидкости, выражается в Па*с.

Величину v = η/p называют кинематической вязкостью жидкости, измеряют ее в м²/с.

Водородный показатель рН жидкости — величина, характеризую­щая концентрацию ионов водорода в растворе. Численно равна от­рицательному десятичному логарифму концентрации ионов водоро­да рН = -lg [H]. При температуре 25°С в нейтральной среде рН = 7, в кислых средах рН<7, в щелочных рН>7.

Коэффициент растворимости газа в жидкости - безразмерная величина, характеризующая количество газа, растворяющегося в еди­нице массы или объема жидкости, при повышении давления на 9,8-10⁴ Па.

Газосодержание — величина, характеризующая содержание газо­вой фазы в жидкости, измеряется в объемных (массовых) долях.

Нефть по химическому составу представляет собой в основном смесь углеводородов и в зависимости от содержания отдельных компонентов подразделяется на легкую (плотность менее 900 кг/м³) и тяжелую (плотность свыше 900 кг/м³), причем, плотность нефти задана при +20 °С и атмосферном давлении.

В зависимости от содержания серы нефти делятся на малосер­нистые (серы до 0,5%); сернистые (серы от 0,51 до 2%) и высокосернистые (серы свыше 2 %), по содержанию парафина (твер­дых углеводородов)—на малопарафиновые (парафина менее 1,5%), парафиновые (от 1,5 до 6%) и высокопарафиновые (более 6 %).

Кроме нефтяного газа, парафина, серы в извлекаемой из продуктивного пласта нефти может также присутствовать пластовая вода, причем в процессе разработки месторождений содержание во­ди в добываемой продукции возрастает и может (на поздних эта­пах) достигнуть 90 % и более. В результате взаимного перемещения и диспергирования воды и нефти при движении их в скважине и по нефтесборным трубопроводам образуются эмульсии — смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых диспер­гирована в другой в виде мелких капелек (глобул). Образование эмульсий нежелательно для работы насосов, так как их вязкость существенно выше, чем вязкость чистой нефти.

Пластовая вода, совместно с нефтью представляющая продук­цию нефтяных скважин, обычно содержит определенное количество растворенных минеральных солей и по степени минерализации под­разделяется на следующие группы: А - пресная (минерализация менее 1 г/л); Б - солоноватая (1—10 г/л); В - соленая (10— 50 г/л); Г - рассол (более 50 г/л).

Кроме минеральных солей (натрия, калия и магния) в пластовой воде могут содержаться также окислы железа, алюминия, крем­ния, взвешенных частиц, йод, бром, растворенные газы (углеводородные газы, углекислый газ, азот, сероводород и др.). Эти воды подразделены на два основных типа: а) щелочные или гидрокарбонатно-натриевые; б) хлоридно-кальциевые (жесткие).

Характерная особенность щелочных вод — высокий водородный показатель (рН>8) и незначительное количество ионов кальция. Основные компоненты таких вод — ионы Na; Cl; SO₄; НСОз и СОз.

В хлоридно-кальциевых водах содержится большое количество ионов натрия и хлора и незначительное ионов кальция и магния. В этих водах в отдельных случаях могут содержаться ионы железа. Водородный показатель для таких вод обычно составляет 4—6.

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Центробежные и осевые насосы. Принцип действия этих насосов одинаков и основан на силовом взаимодействии лопасти с обтекающим ее потоком жидкой среды, при этом в межлопастных каналах рабочего колеса посредством лопастей жидкость разгоняется и ее скорость увеличивается, а в отводе тормозится, преодолевая давление, действующее навстречу потоку жидкости. Однако следует учитывать, что в центробежном насосе (рис. 1. а) направление потока жидкости в области лопастей радиальное и вследствие действия центробежных сил вокруг оси вращения про­исходит понижение давления, благодаря чему обеспечивается по­стоянный приток жидкости из подводящего патрубка. В осевом насосе (рис. 1.6) жидкость движется в направлении, параллель­ном оси вращения колеса, при этом отсутствуют радиальные пе­ремещения потока и, следовательно, центробежные силы, действую­щие в направлении, перпендикулярном к движению потока жидкой среды, совершенно не играют роли в приращении энергии потока.

Рис. 1. Схемы лопастных насосов:

1— рабочее колесо; 2 — отвод; 3 — подвод, 4 — лопасть

 

 

Рассмотрим распределение скоростей жидкости в рабочем ко­лесе центробежного насоса (рис. 2). Поток жидкой среды пере­мещается внутри рабочего колеса по сложной траектории — резуль­тирующей двух относительных движений: окружного вращения потока вместе с колесом и перемещения потока жидкости от центра к периферии колеса по касательной к поверхности лопатки.

Различают абсолютную и относительную скорости движения жидкости в рабочем колесе центробежного насоса: относительную — скорость относительно рабочего колеса; абсолютную — скорость от­носительно корпуса насоса.

Абсолютная скорость v равна геометрической сумме скоростей жидкости:

v = w + u,

где w — относительная скорость жидкости; u — окружная скорость.

 

 

 

Рис. 2 Распределение скоростей жидкости в рабочем колесе центробежного насоса

а – вертикальный разрез рабочего колеса; б – разрез в лопастях; в – параллелограммы скоростей

 

Если рабочее колесо имеет бесконечно большое число бесконечно тонких лопастей, относительная скорость w направлена по касательной к поверхности лопасти в рассматриваемой точке.

Соответствующим подбором скоростей и геометрических раз­меров элементов проточной части достигают неразрывности потока жидкости при безударном режиме работы насоса с наибольшим к.п.д.

По основному уравнению лопастных насосов теоретический набор рабочего колеса с бесконечным числом лопастей можно представить как разность удельных энергий потока на входе и выходе из колеса:

 

В осевом насосе на любом радиусе сечения лопасти колеса ок­ружные скорости при входе частицы жидкости, движущейся па­раллельно оси насоса, на лопасть и при выходе с нее равны, т. е. u₁=u₂. В этом случае теоретический напор при бесконечно боль­шом числе лопастей

Вихревые насосы. В зависимости от конструктивного исполнения рабочего колеса вихревые насосы могут быть закрыто- или открытовихревыми, а также центробежно-вихревыми.

Центробежно-вихревой насос состоит из двух последовательно установленных рабочих колес (центробежного и вихревого), посаженных на общий вал.

Принцип действия этих насосов следующий (рис.3). В кольцевой полости 1, соединенной с подводящим и отводящим трубопроводами, жидкость увлекается в круговое движение благодаря интенсивной передаче импульса ее частиц, движущихся в межлопаточных ячейках рабочего колеса 2, потоку жидкости в примыкающем к нему канале. Вследствие неуравновешенности центробежных сил, действующих на частицы жидкости в межлопаточных ячейках колеса и боковых каналах на периферии колеса (сечение Б-Б), возникают продольные вихри 3, на которые накладываются вихри 4, формирующиеся за лопастями. Траектории частиц образуют винтовые линии. Поступая в рабочее колесо, жидкость «разгоняется», а выходя в боковой канал – «тормозится» в результате действия перепада давления.

 

 

Рис. 3 Схема вихревых насосов:

а – закрытовихревого; б - открытовихревого

 

Одна из отличительных особенностей вихревых насосов – при небольших подачах (до 50 м³,ч) создаваемые этими насосами напоры при одинаковых диаметрах рабочего колеса и частоте вращения вала в 2—5 раз выше напоров, развиваемых центробежными насо­сами.

Развиваемый напор можно определить по формуле:

,

где К_н – коэффициент напора, зависящий от коэффициента быстроходности насоса n_s;

u – окружная скорость колеса на радиусе центра тяжести сечения канала; g – ускорение падения.

В табл. 1 приведены данные коэффициента n_s

Таблица 1

 

Тип насоса	Коэффициент быстроходности
Открытовихревые Закрытовихревые	- 9,0	- 7,0	4,3 5,0	3,6 4,0	3,0 3,2	2,3 2,5	- 2,5

 

Подачу насоса можно определить по формуле

Q = CuF,

где С — численный коэффициент (для открытовихревых насосов С=0,55—0,65; для закрытовихревых насосов С=0,5—0,6; и — ок­ружная скорость рабочего колеса; F — площадь поперечного сечения канала.

Характерная особенность вихревых насосов по сравнению с центробежными заключается в том, что потребляемая мощность -уменьшается с увеличением подачи, так как при постоянной частоте вращения рабочего колеса внутренние потери энергии, связанные с передачей ее от рабочего колеса потоку в отводе, тем больше, чем меньше подача насоса.

Объемные потери мощности в вихревом насосе обусловлены перетеканием жидкости через зазоры разделителя потока и кром­ками лопастей рабочего колеса из области отвода в область под­водаи достигают 20 % энергии, подводимой к валу насоса, а гид­равлические потери энергии — силами трения и вихреобразованием припоступательном и циркуляционном движениях жидкости в кри­волинейном отводе и составляют до 30 % энергии, подводимой к валу насоса.

Коэффициент полезного действия таких насосов, учитывающий потери, даже при наиболее благоприятных режимах при больших подачах не превышает 0,5.

 

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: