Исследование насосов типа ЦНС

 

 

 

4. Патентный поиск

 

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА 
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, 
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

 

Изобретение относится к области  насосостроения, в частности к многоступенчатым секционным центробежным насосам. Насос содержит корпус. Корпус выполнен из секций, стянутых шпильками. Входной и выходной каналы выполнены в крайних секциях. Ступени насоса расположены в промежуточных секциях и состоят из рабочего колеса и направляющего аппарата с диффузорными каналами. Отношение ширины входного проходного сечения а диффузорных каналов к ширине выходного сечения b лежит в диапазоне 0,62÷0,82. Угол между осью l симметрии диффузорного канала и радиусом R направляющего аппарата, проведенным из центра к входу этого канала, равен 68÷84°.

Заявка: 2008133139/06, 13.08.2008  Дата начала отсчета  срока действия патента:  13.08.2008  Опубликовано: 27.07.2009  Список документов, цитированных  в отчете о поиске: RU 26609 U1, 10.12.2002. SU 1751431 А1, 30.07.2009. RU 2103560 С1, 27.01.1998. JP 11257272 А, 21.09.1999. US 5456577 А, 10.10.1995. Адрес для переписки:  125430, Москва, ул. Митинская, 48, корп.1, кв.741, В.Д. Анохину Автор(ы):  Анохин Владимир Дмитриевич (RU)  Патентообладатель(и):  Анохин Владимир Дмитриевич (RU)   МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ  СЕКЦИОННЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Изобретение позволяет минимизировать гидравлические потери и увеличить  КПД насоса. (приложение 3)

 

Изобретение относится к  области насосостроения, в частности к многоступенчатым секционным центробежным насосам, предназначенным для перекачки жидкости, например для заводнения нефтяных пластов.

Известен многоступенчатый секционный центробежный насос, содержащий корпус, выполненный из секций, стянутых шпильками, входной и выходной каналы, выполненные в крайних секциях, и ступени насоса, расположенные  в промежуточных секциях и  состоящие из рабочего колеса и направляющего  аппарата с диффузорными каналами (см. патент RU 26609, кл. F04D 1/06, опубл. 10.12.2002).

 Недостатком известного  устройства является относительно  небольшой КПД, обусловленный  потерями на гидравлическое сопротивление  в диффузорных каналах.

Задача изобретения заключается  в устранении указанных недостатков. Технический результат заключается  в увеличении КПД.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается  тем, что в многоступенчатом секционном центробежном насосе, содержащем корпус, выполненный из секций, стянутых шпильками, входной и выходной каналы, выполненные  в крайних секциях, и ступени  насоса, расположенные в промежуточных  секциях и состоящие из рабочего колеса и направляющего аппарата с диффузорными каналами, отношение ширины входного проходного сечения диффузорных каналов к ширине выходного сечения лежит в диапазоне 0,62÷0,82, а угол между осью симметрии диффузорного канала и радиусом направляющего аппарата, проведенным из центра к входу этого канала, равен 68÷84°.

 

Многоступенчатый секционный центробежный насос (приложение 4) содержит корпус 1. Корпус выполнен из секций, стянутых шпильками 2. Входной 3 и выходной 4 каналы выполнены в крайних секциях 5 и 6 корпуса 1. Ступени насоса расположены в промежуточных секциях 7 и состоят из рабочего колеса 8 и направляющего аппарата 9 с диффузорными каналами 10.

Диффузорные каналы выполнены таким образом, что отношение ширины а входного проходного сечения к ширине b выходного сечения лежит в диапазоне  /b=0,62÷0,82. При этом угол   между осью l симметрии диффузорного канала и радиусом R направляющего аппарата, проведенным из центра к входу этого канала, равен  =68÷84°.

 При меньшем отношении  ширин проходных сечений затрудняется  проход жидкости по каналам,  а при большем снижается эффективность  ее ускорения. Угловое положение  канала также оказывает значительное  воздействие на производительность  насоса.

Проведенные испытания показали, что выполнение канала именно такой  конфигурации позволяет достигнуть максимального КПД насоса.

Многоступенчатый секционный насос работает следующим образом. Насос предварительно заполняется  перекачиваемой жидкостью. Вращение от приводного электрического или иного  двигателя передается через вал  насоса на рабочие колеса 8 ступеней, установленных последовательно  друг за другом. При этом происходит передача энергии от рабочих колес 8 к жидкости, которая перетекает от входного канала 3 через две ступени  и далее в выходной канал 4. Направляющий аппарат 9 каждой ступени производит преобразование вращательного движения жидкости после рабочего колеса 8 в  поступательное, поднимая при этом потенциальный напор и оптимизируя  вход жидкости в следующее рабочее  колесо.

При работе насоса неизбежны  потери энергии, удельный вес которых  по отношению к полезной работе на каждом конкретном режиме зависит, в  частности, от геометрии проточной  части насоса, в том числе от геометрии диффузорных каналов направляющего аппарата.

Предложенная конфигурация диффузорных каналов направляющего аппарата позволяет минимизировать гидравлические потери и увеличить КПД насоса в среднем по всем режимам. [4]

QB4A - Регистрация лицензионного  договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Анохин Владимир Дмитриевич

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Общество с ограниченной ответсвенностью "НТЭ"

Договор № РД0058394 зарегистрирован 17.12.2009

Извещение опубликовано: 27.01.2010        БИ: 03/2010

* ИЛ - исключительная  лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

 

 

5. Выбор конкретного оборудования

 

В системе Миннефтепрома и Миннефтегазстроя разработкой типовых проектов блочных кустовых насосных станций по закачке воды в пласт (БКНС) занимаются институты Башнипинефть и Сибнипигазстрой. В зависимости от климатических условий районов строительства и технологических особенностей нефтяных месторождений разработаны различные варианты БКНС, отличающиеся конструкцией отдельных блоков, применяемым оборудованием и компоновкой блоков на площадке. 
Типовой проект БКНС разработан институтом Башнипинефть для трех значений производительности: 10800, 7200, 3600 м3/сут. Соответственно устанавливаются 4, 3 и 2 насосных агрегата ЦН-180 с электродвигателями СТД-800-2, СТД-1000-2, СТД-1250-2, АРМ-1250 и СТД-1600-2. Мощность электродвигателя варьируется в зависимости от заданного напора, который составляет соответственно 950, 1185, 1422, 1660 и 1900 м. Максимальный подпор во входном патрубке — 310 м. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания - 4 м. Насосное и вспомогательное оборудование размещается в блоках, которые на площадке стыкуются между собой, образуя единое помещение (приложение 5).

 

БКНС включает в себя блоки  централизованного изготовления НБ-1, НБ-2, НБ-3, НБ-4, А-1, А-2 и БГ-1. Они поставляются на строительную площадку в готовом  виде (табл. 1) . Каждый блок состоит из металлической рамы — основания  и монтированных на ней ограждающих  конструкций — панелей. Панели состоят  из металлического каркаса с двухсторонней  обшивкой из тонколистовой стали. Утеплитель панелей — пенополисторы. Панели покрытия — съемные; блоки НБ-1, А-1 и А-2 имеют по одной продольной и по две торцовые стенки, блоки НБ-2 только торцовые стенки. 
На строительной площадке технологические блоки устанавливают на фундаментные блоки; основания блоков НБ-1 и НБ-2 приваривают к закладным элементам фундаментных блоков. Фундаментные блоки могут быть заменены свайным основанием. 
Металлические сани рассчитаны на транспортировку волоком и на подъем всего блока с оборудованием. 
Блок РУ-6 кВ состоит из камер К-47 наружной установки и полностью поставляется Куйбышевским заводом "Электрощит" Минэнерго.

 

Блок	Масса с оборудованием, кг	Размеры, мм
		Длина	Ширина	Высота
Насосный крайний НБ-1	25000	9800	3000	2992
Насосный средний НБ-2	23600	9800	3000	2992
Низковольтная аппаратура А-1	13300	9800	3000	2992
Управления А-2	11600	9800	3000	2992
Напорной гребенки БГ-1	11000	6200	3000	3150
РУ 6кВ	30*	9000	3500	3750
*Масса блока дана для БКНС  с четырьмя насосами

Таблица 1 
Техническая характеристика БКНС

 

Институтом  Сибнипигазстрой разработаны БКНС в двух вариантах с установкой на площадке блоков основных насосов раздельно и   компоновкой четырех блоков основных насосов и блока вспомогательных насосов в единое здание. 
БКНС по первому варианту предназначена для одновременно раздельной закачки воды в продуктивные пласты нефтяных месторождений по лучевой или магистральной схеме для поддержания пластового давления.

Ее применяют в нефтяных районах  Тюменской и Томской областей с расчетной наружной температурой - 45 °С, ветровой нагрузкой 55 Па и нормативной снеговой нагрузкой 150 Па. Производительность станции — 450 м3/ч; число насосных агрегатов — 4 шт (1 из них резервный); наибольший напор, создаваемый насосом — 160 м; установленная мощность электродвигателей - 3810 кВт; рабочее напряжение — 6 кВ; габариты блок-бокса — 9000 х 3250 х 3025 мм; размер площадки БКНС - 50 х х 40 м; наибольшая масса одного блока — 20000 кг; общая масса БКНС-21500 кг. 
Закачиваемая вода — сеноманская или из открытых водоемов с содержанием механических примесей не более 20 мг/л. 
В состав БКНС входят следующие блоки: блок насоса — 4 шт.; блок коллектора — 1 шт.; блок управления — 1 шт.; РУ 6 кВ - 1 шт.; узел сепарации — 1 шт.; блок КТП и тиристорных возбудителей. 
Конструкция блоков БКНС позволяет транспортировать их самолётом АН-22, по железной дороге и автомобильным транспортом на прицепе грузоподъемностью не менее 20000 кг. 
БКНС по второму варианту предназначена для одновременно раздельной закачки воды в продуктивные пласты нефтяных месторождений то лучевой или магистральной схеме с целью поддержания пластового давления. 
БКНС имеет четыре модификации исполнения в зависимости от применяемого насоса и электродвигателя: исполнение 1 — основной насос ЦНС 180-1150 с электродвигателем СТД-1600, давление в напорном трубопроводе 19—22 МПа; исполнение 2 — основной насос ЦНС 180-1150 с электродвигателем 2АРМ-1600, давление в напорном трубопроводе 19—22 МПа; исполнение 3 — основной насос ЦНС-180-1422 с электродвигателем СТД-1250, давление в напорном трубопроводе 14—16 МПа; исполнение 4 — основной насос ЦНС-180-1422 с электродвигателем 2 АРМ- 1250, давление в напорном трубопроводе 14—16 МПа. 
Число насосных агрегатов — 4 (1 из них резервный); производительность станции — 540 м3/ч; давление в приемном патрубке — 6 т- 160 Па; температура перекачиваемой воды, до 40 °С; расчетная температура наружного воздуха — 44 °С; температура внутри помещения - + 5 °С; нормативная снеговая нагрузка - 200 Па; скоростной напор ветра — 
Па; общая масса пяти блоков БКНС, монтируемых в единое здание то модификациям: исполнение 1 — 99800 кг; исполнение 2 — 93026 кг; исполнение 3 — 93850 кг; исполнение 4 — 92120 кг. 
Все эксплуатационные нагрузки воспринимаются комбинированной системой основания и каркаса, образующих пространственную форму каждого блок-бокса. 
Ограждающие конструкции выполнены в виде навесных трехслойных самонесущих алюминиевых панелей со средним слоем из пенопласта ФРП. Толщина панелей 100 мм.

 

По конструктивному исполнению блоки БКНС по второму варианту практически не отличаются от блоков БКНС по первому варианту. 
На монтажной площадке боковые стены у блоков основных насосов и блока вспомогательных насосов снимаются для организации единого помещения. 
Характерной особенностью блочного строительства на нефтепромыслах Западной Сибири является сооружение суперблоков, т.е. таких блоков, когда в одном узле компонуется несколько технологических установок с различным функциональным назначением. Примером такой компоновки может служить насосная станция в суперблоке, в которого размещается: блок насосных агрегатов 1, блок КТП и блок РУ 6 кВ 2 (приложение 6). 
По такому принципу компонуются суперблоки на УКПН, ДНС и др.

 

 

 

 

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ БЛОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  УСТАНОВОК 
 
В настоящее время существуют несколько методов определения электрических нагрузок объектов промышленных предприятий и в частности в нефтяной промышленности. Изменение нагрузки во времени зависит от режима работы объекта и числа одновременно подключенных токоприемников. Конечной целью определения электрических нагрузок блочных технологических установок в нефтяной промышленности является выбор основных элементов электроснабжения - трансформаторов, проводов и кабелей как собственно установок, так и нефтепромысла в целом.

Согласно действующим руководящим  Указаниям по определению электрических  нагрузок в промышленных установках, расчетные нагрузки группы токоприемников определяют с помощью расчетных  коэффициентов. По этому методу все  электроприемники разбивают на характерные группы с более или менее одинаковым режимом работы и по каждой группе определяют суммарную номинальную мощность  в которую входят мощности при ПВ-100 % только рабочих механизмов (без резервных).

Электроприемни  ки	Тип агрегата, тип электродвигателя	Показатели за наиболее загруженную  смену			Годовое число часов использования  максиму ма нагрузки Т„,ч
		*в	к3	cos <р
Основные агрегаты БКНС	ЦНС-180-950 СТД-800-2	0,88	0,81	0,9 (опережающий)	6500
	ЦНС-180-1185  СТД-1000-2	0,88	0,82	0,9 (опережающий)	6500
	ЦНС-180-1422 СТД-1250-2	0,88	0,81	0,9 (опережающий)	6500
	ЦНС-180-1660  СТД-1600-2	0,88	0,77	0,9 (опережающий)	6500
	ЦНС-180-1900 СТД-1600-2	0,88	0,84	0,9 (опережающий)	6500
	ЦНС-500-1900 CUM000-2	0,88	0,8	0,9 (опережающий)	6500
Насосы водозаборных скважин	—	0,88	0,75	0,9	6500
Насосы артезианских скважин		0,8	0,8	0,8	6500
Пневмонасосные	_	0,9	0,9	0,8	6500
Насосные подготовки воды	—	0,82	0,88	0,82	600
Блоки гребенки	0,3		0,95	0,81 *	2000
Блок-боксы станций управления	0,88		1	0,9	6000
Дренажные насосы	0,7		0,8	0,8	5500
Вентиляторы насосных блоков	0,4		0,8	0,8	3000
Освещение площадки	0,7		1	1	3000
Аварийное освещение	-		1	1	4000