Автор: А.А. Кобзев (Корпорация ITT, Goulds Pumps & Bornemann Pumps).
Опубликовано в журнале Химическая техника №3/2016
Ввиду большого разнообразия типов насосов и их применений часто возникает вопрос подбора наиболее подходящего насосного оборудования с учетом технических и коммерческих критериев отбора. Самым распространенным типом насоса в нефтехимической промышленности является центробежный, однако существует целый ряд применений, где предпочтительными являются насосы объемного типа, как правило, винтовые.
| Критерий отбора | Центробежный насос | Винтовой насос |
|
Физический принцип работы |
Расход и необходимый напор создаются за счет центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость. Развиваемый напор ограничен значением при закрытой задвижке (нулевой расход) | Создание напора нагнетаемой жидкости осуществляется за счет вытеснения жидкости одним или несколькими винтовыми роторами, вращающимися внутри статора соответствующей формы. Понятие напора в винтовом насосе не используется, вместо него – перепад давления. Давление на выходе насоса определяется противодавлением системы (столб жидкости на нагнетании и потери), а диапазон изменения давления ограничивается прочностью насоса и трубопровода (по факту – величина настройки предохранительного клапана) |
|
Рабочие характеристики |
С увеличением частоты вращения увеличивается давление нагнетания насоса. Рабочая точка насоса определяется пересечением кривой насоса и кривой системы | Насос всегда работает на противодавление системы. Расход насоса прямо пропорционален частоте вращения. У винтового насоса более широкий диапазон давления без применения частотно-регулируемого привода |
|
Влияние вязкости |
КПД насоса снижается с увеличением вязкости перекачиваемой жидкости из-за увеличения внутренних потерь на трение | КПД насоса растет с увеличением вязкости перекачиваемой жидкости вследствие лучшего уплотнения камер рабочих винтов насоса и снижением перетечек. Как правило, для жидкостей с вязкостью более 500 сСт рекомендуется применять винтовой насос |
|
КПД |
Кривая зависимости КПД насоса от расхода имеет точку максимума | КПД насоса увеличивается при увеличении вязкости перекачиваемой жидкости |
| Требования к условиям всасывания | Для возможности самовсасывания требуется специальная конструкция насоса. Кавитационный запас насоса должен быть меньше кавитационного запаса системы | Винтовые насосы обладают способностью к самовсасыванию. Как и в случае с центробежным насосом, кавитационный запас насоса должен быть меньше кавитационного запаса системы |
| Тип жидкости | Центробежный насос не может быть использован для перекачивания определенных типов неньютоновских жидкостей | Ньютоновские, неньютоновские жидкости |
| Содержание газа и твердых включений | Центробежные насосы лучше справляются с задачей перекачивания жидкостей, содержащих абразивные и другие твердые включения | Двухвинтовые насосы также могут перекачивать жидкости с определенным количеством твердых включений. При содержании газа в жидкости более 5% рекомендуется применять двухвинтовой насос. |
| Стоимость насоса | Как правило, стоимость центробежного насоса меньше, чем винтового | Как правило, стоимость винтового насоса больше, чем центробежного |
В данной статье описаны основные отличия между центробежными и винтовыми насосами, вопросы выбора максимально эффективного насоса для конкретного применения и особенности его работы в различных условиях.
Винтовые насосы подразделяются на одновинтовые (эксцентрико-шнековые), двухвинтовые и трехвинтовые.
Основное различие между двухи трехвинтовыми насосами (очевидно, помимо числа винтов) заключается в том, что в двухвинтовом насосе присутствует редуктор, благодаря которому винты не контактируют между собой.
Основные критерии отбора и их влияние на выбор типа насоса (центробежный или объемный – двухвинтовой) приведены в таблице. Например, при различной вязкости перекачиваемой жидкости работа центробежного и винтового насоса кардинально отличается (рис. 1). В точке 1 и центробежный, и винтовой насос работают с одинаковыми характеристиками на перекачивание жидкости вязкостью 1 сСт. При увеличении вязкости до 200 сСт (что может произойти, например, при изменении температуры окружающего воздуха) изменяются характеристические кривые насосов, определяя новые рабочие точки: точка 2 для винтового насоса, точка 3 – для центробежного. При этом расход центробежного насоса уменьшается на 40%, в то время как расход винтового насоса увеличивается на 9%. Легко понять, что четкое понимание требуемого диапазона работы позволяет оптимально выбрать нужный тип насоса.
Важным критерием выбора насоса является тип перекачиваемой жидкости. Одним из преимуществ винтовых насосов является способность перекачивать жидкость ровным потоком без больших пульсаций, а также «бережно» перекачивать смеси из жидкой и твердой фаз, не повреждая твердые включения. Отдельно следует отметить, что существуют мультифазные винтовые насосы, способные перекачивать нефтегазовую смесь и даже ограниченное время работать на перекачивание среды со 100%-ным объемным содержанием газа.
Если после рассмотрения всех перечисленных критериев выбор пал на винтовой насос, то следует правильно определить, какой именно лучше подойдет для конкретного применения. Одновинтовые насосы часто имеют очень ограниченное применение, поэтому выбор, как правило, заключается между двухи трехвинтовым насосом.
Основными факторами, определяющими выбор двухили трехвинтового насоса, являются параметры гидравлической системы, перекачиваемой жидкости, а также их стоимость:
- наличие твердых включений – трехвинтовой насос не может перекачивать твердые включения; при применении трехвинтового насоса жидкость должна иметь хорошие смазывающие свойства. Как правило, трехвинтовые насосы используют в системах смазки машинного оборудования, гидравлических подъемниках;
- расход – двухвинтовые насосы могут работать с расходами до 4 500 м3/ч; трехвинтовые насосы, как правило, работают до расходов ~250 м3/ч и не могут работать без перекачиваемой жидкости;
- стоимость – трехвинтовые насосы обладают более простой конструкцией (отсутствует редуктор, всего одно торцовое уплотнение), поэтому, как правило, дешевле.
В большинстве двухвинтовых насосов течение жидкости организовано по принципу противотока: от центра к периферии или от периферии к центру (рис. 2), подобно тому, как это организовано в центробежных насосах с колесом двухстороннего всасывания, например, в центробежных насосах типа «Д» (рис. 3). Конструкция таких винтовых насосов является двухопорной, при которой гидравлическая часть монтируется между подшипниками и характеризуется как наиболее надежная. Однако такая конструкция требует применения четырех торцовых уплотнений, что в целом увеличивает стоимость насоса. Впрочем, для относительно небольших расходов (до ~460 м3/ч) возможно применение консольных двухвинтовые насосов, обладающих одним подшипниковым узлом, в которых используются всего два торцовых уплотнения (рис. 4).
Четкое формулирование требований, предъявляемых к насосному оборудованию, определяет выбор того или иного типа насоса и позволяет обеспечить наиболее надежное и эффективное решение наряду с уменьшением стоимости оборудования.
