МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Гидравлические характеристики центробежных насосов

В таблице ниже указаны расходы, на которые рассчитаны насосы, и развиваемые ими напоры:

Однако представленные данные относятся к так называемым номинальным значениям. Например, нефтяной насос HM 2500-230, рассчитанный на расход 2500 м³/ч и напор 230 м, может иметь фактический расход больше или меньше 2500 мм³/ч. Поэтому напор, создаваемая насосом, может быть больше 230 м или даже меньше. Расход насоса в трубопроводе и его напор зависят от совместной работы насоса (или агрегатов перекачивающей станции) и обслуживаемого участка трубопровода. Однако для каждого заявленного насоса существует только одно значение напора. Функциональная зависимость H = F(Q) между дифференциальным напором H и расходом насоса Q называется напорной характеристикой насоса (Q-H).

Как упоминалось выше, в центробежном насосе центробежная сила, действующая на жидкость, захваченную лопастями рабочего колеса, заставляет нефть течь от низкого давления p_н во всасывающей линии до высокого давления p_в в нагнетательной линии.

Если скорость вращения рабочего колеса постоянна, то чем больше разность давлений Δp = p_н - p_в (или перепад напоров H = Δp/ρg), который приходится преодолевать центробежному нагнетателю, тем меньше расход нефти Q. То есть зависимость H = F (Q) от центробежного насоса имеет монотонно убывающее свойство: dF/dQ < 0.

Пусть, например, нагнетатель центробежного насосного агрегата создает напор Н₁ (т.е. центробежная сила преодолевает перепал давлений p_н - p_в = ρgН₁), тогда обеспечиваемый насосом расход жидкости составляет величину Q₁. Если же необходимо создать больший напор Н₂ > Н₁ (т.е. преодолеть больший перепад давлений p_н - p_в = ρgН₂), то расходная характеристика Q₂, обеспечиваемая насосным агрегатом, будет меньше: Q₂ < Q₂.

Монотонное уменьшение функции F (Q) объясняется уравнением модели, полученным ранее: чем больше значение H = Δp/ρg, т.е. разность давлений, которую должен преодолеть нагнетатель, тем меньше становится расход Q. В то же время, когда расход Q уменьшается, потери F_τ(Q) нагнетателя уменьшаются, поэтому результирующий гидравлический напор увеличивается и приближается к максимальному значению ω²R²/2g.

На рисунке слева приведены характеристики центробежных нефтяных насосов HM 7000-210 с диаметрами рабочих колес 475 и 428 мм. Также показана зависимость мощности насосного агрегата N(Q) и коэффициента полезного действия (коэффициента производительности) от напора Q.