Дипломная работа по водоснабжению на тему Повышение надежности дозировочного насоса НД-1,6/10 путем усовершениствования системы подогреваа масла

Насосы типа НД двухстороннего входа горизонтальные одноступенчатые, дозировочные насосы, предназначены для перекачивания незагрязненных механическими примесями нефтепродуктов - авиационного и автомобильного бензина, сырой нефти, дизельного топлива с температурой в диапазоне от 5 до 45°С (от 278 до 318ºК), а также воды с примесями нефтепродуктов. Насосы НД применяются в технологических процессах пищевой, химической, нефтехимической, жировой и других отраслях промышленности.
Характеристики перекачиваемых жидкостей должны быть следующими: кинематическая вязкость лежит в диапазоне от 35 до 800 сСт, максимальная плотность не должна быть более 2000 кг/м3, температура может быть от -15 до +200°С (от 258 до 473°К). Концентрация твердой неабразивной фазы перемещаемой жидкости может быть до 10% по массе с величиной зерна менее 1% от диаметра условного прохода присоединительных патрубков, с максимальной плотностью частиц до 2300 кг/м3.
Насосы и агрегаты типа НД — одноплунжерные с регулированием подачи вручную при остановленном насосе, с категорией точности дозирования до 1,0 или без нее. Изготовляются для объемного напорного дозирования агрессивных и нейтральных жидкостей, суспензий и эмульсий.
Основное назначение насоса НД-1,6/10. Точная подача химических реагентов в технологические потоки в нефтегазовой (на УПН, КС, ДНС), химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Дозирование деэмульгаторов, ингибиторов коррозии и солёсоотложения, реагентов для подготовки воды и других жидкостей.
Система смазки и проблема низкотемпературного пуска. Кривошипно-шатунный и червячный механизмы привода насоса (см. рис. 1.1.) требуют постоянной и качественной смазки. В насосе применяется комбинированная система смазки:
Картерная система разбрызгиванием для кривошипно-шатунного механизма (шатуна, эксцентрика, подшипников скольжения в ползуне). Масло заливается в нижнюю часть корпуса привода (картер).
Смазка червячной пары, осуществляется тем же маслом за счет разбрызгивания или, для некоторых исполнений, может быть консистентной.
Объем масла в картере является ключевым параметром для расчета системы подогрева. В открытых источниках и представленной документации он напрямую не указан.
Принцип действия насоса основан на цикличном вытеснении жидкости плунжером (поршнем), совершающим возвратно-поступательное движение внутри гильзы (гидроцилиндра). Всасывание и нагнетание регулируются клапанными группами. Преобразование вращательного движения вала электродвигателя в поступательное движение плунжера осуществляется через кривошипно-шатунный механизм (КШМ), размещенный в масляном картере. Именно этот узел, требующий постоянной и качественной смазки, является критически важным для надежной работы всего агрегата.
Расшифровка условного обозначения (на примере НД1,0–1,6/100К–14А):
НД – насос дозировочный
1,0 – категория точности дозирования
1,6 – подача насоса, л/ч
100 – давление, атм.
К – материал проточной части (12Х18Н9Т)
1 – без обогрева / 2 – с обогревом проточной части
4 – с подводом затворной жидкости
А – электродвигатель общепромышленного исполнения
Материал проточной части (базовый): Хромоникелевая сталь 12Х18Н9Т (исполнение «К»). Возможны другие материалы: хромистые стали (Д), хромоникелемолибденовые стали (Е, И), никелевые сплавы (Н), титановые сплавы (Т).
Комплектация: Возможна установка рубашки обогрева (охлаждения) проточной части, а также герметичное исполнение гидроцилиндра со сбором протечек.
Исполнение привода: Электродвигатель общепромышленный (А) или взрывозащищенный (В).
Конструктивные особенности и преимущества:
 Высокая точность дозирования (±1% для категории 1,0).
 Подача практически не зависит от изменения противодавления в нагнетательной линии благодаря объемному принципу действия.
 Возможность работы с высоковязкими, агрессивными, а также неоднородными средами (суспензии).
 Простота и надежность регулировки подачи.
 Наличие опции подогрева/охлаждения проточной части расширяет диапазон рабочих температур.
Система смазки и проблема низкотемпературного пуска. Кривошипно-шатунный механизм и подшипники насоса смазываются маслом, залитым в картер (общей емкостью примерно 2,0 – 5,0 литров). Для обеспечения надежной работы вязкость масла должна находиться в оптимальном диапазоне. При эксплуатации в условиях низких температур окружающей среды (особенно в зимний период на открытых площадках УПН, ДНС) масло в картере загустевает. Это приводит к ряду серьезных проблем:
1. Резкий рост момента сопротивления при пуске, приводящий к перегрузке и возможному отключению электродвигателя.
2. Масляное голодание в первые минуты работы: загустевшее масло не может эффективно разбрызгиваться и поступать ко всем трущимся парам, вызывая их сухое трение и ускоренный износ.
3. Повышенный износ сальников и уплотнений КШМ из-за неоптимальной вязкости.
4. Снижение общей готовности и надежности технологической линии, зависящей от бесперебойной работы дозатора.
Разрез гидроцилиндра насоса НД-1,6/10 изображен на рисунке (см. рис. 1.1)


1. плунжер; 2. стакан нажимной; 3. цилиндр; 4. кольцо нажимное; 5. фланец клапана; 6. штуцер промывочный; 7. фланец клапан; 8. фланец патрубка; 9. патрубок; 10. нагнетательный клапан; 11. всасывающий клапан; 12. гайка; 13. шпилька; 14. грундбукса; 15. манжета; 16. фонарь; 17. кольцо нажимное
Рис. 1.1 – Разрез гидроцилиндра насоса - дозатора НД-1,6/10

Область применения насосов типа НД (на примере НД-1,6/10) в нефтегазовой отрасли:
1. Установки подготовки нефти: Для дозирования деэмульгатора в сырую нефть перед ЭЛОУ (электрообессоливающая установка).
2. Дожимные насосные станции: Подача ингибиторов гидратообразования и коррозии в газовый или многофазный поток.
3. Системы поддержания пластового давления: Дозирование реагентов (биоцидов, ингибиторов накипи) в закачиваемую воду.
Существующая на многих эксплуатируемых насосах система подогрева масла, как правило, либо отсутствует, либо представлена примитивной паровой или водяной «рубашкой» на корпусе картера, имеющей низкую эффективность и неравномерный прогрев. Актуальность разработки и внедрения усовершенствованной, автоматизированной системы подогрева, обеспечивающей поддержание оптимальной температуры масла независимо от внешних условий, очевидна и будет детально рассмотрена в следующей главе.
Привод насоса, помимо электродвигателя, включает в себя червячный редуктор и кривошипно-шатунный механизм (КШМ), который преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное движение штока (ползуна), соединенного с плунжером гидроцилиндра (см. Приложение 4).
Механизм регулировки длины хода, в зависимости от исполнения насоса (с индексом «Р» или без него), позволяет изменять подачу. В исполнении «Р» регулировка осуществляется поворотом маховика, который через винтовую пару перемещает вал эксцентрика вдоль его оси. Из-за шлицевого соединения вала с эксцентриком это осевое перемещение приводит к изменению рабочего эксцентриситета, что непосредственно влияет на амплитуду движения ползуна. Все эти тяжелонагруженные детали работают в масляной ванне.
Для наглядности состава и функций основных компонентов привода и гидроцилиндра, определяющих надежность насоса, представим их в таблице 1.2.
Как видно из таблицы 1.2, наиболее уязвимым к холоду узлом является именно привод, а точнее – его система смазки. Принцип смазки разбрызгиванием эффективен только при определенной текучести масла. При температуре ниже -10°С (для масла И-40А) его кинематическая вязкость возрастает на порядки, превращая жидкость в мазеподобную субстанцию. В этот момент при попытке пуска червяк с огромным усилием продавливает застывшую массу, а шатун не в состоянии подхватить и разбросать масло по стенкам картера и на детали.
Эксплуатация насоса в таком режиме даже короткое время приводит к аварийным последствиям: вырыванию червяка из зацепления с колесом, задирам на шейках вала и втулках, разрушению подшипников скольжения и, как следствие, выходу из строя всего привода. Это подтверждается эксплуатационной статистикой на объектах, где насосы установлены в неотапливаемых помещениях или на открытых площадках.
Анализ конструкции и принципа действия однозначно указывает на то, что ключевым условием надежной работы насоса НД-1,6/10 в холодный период является поддержание температуры масла в картере привода в диапазоне, обеспечивающем его нормальную текучесть (примерно +5…+15°С). Отсутствие штатного эффективного средства для решения этой задачи и является проблемой, требующей инженерного решения.
Таким образом, насос НД-1,6/10 представляет собой высоконапорный дозатор малой производительности, критически важный для процессов химической обработки потоков. Его надежная работа, особенно в условиях низких температур окружающей среды, напрямую зависит от состояния системы смазки кривошипно-шатунного механизма, что и определяет актуальность разработки эффективной системы подогрева масла в картере. Представленные в таблице характеристики служат исходными данными для последующего анализа и расчетов.