Исследование и совершенствование привода с гидродинамической муфтой центробежного насоса
В процессе исследования проводились: обзор литературы, подбор оборудования для привода центробежного насоса с гидродинамической муфтой, создание 3D модели гидромуфты.
В результате исследования была выявлена проблема гидравлических потерь в гидромуфте при малом количестве лопаток и малом заполнении.
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 12
1. Обзор литературы …………………………………………………………………………….. 14
2. Электродвигатель ……………………………………………………………………………… 19
3. Насос ………………………………………………………………………………………………… 20
4. Гидродинамические передачи …………………………………………………………… 27
4.1 Принцип работы гидромуфты…………………………………………………………….. 29
4.2 Основные параметры гидромуфт ……………………………………………………….. 30
4.3 Характеристики гидромуфт ……………………………………………………………….. 37
4.4 Совместная работа гидромуфты с приводным двигателем ………………….. 44
4.5 Типы гидромуфт и их конструкции ……………………………………………………. 46
5. Гидродинамическая муфта фирмы Rotofluid ……………………………………… 64
6. Исследование влияния параметров гидродинамической муфты с
использованием программного комлекса Ansys ………………………………………… 73
7. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
8. Социальная ответственность …………………………………………………………… 116
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 132
Список литературы ………………………………………………………………………………… 133
Приложение А ……………………………………………………………………………………….. 139
Приложение B………………………………………………………………………………………… 150
В настоящее время одним из крупнейших экспортеров нефти на
мировом топливном рынке является Российская Федерация. Во многом
стратегию экономического развития страны определяет увеличение объемов
добычи нефти и транспортировки. Следовательно, к нефтедобывающей
отрасли в Российской Федерации предъявляются оправданно высокие
требования, начиная с анализа пластов залежей углеводородов и
последующей добычи, и заканчивая передачей на перерабатывающие
предприятия, то есть ставится задача по снижению затрат ресурсов на
поддержание функционирования нефтедобывающего комплекса.
Согласно этим требованиям, использование гидродинамических муфт
для центробежных насосов становится актуальным решением, так как
благодаря им происходит экономия материальных средств. Это достигается
благодаря:
1. Регулированию частоты вращения, что в свою очередь в режиме
частичной нагрузки обеспечивает лучший КПД по сравнению с дроссельным
регулированием. Отсюда снижение износа дроссельных органов.
2. Передаче большого крутящего момента за счет
гидродинамической энергии жидкости практически без износа частей.
3. Щадящему режиму работы для приводного двигателя, благодаря
плавному ускорению рабочей машины даже при очень большой маховой
массе.
4. Отсутствию механической связи между приводной и рабочей
машиной во время эксплуатации.
Цель: анализ и обоснование применения гидродинамических муфт для
привода центробежного насоса.
Задачи:
1. Исследовать основные типы гидродинамических муфт;
2. Выполнить подбор оборудования для привода с гидромуфтой;
3. Провести испытания исследуемой гидромуфты с различными
параметрами в программном комплексе Ansys.
1. Обзор литературы
В нефтегазовой отрасли центробежные насосы являются одним из
самых энергозатратных видов оборудования. Поэтому регулирование
производительности насосных агрегатов имеет очень большой потенциал,
так как благодаря этому можно добиться большой экономии электроэнергии.
Исходя из данных Европейской ассоциации производителей насосного
оборудования, можно сделать вывод, что экономия электроэнергии при
скоростном регулировании намного выше, чем экономия электроэнергии
вместе взятых:
1)подрезке колес и их замене;
2)замене электродвигателей и насосов на их усовершенствованные
аналоги;
3)параллельной установке насосов для каскадного регулирования.
Так же отказ от массово применяемого дросселирования и переход к
скоростному регулированию позволяет увеличить срок эксплуатации
оборудования и уменьшить потери от простоев.
Во всем мире регулируемый привод признан одной из самых
ресурсосберегающих технологий.
Высокая эффективность при использовании на предприятиях
автоматизированного регулируемого привода с насосными и
вентиляционными установками, работающие в переменных режимах,
доказана многолетним международным опытом.
Использование регулируемого привода способствует оптимизации
работы ЭД, а так же минует непроизводительное потребление электричества.
Вопросы эффективности гидродинамического регулирования были
рассмотрены применительно к различным установкам центробежного типа.
Необходимость контроля производительности и потенциал для
экономии энергоресурсов раскрыт в [1].
Руководствуясь значительным опытом использования
гидродинамических приводов в теплоэнергетике, показаны достоинства
регулирования частоты вращения питательных и сетевых насосов
электростанций [2,3].
Сравнительный анализ эффективности методов регулирования
производительности (частотно-регулируемый и гидродинамический привод)
рассмотрены в работах [2,3,4].
В работах [5,6] изложены результаты применения регулируемых
гидродинамических приводов. В них указаны как достоинства регулируемых
гидродинамических муфт, а так же условия, которые нужны для успешной
реализации проекта. Если сравнивать способы контроля производительности
центробежных насосов, частотное является управление скоростью двигателя,
а гидродинамическое скоростью насоса с постоянной частотой вращения ЭД.
Гидродинамическая муфта с электродвигателем применяется в
качестве механизма для управления частотой вращения насоса в зависимости
от уровня наполнения рабочей камеры. Сравнение эффективности двух
упомянутых выше способов регулирования, а также факторы, которые
влияют на выбор той или иной технологии изложены в [7].
КПД гидродинамической муфты и частотно-регулируемых привод
(ЧРП) при номинальной частоте вращения ротора насоса практически
идентичны и составляют 95-96%.
Когда скорость насоса падает ниже номинальной скорости, КПД
частотно-регулирование немного уменьшается (до 92-94%), а КПД
гидродинамической муфты падает более резко (84-85%) при скорости ЭД 2/3
от номинальной (рис. 1).
В практике управления производительностью насоса диапазон
изменения скорости является относительно небольшим. Лишь
незначительную часть времени установка эксплуатируется в режимах, КПД
гидродинамической муфты заметно падает. Например, если частота насоса
упадет на 10%( n 2 / n1 0,9 ), тогда подача также уменьшится на 10%, напор
1.Костенко, Д. А. Регулируемые приводы: возможности, затраты,
эффективность / Д. А. Костенко, В. Б. Иванов // ТЭК. — 2008. — № 4. — С.
30–33.
2.Ситас, В. И. Гидромуфта Фойт — конкурентоспособный
регулируемый привод для энергетики / В. И. Ситас, А. Пёшк, М. Рихтер //
Энергетик. — 2005. — № 2. — С. 45.
3.Ситас,В.И.Применениерегулируемыхгидромуфтдля
уменьшения расхода электроэнергии на собственные нужды электростанций
/ В. И. Ситас, А. Пёшк, Р. М. Фаткуллин // Электрические станции. — 2003.
— № 2. — С. 61–65.
4.Иванов, В. Б. К вопросу о сравнительной эффективности
механотронного и частотно-регулируемого приводов / В. Б. Иванов, М.
Рихтер, В. И. Ситас // Восточно-Европейский журнал передовых технологий.
— 2012. — № 3/10(57). — С. 32–35. — Режим доступа:
URL: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/4180
5.Alas, P. Electro Compression a Challenging Alternative: How and
Why to Choose a Gas Turbine or an Electric Motor to Drive a Centrifugal
Compressor / P. Alas, E. Noulette // Proceedings of ASME Turbo Expo 2013:
Turbine Technical Conference GT 2013, June 3–7, 2013, San Antonio, Texas,
USA. — ASME International, 2013. — 9 p. doi:10.1115/gt2013-94163
6.Фаткуллин, Р. М. Об экономической эффективности применения
регулируемого привода на питательных насосах ТЭЦс поперечными
связями / Р. М. Фаткуллин, О. В. Зайченко, В. Э. Кремер // Энергетик. —
2004. — № 4. — С. 9–11.
7.Фардиев, И. Ш. О целесообразности и опыте применения
гидромуфт на вспомогательном оборудовании ТЭС с поперечными связями /
И. Ш. Фардиев, А. А. Салихов, Р. М. Фаткуллин // Энергетик. — 2004. — №
5. — С. 15–18.
8.Костенко, Д. А. Перекачка газа должна быть экономной / Д. А.
Костенко, В. Б. Иванов // ТЭК. — 2007. — № 6. — С. 114–117.
9.ТехническиехарактеристикиэлектродвигателяАИР315М4.
[Электронный ресурс]: URL: http://electronpo.ru/dvigatel_air315m
10. АбуталиповР.Р.,БагмановА.А.,БажайкинС.Г.
Модернизированные насосы ЦНС 105-141-2 и ЦНС 180-382-2. Испытания и
подконтрольная эксплуатация // Обзорная информация. Серия «Транспорт и
хранение нефти». М. : ВНИИОЭНГ, 1991. С. 92.
11. Центробежныенасосывсистемахсбора,подготовкии
магистрального транспорта нефти / А. Г. Гумеров [и др.] // М. : Недра, 1999.
295 с.
12. Исследование режимов работы, показателей надежности и
ресурса нефтяных магистральных насосов типа НМ (промежуточный отчет).
Тема 2-2-76, этапы I, II, III. Уфа : ВНИИСПТнефть, 1977.
13. . Багманов А. А. Исследование и разработка методов повышения
эффективности системы поддержания пластового давления с применением
насосов типа ЦНС : дис. … канд. техн. наук. Уфа : 2006. 120 с.
14. Велижанин В. С. Разработка мероприятий по повышению
безопасности работы насосных агрегатов систем поддержания пластового
давления : дис. … канд. техн. наук. Уфа : 2006. 120 с.
15. Высокоскоростныеподшипникискольженияиз
антифрикционных углепластиков, работающих при температурах до 200 °С,
для насосов и паровых турбин. Проблемы импортозамещения / И. Г.
Горячева [и др.] // Разработка, производство и эксплуатация турбо-,
электронасосных агрегатови систем на их основе : труды VIII
Международной научно-технической конференции «СИНТ’15». Воронеж :
Научная книга, 2015. C. 67–80.
16. Байбородов Ю. И., Белоусов А. И. Решение проблемы создания
ЭМП подшипников – опор скольжения нового поколения // Разработка,
производство и эксплуатация турбо-, электронасосных агрегатов и систем на
их основе : труды VIII Международной научно-технической конференции
«СИНТ’15». Воронеж : Научная книга, 2015. С. 86–103.
17. . Велижанин В. С., Малышев И. В., Лобынцева И. В. Применение
углепластика ФУТ в насосах типа ЦНС, предназначенных для систем ППД и
нефтесбора // Вопросы материаловедения. 2009. № 1. C. 77–80.
18. Современныемашиностроительныематериалы.
Неметаллические материалы : справочное издание / Г. И. Николаев [и др.] ;
под ред. И. В. Горынина, А. С. Орыщенко. СПб. : Профессионал, 2014. 916 с.
19. Исследование процесса трения угле- и органопластов / А. П.
Краснов [ и др.] // Фундаментальные проблемы механики и смежных наук в
изучении многомасштабных процессов в природе и технике : сборник
научных трудов ; под ред. И. Г. Го- рячевой, Н. Ф. Морозова. Спб. : из-во
Политехнического ун-та, 2014. С. 236–253.
20. Трениеполимерныхсамосмазывающихсякомпозитов,
армированных термостойкими тканями / А. С. Юдин [и др.] // Трение и
износ. 2013. Т. 34. № 4. C. 599–607.
21. Охлопкова А. Л., Гоголева О. В., Шиц Е. Ю. Полимерные
композиционныематериалынаосновесверхвысокомолекулярного
полиэтилена и ультрадисперсных соединений // Трение и износ. 2004. № 2
(25). C. 202–206.
22. Багманов А. А. Насосы системы ППД нефтяных месторождений.
Уфа : ИПТЭР, 2006. 97 с.
23. Ахметгалиев Р. З. Повышение эффективности транспортирования
центробежныминасосамиводонефтяныхэмульсийпопромысловым
трубопроводам : дис. … канд. техн. наук. Уфа, 2006. 102 с
24. Бажайкин С. Г. Исследование характеристик и модернизация
насосных агрегатов нефтяных промыслов : дис. … д-ра техн. наук.Уфа,
2000. 311 с.
25. ТехническиехарактеристикиЦНС315-126.[Электронный
ресурс]:URL:
https://www.hms.ru/pumps_catalog/detail.php?ELEMENT_ID=1446
26. ГидромуфтыфирмыRotofluid.[Электронныйресурс]:
URL:http://www.westcar.it/docs/catalogo_Rotofluid_eng.pdf
27. Сазанов Б.В., Промышленные теплоэнергетические установки и
системы : учеб. пособие для вузов / Б.В. Сазанов, В.И. Ситас. – М. :
Издательский дом МЭИ, 2014. – 275 с.
28. H. Huitenga and N. K. Mitra, Improving startup behavior of fluid
couplings through modification of runner geometry: Part I- Modification of runner
geometry and its effects on the Operation Characteristics, J. Fluids Eng., 122
(2000) 683- 688
29. H. Huitenga and N. K. Mitra, Improving startup behavior of fluid
couplings through modification of runner geometry: Part II- Modification of runner
geometry and its effects on the operation characteristics, J. Fluids Eng., 122 (2000)
689- 693.
30. S. B. Ainley, R. D Flack, K. Brun and T. J Rovello, Laser velocimeter
measurements in the pump of an automotive torque converter Part I- Effect of
speed ratio, International J. of Rotating Machinery, 6 (3) (2000) 167-180.
31. A. Habsieger and R. D Flack, Flow characteristics at the pump–
turbine interface of a torque converter at extreme speed ratios, International J. of
Rotating Machinery, 9 (2003) 419-426.
32. R. D. Flack, S. B. Ainley, K Brun and L. Whitehead, Laser
velocimeter measurements in the pump of an automotive torque converter Part II-
effect of pump speed and oil viscosity, International J. of Rotating Machinery, 6
(3) (2000) 181- 190.
33. U. Hampel, D. Hoppe, K.-H. Diele, J. Fietz, H. Holler, R. Kernchen,
H.-M. Prasser and C. Zipper, Application of gamma tomography to the
measurement of fluid distributions in a hydrodynamic coupling, Flow
Measurement and Instrumentation, 16 (2005) 85-90.
34. M. J. Da Silva, Y. Lu, T. Suhnel, E. Schleicher, S. Thiele, R.
Kernchen, K.-H. Diele and U. Hampel, Autonomous planer conductivity array
sensor for fast liquid distribution imaging in a fluid coupling, Sensors and
Actuators AL Physical, 147 (2008) 508-515.
35. N. Jain and A. Tiwari, Comparative study of fluid coupling for oil and
water as working fluid, International J. of Engineering Research and Development,
8 (2013) 56-61.
36. J. Schweitzer and J. Gandham, Computational fluid dynamics in
torque converter: validation and application, International J. of Rotating
Machinery, 9 (2003) 411-418.
37. L. Fan, W. Ma and W. Cai, Thermal-hydraulic analysis of
hydrodynamic coupling, Advances in Information Sciences and Service Sciences,
4 (2012) 393-399.
38. Y. Luo, Z. G. Zuo, H. G. Fan and W. L. Zhung, Numerical simulation
of the two-phase flows in a hydraulic coupling by solving VOF model, IOP Conf.
Ser.: Mater. Sci. Eng., Beijing, China (2013).
39. Y. Luo, L. H. Feng, S. H. Liu, T. J. Chen and H. G. Fan, Numerical
comparisons of the performance of a hydraulic coupling with different pump
rotational speeds, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., Beijing, China (2013).
40. N. Hur, W. J. Lee, C.-S. Chang and N.-W. Kang, Two- phase flow
analysis of a hydraulic coupling, ASME-JSME- KSME Joint Fluids Eng. Conf.,
Seoul, Korea (2015).
41. N. Hur, M. Moshfeghi and W. J. Lee, Flow and perform- ance
analysesofpartially-chargedwaterretarder,ComputerandFluids,
http://dx.doi.org/10.1016/j.compfluid.2016.10.033.
42. ГОСТ 12.1.00383. Система стандартов безопасности труда. Шум.
Общие требования безопасности. [Электронный ресурс]: URL:
https://internet-law.ru/gosts/gost/803/
43. ГОСТ 12.1.012-2004. Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Вибрационная безопасность. Общие требования. [Электронный
ресурс]: URL:http://docs.cntd.ru/document/1200059881
44. СНиП4156–86.Санитарныеправиладлянефтяной
промышленности.[Электронныйресурс]:
URL:https://ohranatruda.ru/ot_biblio/norma/246702/
45. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.
[Электронный ресурс]: URL:http://docs.cntd.ru/document/871001026
46. ГОСТ 12.1.00588. Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей
зоны. [Электронный ресурс]: URL: http://docs.cntd.ru/document/1200003608
47. ГОСТ Р 50571.3-94. Электроустановки низковольтные. Часть 4-
41. Требования для обеспечения безопасности. Защита от поражения
электрическимтоком.[Электронныйресурс]:URL:
http://docs.cntd.ru/document/1200082275
48. ГОСТ 12.1.004-91. Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Пожарная безопасность. Общие требования. [Электронный ресурс]:
URL: http://docs.cntd.ru/document/9051953
49. ГОСТ 12.2.003-74. Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
[Электронный ресурс]: URL: http://docs.cntd.ru/document/901702428
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.3 (248 отзывов)
5 (14 отзывов)
4.6 (71 отзыв)
5 (44 отзыва)
4.2 (13 отзывов)
4.8 (40 отзывов)
5 (145 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
5 (49 отзывов)
