Определение расчётного сопротивления сети и построение характеристики сети.

Напор сети, который необходимо создать в сети для пропуска заданной подачи определяем согласно [7.c.4] по формуле:

(7)

где Н_С – сопротивление (напор) сети, м;

Н_Г – геометрический напор, м;

Р₁, Р₂ – давление в начальном и конечном сосудах согласно [7.с.23], Н/м²;

g – удельный вес Поповской нефти при данной температуре жидкости, Н/м³;

h_ВС, h_Н – потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях,

Σh_i – сумма потерь напора в элементах насосной установки.

Геометрический напор определяли согласно [7.с.4] по формуле:

Н_Г = К – Н, (8)

где К–Н – разность геометрических отметок начального и конечного сечения трубопровода согласно [7.с.23], м.

Н_Г = 23 –(-2) = 25 м.

Согласно [7.с.4] вычислим разность напоров в конечном и начального сосудах и выражаем в метрах столба перекачиваемой жидкости:

(Р₂-Р₁)/g=0

Числа Рейнольдса определим по формуле:

(9)

где V – скорость движения жидкости в трубах, м/с;

d – внутренний диаметр трубопровода, м;

n - кинематический коэффициент вязкости Поповской нефти, м²/с.

Подставив числовые значения в формулу (9), получим:

Re_вс =1,49×0,0,207/1,915 ×10^-6=161060,

Re_наг =2,20×0,170/1,915 ×10^-6=195300

Для новых бесшовных стальных труб абсолютную шероховатость согласно [7.с.6] принимаем равной D=0.03 мм.

Вычисляем отношения внутренних диаметров трубопроводов к абсолютной шероховатости D:

dвс/ D= 207/0,03 =6900

dн / D= 170/0,03 = 5666

10 dвс/ D=69000

10 dн / D= 56666

500 dвс/ D=3450000

500 dн / D=2833333

Так как 10dвс/ D<Re_вс<500 dвс/ D, то коэффициент гидравлического сопротивления определяем по формуле Альтшуля:

λвс=0,11

После подставки числовых значений получим:

λвс=0,11 =0,0164

Так как 10dн/ D<Re_вс<500 dн/ D, то коэффициент гидравлического сопротивления определяем по формуле Альтшуля:

λн=0,11

λвс=0,11 =0,0309

Потери напора во всасывающей h_вс, м, и нагнетательной h_наг, м, линиях определяли согласно [7.c.4] по формулам:

, (12)

(13)

где 1,05 – коэффициент, учитывающий местные потери в трубопроводах;

l_ВС, l_Н – коэффициент сопротивления по длине всасывающей и нагнетательной линий;

l_ВС и l_Н – длины трубопроводов согласно [7.с.23], м;

V_ВС и V_Н – скорость движения жидкости, м/с;

d_ВН.ВС и d_ВН.НАГ – внутренние диаметры трубопроводов, м;

Тогда

для всасывающего трубопровода

для нагнетательного трубопровода

Найдем потери напора в остальных элементах сети насосной установки.

Сопротивление фильтра согласно [7.с.23] DР_Ф = 0,15 МПа

Потеря давления в диафрагме согласно [7.с.23] DР_Д = 0,02 МПа

= /7614=23,64м

Подставив найденные численные значения в формулу (7) определим суммарное сопротивление сети:

Н_С =25+0,19+25,07+23,64=73,9 м

Статический напор сети Н _{0, м определили согласно [7.с.7] по формуле:}

, (14)

где Н_Г – геометрический напор, м; Н _Г = 25 м,

= 0 м,

тогда

Для построения характеристики сети воспользуемся уравнением, записанным согласно [7.c.7]:

, (15)

где Н₀- статический напор сети, не зависящий от подачи жидкости, м;

К - коэффициент сети, ч²/м⁵;

Q_р - заданная расчётная подача жидкости согласно [7.с.23], м³/ч.

Q - подача жидкости в сеть, м³/ч.

Коэффициент сети К, ч²/м⁵, определили согласно [8.c.7] по формуле:

где h_вс – потери напора во всасывающем трубопроводе, м;

h_наг – потери напора в нагнетательном трубопроводе, м;

åh_i – суммарные потери напора в остальных элементах сети, м;

Q_p – заданная расчётная подача жидкости, м³/ч.

Тогда

K=(0,19+25,07+23,64) ×1/180² = 0,001509259 ч²/м⁵

Задавшись несколькими значениями подачи в пределах от 0 до (1,2¸1,4)Q_p, определяем сопротивление сети для каждого из них .

Результаты вычислений сведем в таблицу 2.

Таблица 2- Расчет сопротивления сети

Используя данные таблицы 2 строим характеристику сети (рисунок 2).

Рисунок-2 Характеристики сети

2 Выб

2.1 Выбор типа и подбор по каталогу марки насоса.

Для заданных условий эксплуатации, то есть при перекачивания нефти вязкостью n=10,208 мм²/c при температуре 30°С, наиболее целесообразно использовать центробежный насос. Этот насос экономичен, компактен и дешевле, чем насосы других типов. По заданной подаче и вычисленному сопротивлению сети по каталогу центробежных насосов [6] выбрали четыре альтернативных насоса следующих марок:

1– центробежный консольный двухступенчатый насос с рабочими коле-сами одностороннего входа жидкости НК 200/120-210(1в) с числом оборотов n = 2950 об/мин.

2– центробежный консольный двухступенчатый насос с рабочими коле-сами одностороннего входа жидкости НК 200/120-210(2б) с числом оборотов n = 2950 об/мин.

3– центробежный консольный одноступенчатый насос с рабочими коле-сами одностороннего входа жидкости НК 200/210А(1в) с числом оборотов n = 2950 об/мин.

4– центробежный консольный одноступенчатый насос с рабочими коле-сами одностороннего входа жидкости НК 200/210А(1г) с числом оборотов n = 2950 об/мин.

Произведем сравнение характеристик этих насосов (рисунок 3).

Для насоса НК 200/120-210(1в)

100%×(Q_A-Q_p)/Q_p=100%× (168-150)/150=12%

100%×(H_A-H_p)/H_p=100%× (165-143)/143=15,4%

Dh=h_max-h=65-65=0%

Для насоса НК 200/120-210(2б)

100%×(Q_A1-Q_p)/Q_p=100%× (158-150)/150=5,3%

100%×(H_A-H_p)/H_p=100%× (152-143)/143=6,3%

Dh=h_max-h=66-65=1%

Для насоса НК 200/210А(1в)

100%×(Q_A-Q_p)/Q_p=100%× (167-150)/150=11,3%

100%×(H_A-H_p)/H_p=100%× (163-143)/143=13,9%

Dh=h_max-h=72-71=1%

Для насоса НК 200/210А(1г)

100%×(Q_A-Q_p)/Q_p=100%× (149-150)/150= -0,7%

100%×(H_A-H_p)/H_p=100%× (142-143)/143= -0,7%

Dh=h_max-h=71-71=0%

Из полученных вычислений видно, что из приведённых выше насосов наилучшим является насос НК 200/210А (1г), так как он обеспечивает данный режим работы с большим максимально возможным КПД, а также он дешёв, компактен и прост в обслуживании.

Его техническая характеристика дана в таблице 3 [6.c.5].

Таблица 3- Техническая характеристика насоса HK 200/210А [6.c.5,с.12]

1-вал; 2-подшипниковый кронштейн; 3-уплотнение вала; 4-крышка; 5-рабочее колесо; 6-корпус; 7- направляю

Рисунок 4- Продольный разрез одноступенчатого насоса типа К с рабочим колесом одностороннего входа жидкости с направляющим аппаратом

Рисунок 4а – Установочный чертеж (размеры L, B₄, B₃ и Ж₁ – по электродвигателю; L₁ = L + 190 + A₁ + E + P)

Продолжение таблицы 4

Содержание серы в Поповской нефти согласно [3.с.15] 1,4 % (масс.), поэтому согласно [6.с.7] детали проточной части насоса могут быть изготовлены из хромистой стали (вариант Х).

Материал основных деталей насоса НК 200/210А(1в) согласно [6.с.7]

Детали проточной части насоса изготовлены из хромистой стали.

Корпус насоса, крышка корпуса, направляющий аппарат и диафрагма, нажимная втулка сальника– сталь 20Х13Л.

Уплотнительные кольца и вкладыши щелевых уплотнений, разгрузочная втулка- сталь 30Х13 HRC 30-35.

Вал – сталь 20Х13.

Рабочее колесо – сталь 20Х13Л.

Уплотнительное кольцо и вкладыши щелевых уплотнений, разгрузочный барабан – сталь 40Х13 HRC 52-56.

Защитная гильза – сталь 95Х18 HRC 52-58.

2.2 Комплексная характеристика центробежного насоса.

Комплексную характеристику насоса НК 200/210А(1г), представляющую собой графическую зависимость развиваемого напора Н, потребляемой мощности N, к.п.д. h и допустимого кавитационного запаса Dh_доп от подачи Q при постоянных n и r, перечертили из каталога [6.c.12]. На комплексную характеристику наносим также характеристику сети и режимную точку Р (рисунок 5)

2.3 Пересчет характеристик насоса с воды на вязкую жидкость

2.4 Регулирование работы насоса.

Как видно из вычислений подача насоса и развиваемый им напор отличаются от заданной подачи Q_З =150 м³/ч и расчётного сопротивления сети Н_С = 143 м менее чем на 1 %, поэтому насос в регулировании не нуждается.

2.5 Определение допустимой высоты всасывания центробежного насоса и кавитационного запаса сети.

Для определения эффективной высоты всасывания насоса воспользуемся уравнением согласно [7.c.16]:

, (16)

где H_S – эффективная (допустимая) статическая высота всасывания, отнесенная к горизонтальной оси рабочего колеса, м;

H_A = H_B - H_t – давление на свободную поверхность сверх упругости паров, м;

H_B – давление на свободную поверхность, равное атмосферному давлению, если жидкость поступает в насос из открытого резервуара, и давлению в резервуаре, если жидкость поступает в насос из закрытого резервуара, м;

H_t – давление насыщенных паров жидкости при данной температуре, м;

n – число оборотов вала насоса в минуту;

Q – подача насоса, м³/с;

С_КР – коэффициент, зависящий от удельной быстроходности насоса.

Давление на свободную поверхность сверх упругости паров Н_а, м, определим согласно [7.c.15] по формуле:

H_a=H_в-H_t, (17)

где H­_в- давление на свободную поверхность, м;

H_t- давление насыщенных паров нефти при данной температуре, м.

Давление насыщенных паров нефти при температуре 30°С определим по графику согласно [2.c.26]:

Переведем давление на свободную поверхность и давление насыщенных паров в метры перекачиваемой жидкости:

H_в=760∙133,33/8366,75=12,11 м.

H_t = P_t×/g (18)

H_t = P_t×133,33/g=50∙133,33/8366,75=0,797 м

Подставляя численные значения в формулу (17), получим:

H_A = 12,11 – 0,797 = 11,313 м.

Коэффициент быстроходности определим согласно [4.с.199] по формуле:

, (19)

где Q-подача насоса при максимальном к.п.д., Q=160 м³/ч

n – число оборотов вала насоса в минуту, об/мин;

H- напор при максимальном к.п.д, Н=140 м.

Подставив числовые значения в формулу (19):

Согласно [7.c.16] при n_s=55,77 коэффициент С_кр равен: С_кр=643,275.

Подставляя численные значения в формулу (16), определим высоту всасывания центробежного насоса Н_S, м :

Тогда

Отрицательное значение H_s означает, что насос работает с подпором.

Кавитационный запас напора сети, когда уровень жидкости в питающем резервуаре выше оси насоса, Dh_с, м, определим согласно [7.c.19] по формуле:

, (20)

где Р₀ – абсолютное давление на свободной поверхности жидкости в

резервуаре, из которого ведётся откачка жидкости, Р₀=101333 Па;

Р_t – давление паров перекачиваемой жидкости при температуре

перекачки, Р_t= 6666,5 Па;

g – удельный вес Поповской нефти при температуре t=30°С, Н/м³;

h_S – максимально возможное снижение уровня жидкости в питающем

h_вс – гидравлические потери напора во всасывающем трубопроводе,

h_вс=0,58 м.

Подставляя числовые значения в формулу (20), получим:

Для нормальной бескавитационной работы насоса в сети должно выполняться условие

, (21)

где Dh_C – кавитационный запас сети у входного патрубка насоса, м;

Dh_доп – допускаемый кавитационный запас насоса, определяемый

по его характеристике, Dh_доп =3 м;

0,5 – гарантирующий от наступления кавитации запас давления, м.

16,73 м ³ 3 + 0,5 м

16,73 м³ 3,5 м

Условие бескавитационной работы насоса выполняется, насос будет работать без кавитации.

2.6 Подбор электродвигателя.

Мощность на валу насоса N, кВт, определяется согласно [7.c.19] по формуле:

, (22)

где g - удельный вес Поповской нефти при температуре перекачки 30^°С, Н/м³;

Q – заданная подача насоса, Q=150 м³/ч;

Н – напор насоса, Н= 143 м;

h - к.п.д. насоса, h=0,71.

Подставляя численные значения в формулу (22) получим:

Мощность электродвигателя N_дв, кВт, определяем согласно [7.c.19] по формуле:

N_дв = к×N, (23)

где к = 1,15 – коэффициент запаса, выбираемый в зависимости от мощности по таблице [7.c.20].

Подставляя численные значения в формулу (29) получим:

N_дв = 1,15×70,21 = 80,74 кВт.

Согласно [1.c.312] выбираем двигатель марки ВАО-92-2 мощность N =100 кВт, число оборотов вала в минуту n = 2960 об/мин. Двигатель выбран во взрывобезопасном исполнении.

3. Описание насосной установки.

Спроектированная насосная установка предназначена для перекачивания Поповской нефти при температуре 30°С в количестве 150 м³/ч . Насосная установка состоит из питающего резервуара, всасывающего трубопровода длиной 40м, нагнетательного трубопровода длиной 700м, насоса НК 200/210А, установленного на фундаментной плите, электродвигатель марки ВАО-92-2, диафрагмы, фильтра предназначенного для отчистки нефти от механических примесей, регулирующего клапана и трех теплообменников . Схема насосной установки приведена на рисунке 1.

Для надежной и безотказной работы насосной установки необходимо чтобы трубопроводы имели собственные опоры, исключающие передачу усилий на патрубке насоса. При использовании насосной установки вне помещения она должна быть защищена от действия атмосферных осадков. Все металлические части электрооборудования должны быть заземлены.

Перед пуском насос необходимо заполнить перекачиваемой жидкостью. Запуск насосной установки осуществляется при закрытой задвижке на выходе. После пуска медленным открытием задвижки на нагнетательной линии добиваются заданной подачи. Повышение напора сверх нормы указывает на то, что нагнетательная линия сильно засорена. Необходимо прочистить нагнетательной трубопровод. При большом снижении напора нужно осмотреть всасывающий трубопровод. Остановку насосной установки производят в обратном порядке, то есть закрывают задвижку на выходе, выключают электродвигатель, и, наконец, прекращают подачу жидкости. После этого необходимо слить остатки жидкости в питающем резервуаре.

Так как нагнетательный трубопровод имеет сравнительно небольшую длину l_н= 700 м, то есть масса жидкости, которую необходимо привести в движение сравнительно невелика, то задвижку можно открывать не так медленно.

Спроектированная насосная установка имеет следующие достоинства:

Конструктивные особенности насоса ( нагнетательный патрубок выполнен в виде конфузора) способствуют быстрому установлению нормального рабочего режима, который характеризуется отсутствием ударов и резкого шума в трубопроводе;

дешевизна, удобство в монтаже и эксплуатации, высокий коэффициент полезного действия.

Насосная установка имеет недостатки:

требуется заливка перед пуском;

производительность, напор и всасывающая способность быстро уменьшается при увеличении вязкости.

Комплект постановки: насос типа К в сборе с уплотнением вала, ответными фланцами, муфтой, ограждением муфты и фундаментальной плитой со стойками, вспомогательные трубопроводы в пределах насосного агрегата (в том числе арматура и контрольно-измерительные приборы); фундаментные болты с гайками и шайбами; регулировочные винты с пластинками; нестандартный инструмент для сборки и разборки насоса; запасные части. А также в комплект поставки насоса НК 200/210А входит электродвигатель марки ВАО-92-2 мощностью 100 кВт и числом оборотов вала n=2960 об/мин.

Список

1 Айзенштейн М.Д. Центробежные насосы для нефтяной промыш-ленности.- М.: Гостоптехиздат, 1957-364 с.

2 Ашихмин В.И. Центробежные насосы. Методические указания к курсовому проекту и курсовой работе.- Грозный: Изд.ГНИ, 1978.-29с.

3 Нефти СССР справочник –М.: Химия, 1975.-88с.

4 Оленев Н.М. Хранение нефти и нефтепродуктов.- Л.:Недра, 1964.-428 с.

5 Сароян А.Е. Трубы нефтяного сортамента.-М.: Недра, 1964.-504 с.

6 Селихов В.Л. Каталог. Нефтяные центробежные насосы.-М.:

Цинтихимнефтемаш, 1980.-51с.

7 Соколов А.И. Методические указания к курсовой работе.–Уфа:

Изд.УНИ, 1982. – 32с.

8 Справочник нефтехимика т.1– Л.: Химия, 1978.- 496с.