Расчет напора жидкости в насосе и трубопроводе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Подбор ЦБН и определение режима работы

1.1 Определение величины потребного напора для заданной подачи

1.2 Расчет и графическое построение кривой потребного напора

1.3 Подбор основных ЦБН

1.4 Описание и паспортная характеристика ЦБН. Аналитический расчет паспортной характеристики

1.5 Пересчет паспортной характеристики ЦБН с воды на перекачиваемую жидкость (нефть)

1.6 Расчет всасывающей способности ЦБН. Подбор подпорного насоса

1.7 Построение совмещенной характеристики насосов и трубопровода. Определение рабочей точки (режима работы)

2. Регулирование режима работы

2.1 Регулирование изменением кривой потребного напора

2.1.1 Дросселирование

2.1.2 Байпасирование

2.2 Регулирование изменением напорной характеристики насоса

2.2.1 Обточка рабочего колеса по наружному диаметру

2.2.2 Изменение частоты вращения вала

Выводы

Список литературы



1. Подбор ЦБН и определение режима работы

напор подача насос трубопровод

1.1 Определение величины потребного напора для заданной подачи

Для определения потребного напора запишем уравнения Бернулли для схемы насосной установки, представленной на рисунке 1.

Рис. 1 Трубопроводная схема

Составим уравнения Бернулли для сечений 1-1 и 2-2:

-

И для сечений 3-3 и 4-4:

По определению, напор насоса - разность удельных энергий на входе и выходе:



Определим потери напора во всасывающем трубопроводе:

Исходя из средней скорости движения жидкости 1-5 м/с, задаем скорость движения во всасывающем трубопроводе 2 м/с.

Определим величину диаметра всасывающей линии:

В соответствии с ГОСТ примем D_вс=810 мм, д= 7 мм;

Пересчитаем скорость :

Определим коэффициент гидравлического сопротивления:



Выбираем стальные заржавевшие трубы:

Зона гидравлически гладких труб, т.к. ;

= 0,042· = 0,185 м;

Находим местные потери:

Колено плавное: 0,23

Задвижка: 4·0,15 = 0,6

Тройник: 0,32

У

= = 1,52· = 0,23 м;

Тогда суммарные потери на всасывании равны

Определим потери напора в нагнетательном трубопроводе:

;

В соответствии с ГОСТ примем D_наг=720 мм, д= 7 мм;

Зона гидравлически гладких труб, т.к. .

Тогда коэффициент гидравлического сопротивления равен:

=482,2 м;

Определим потребный напор:

= 45+3+0+ 0,415+482,2 = 530,6 м



1.2 Расчет и графическое построение кривой потребного напора

Для построения кривой потребного напора зададимся несколькими значениями расходов (0 - 1,5Q). Результаты расчетов представим в таблице 1

Таблица 1

Расчет кривой потребного напора

№	Расход	Всасывающий трубопровод	Нагнетательный трубопровод
	/ч	/с			У			У
1	0	0	0	0	0	0	0	0	48
2	310	0,086	309,2828	0,20693	0,008714	348,7097	0,183534	21,54592	69,557
3	620	0,172	618,5655	0,103465	0,017429	697,4195	0,091767	43,09184	91,119
4	930	0,258	927,8483	0,068977	0,026143	1046,129	0,061178	64,63777	112,68
5	1240	0,344	1237,131	0,051733	0,034858	1394,839	0,045883	86,18369	134,26
6	1550	0,431	1550,01	0,04129	0,043674	1747,603	0,036622	107,9801	156,08
7	1860	0,517	1859,293	0,034422	0,052388	2096,313	0,03053	129,5261	177,66
8	2170	0,603	2168,576	0,029512	0,061103	2096,313	0,04676	198,3836	210,16
9	2170	0,603	2168,576	0,046365	0,095995	2445,023	0,044995	259,6885	307,9
10	2480	0,689	2477,858	0,044845	0,12122	2793,733	0,04352	327,9299	376,2
11	2790	0,775	2787,141	0,043546	0,148926	3142,442	0,042259	402,8797	451,22
12	3100	0,861	3096,424	0,042415	0,179039	3491,152	0,041162	484,3428	532,75
13	3410	0,947	3405,707	0,041418	0,211497	3839,862	0,040194	572,1499	620,64
14	3720	1,033	3714,989	0,040527	0,246245	4188,572	0,03933	666,1514	714,73
15	4030	1,119	4024,272	0,039725	0,283233	4537,281	0,038551	766,2139	814,89
16	4340	1,206	4337,151	0,038988	0,322886	4890,046	0,037836	873,4844	922,26
17	4650	1,292	4646,434	0,038323	0,364251	5238,756	0,03719	985,3868	1034,3

Далее строим график зависимости потребного напора от подачи (рисунок 1)



Рисунок 2 Кривая потребного напора

1.3 Подбор основных ЦБН

По заданной подаче Q = 3100 и = 530,6 м подбираем насосы:

- два НМ 3600-230 (ротор 1, ) - соединены последовательно

1.4 Описание и паспортная характеристика ЦБН. Аналитический расчет паспортной характеристики

НМ 3600 - 230 насос магистральный, рассчитан на номинальную подачу Q = 3100 напор Н=230м.Частота вращения вала насоса n=3000 об/мин. Он имеет допускаемый кавитационный запас равный 40м. КПД насоса составляет 87%. НМ 3600 - 230 имеет массу 4490 кг и способен развить мощность равную 2500 кВт.



Рисунок 3 Нефтяной магистральный спиральный насос 1,3 - корпус; 2 - вал; 4,5 - разделительные втулки; 6 - рабочее колесо; 7- уплотнения рабочего колеса щелевого типа; 8 - подшипники скольжения; 9 - радиально-упорный подшипник; 10 - уплотнения ротора

Основным элементом центробежного насоса является рабочее колесо 6, где осуществляется передача энергии от двигателя к жидкости путем воздействия лопаток вращающегося колеса.

Корпус насоса 1, 3 имеет спиральный подвод и улиточный отвод. Корпус имеет горизонтальный разъем. Рабочее колесо насаживается на вал 2 с помощью шпонки. Важную роль в насосе играют уплотнения: уплотнение рабочего колеса 7 щелевого типа и концевое уплотнение вала торцевого типа 10.

Под номерами 4, 5 изображены, разделительные втулки. На месте втулки 4 обычно устанавливается импеллер (винтовой насос),-предназначенный для создания циркуляции нефти около торцевого уплотнения для его охлаждения. Опорные подшипники основного насоса -подшипники скольжения 8, они непрерывно смазываются маслом от системы смазки. Для восприятия осевых усилий устанавливается радиально-упорный подшипник 9.

Выполним аналитический расчет паспортной характеристики магистрального насоса:

НМ 3600 - 230: =325,6 м, а=0, b=7,36*;

Составим таблицу 2 и запишем полученные значения подачи и напора

Таблица 2

Аналитический расчет паспортной характеристики магистрального насоса

Подача Q, /ч
0	325,6
310	324,892
620	322,770
930	319,234
1240	314,283
1550	307,917
1860	300,137
2170	290,942
2170	290,942
2480	280,333
2790	268,309
3100	254,870
3410	240,017
3720	223,749
4030	206,066
4340	186,969
4650	166,458



1.5 Пересчет паспортной характеристики ЦБН с воды на нефть

1) Определим коэффициент быстроходности:

2) Определим переходное значение числа Рейнольдса:

3) Определим значение числа Рейнольдса:

4),значит требуется пересчет характеристик насоса с воды на нефть.

- пересчет напора:

Для номинального напора 230 :

= 0,936·230 = 215,37 м

- пересчет подачи:



Для номинальной подачи 3600 /ч:

= 0,906·3600 = 3262 /ч

- пересчет КПД:

= = 10125000

Для номинальной подачи 3600 /ч:

= 66 %

б = 0,075; А = 500

Значения КПД для остальных значений подач приведены в таблице 3

- пересчет мощности:

= = 2,67 МВт

Значения мощности для остальных значений подач приведены в таблице 3



Таблица 3

Пересчитанные значения характеристик магистрального насоса с воды на нефть

,/ч	, м		, Вт
0	304,761	0	0
280,86	304,099	0,097	2199473,388
561,72	302,113	0,276	1540572,922
842,58	298,803	0,433	1455061,45
1123,44	294,169	0,504	1641787
1404,3	288,210	0,570	1779469,616
1685,16	280,928	0,618	1917820,473
1966,02	272,322	0,630	2128903,848
1966,02	272,322	0,636	2109711,842
2246,88	262,391	0,641	2302610,442
2527,74	251,137	0,647	2457772,936
2808,6	238,558	0,647	2594080,023
3089,46	224,656	0,653	2664249,175
3370,32	209,429	0,653	2709460,959
3651,18	192,878	0,653	2703283,347

Далее строим напорную характеристику магистрального насоса (рисунок 3)

Рисунок 4 Напорная характеристика НМ 3600-230

1.6 Расчет всасывающей способности ЦБН. Подбор подпорного насоса

Рисунок 5 Схема всасывающего трубопровода

Рассмотрим всасывающий трубопровод, запишем уравнения Бернулли для сечений 1-1 и 2-2.

= - 3 + - 0,415 - = 3,79 м; = 40 м;

следовательно бескавитационные условия не обеспечиваются.

Перед основным насосом на производстве ставят подпорный насос. Его назначение - создавать необходимое давление на входе в основной насос, чтоб обеспечить ему нормальные условия всасывания.

Подберем подпорный насос:

- два НПВ 3600-90 (), ;

= 4,8 м, n=1480 об/мин

Выполним аналитический расчет паспортной характеристики подпорного насоса:

НПВ 3600 - 90: =101,8 м, а=0, b=3·;

Составим таблицу 4 и запишем полученные значения подачи и напора

Таблица 4

Аналитический расчет паспортной характеристики подпорного насоса

Q,/ч
0	101,8
310	101,5117
620	100,6468
930	99,2053
1240	97,1872
1550	94,5925
1860	91,4212
2170	87,6733
2170	87,6733
2480	83,3488
2790	78,4477
3100	72,97
3410	66,9157
3720	60,2848
4030	53,0773
4340	45,2932
4650	36,9325

Пересчет паспортной характеристики НПВ с воды на нефть:

1) Определим коэффициент быстроходности:



2) Определим переходное значение числа Рейнольдса:

3) Определим значение числа Рейнольдса:

4),значит требуется пересчет характеристик насоса с воды на нефть.

- пересчет напора:

Для номинального напора 90 м:

= 0,919·90 = 82,71 м

- пересчет подачи:

Для номинальной подачи 3600 /ч:

= 0,88·3600 = 3168 /ч

- пересчет КПД:

= = 7461667

Для номинальной подачи 3600 /ч:

= 64 %

б = 0,1; А = 500

Значения КПД для остальных значений подач приведены в таблице 5

- пересчет мощности:

= = 1,03 МВт

Значения мощности для остальных значений подач приведены в таблице 5

Таблица 5

Пересчитанные значения характеристик магистрального насоса с воды на нефть

,/ч	, м		, Вт
0	93,5542	0	0
272,8	93,2892523	0,096482321	661275,7064
545,6	92,4944092	0,268340892	471473,5337
818,4	91,1696707	0,343717142	544213,2967
1091,2	89,3150368	0,412058035	592959,3015
1364	86,9305075	0,479107179	620452,0747
1636,8	84,0160828	0,522523321	659791,4764
1909,6	80,5717627	0,547371919	704688,3492
1909,6	80,5717627	0,547371919	704688,3492
2182,4	76,5975472	0,574868569	729012,5183
2455,2	72,0934363	0,579205106	766133,6787
2728	67,05943	0,58766712	780417,7973
3000,8	61,4955283	0,59766712	787233,4318
3273,6	55,4017312	0,628766712	773698,7391
3546,4	48,7780387	0,638347129	743270,4979
3819,2	41,6244508	0,58347129	683055,1354

Далее строим напорную характеристику подпорного насоса (рисунок 6)

Рисунок 6 Напорная характеристика подпорного насоса

1.7 Построение совмещенной характеристики насосов и трубопровода. Определение рабочей точки (режима работы)

Построим совмещенную характеристику насосов и трубопровода (рисунок 7)

Из рисунка 7 определяем рабочую точку А со значениями подачи = 3200 /ч и напора = 560 м. Так как отличается от заданной подачи Q = 3100 /ч, то необходимо выполнить регулирование режима работы.

2. Регулирование режимов работы.

2.1 Регулирование изменением кривой потребного напора

Выполним регулирование режимов работы трубопровода и насоса, чтобы получить требуемую подачу Q=3100/ч.

2.1.1 Дросселирование

Дросселирование заключается в том, что в нагнетательный трубопровод вводится дополнительное сопротивление - дроссель. Обычно это выполняется путем прикрытия задвижки на нагнетании.

(рисунок 8);

= 572 - 533 = 39 м

= 0,66·(1 - ) = 63,36 %

Потери КПД при дросселировании составляют более 2%, значит дросселирование использовать нельзя.

2.1.2 Байпасирование

Байпасирование заключается в перепуске части жидкости через обводной трубопровод - байпас. Байпасом называется обводной трубопровод, по которому часть нефти из нагнетательной линии может снова подаваться во всасывающую линию.

Д = - (рисунок 9);

Д = 3370 - 3100 = 270/ч

= 0,66(1 - ) = 62,55 %



2.2 Регулирование изменением напорной характеристики насоса

2.2.1 Обточка рабочего колеса по наружному диаметру

Для определения диаметра рабочего колеса после обточки построим параболу обточки (рисунок 10). Рассчитаем коэффициент параболы обточки через координаты точки B':

a = = = 570,6

По формуле построим параболу обточки. Значения для этой параболы обточки представлены в таблице 6.

Таблица 6

Расчет параболы обточки

,/ч	, м
0	0
280,86	3,472
561,72	13,888
842,58	31,249
1123,44	55,551
1404,3	86,804
1685,16	124,997
1966,02	170,137
1966,02	170,135
2246,88	222,218
2527,74	281,245
2808,6	347,216
3089,46	420,131
3370,32	499,991
3651,18	586,795
3932,04	680,543
4212,9	781,236

Так как точки B' и С лежат на одной параболе обточки, то для них можно применить формулу подобия:

Определим степень обточки:

= 1 - = 2.44 %

Так как коэффициент быстроходности равен 131, то степень обточки не должна превышать 15%, следовательно, обточку применить можно.

2.2.2 Регулирование изменением частоты вращения вала

Для определения новой частоты вращения построим параболу подобия (рисунок 11). Рассчитаем коэффициент параболы подобия через координаты точки B':

a = = = 570,6

По формуле построим параболу подобия. Значения для этой параболы подобия представлены в таблице 7.

Таблица 7

Расчет параболы подобия

,/ч	, м
0	0
280,86	3,472
561,72	13,888
842,58	31,249
1123,44	55,551
1404,3	86,804
1685,16	124,997
1966,02	170,137
1966,02	170,135
2246,88	222,218
2527,74	281,245
2808,6	347,216
3089,46	420,131
3370,32	499,991
3651,18	586,795
3932,04	680,543
4212,9	781,236

Так как точки B' и С лежат на одной параболе подобия (рисунок 11), то для них можно применить формулу подобия:

Данный метод регулирования является эффективным, так как при изменении числа оборотов вала насоса, КПД насоса при этом не меняется.

Построим новую характеристику насоса НМ 3600 - 230 (рисунок 12).

Для построения новой характеристики насоса возьмем на исходной напорной характеристике несколько произвольных точек K, L, M и по параметрам этих точек выделим коэффициенты параболы подобия:

= = = 25920;

= = = 3226;

= = = 485;

Значения напоров для парабол подобия определим по формуле и составим таблицу для расчета парабол подобия (таблица 8)

,/ч	, м	, м	, м
0	0	0	0
280,86	157,764	19,635	2,952
561,72	631,058	78,541	11,808
842,58	1419,882	176,718	26,568
1123,44	2524,234	314,165	47,232
1404,3	3944,116	490,884	73,800
1685,16	5679,528	706,873	106,272
1966,02	7730,469	962,133	144,648
1966,02	7730,469	962,133	144,648
2246,88	10096,937	1256,663	188,928
2527,74	12778,939	1590,465	239,112
2808,6	15776,467	1963,53	295,200
3089,46	19089,526	2375,880	357,192
3370,32	22718,113	2827,493	425,088
3651,18	26662,230	3318,377	498,888
3932,04	30921,877	3848,533	578,592
4212,9	35497,052	4417,958	664,200

Так как диаметр уже известен, то можно найти параметры точек K', L', M', которые подобны точкам K, L, M. Используем формулу подобия:

=· = 550· = 536,5 /ч;

=· = 1500· = 1463 /ч;

=· = 3370· = 3288 /ч;

=· = 605· = 590 м;

=· = 560· = 546 м;

=· = 410· = 400 м;

По найденным параметрам точек K', L', M' строим новую напорную характеристику насоса (рисунок 12):



Выводы

В проделанной курсовой работе для заданной трубопроводной схемы были подобраны магистральные и подпорные насосы и определены режимы работы. Был произведен пересчет паспортных характеристик ЦБН с воды на нефть.

Также было проведено четыре метода регулирования режима работы: дросселирование, байпасирование, обточка рабочего колеса по наружному диаметру и изменение частоты вращения вала. Наиболее эффективными способами являются обточка рабочего колеса по наружному диаметру и изменение частоты вращения вала. Дросселирование и байпасирование применять невыгодно из-за снижения КПД насоса.



Список литературы

1. Каталог Центробежные нефтяные насосы для магистральных трубопроводов: Москва 1981, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ.

2.. Сборник задач по гидравлике и газодинамике для нефтегазовых вузов. М.: Грифон, 2007. 304. И. М. Астахан, В. Г. Иванников, В. В. Кадет и др.

Размещено на Allbest.ru