Расчет и выбор насоса для заданной сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. расчет и выбор насоса для заданной сети

1.1 Определение физических параметров перекачиваемой жидкости

По заданию, таблице 2 и рис. 1 определяем следующие показатели перекачиваемой жидкости:

Таблица 2

Вид перекачиваемой жидкости	Плотность с20, кг/ м3	Кинематическая вязкость н20 *10-4, м2/с	Давление насыщенных паров рнас, Н/ м2
Мазут топочный (лёгкий)	890-970	11

- плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре t2 ,°С - из задания, определяется по формуле:

сt = с20 - б(t2 - 20), кг/м3 (1)

где б - коэффициент средних температурных поправок плотности нефтепродуктов (табл. 3)

= с20 - б(t2 - 20) =890-0,000647(150-20) =889,916(кг/м3)

= с20 - б(t2 - 20)=970-0,000542(150-20) =969,93(кг/м3)

= с20 - б(t2 - 20) =890-0,000647(350-20) =889,79(кг/м3)

= с20 - б(t2 - 20) =970-0,000542(350-20) =969,82(кг/м3)

Значения средних температурных поправок плотности нефтепродуктов

Таблица 3

Плотность при 20 град. Цельсия, с20 , г/см3	Температурная поправка на 1 град. Цельсия, б
0,8900 - 0,8999	0,000647
0.9000 - 0,9099	0,000633
0,9100-0,9199	0,00062
0,9200 - 0,9299	0,000607
0,9300 - 0,9399	0,000594
0,9400 - 0,9499	0,000581
0,9500 - 0,9599	0,000568
0,9600 - 0,9699	0,000555
0,9700 -0,9799	0,000542

жидкость напор трубопровод нагнетательный

Кинематическая вязкость н20 перекачиваемой жидкости определяется по таблице 2 или рис. 2.

По известному значению определим динамическую вязкость следующим образом:

(2)

где сt - плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре t2,°С - формула 1.

1.2 Определение потребного напора

1.2.1 Определение геометрической высоты подъёма жидкости (разности уровней жидкости в ёмкости и колонне)

Геометрическая высота подъёма жидкости определяется по формуле:

ДZ = Z2 - Z1 =12-2=10 (м) (3)

где: Z1 - уровень жидкости в ёмкости Е-1, м - по заданию;

Z2 - уровень жидкости в колонне К-1, м - по заданию.

1.2.2 Определение потерь напора

Потери напора на преодоление разности давлений в приёмном и напорном резервуарах определяется по формуле:

(4)

где: Р2 - абсолютное давление нагнетания (избыточное) в колонне К-1, Па - по заданию; Р1 - абсолютное давление всасывания (избыточное) в ёмкости Е-1, Па - по заданию; сt - плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре Т2 - формула 1, кг/м3.

1.3 Определение диаметров трубопровода во всасывающем и нагнетательном тракте

Зададимся рекомендуемой скоростью движения жидкости w, согласно таблицам 4, 5, 6 для заданного материала перекачивания и его вязкости.

В нагнетательном трубопроводе, согласно таблицам 4, 5, 6 принимаем среднее значение wH м/с;

Во всасывающем трубопроводе, согласно таблицам 4, 5, 6 принимаем среднее значение wВ м/с;

Определяем необходимый диаметр трубопровода, в соответствии с выбранной скоростью по формуле 5:

(5)

где: d - диаметр всасывающего или нагнетательного трубопровода, м;

Q - расход перекачиваемой жидкости, м3 /с (смотри задание);

w - скорость течения жидкости, м/с (согласно таблицам 4, 5, 6).

Таблица 4

Перекачиваемый материал	W, м/c
Жидкости в напорных трубопроводах	0,5…2,5
Жидкости во всасывающих трубопроводах	0,8…1,2

Таблица 5

Кинематическая вязкость в сСт	Рекомендуемая скорость в нагнетательном трубопроводе Wн, м/сек
438,5-877,2	1,0

Таблица 6

Кинематическая вязкость, сСт	Рекомендуемая скорость во всасывающем трубопроводе Wв, м/с
438,5..877,2	0,8

Для дальнейшего расчёта диаметров, необходимо расход Q выразить в м3/с, для этого заданный расход в часах поделим на 3600 секунд, получим:

(6)

Диаметр нагнетательного трубопровода:

(7)

в соответствии с таблицей ГОСТ 8732-58 (Приложение 2) выбираем ближайшее к стандартному значению диаметр dн1=324 мм (S=7,5 мм), dн2=245 мм (S=6,5 мм) .

Диаметр всасывающего трубопровода:

(8)

в соответствии с таблицей ГОСТ 8732-58 (Приложение 2) выбираем ближайшее к стандартному значению диаметр dв =273 мм (S=6,5 мм).

Уточняем скорость течения жидкости по стандартным внутренним диаметрам трубопроводов. Внутренний диаметр трубопровода dBH определяется по формуле:

dBH = d - 2S, (9)

где: d - наружный диаметр трубопровода по ГОСТ 8732-58 (Приложение 2), м;

S - толщина стенки трубопровода по ГОСТ 8732-58 (Приложение 2), м.

Для трубопровода нагнетания:

; (9а)

Для трубопровода всасывания:

; (9б)

Затем производим уточнение скорости в трубопроводе:

(10)

Скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе согласно формуле 12:

; (10а)

Это значение соответствует промежутку, из которого принята wн - таблицы 4, 5. Условие выполнено, следовательно, скорость определена верно

Скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе согласно формуле 10:

; (10б)

Это значение соответствует промежутку, из которого принята wв - таблица 4, 6. Условие выполнено, следовательно, скорость определена верно.

1.4 Определение режима течения жидкости в трубопроводах

Для определения режима течения жидкости в трубопроводах применяют критерий Рейнольдса, Re, который определяется по формуле:

, (11)

где: w - скорость течения жидкости, м/с (формула 10);

dвн - внутренний диаметр трубопровода, м (формула 9);

v - кинематическая вязкость жидкости, м2 /с (таблица 3, рис. 2).

Подставим известные значения и получим:

- Критерий Рейнольдса для трубопровода нагнетания:

; (11а)

- Критерий Рейнольдса для трубопровода всасывания:

; (11б)

Затем сравнивают число Re с значением зоны перехода от ламинарного режима течения жидкости к турбулентному, равное Re=2300. Число Re<2300, это означает, что в трубопроводах - ламинарный режим.

1.5 Определение коэффициента сопротивления трения

Для ламинарного режима в пределах Re<2300 коэффициент сопротивления трения жидкости определяем по формуле:

(12)

где Re - критерий Рейнольдса (формула 11). Коэффициент сопротивления трения жидкости определяют для нагнетательного и всасывающего трубопровода по - отдельности.

Определение длины трубопровода:

Длина нагнетательного трубопровода:

; (16)

где - данные из задания, м.

Длина всасывающего трубопровода:

?LB=L=15(м); (17)

где L - данные из задания.

1.6 Определение коэффициентов местных сопротивлений

Находим коэффициенты местных сопротивлений о по справочной литературе для элементов входящих, согласно заданию (рис. 1), во всасывающий и нагнетательный трубопроводы:

* одно сужение в районе перехода от ёмкости к трубе овх = 0,5;

* проходной вентиль оВ.П. = 1,3 ;

* одно колено с поворотом на 90° оП. = 0,34;

* одно отверстие при входе жидкости в насос оН. = 1;

* одно отверстие при входе жидкости оН = 0,5;

* один обратный клапан оО.К. =8;

* одно расширение при выходе жидкости из насоса овых = 1;

* теплообменник оТ = 50…100;

* диафрагма оД= 86.

Таким образом, сумма коэффициентов местных сопротивлений на всасывающем трубопроводе будет равна:

(18)

Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательном трубопроводе будет равна:

 (19)

=

1.7 Определение потерь напора на преодоление сил трения и местных сопротивлений

Потери напора на преодоление сил трения и местных сопротивлений ДН вычисляется по формуле:

, (20)

где: L - фактическая длина трубопровода (формула 16 для нагнетательного трубопровода или 17 для всасывающего трубопровода ), м; d - диаметр трубопровода - выбран по ГОСТ 8732-58 (Приложение 2), м; л - коэффициент трения (формулы 12, 13, 14, 15), м; - сумма местных сопротивлений на рассматриваемом тракте (формула 19 - для нагнетательного трубопровода или 18 - для всасывающего трубопровода); w - скорость течения жидкости (формула 10а - для нагнетательного трубопровода, формула 10б - для всасывающего трубопровода), м/с.

Суммарная потеря напора во всасывающем трубопроводе:

; (20а)

Суммарная потеря напора в нагнетающем трубопроводе:

; (20б)

1.8 Определение потребного напора насоса

Потребный напор определяют путём сложения рассчитанных составляющих, а именно, геометрической разницы уровней в ёмкости и в колонне, потерь на преодоление разницы давлений в ёмкости и в колонне, а также местных суммарных потерь напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, плюс 5…8% на неучтённые потери.

(21)

где: к - коэффициент запаса на неучтенные потери потребного напора (1,05…1,08); ДZ - геометрическая высота подъёма жидкости (формула 3); ДНр - потери напора на преодоление разности давлений в приёмном и напорном резервуарах (формула 4); ДНВ - суммарная потеря напора во всасывающем трубопроводе (формула 20а); ДНН - суммарная потеря напора в нагнетательном трубопроводе(формула 20б); ДНТ - потери напора в теплообменнике, если не было учтено в формуле 19.

2. ВЫБОР НАСОСА. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА

Поэтому, следуя полученным и заданным параметрам работы: ,Q =149(м3/ч) подбираем нефтяной консольный насос, удовлетворяющий этим характеристикам ГОСТ 23447-79 [9]:

НК 560/335-120

· Ротор 1

· Обточка а

· n=2950 об/мин.

После выбора насоса подбирают необходимый двигатель по [7] или каталогам двигателей, удовлетворяющий требованиям по мощности:

Nдв > Nнасоса, где

Nнасоса = с*g*Н*Q (22)

Где с - плотность перекачиваемой жидкости (формула 1), кг/м3; g - ускорение свободного падения; Н - напор (формула 21), м; Q - расход жидкости - по заданию, м3/с.

Nнасоса = 889,916*9,81*154,767*0,041= 55396,234(Вт)

Nнасоса = 969,93*9,81*154,767*0,041= 60377,013(Вт)

Nнасоса = 889,79*9,81*154,767*0,041= 55388,391(Вт)

Nнасоса = 969,82*9,81*154,767*0,041= 60370,165(Вт)

Nнасоса max= 60кВт

По характеристике насоса N =150 кВт

Эл. Двигатель : АИР 315S2:

· мощность 160 кВт

· частота вращения 3000 об/мин

· КПД 94,5 %

· Коэффициент мощности 0,92

· Масса 940 кг.

3. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТИ В МАСШТАБЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСА

Рабочая точка определяется путём пересечения рабочих характеристик насоса и сети. Графическое изображение характеристики сети представим выражением:

; (23)

Обозначим через а, а выражение в квадратных скобках через b, получим:

; (24)

где ;

Подставляя данные из предыдущих расчётов значения в выражение и значение Q, в разные моменты времени, строим характеристику сети по таблице 7 и совмещаем её с характеристикой насоса. На пересечении двух характеристик определяют «рабочую точку» насоса.

0 =

30 =

60 =

90 =

120 =

149 =

Затем строим характеристику сети и насоса с указанием рабочих точек

Характеристика сети

Таблица 7.1

Q, м3/ч	0	30	60	90	120	149
Q, м3/c	0	0,008	0,017	0,025	0,033	0,041
Н, м	37,155	38,625	43,794	51,512	62,171	75,770

Так как рабочая точка не совпадает, определяем значение коэффициента b:

=

Характеристика сети

Таблица 7.2

Q, м3/ч	0	30	60	90	120	149
Q, м3/c	0	0,008	0,017	0,025	0,033	0,041
Н, м	37,155	41,633	57,375	80,883	113,347	154,767

4. ПРОВЕРКА НА БЕСКАВИТАЦИОННУЮ РАБОТУ НАСОСА

Проверку величины кавитационного запаса производят по формуле:

; (25)

где: ДНВ - потери напора во всасывающем трубопроводе, (формула 17а), м; рнас - давление насыщенных паров при температуре t = 20 °С (табл. 2), Па; ризб - избыточное давление в ёмкости Е-1 (р1- по заданию), Па; ДZ - геометрическая высота подъёма жидкости (формула 3); Дhдоп - допустимый кавитационный запас, м (по характеристике выбранного насоса); г - удельный вес жидкости:

г1 = сt g =889,916*9,81= 8730,076

г2 = сt g =969,93*9,81=9515,013 (26)

где сt - плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре работы насоса Т1 ,°С (формула 1); g - ускорение свободного падения, м/c2.

Условие не выполнено, изменяем исходные данные длины всасывающего трубопровода, уменьшаем длину в 2 раза : L = 7,5 м. Произведем повторный расчёт:

Длина всасывающего трубопровода:

?LB=L=7,5(м); (17)

Суммарная потеря напора во всасывающем трубопроводе:

; (20а)

Потребный напор:

Следуя полученным и заданным параметрам работы: ,Q =149(м3/ч) подбираем нефтяной консольный насос, удовлетворяющий этим характеристикам ГОСТ 23447-79 [9]:

НК 200/120-210

· Ротор 1

· Обточка г

· n=2950 об/мин

После выбора насоса подбирают необходимый двигатель по [7] или каталогам двигателей, удовлетворяющий требованиям по мощности:

Nдв > Nнасоса, где

Nнасоса = с*g*Н*Q (22)

Где с - плотность перекачиваемой жидкости (формула 1), кг/м3; g - ускорение свободного падения; Н - напор (формула 21), м; Q - расход жидкости - по заданию, м3/с.

Nнасоса = 889,916*9,81*138,25*0,041= 49484,253(Вт)

Nнасоса = 969,93*9,81*138,25*0,041= 53933,474(Вт)

Nнасоса = 889,79*9,81*138,25*0,041= 49477,247(Вт)

Nнасоса = 969,82*9,81*138,25*0,041= 53927,358(Вт)

Nнасоса max= 54кВт

По характеристике насоса N =85 кВт

Эл. Двигатель : 5АМ250М2:

· мощность 90 кВт

· частота вращения 3000 об/мин

· КПД 93 %

· Коэффициент мощности 0,91

· Масса 455 кг.

5. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТИ В МАСШТАБЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСА

Рабочая точка определяется путём пересечения рабочих характеристик насоса и сети. Графическое изображение характеристики сети представим выражением:

; (23)

Обозначим через а, а выражение в квадратных скобках через b, получим:

; (24)

где ;

Подставляя данные из предыдущих расчётов значения в выражение и значение Q, в разные моменты времени, строим характеристику сети по таблице 7.3 и совмещаем её с характеристикой насоса. На пересечении двух характеристик определяют «рабочую точку» насоса.

0 =

30 =

60 =

90 =

120 =

149 =

Затем строим характеристику сети и насоса с указанием рабочих точек

Таблица 7.3

Q, м3/ч	0	30	60	90	120	149
Q, м3/c	0	0,008	0,017	0,025	0,033	0,041
Н, м	37,155	38,397	42,765	49,288	58,296	69,788

Так как рабочая точка не совпадает, определяем значение коэффициента b:

=

Таблица 7.4

Q, м3/ч	0	30	60	90	120	149
Q, м3/c	0	0,008	0,017	0,025	0,033	0,041
Н, м	37,155	41,004	54,535	74,742	102,647	138,25

6. ПРОВЕРКА НА БЕСКАВИТАЦИОННУЮ РАБОТУ НАСОСА

Проверку величины кавитационного запаса производят по формуле:

; (25)

где: ДНВ - потери напора во всасывающем трубопроводе, (формула 17а), м; рнас - давление насыщенных паров при температуре t = 20 °С (табл. 2), Па; ризб - избыточное давление в ёмкости Е-1 (р1- по заданию), Па; ДZ - геометрическая высота подъёма жидкости (формула 3); Дhдоп - допустимый кавитационный запас, м (по характеристике выбранного насоса); г - удельный вес жидкости:

г1 = сt g =889,916*9,81= 8730,076

г2 = сt g =969,93*9,81=9515,013

где сt - плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре работы насоса Т1 ,°С (формула 1); g - ускорение свободного падения, м/c2.

Условие выполнено, следовательно, запас выдержан.

7. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ НАСОСА

Основные детали сборочные единицы насоса НК 200/120-210 с вертикально расположенными входном и выходном патрубками (Приложение): корпус 2 спирального типа, крышка 3, сдвоенный направляющий аппарат 6, корпус подшипника 4, ротор 1, рабочее колесо 1-й ступени 2, рабочее колесо 2-й ступени 3 и уплотнение вала 1.

Для выбранного насоса и заданных условий работы наиболее подходящим является торцевое уплотнение типа ОНК (одинарное) для нефтепродуктов (давление 3,5МПа, температура -15°С…+200°С).

Для снижения давления на уплотнение вала на высоконапорной стороне насоса предусмотрено разгрузочное устройство.

Рабочие колеса - одностороннего входа жидкости.

Опоры вала - шарикоподшипники: два шариковых радиальных однорядных 25 и двухрядный сферический шариковый радиальный подшипник 26. Смазка подшипников - жидкостная, циркуляционная, осуществляемая масляным туманом.

Данный насосный агрегат комплектуется взрывобезопасным электродвигателем 5АМ250М2 мощностью 90 КВт с номинальной частотой вращения 3000 об/мин.

Насос и электродвигатель устанавливают на общей фундаментальной плите; их валы соединяют упругой муфтой.

Графическая часть проекта состоит из 3 листов формата А1:

1) установка насосная НК 200/120-210;

2) сборочный чертёж насоса НК 200/120-210;

3) сборочный чертёж:

а) ротор;

б) колесо рабочее 1-й ступени;

в) колесо рабочее 2-й ступени;

г) характеристики насоса и сети.

И 1 листа формата А2 - чертеж вала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсовой работы изучают заданную технологическую схему. После установления всех гидравлических сопротивлений определяют потребный напор. На основании этого подбирают нефтяной консольный насос типа Н с несколькими рабочими колесами. Выбранный насос проверяют гидравлически и механически. Гидравлический расчёт заключается в определении бескавитационного запаса. Расчёт показал, что насос обладает необходимым бескавитационным запасом и запасом по напору. Большой запас по напору может быть минимизирован обточкой рабочего колеса и дросселированием рабочей сети.

Определяют основные параметры работы насоса, а именно:

Q , м3/ч - подача;

Н, м - развиваемый напор;

знас - КПД;

N, кВт- мощность.

Размещено на Allbest.ru