Методика решения задачи № 2

В паспортах и справочной литературе приведены характеристики насосов, снятые при работе насосов на воде. Так как перекачиваемый продукт имеет большую, чем вода вязкость, то подача, напор и КПД насоса будут уменьшаться, а потребляемая мощность увеличивается из-за резкого падения КПД. Поэтому пересчитывают характеристику насоса с воды на нефть.

1. Определяют число Рейнольдса для колеса

где q_ном - номинальная подача насоса, м³/сек

где Q_час - номинальная подача насоса, м³/час (см. рабочую точку рис.16);

Д_экв - эквивалентный диаметр рабочего колеса насоса, м;

м,

где Д _к - наружный диаметр рабочего колеса, м (в расчет берется диаметр колеса после

обточки);

в - ширина лопатки рабочего колеса по характеристике, м;

к - коэффициент сужения сечения лопатки рабочего колеса на выходе; ([1]стр.50)

2. В зависимости от числа Рейнольдса определяются коэффициенты пересчета подачи к_Q, напора к_Н ,КПД к_h ( [1]стр.49 рис.3.3)

3. Определяются действительные подача, напор, КПД насоса

м³/ч

м

%

где Q, Н - параметры насоса с обточенным колесом

Методика решения задачи № 3

1 Определяется потребляемая насосом мощность (мощность на валу насоса)

кВт

где g - ускорение свободного падения, g = 9,81м/сек²

2. Определяется мощность электродвигателя для привода насоса

кВт

где к_з - коэффициент запаса

к_з = 1,1 , т.к. N_н > 500 кВт ([1] стр.50)

h_дв - КПД электродвигателя ([26] стр.158-166)

3. Выбирается электродвигатель для привода насоса по справочной литературе ([26],с.127-185)

Техническая характеристика электродвигателя

Номинальная мощность Номинальное напряжение Коэффициент полезного действия cos φ Частота вращения

N (Р), кВт Uном, кВ ηдв % n, об/мин

4.5 Примеры решения задач контрольной № 1 Пример решения задачи 1

1 Гидравлический расчет нефтепровода

1.1 Пропускная способность нефтепровода – это максимальное количество нефти, которое может быть перекачено по нефтепроводу при экономически оптимальном использовании принятых расчетных параметров и установившемся режиме.

Определяется объемная секундная пропускная способность нефтепровода.

, м³/с,

где Gсут		–		массовая суточная пропускная способность нефтепровода, кг/сут. Gсут = 79000 т/сут = 79·106 кг/сут
24	–		число часов в сутках
3600	–		число секунд в часе
r	–		плотность перекачиваемой нефти, кг/м3;

м³/с

1.2 Определяется скорость движения нефти

, м/с,

где d – внутренний диаметр нефтепровода, м

d = D_н – 2 · d, м

d = 0,82 – 2 · 0,008 = 0,802, м

, м/с,

1.3 Определяем режим движения нефти, который характеризуется числом Рейнольдса

где

–

кинематическая вязкость нефти, , = 13,5·10-6 .

Т.к Re > 2300, то режим движения турбулентный.

Турбулентное движение – это движение жидкости при больших скоростях, при котором в движении жидкости нет видимой закономерности и отдельные частицы, перемешиваясь между собой, движутся по самым причудливым все время изменяющимся траекториям весьма сложной формы (хаотично).

1.4 Т.к. режим движения турбулентный, то определяется зона трения.

Определяется первое переходное число Рейнольдса

,

где

–

абсолютная шероховатость труб, м. Для сварных новых чистых труб = 0,00005 м

Т.к. 2300 < Re < Re_1пер, т.е. 2300 < 126011,94 < 641600, то это зона гладкого трения (гидравлически гладких труб, Блазиуса).

1.5 В зависимости от режима движения и зоны трения определяются коэффициенты m, A, β. Выбираются коэффициенты m = 0,25, A = 0,3164, β = 0,0247, т.к. режим движения турбулентный в зоне Блазиуса.

1.6 Строится характеристика трубопровода по уравнению

, м

где

–

разность геодезических отметок начала и конца нефтепровода и требуемого избыточного напора в конце трубопровода.

,

где L

–

длина нефтепровода, м. L = 110000 м.

, м

Задаваясь значениями Q_с, определяют соответствующие им значения Н_о (таблица) и строят характеристику трубопровода 1 (рис .17)

Таблица – Расчетные данные

Qс, м3/с	Qч = 3600 · Qс, м3/ч	Но= ƒ· Qc2-m + ∆z, м
0,5	1800	169,7
1,071	3852	553,08
1,39	5000	865

2. Выбор оборудования ПС

2.1 Насосы выбираются предварительно из нормального ряда насосов по часовой подаче Q_ч = 3852 м³/ч. Выбирается ближайший по подаче насос 24НД–14×1.

Техническая характеристика насоса 24НД –14×1

Номинальная подача, м3/ч	Q = 4000
Развиваемый напор, м	H = 220
Допускаемый кавитационный запас сверх упругости насыщенных паров, не менее, м	Δh1 = 40
КПД, %	η = 87
Частота вращения, об/мин.	n = 2985
Наружный диаметр рабочего колеса, мм	Dk = 470
Ширина лопатки, мм	b = 84

2.2. Определить напор, необходимый на перекачивающей станции

, м

где		–		допускаемый кавитационный запас для выбранного насоса, = 40м
	–		потеря напора во всасывающем трубопроводе следующей станции, м. Рекомендуется = 5÷15 м, выбирается hвc = 15 м.
	–		потери напора в нагнетательных трубопроводах данной станции, м. Рекомендуется hнг = 5 ÷ 15 м, выбирается hнг = 15 м
	–		потери напора в трубопроводных коммуникациях, м. Рекомендуется hрез = 5 ÷ 15м, выбирается hрез = 15 м

2.3 Определяется напор, необходимый на ПС

Н_ПС = Н_о + ∆h₁ + h_вс + h_нг + h_рез, м,

Н_ПС = 533,08 + 40 + 15 + 15 + 15 = 618,08 м

2.4 Определяется число насосов, соединенных последовательно

где Н – напор насоса по характеристике, м, Н = 220 м.

К установке принимается 4 насоса: 3 рабочих и 1 резервный.

2.5. Определяется напор, который должен давать один насос

,м

м

2.6 Чтобы выбрать наиболее оптимальный режим работы насосов, нормами технологического проектирования рекомендуется напор насосов привести в соответствие с требуемым напором ПС путем обрезки рабочих колес насоса. При этом во избежание значительного снижения КПД насосов необходимо уменьшить диаметр колес не более чем на 10%.

Диаметр колеса после обточки равен

где D_к – наружный диаметр рабочего колеса, D_k = 0,47 м.

м

2.7 Определяется размер обточки колеса

∆D_к = D_к - D_к' = 0,47 – 0,45 = 0,02м

Так как ∆D_к < 10%, т. е. 4.25% < 10%, то обточка колеса произведена в допустимых пределах.

2.8 Определяется снижение напора при работе с обточенным колесом

∆Н = Н – Н' = 220 – 206,3 = 13,97 м

2.9 Суммарная характеристика насосов ПС строится, исходя из количества насосов и схемы их соединения. Так как произведена обточка колеса, то это обстоятельство учитывается при построении характеристики.

Определяет режим работы насосов на данный нефтепровод и обосновывает правильность выбора насосов построенная совмещенная характеристика трубопровод – насосная станция (рис.17), на которой находится рабочая точка А(3852;580).

Рисунок 17 - Совмещенная характеристика “трубопровод - насосная станция”

1 - характеристика трубопровода; 2 – характеристика одного насоса по паспорту;

3 - действительная характеристика одного насоса с обточенным колесом;

4 - суммарная характеристика ПС, оборудованной тремя насосами с обточенными колесами,

соединенными последовательно; А(3582; 580) - рабочая точка;