 |
Определение истинных скоростей движения жидкости
|
|
|
|
Истинную скорость определяли, согласно [6, c.3], по формуле:
(6)
где dвн- внутренний диаметр трубопровода, м.
Dвн = dнар - 2×d (7)
Для всасывающего и нагнетательного трубопроводов:
dВН.ВС = 245– 2×7 = 231 мм > 220 мм,
dВН.НАГ =180 – 2×5 = 170 мм = 170 мм.
Подставив численные значения в формулу (6), получим истинные скорости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах:
;
Определение расчетного сопротивления сети и построение ее
Характеристики
Напор сети, который необходимо создать в сети для пропуска заданной подачи определяем, согласно [6, c.4], по формуле:
(8)
где НС – сопротивление (напор) сети, м;
НГ – геометрический напор, м;
Р1, Р2 – давление в резервуарах, соответственно, Н/м2;
g – удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м3;
hВС, hН – потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях, м.
определяемых согласно [6, c.4] по формулам:
, (9)
, (10)
где 1,05 – коэффициент, учитывающий местные потери в трубопроводах;
lВС, lн – коэффициент сопротивления по длине всасывающей и нагнетательной линий;
lвс и lн – длины трубопроводов, м;
Vвс,Vн – скорость движения жидкости, м/с;
dвн.вс и dвн.н – внутренние диаметры трубопроводов, м;
Геометрический напор определим по формуле:
НГ = К – Н, (11)
где К – Н – разность геометрических отметок начального и конечного сечения трубопровода, м
НГ = 50 - 3 = 47 м.
Вычислим разность давлений в конечном и начальном сосудах и выразим в метрах столба перекачиваемой жидкости.
(Р2-Р1)/g = (0,36 - 0,1)×106/7768 = 33,47 м. (12)
Числа Рейнольдса определим по формуле:
, (13)
где V – скорость нефти в трубопроводах, м/с;
d – диаметры трубопроводов, м;
ν – кинематический коэффициент вязкости нефти, м2/с.
|
|
|
Подставив числовые значения в формулу (13),получим:
Для новых бесшовных стальных труб абсолютную шероховатость согласно [6, с.6] принимаем равной D = 0,03 мм.
Вычисляем отношения внутренних диаметров трубопроводов к абсолютной шероховатости D:
dвс/D = 231/0,03 = 7700;
dн /D = 170/0,03 = 5667.
10×dвс/D = 77000; 10×dн/D = 56670.
500× dвс/D = 3850000; 500× dн/D = 2833500.
Так как для обоих трубопроводов 10 × d/D < Re< 500 × d/D, то коэффициент гидравлического сопротивления и для всасывающего и для нагнетательного трубопровода определяем, согласно [6, c.6], по формуле Альтшуля
(14)
После подстановки числовых значений в формулу (14) получим:
Потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах определим по формулам (10) и (11):
hвс = 1,05×0,01668×70×1,362/(0,231×2×9,81) = 0,50 м;
hн = 1,05×0,01620×600×2,502/(0,17×2×9,81) = 19,12 м.
Найдем потери напора в остальных элементах сети.
Потери давления в фильтре hф, в диафрагме hд, в теплообменнике hт и в клапане hкл определим по формулам:
(15)
Подставляя численные значения в формулы (15) и просуммировав, получим:
Shi = (DPф + DPд + 3DPт + DРкл)/g = (0,1 + 0,02 + 3 × 0,05 + 0,12)×106/7768 = 50,21 м.
Подставив найденные численные значения в формулу (8) и определим суммарное сопротивление сети:
Hc = 47 + 33,47 + 0,50 + 19,12 + 50,21 = 150,3 м.
Для построения характеристики сети воспользуемся уравнением, записанным согласно [6, c.7]:
, (16)
где 
- статический напор сети, не зависящий от подачи жидкости, м;
- коэффициент сети, ч2/м5; (17)
Q- подача жидкости, м3/ч.
Определяем статический напор сети:
H0 = 47 + 33,47 = 80,47 м.
Коэффициент сети равен:
K = (0,50 + 19,12 + 50,21) ×1/2052 = 0,0016616 ч2/м5.
Задавшись несколькими значениями подачи в пределах от 0 до 1,2Qp, определяем сопротивление сети для каждой из них.
Результаты вычислений сведем в таблицу 2.
Таблица 2- Расчет сопротивления сети
| Q, м3/ч | Q2, м6/ч2 | К, ч2/м5 | КQ2, м | Н0, м | НС=Н0+KQ2, м |
| 0,0016616 | 0,00 0,66 2,66 5,98 10,63 16,62 23,93 32,57 42,54 53,84 66,46 69,83 80,42 95,71 112,32 | 80,47 | 80,5 81,1 83,1 86,5 91,1 97,1 104,4 113,0 123,0 134,3 146,9 150,3 160,9 176,2 192,8 |
|
|
|
Используя данные таблицы 2, строим характеристику сети (см. рисунок 2).
Выбор насоса
Выбор типа и марки насоса
Для заданных условий эксплуатации, то есть при перекачивании Приволжской нефти с вязкостью n = 1,84×10-6 м2/c при температуре плюс 60°С, наиболее целесообразно использовать центробежный насос. Он экономичнее, дешевле, чем насосы других типов.
По заданной подаче Qр = 205 м3/ч и вычисленному сопротивлению сети Нс = 150,3 м, по каталогу нефтяных центробежных насосов [5] предварительно выбираем два насоса следующих марок:
1) НК200/210А(1б); n = 2950 об/мин – одноступенчатый, одностороннего входа жидкости, с направляющим аппаратом, с ротором типа 1б;
2) НК200/120-210(1б); n = 2950 об/мин - двухступенчатый консольный, с направляющим аппаратом, с ротором типа 1б;
3) НК200/210А(1в); n = 2950 об/мин – одноступенчатый, одностороннего входа жидкости, с направляющим аппаратом, с ротором типа 1в;
Произведем сравнение характеристик этих насосов (см. рисунок 3).
Для насоса НК200/210А(1б):
DQ = 100%×(QA1-Qp)/Qp=100%× (226,0-205)/205 = 10,24%; (18)
DН = 100%×(HA1-Hp)/Hp=100%× (165,8-150,3)/150,3 = 10,31%; (19)
Dh = hmax - h = 71,5 – 67,5 = 4,0%. (20)
Для насоса НК200/120-210(1б):
DQ = 100%×(QA1-Qp)/Qp=100%× (221,2-205)/205 = 7,90%; (21)
DН = 100%×(HA1-Hp)/Hp=100%× (162,3-150,3)/150,3 = 7,98%; (22)
Dh = hmax - h = 68,3 – 61,1 = 7,2%. (23)
Для насоса НК200/210А(1в):
DQ = 100%×(QA1-Qp)/Qp=100%× (205-205)/205 = 0; (24)
DН = 100%×(HA1-Hp)/Hp=100%× (150,3-150,3)/150,3 = 0; (25)
Dh = hmax - h = 70,5 – 68,6 = 1,9%. (26)
Из рассмотренных 3-х насосов однозначно выбираем насос НК200/210А(1в), не требующий регулирования и имеющий более высокий КПД, режимная точка находится в оптимальной зоне (отклонение КПД от максимального значения менее 5%).
2.2 Комплексная характеристика центробежного насоса.
Комплексная характеристика выбранного центробежного насоса, представляющая графические зависимости развиваемого напора Н, потребляемой мощности N, К.П.Д. η и допустимого кавитационного запаса напора Δhдоп от подачи насоса Q, построили согласно [5, с.12]. На эту комплексную характеристику также нанесли характеристику сети (рисунок 4).
|
|
|
2.3 Пересчёт характеристик центробежного насоса с воды
на вязкую жидкость.
Пересчёт характеристик насоса с воды на вязкую жидкость не производили, вследствие малой вязкости Приволжской нефти: νр = 0,0184–4 м2/с, что меньше, чем νпред = 0,53·10 – 4 м2/с [6, с.10].
2.4 Характеристики центробежного насоса
Техническая характеристика насоса НК200/210А(1в) дана в таблице 3, устройство показано на рисунке 5, материалы деталей насоса – в таблице 4, установочные размеры – на рисунке 6 и в таблице 5.
Таблица 3 - Техническая характеристика насоса НК200/210А(1в).
| Вариант ротора | Входной патрубок D, мм | Выходной патрубок D1, мм | Подача м3/ч | Напор, м | Частота вращения, об/мин | КПД, % | Условное давление корпуса, кгс/см2 | ||||||
| 1в | 70,5 | ||||||||||||
| Продолжение таблицы 3. | |||||||||||||
| Допустимый кавитационный запас Dhдоп,, м | Габаритный размер, мм | Масса насоса без привода, кг | Диаметр раб. ко-леса, мм | Ширина лопатки b2, мм | Мощность, кВт | Завод изготовитель | |||||||
| 3,7 | 2500х910х1000 | Бобруйский машзавод | |||||||||||
1 – вал; 2 – подшипниковый кронштейн; 3 – уплотнение; 4 – крышка;
5 – рабочее колесо; 6 – корпус; 7 – направляющий аппарат; 8 - уплотнительное кольцо.
Рисунок 5 - Насос типа К с направляющим аппаратом.
Таблица 4 – Материалы деталей насоса НК200/210А(1в)
| Сборочная единица | Деталь | Марка материала, твердость поверхности детали |
| Корпус | Корпус насоса Крышка корпуса Направляющий аппарат Диафрагма | Сталь 25Л-II |
| Нажимная втулка сальника | Сталь 25Л-II | |
| Уплотнительные кольца и вкладыши щелевых уплотнений Разгрузочная втулка | Сталь 40Х HRC 28 - 32 | |
| Ротор | Вал | Сталь 40Х |
| Рабочее колесо | Сталь 25Л-II | |
| Уплотнительные кольца и втулки, щелевые уплотнения Разгрузочный барабан | Сталь 40Х HRC 52 - 56 | |
| Защитная гильза | Сталь 95Х18 HRC 52 - 58 |
Так как Приволжская нефть не относится к агрессивным средам и температура ее перекачки не превышает плюс 200°С, то, согласно [5, с.7] выбираем вариант исполнения насоса по материалу С, то есть детали проточной части насоса изготовлены из углеродистой стали.
|
|
|
Рисунок 6 – Установочный чертеж насоса НК200/210А.
Таблица 5 – Установочные размеры (мм) и масса (кг) насоса НК200/210А.
| А | А1 | Б | Г | Е | Ж | И | К | Л | М | Н | |||||
| Продолжение таблицы 5. | |||||||||||||||
| П | Р | С | Т | Ф1 | Ф | Входной патрубок | |||||||||
| а | О | D | d | ||||||||||||
Продолжение таблицы 5.
| Выходной патрубок | Масса | ||||
| а1 | О1 | D1 | d1 | насоса | агрегата без привода |
Примечание. 1. Размеры L, B4, B5, Ж1 – по электродвигателю.
2. L1 = L + 190 + A1 + E + P.
|
|
|
