ЛР 1-4 Рахимов С.М.. Лабораторная работа 1 Основные параметры центробежных насосов

• Название: Лабораторная работа 1 Основные параметры центробежных насосов
• Дата: 11.06.2022
• Размер: 180.53 Kb.
• Имя файла: ЛР 1-4 Рахимов С.М..docx
• Тип: Лабораторная работа; #585577
• страница: 2 из 4

Лабораторная работа №2

«Обеспечение бескавитационной работы насосов на НПС»
Теоретические основы

В процессе эксплуатации насосов давление, в какой-либо точке их всасывающего тракта может оказаться равным или меньшим давлению насыщенных паров жидкости. В этой точке жидкость практически мгновенно переходит в газообразное состояние, образуя пузырьки с паром. Данные пузыри потоком жидкости переносятся в область повышенного давления в проточной части насоса, где за счет повышения давления пар в пузырьках конденсируется и пузыри схлопываются. Рассмотренный процесс называется кавитацией. При схлопывании пузырьков в объем, ранее занимаемый ими, со всех сторон устремляется жидкость, и в точках схлопывания происходит сильный гидроудар со скачком давления в несколько сот атмосфер. Если в момент схлопывания пузырек находился на поверхности детали, отмеченный удар приходится по этой детали. Несмотря на значительный скачек давления мощность удара сравнительно невелика, ввиду небольших размеров пузырьков и деталь не разрушается. Однако в результате множественности ударов происходит интенсивное старение металла детали. Он теряет пластичность и становится хрупким. При очередной кавитации металл на поверхности детали выкрашивается - прочность детали снижается, ее поверхность становится шероховатой, что приводит к повышению потерь энергии внутри насоса и к снижению гидравлического и общего КПД насоса.

Отмеченные достаточно тяжелые последствия от кавитации являются весьма отдаленными по времени. Но существует негативные последствия, возникающие сразу же при кавитации:

1. 
   Резкое повышение вибрации насоса.
   
2. 
   Резкое падение напора и КПД, а также подачи.
   
3. 
   При сильно развитой кавитации полный срыв подачи.
   

Все перечисленное не допускает эксплуатацию насосов в кавитационном режиме. Наиболее кардинальное предотвращение кавитации - поддержание во всех точках всасывающего тракта давление выше давления насыщения паров жидкости.

Превышение давления над Р_S должно наблюдаться во всех точках всасывающего тракта и поэтому равняться, как минимум, потерям давления во всём всасывающем тракте, то есть:



или для большей гарантии



Таким образом, условие бескавитационной работы центробежного насоса в общем случае имеет вид

, (7)

или

, (8)

где Р_вх и Н_вх - соответственно давление и напор на входе всасывающего патрубка насоса.

При эксплуатации НС обеспечение бескавитационного режима работы контролируется по манометру, показывающему значение Р_вх. При проектировании станций выполнение условия бескавитационной работы проверяется расчетом. Для этого, обычно, используется выражение (8).

Проверка состоит в расчете Н_вх и сопоставлении его значения с правой частью (8). Для НС магистральных нефтепроводов Н_вх - остаточный напор предшествующих станций. Для НС, ведущих откачку жидкости из резервуара, что имеет место, например, на нефтебазах

, (9)

где Н₀ - располагаемый напор в начале всасывающего трубопровода;

h - общие потери напора во всасывающем трубопроводе.

В случае невыполнения условий (7) и (8) добиваются их выполнения. Способы, с помощью которых добиваются выполнения этих условий, наглядно прослеживаются из зависимостей (8) и (9).

Задача для самостоятельного решения

При проектировании насосной станции внешней перекачки для подачи нефти из резервуарного парка нефтепромыслов на ГНПС нефтепровода предварительно выбран насос, указанный в таблице 2.

Требуется проверить выполнение условия бескавитационной работы насоса, пользуясь справочными данными, приведенными в табл. 2. При невыполнении указанного условия предложить возможные решения, обеспечивающие его выполнение.

По одному из предложенных решений выполнить расчеты с определением требуемого значения параметра, изменение которого позволит добиться бескавитационной работы насоса.

Таблица 2. Исходные данные к задаче

№ вар	Параметры
	Насос	L, м	D×d, мм	Z0, м	Z , м	h0, м	Р0, МПа	Q, м3/ч	кгм	 мс	РS, мм. рт. ст.
15	НМ 500-300	515	377х9	27	25	1	0,1	485	872	38	430

Условные обозначения, принятые в таблице 2:

L – протяжённость трубопровода между НС и самым отдалённым от станции и резервуаром; D× - диаметр (наружный) и толщина стенки упомянутого трубопровода; Z₀ – геодезическая отметка оси раздаточного патрубка самого отдалённого от НС резервуара; Z - геодезическая отметка оси приёмного патрубка насоса; h₀ – минимальный уровень взлива нефти в резервуаре, отсчитываемый от оси раздаточного патрубка резервуара; Р₀ – давление паро-воздушной смеси в резервуаре; Q – производительность насосной станции;  - плотность перекачиваемой нефти;  - вязкость нефти, транспортируемой насосом; Р_S – давление насыщенных паров нефти.
а) условие бескавитационной работы центробежного насоса (1):

(1)

где P_s – давление насыщенным паров нефти, Па;

– плотность перекачиваемой нефти, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, равное 9,81м/с²;

Δh_доп–допустимый кавитационный запас насоса, равный 3м (в соответствии с технической характеристикой насоса НМ 710-280).

P_вх–давление на входе всасывающего патрубка насоса, определяется по формуле (2):

(2)

где P₀–давление паро-воздушной смеси в резервуаре, Па;

Z – геодезическая отметка оси приёмного патрубка насоса, м;

Z₀ – геодезическая отметка оси раздаточного патрубка самого отдалённого от НС резервуара, м;

h₀– минимальный уровень взлива нефти в резервуаре, отсчитываемый от оси раздаточного патрубка резервуара, м.

По формуле (2) произведем расчетP_вх:



Далее



Проверка условие бескавитационной работы центробежного насоса по формуле (1):



Условие бескавитационной работы насоса НМ 500-300 выполняется.

б) условие бескавитационной работы центробежного насоса (3):

(3)

где H_вх – напор на входе всасывающего патрубка насоса, расчитывается по формуле (4):

(4)

где Н₀ – располагаемый напор в начале всасывающего трубопровода;

h – общие потери напора во всасывающем трубопроводе.



Расчет требуемого напора ГНПС:

Проведем полный гидродинамический расчет трубопровода при Q_раб.

Определяем скорость потока:



где υ – скорость течения жидкости, [м/с]

Qmax_сек – расчетная максимальная секундная подача станции, [м³/сек];

D_вн - внутренний диаметр трубопровода, [м].



где D_н – наружный диаметр трубопровода, [мм];

δ – толщина стенки трубопровода, [мм].

= 377-2 359 мм



Режим течения жидкости в нефтепроводе:



где Qmax_сек – расчетная максимальная секундная подача станции, [м³/сек];

D_вн - внутренний диаметр трубопровода, [м];

ν_t ــ вязкость при расчетной температуре t, [Ст].

Re = = 35037

Определяем граничные значение числа Рейнольдса:



где D_вн - внутренний диаметр трубопровода, [мм];

e - абсолютная шероховатость трубопровода, , e = (0,1÷0,2)мм.



Режим течения – турбулентный так как Re_I < Re < Re_II

23933< 35037 < 1196667

Тогда



где λ – коэффициент гидравлического сопротивления.

Потери напора на трение в нефтепроводе:

Определяем потери напора на трение в нефтепроводе по формуле Дарси-Вейсбаха:



где h_τ – потери напора на трение в нефтепроводе, [м];

λ – коэффициент гидравлического сопротивления;

D_вн - внутренний диаметр трубопровода, [м];

L - длина трубопровода, [м];

υ – скорость течения жидкости, [м/с]

g ــ ускорение свободного падения, [м/с²].
м

Определяем полные потери напора в трубопроводе:



где H_п – полные потери напора в трубопроводе, [м];

h_l – потери напора на трение в нефтепроводе, [м];

ΔZ – разность геодезических отметок, [м];

1,02 1,2

Располагаемый напор для всасывающего трубопровода насоса НМ 500-300 составляет 300 м

условие бескавитационной работы центробежного насоса (3):



где Н₀ – располагаемый напор в начале всасывающего трубопровода;

h – общие потери напора во всасывающем трубопроводе.

Условие бескавитационной работы центробежного насоса выполняется:

(3)