подбор насоса для перекачки жидкости. пр. Министерство науки и высшего образованияроссийской федерации

• Название: Министерство науки и высшего образованияроссийской федерации
• Анкор: подбор насоса для перекачки жидкости
• Дата: 07.05.2022
• Размер: 209.14 Kb.
• Имя файла: пр.docx
• Тип: Практическая работа; #516245

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Дальневосточный федеральный университет»

(ДВФУ)




Политехнический институт (школа)

Департамент нефтегазовых технологий
Практическая работа

по дисциплине:

Насосы и компрессоры в нефтегазовой отрасли

Выполнила: студентка гр. Б3119-21.03.01-эоотх, О.Е. Смолякова

Проверила: Кандидат технических наук ___________ Л.В. Андреева _______________________

г. Владивосток
2022

Исходные данные

Перекачиваемая жидкость – Толуол; температура жидкости t = 80 ºС; расход жидкости 11 л/с; геометрическая высота подъема жидкости 26 м; давление в исходном резервуаре Р₁ 0,12 МПа; давление в приемном резервуаре Р₂ 0,2 МПа; длина всасывающей линии l₁ = 10 м; общая длина трубопровода L= 145 м; количество отводов на нагнетательной линии – 4.

Рис. 1 – Схема насосной установки Местные сопротивления на трубопроводе

Вид местного сопротивление	Количество, шт
Всасывающая линия
Обратный клапан с защитной сеткой	1
Плавный поворот на 90º (отвод)	2
Нагнетательная линия
Задвижка (вентиль)	1
Плавный поворот на 90º (отвод)	4
Выход из трубы	1

86
Решение

1. Определение диаметра трубопровода всасывающей и нагнетательной линии
Расчет внутреннего диаметра трубопровода по формуле (1) выполняется отдельно для всасывающей и нагнетательной (напорной) линий. При этом скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе принимают равной 0,8 м/с, а скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе – 1,5 м/с. Тогда внутренний диаметр всасывающего трубопровода составит:

(1)



где, Q – объемный расход жидкости в трубопроводах, м3/с;

– скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с.

расчетный диаметр нагнетательного трубопровода составит:


Действительный диаметр трубы выбирают из ряда размеров труб, выпускаемых промышленностью (приложение А).

Выбираем стандартный размер всасывающего трубопровода d_н1×δ₁ =

= 159×5,0 мм. Тогда внутренний диаметр всасывающего трубопровода согласно формуле (2) будет равен:

(2)

<sup>где – внутренний диаметр нагнетательного трубопровода, м;

н – наружный диаметр нагнетательного трубопровода, м;

– толщина стенки нагнетательного трубопровода, м.

d1 159 103  2  5 103  0,149</sup> м.

Выбираем стандартный размер нагнетательного трубопровода d_н2×δ₂ =

= 108×5,0 мм. Тогда внутренний диаметр нагнетательного трубопровода будет равен:

^{d2 108 103  2  5 103  0,098} м.
2. Определение истинной скорости движения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводе

Скорость движения жидкости в трубопроводе определяется по формуле:

(3)

По принятому действительному диаметру трубы пересчитаем скорость жидкости во всасывающей линии:

По принятому действительному диаметру трубы пересчитаем скорость жидкости в нагнетательной линии:

3. Определение режима движения жидкости в трубопроводах

Режим движения жидкости определяется по значению критерия Рейнольдса по формуле (4).

Плотность и динамический коэффициент вязкости муравьиной кислоты при 80ºС составляют ρ=808кг/м³, = 0,319 мПа·с, тогда для всасывающей линии:

(4)
где – скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

d – внутренний диаметр трубопровода, м;

– плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре,

кг/м3;

– динамический коэффициент вязкости перекачиваемой жидкости при

заданной температуре, Па·с.
Режим движения - турбулентный.

Для нагнетательной линии:

Режим движения - турбулентный.

4.Расчет коэффициента трения для нагнетательного и всасывающего трубопровода

Так как Re>2320, коэффициент трения определяется по графику Г. А. Мурина или рассчитывается по формуле А. Д. Альтшуля  формула (5).
(5)

где, – коэффициент трения;

– абсолютное значение эквивалентной шероховатости, м.

Выбираем для трубопровода стальные цельносварные трубы с незначительной коррозией тогда согласно справочным данным абсолютная величина эквивалентной шероховатости составит Δ = 0,2 мм. Тогда коэффициент трения для всасывающего трубопровода равен:


для нагнетательного трубопровода:



5. Определение потерь напора во всасывающем трубопроводе
Расчет потерь напор для всасывающего трубопровода ведется по прин- ципу сложения потерь напора по формуле (6).
(6)

где – длина всасывающего трубопровода, м;

– сумма коэффициентов местных сопротивлений на нагнетатель-

ной линии.
На всасывающей линии имеются следующие местные сопротивления:

• 
  2 отвода под углом 90º;
  
• 
  1 обратный клапан;
  

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающего трубопровода рассчитывается следующим образом:


где – коэффициент местного сопротивления для отвода на 90º;

- кэффициент местного сопротивления для обратного клапан.

Определим по справочным данным коэффициенты местных сопротивлений:

Примем отношение радиуса изгиба трубы к диаметру трубопровода

R₀/d₁ = 3, тогда



где, А– коэффициент, зависящий от угла поворота трубопровода, для поворота на 90º А= 1;

В– коэффициент, зависящий от отношения R₀/d₁, для отношения R₀/d₁ = 3

В=0,13.

Для обратного клапана с диаметром проходного 149 мм (d₁ = 149 мм)

= 6.



Тогда потери напора на всасывающей линии составят:

6. Определение допустимого кавитационного запаса

Допустимый кавитационный запас увеличивают по сравнению с критическим на 20-30 %. Тогда

(7)

где - допустимый кавитационный запас, м;

- критический кавитационный запас, м.

(8)

где. Q- подача насоса, м³/с;

n - частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин.
Частоту вращения n можно принимать из ряда синхронных частот вращения асинхронных электродвигателей: 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 об/мин. Для первоначального расчета предпочтительно принимать большие значения, в частности 3000 об/мин.

Тогда критический кавитационный запас составит:



Допустимый кавитационный запас увеличим по сравнению с критическим на 25 %. Тогда
.

7. Определение высоты установки насоса (допустимой высоты всасывания)

Допустимая высота всасывания рассчитывается по формуле:

(9)

- допустимая высота всасывания, м;

- давление в исходном резервуаре, Па;

- давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при заданой температуре, Па.

Давление насыщенного паров толуола при 80 ºС составляет 38000 Па. Тогда высота установки насоса будет равна:

8. Определение потерь напора на нагнетательной линии

Расчет потерь напора производится аналогичнорасчету потерь напора во всасывающем трубопроводе.

На нагнетательной линии имеются следующие местные сопротивления:

• 
  задвижка;
  
• 
  4 отвода под углом 90º;
  
• 
  выход из трубы.
  

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательного трубопровода рассчитывается следующим образом:


где – коэффициент местного сопротивления для задвижки;

- кэффициент местного сопротивления для выхода из трубы.

Определим по справочным данным коэффициенты местных сопротивлений:

Примем отношение радиуса изгиба трубы к диаметру трубопровода

R₀/d₁ = 3, тогда



Для задвижки с диаметром проходного 98 мм (d₂ = 98 мм)

= 0,3. Для выхода из трубы , тогда:



Тогда потери напора на всасывающей линии составят:

9. Расчет потребного напора

Потребный напор определяется по формуле (10):

(10)


10. Подбор насоса
Исходными параметрами для подбора насоса являются производительность (подача), соответствующая заданному расходу жидкости и потребный напор. Пользуясь, сводным графиком подач и напоров определяем марку насоса. Для этого на график наносим точку с координатами Q_задан, Н_потр. Насос, в поле которого попала точка, принимают для данного трубопровода. Точка с координатами (11 л/с, 40,016 м) лежит чуть ниже рабочего поля насоса 3К-6 с частотой вращения рабочего колеса n = 2900 об/с, с диаметром рабочего колеса D = 192 мм
11. Построение кривой потребного напора

Первые два слагаемых формулы (11) не зависят от расхода. Их сумма называется статическим напором:

(11)



Потери напора в трубопроводе определяются по принципу сложения потерь напора с учетом формулы (6) и (12):



(12)

(13)

С учетом, что и , формула (13) приобретает вид:

A = const

Таким образом, потребный напор при разных производительностях насоса может быть определен как:

(14)

Для построения кривой потребного напора необходимо задаться несколькими значениями расхода жидкости, причем как меньше заданного расхода, так и больше его, а также равным заданному, и по формуле (14) рассчитать потребный напор.

По данным таблицы 1 строят график зависимости Н_потр =f(Q) (рисунок 1).

Таблица 1 – Данные для построения кривой потребного напора

Q, м3/с	0	0,005	0,01	0,015	0,02	0,022	0,025	0,03
Нпотр, м	36,89	37,48	39,23	42,16	46,25	48,22	51,52	57,96

Рис. 1 - Кривая потребного напора
12. Построение совместной характеристики сети и главной характеристика насоса, а также характеристики насоса η=f(Q)

Данные для построения главной характеристики насоса Н = f (Q) и характеристики η = f(Q) берутся из характеристик насосов, приведенных в справочных материалах (таблицы 2 и 3). Обе эти зависимости строятся в тех же координатных осях, что и кривая потребного напора (рисунок 2).

Таблица 2 – Данные для построения главной характеристики насоса 3 К-6

Q, м3/с	0	0,004	0,008	0,012	0,016	0,02
Н, м	46,00	48,00	46,00	40,00	32,00	20,00

Таблица 4.6 – Данные для построения характеристики η= f(Q) для насоса 3К-6

Q, м3/с	0	0,004	0,008	0,012	0,016	0,02
η, %	0	35	56	68	75	80

Рис. 2 - Совместная характеристика сети и главная характеристика насоса, а также характеристика насоса η= f(Q)
Точка пересечения главной характеристики насоса и характеристики сети – рабочая точка В. Этой точке соответствует подача Q = 11 л/с. Для обеспечения заданной подачи Q_задан = 11 л/с необходимо осуществить регулирование подачи насоса. Наиболее простой способ регулирования – изменение характеристики сети. Изменить характеристику сети можно с помощью изменения местного сопротивления трубопровода (установку вентиля, задвижки, крана). Кривая 3 – характеристика сети после регулирования.

13. Расчет установочной мощности насоса

Мощность на валу насоса рассчитывается по формуле:



Полагая, что для лопастных насосов промежуточная передача между

^{двигателем} и насосом отсутствует, а коэффициент полезного действия соединительной муфты можно принять равным <sup>ηпер  0,96

определяю номинальную мощность двигателя, принимая коэффициент полезного действия двигателя ηдв  0,8:

(15)</sup>

С учетом возможности пусковых перегрузок при включении насоса в работу установочную мощность двигателя принимают больше номинальной:

(16)

Примем коэффициент запаса мощности , тогда установочная мощность двигателя составит: