Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 15 из 60

При перекачке вязких жидкостей, например гудрона, приведенные значения т]₀ следует уменьшить на 5—10%.

Насосы двойного действия. Присоединив два насоса простого действия к одному коленчатому валу, получим насос двойного действия. При работе насосов двойного действия на общий трубопровод подача будет в два раза больше, чем одного насоса простого действия, т. е.

Q = T]₀2FSn/60 = TioFSrt/30 (111,26)

Насос двойного действия может иметь и один поршень (см. рис. II1-15). В этом случае объем жидкости, нагнетаемый той камерой, через которую проходит шток площадью /, будет несколько меньше, чем другой камерой. За один двойной ход будет вытеснен объем жидкости, равный объему обеих камер FS + (F — /) S = (2F — /) 5 = 2 (F — fj2) .S

Подача такого насоса составит

Q = Но — _=Т1о ^<FSn. (Ш,27)

Чем меньше площадь штока /, тем ближе подача такого насоса к подаче насоса с двумя отдельными поршнями. Насосы двойного действия позволяют достигнуть большей равномерности подачи за один двойной ход поршня.

Дифференциальные насосы. Особенность этих насосов состоит в том (см. рис. II1-12), что они имеют две рабочие камеры, из которых жидкость нагнетается в один трубопровод, и только одну клапанную коробку. При ходе поршня слева направо он засасывает в левую рабочую камеру объем жидкости FS. Одновременно из правой камеры вытесняется в напорный трубопровод жидкость в объеме (F — /) S. При обратном ходе поршня всасывания жидкости не происходит, и жидкость из левой камеры вытесняется в напорный трубопровод. Поскольку одновременно в правой камере поршень освобождает объем (F — f)S, который заполняется жидкостью, поступившей из левой камеры, только объем жидкости [S поступит в нагнетательный трубопровод.

Таким образом, всасывание дифференциальным насосом происходит один раз за двойной ход, а нагнетание дважды. Общий объем жидкости, поступающей в нагнетательный трубопровод за один двойной ход, равен

(F -f)S + fS =FS

т. е. равен объему жидкости, поступившей в насос при всасывании. Следовательно, подача такого насоса

. FSn (1П.28)

5 — 4° ₆₀

равна подаче насоса простого действия, но распределяется более равномерно за время двойного хода. Если / = V₂E, то при прямом и обратном ходе поршня в напорный трубопровод нагнетаются одинаковые объемы жидкости, равные ^l/₂FS.

Насосы тройного действия. Эти насосы состоят из трех насосов простого действия, соединенных в один агрегат. Подача такого насоса равна

_ 3FSn FSn

®

^г)о “60 ^1,0 2(Г
(111,29)

4 FSn FSn

^{Q==r]o = T1}°


15


(111,30)

Насосы четверного действия. Два насоса двойного действия (четыре насоса простого действия), соединенные в один агрегат, образуют насос четверного действия. Чаще всего соединяют насосы двойного действия, выполненные по схеме рис. III-12. Подача такого насоса в зависимости от схемы выполнения отдельных поршней определяется по формулам

или

■ f/2) Sn (F ■ Ho —

2 (F ■

Q = Ho
■ fjiySn

30 15

Насосы многократного действия получают, соединяя в одном агрегате несколько насосов одинарного или двойного действия. Подача таких насосов определяется числом простых насосов соответствующего типа. Паровые прямодействующие насосы выпоя- няютсодним или двумя цилиндрами и поэтому их изготовля от только двойного или четверного действия.

Графическое изображение подачи ’ поршневого насоса. Насос одинарного действия. Поскольку скорость поршня является величиной переменной, подача насоса изменяется пропорционально этой скорости. При постоянной угловой скорости вращения вала кривошипа п окружная скорость цапфы ы_ц кривошипа А (см. рис. III-14) будет

н_ц = 2я/^ргс/60 = ягл/30

Рис. III-13. График подачи^-насоса простого действия.

Скорость движения поршня и_п будет равна

и_п = и_ц sin а

Поэтому подача будет изменяться следующим образом:

Q_a = Fu_u = Риц sin а = F sin а (111,32)

Подачу можно изобразить графически в виде синусоиды (рис. III-13). При повороте вала на угол 180° (ход всасывания)

93

Рис. 111-14. График подачи насоса двойного действия. Рис. 111-1 я. График подачи насоса тройного действия.

подача жидкости отсутствует и Q_a = 0. При дальнейшем вращении вала от а = 180° до а = 360° насос осуществляет ход нагнетания, и подача возрастает от нуля при а — 180° до максимальной величины Q_max при а = 270°. Затем подача вновь постепенно уменьшается до нуля при а = 360°. Таким образом, подача насоса простого действия весьма неравномерна за время двойного хода.

Степенью неравномерности подачи т называется отношение максимальной мгновенной подачи Q_max насоса к средней подаче за время двойного хода Q

т __ _Qmax_ (111,33)

3,14


т
Для насоса одинарного действия величина т равна Qitiax _ r\₀Fnrn/30 __ щРлгп/ЗО _

r\₀FSri/60 i]₀F2rn/60

т. e. средняя подача отличается от максимальной мгновенной подачи более, чем в три раза.

Насос двойного действия. Насос двойного действия имеет два одинаковых поршня, которые приводятся в движение кривошипами, расположенными под углом 180° один к другому. Поэтому если один поршень совершает нагнетательный ход, то другой в это же время—всасывающий ход. График подачи такого насоса изобразится в виде двух полусинусоид, сдвинутых одна относительно другой на угол 180° (рис. 111-14).

Средняя подача

60

15

Максимальная подача


Qmax —


Fnrn Зб^-

Q = 2F ^{2ГП РГП}

Степень неравномерности подачи насоса двойного действия

= _т=1,57
Fnrn/ЗО я

Q Frnj\3

Таким образом, неравномерность подачи насоса двойного

действия в два раза меньше, чем одинарного.

Степень неравномерности подачи насоса двойного действия с одним поршнем несколько больше, что обусловлено некоторым различием объемов жидкости, нагнетаемых при соответствующих ходах поршня.

Насос тройного действия. Кривошипы насосов одинарного действия в насосах тройного действия разнесены на угол 120° один относительно другого. График подачи такого насоса образован тремя синусоидами, которые смещены одна относительно другой на угол 120° (рис. III-15). Поэтому кривая подачи насоса тройного действия имеет шесть максимумов.

Максимальная подача равна

Средняя подача равна

_ FSn _ F4m Fm

⁴ 20“ 20“ “““ЙГ

т =


Q inav

Q


Рлт/ЗО _ _£!_ _ Frn/10 “ 3 ’

Степень неравномерности подачи насоса тройного действия

Аналогичным образом строят графики подачи насосов четверного действия (т = 1,11), у которого кривошипы двух насосов двойного действия расположены под углом 90°, и графики подачи насосов многократного действия. Например, для пятицилиндрового насоса с кривошипами, расположенными под углом 72°, т -- 1,016. Усложнение конструкции насоса, связанное с увеличением числа цилиндров, принимается лишь для специальных условий эксплуатации. Из рассмотренных насосов наименьшую степень неравномерности подачи имеет насос тройного действия.

Расчет процесса ссасывания. Рабочий цикл поршневого насоса состоит из процесса всасывания, при котором жидкость поступает из приемного резервуара в рабочую камеру, и из процесса нагнетания, при котором жидкость из рабочей камеры подается в напорный трубопровод. При этом приходится преодолевать сопротивления в трубопроводах и в насосе.

Жидкость во всасывающем трубопроводе движется неравномерно в соответствии с движением поршня. В период всасывания жидкость во всасывающем трубопроводе приходит в движение, а в период нагнетания останавливается.

Чтобы жидкость могла подняться по всасывающей трубе на высоту Н_ис и заполнить рабочую камеру насоса (см. рис. Ш-11), необходимо создать в ней разрежение (остаточное давление в рабочей камере р_и).

Уравнение Бернулли для участка всасывающего трубопровода с учетом сил инерции можно записать так:

О

-gr + „с + + Авс + Ав. К + Аш, = -g- (ill,34)

где /i_HC — потери напора во всасывающем трубопроводе; Л_п. _к — потеря напора при прохождении жидкости через всасывающий клапан; Л_ин — потеря напора на преодоление инерции движущегося столба жидкости; и_п — скорость движения поршня.

Сопротивление всасывающего клапана можно приближенно определить по формуле

.. G+G_n fni'g

И

где G — вес тарелки клапана и пружины в перекачиваемой жидкости; G_n — сила натяжения пружины; /_к — площадь тарелки клапана; р — плотность перекачиваемой жидкости.

Чтобы найти потерю напора, обусловленную инерцией столба жидкости, найдем силу инерции массы жидкости во всасывающем трубопроводе длиной L_BC и площадью поперечного сечения /^|’_пс. Сила инерции Р_ин равна массе жидкости, умноженной на сообщаемое ей ускорение а_вс:

Рин = м_вса_вс = (F_BCL_BCp) -^S!L = (РвсР_вср) —⁽-^^//Гвс)- = LBcpf Ап

где а_п — ускорение поршня.

Отнеся силу инерции к весу единицы объема жидкости и разделив на F_BC, получим

и _ Рве Р

^нн г ТГ'"

Сопротивление всасывающего трубопровода определяется как сумма всех сопротивлений — линейных и местных

Рв

Pg


Pi

Pg


-Я.


К


I-ВС

g


(111,35)

Уравнение (111,34) с учетом полученных выражений примет вид

Таким образом, давление в рабочей камере должно быть тем меньше, чем больше скорость и ускорение поршня. Поскольку эти характеристики движения поршня изменяются во времени, соответствующим образом изменяется и р_в. При нормальной работе насоса величина р_в должна быть положительной в течение всего периода всасывания. В этом случае поток жидкости в рабочей камере не будет отрываться от поршня. Это условие будет соблюдаться, если

а_п (Ш,36)


+ -

-£>*,«+[i + £s

В противном случае происходит отрыв жидкости от поршня, приводящий к ударам жидкости о него при обратном ходе, к нарушению нормального процесса всасывания и даже к разрушению отдельных узлов насосной установки.

Жидкость может оторваться от поршня и в том случае, если давление в рабочей камере станет меньше давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей температуре, т. е. будет нарушено условие (III, И).

1^-Н

ре


вс


к


1-вс

8


F - Р

—р— Яп .> —

F_B. Р8

Последнее можно записать следующим образом, приняв во внимание уравнение (III, 35):

Я_вс <


Рх-Р
Р8


+ Йв. к +


8


(III,37)

ИЛИ

Если величина (р, — P)lpg окажется меньше выражения, стоящего в фигурных скобках, то //_1)с < 0. Следовательно, в этом случае насос должен работать с подпором жидкости, так как приемный резервуар должен быть установлен выше насоса. Если это невозможно, то могут быть использованы и другие приемы: увеличение p_lt уменьшение температуры перекачиваемой жидкости с целью снижения Р, увеличение F_nc, уменьшение сопротивления всасывающего трубопровода [снижение £ | (FlF_BC)²\.

Расчет процесса нагнетания. При нагнетательном ходе поршень должен оказывать на жидкость давление р_н, которое необходимо, чтобы преодолеть:

а) сопротивление нагнетательного клапана /г_н._к;

б) давление столба жидкости //_н;

в) гидравлические сопротивления в напорном трубопроводе

2 g

г) силы инерции жидкости в напорной трубе

/•ин
/-н

д) давление над уровнем жидкости в напорном резервуаре р₂. Следовательно

„2


Рн Ь -и И ц V t( ^F V I ^L« ^F

— =Ан.к + Я„+^Ц_7Г) +


Пп


Pi

№


(111,38)

8 ' F,

Предельная величина р_н ограничивается лишь механической прочностью деталей насоса.

Жидкость может оторваться от поршня и при нагнетательном ходе, когда ускоренное движение поршня сменяется замедленным (а_п меняет знак с плюса на минус), а сопротивление трубопровода недостаточно, чтобы быстро замедлить движение жидкости. Дальнейшее соприкосновение жидкости с поршнем сопровождается ударом. Одновременно должно выполняться также условие

Рн > Р
(111,39)

чтобы исключить вскипание жидкости в насосе, сопровождающееся выделением паров из жидкости.

Для повышения равномерности движения жидкости во всасывающем и напорном трубопроводах на них устанавливают воздушные колпаки (заполненные воздухом объемы), примыкающие к всасывающему и нагнетательному клапанам. В воздушном колпаке воздух сжимается, когда расход жидкости превышает средний, а соответствующая часть воздушного колпака заполняется жидкостью, которая выталкивается вновь в трубопровод в результате расширения воздуха в воздушном колпаке, когда расход оказывается меньше среднего.

При достаточном объеме воздушных колпаков движение жидкости в трубопроводах можно считать практически равномерным.

Индикаторная диаграмма и индикаторная мощность. Если представить картину изменения давления в рабочей камере насоса в зависимости от перемещения поршня, то получим так называемую индикаторную диаграмму поршневого насоса (рис. III-16). Практически такую диаграмму получают при помощи прибора — индикатора. Теоретическая идеальная диаграмма получается следующим образом (рис. III-16, а). При ходе всасывания давление в рабочей камере мгновенно достигает величины р_п (точка а) и затем остается постоянным до точки Ь. Линией ab представлен процесс всасывания. В точке b поршень меняет направление движения, и давление мгновенно увеличивается по вертикальной прямой Ьс

97

4 Молоканов Ю. К.

до величины р_н. Далее прямой cd представлен процесс нагнетания при постоянном давлении /?_н. После достижения второго мертвого положения в точке d мгновенно давление снижается до р_в, и процесс повторяется.

Действительная индикаторная диаграмма (рис. III-16, б) отличается от теоретической тем, что линии Ь'с' и d'a' отклоняются от

424.