лаборатореая работа. Расчёт насосных агрегатов методические указания
 Скачать 1.02 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет» Институт геологии и нефтегазодобычи Кафедра Кибернетических систем РАСЧЁТ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе № 2 по дисциплине «Технологические процессы автоматизированных производств» для студентов направления 15.03.04-Автоматизация технологических процессов и производств (в нефтяной и газовой промышленности) для всех форм обучения
Тюмень ТИУ 2017 Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт геологии и нефтегазодобычи Кафедра «Кибернетических систем» РАСЧЁТ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе № 2 по дисциплине «Технологические процессы автоматизированных производств» для студентов направления для студентов направления 15.03.04-Автоматизация технологических процессов и производств (в нефтяной и газовой промышленности) для всех форм обучения Составители: Слинкина С.В., ассистент Овчинникова В.А., кандидат технических наук, доцент Тюмень ТИУ 2017 Расчёт насосных агрегатов: методические указания к лабораторной работе №2 по дисциплине «Технологические процессы автоматизированных производств» для студентов направления для студентов направления 15.03.04-Автоматизация технологических процессов и производств (в нефтяной и газовой промышленности) для всех форм обучения / сост. Слинкина С.В., Овчинникова В.А.; Тюменский индустриальный университет. – Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2017. – 28 с. Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «кибернетических систем» «__» января 2017 года, протокол № __ Аннотация Методические указания к лабораторной работе №2 «Расчёт насосных агрегатов» по дисциплине «Технологические процессы автоматизированных производств» для студентов направления 15.03.04-Автоматизация технологических процессов и производств (в нефтяной и газовой промышленности) для всех форм обучения. В данных указаниях представлены основные теоретические положения, порядок выполнения лабораторной работы, приведены примеры выполнения индивидуальных заданий, а также сами задания. Содержание
0 Введение Курс разработан в предположении, что студенты, приступая к изучению дисциплины «Технологические процессы автоматизированных производств», имеют достаточно хорошую теоретическую и практическую подготовку по следующим дисциплинам: «Математика», «Физика», «Химия». Назначение методических указаний Данная лабораторная работа посвящена изучению работы насосных агрегатов, используемых в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности. Методические указания для лабораторной работы разработаны для ознакомления студентов с теорией процесса перекачки жидкостей, а также с основными показателями работы насосов и их определением. Для выполнения работы могут быть использованы компьютерные технологии,Excelи т.д. Требования к знаниям и умениям студентов В результате выполнения лабораторной работы студенты должны: знать: назначение и область применения насосов; основные типы насосных агрегатов; конструктивные особенности центробежных и поршневых насосов их достоинства и недостатки; принцип работы насосов; особенности работы при их последовательном и параллельном соединении; теоретические сведения о процессе перекачки жидкостей; основные показатели работы насосов; алгоритм выполнения работы; основные правила по технике безопасности при проведении измерений. уметь: пользоваться техническими средствами лабораторного стенда; делать рекомендации по его модернизации; владеть: навыками проведения технологических измерений и расчётов. Содержание лабораторной работы Цель работы Целью лабораторной работы является: изучение типов, область применения и особенности работы насосов; расчёт к.п.д. насоса для каждой производительности и построение характеристики; определение области применения насоса и потребляемой им мощности; определение частоты вращения насоса и необходимую мощность электродвигателя. Типы насосов и область их применения Насосом называется гидравлическое устройство, предназначенное для всасывания, напорного перемещения или нагнетания жидкости посредством сообщения ей внешней кинетической или потенциальной энергии. Виды насосов для воды различают по имеющимся у них техническим параметрам, к которым относят: количество жидкости, которое перемещает насос в единицу времени; развиваемое давление или максимальный напор; КПД; мощность. Первые виды насосов появились еще в 1-м веке до н. э. Они помогали в тушении пожаров. Однако вплоть до 18-го в. подобные устройства использовались крайне редко. Существующие на сегодняшний день виды насосов имеют различную классификацию. Одна из них касается сферы применения подобных устройств и выделяет из них бытовые и промышленные. Первые из этих машин применяются для канализации, отопления и водоснабжения в жилых и производственных помещениях. Промышленные насосы предназначаются для использования в различных системах и установках. Их применяют для подачи воды, перекачки нефтепродуктов и агрессивных веществ, а также для осуществления многих других специфических действий. ОБЪЁМНЫЕ НАСОСЫ Еще одна классификация гидравлических машин учитывает их конструктивные особенности и принцип действия. Это объемные и динамические гидравлические машины. В насосах объёмного действия рабочим органом служит камера. Под действием возникающих сил давления она изменяется в объеме, что и приводит к принудительному перемещению вещества. Все объемные насосы предназначены для подачи вязких жидкостей. Принцип действия подобных устройств основан на преобразовании энергии. Она передается от двигателя к перекачиваемой жидкости. Объемные насосы являются высоконапорными. В процессе их работы возникает значительная вибрация, для гашения которой устройство ставится на массивный фундамент. Однако преимущество данных насосов кроется не только в их большой мощности. Подобные устройства способны осуществлять сухое всасывание. Объёмные насосы, в свою очередь делятся на следующие типы: роторные, шестерённые, импеллерные, кулачковые, перистальтические, винтовые. Роторные насосы, имеют фиксированный корпус, в котором заключены лопатки, лопасти и другие похожие детали. Перемещению жидкости в данном случае способствует движение роторов. Шестеренный тип насосов наиболее простой, имеет принудительное смещение. Данные устройства перемещают жидкость в процессе изменения объемов полостей шестерен, сцепленных между собой. Если посмотреть на импеллерные насосы в разобранном виде, то можно увидеть рабочее колесо, лопасти которого выполнены из эластичного материала. Оно находится внутри эксцентрического корпуса. При работе лопасти сгибаются и, вращаясь, вытесняют жидкость. В кулачковых насосах происходит вращение двух независимых роторов, что и способствует перемещению жидкости по рабочей камере. Кулачковые механизмы находят широкое применение при изготовлении молочных продуктов, напитков, джемов и т. д. И все это благодаря их возможности перекачивания жидкости, имеющей большие включения. Также подобный тип насосов находит применение в фармакологической промышленности. В перистальтических насосах основной рабочей деталью служит многослойный гибкий рукав, изготовленный из эластомера. При включении двигателя в таком устройстве начинает вращаться вал с роликами. Они пережимают рукав, способствуя перемещению жидкости, находящейся внутри него. В корпусе винтовых насосов вставлен выполненный из эластомера статор. В нем находится металлический ротор, имеющий винтообразную форму. При вращении ротора, изменяется объем внутренних полостей и перемещение жидкости. ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ Для этих устройств характерно двойное преобразование энергии. Вначале она передается жидкости в кинетической форме. При этом перемещающийся внутри насоса поток увеличивает свою скорость. Далее происходит частичное преобразование энергии жидкости в статическую форму. При этом скорость потока уменьшается при возрастающем давлении. Подобные устройства, в отличие от объемных, не способны производить сухое всасывание. Самыми распространенными из насосов динамического типа являются центробежные устройства. Эти насосы используются для подачи горячей или холодной воды, а также для перекачки агрессивных и вязких жидкостей, сточных вод и смесей воды со шлаками, с грунтом, торфом и т.д. При работе центробежного насоса, частицы жидкости, находящиеся между лопастями вращающегося рабочего колеса, получают от него кинетическую энергию. При этом возникает центробежная сила. Она перемещает жидкость далее в корпус мотора. Такая работа происходит непрерывно благодаря давлению, обеспечивающему постоянную подачу в насос новых частиц жидкости. По своему назначению центробежные насосы классифицируются на: используемые в работе эксплуатационного оборудования ТЭС; различного технического назначения. Насосы, используемые на ТЭС для циркуляции воды, подразделяют на циркуляционные и рециркуляционные. Насосы, устанавливаемые для теплопередачи, делятся на бойлерные и сетевые. При приготовлении питьевой воды используются конденсатные центробежные насосы, а в системе подпитки серводвигателей паровых турбин – нагнетательные. Для различных технических целей используют центробежные хозяйственные насосы, пожарные, дренажные и т. д. В последнее время появились новые разработки подобных устройств. Для перекачки гидросмесей особой популярностью пользуются песковые центробежные насосы. Именно поэтому подобные насосы устанавливают в тех местах, где в воде имеется песок, а также всевозможные твердые вещества промышленного происхождения. Вихревые динамические насосы аналогичны по своим характеристикам центробежным, но, в отличие от них, имеют меньшую массу и габариты. Из недостатков вихревых насосов можно выделить низкий КПД, который в рабочем режиме не превышает пятнадцати процентов. Кроме того, подобные механизмы не способны перекачивать жидкость, содержащую абразивные частицы, так как это приводит к быстрому изнашиванию внутренних деталей. Струйные гидравлические устройства, в отличие от множества других подобных машин, не способны создать на выходе избыточного давления. Их принцип работы сводится к превращению потенциальной энергии жидкости в кинетическую. При этом в струйных насосах нет никаких движущихся деталей. Основной рабочий механизм в устройствах подобного типа – струя жидкости или газа. Такие насосы могут быть водоструйными (например, гидроэлеваторы). В них рабочая жидкость передает свою кинетическую энергию перекачиваемому веществу. Среди струйных насосов есть и эрлифты. В них компрессором подается сжатый воздух. Далее водовоздушная смесь приводится в движение подъемной силой пузырьков воздуха. Водные насосы имеют множество видов. Но в основном специалисты классифицируют их по назначению. Так, существуют следующие виды насосов для воды: циркуляционные, используемые для принудительного движения жидкости в системах кондиционирования, горячего водоснабжения и отопления; водоподъемные, необходимые для извлечения жидкости из колодцев и скважин, которые бывают погружными и поверхностными; дренажные, применяемые для откачивания воды из колодцев, канализации и подвалов. Однако основная классификация насосов касается определения того места, которое они занимают относительно источника подачи. По этому параметру их и подразделяют на поверхностные и погружные. Поверхностные насосы получили широкое распространение в коттеджах, на дачах и в загородных домах. Их используют для повышения давления в сети водопровода, а также для полива и орошения земельного участка. С их помощью поднимают воду из колодцев, скважин и открытых водоемов, располагаемых на расстоянии до восьми метров от оси насоса. Виды насосов для воды поверхностного типа специалисты подразделяют на используемые для: повышения давления; холодного водоснабжения; систем пожаротушения. Выбирая насосы, виды, характеристики и другие параметры устройств необходимо учесть в зависимости от их предназначения. Так, иногда машине придется работать в автономных условиях. А в некоторых случаях будет обеспечен ее доступ к электрической сети. Именно поэтому существуют такие виды водяных насосов, которые работают на двигателях внутреннего сгорания. Их называют мотопомпами. При этом они подразделяются на бензиновые и дизельные. Есть и электрические насосы. Их работа полностью зависит от напряжения в сети. Существует множество видов подобных устройств. Например, по способу перекачивания воды и внутреннему устройству они классифицируются на вихревые и бочковые, дренажные и циркуляционные, а также консольные (центробежные). Последние два типа просты в эксплуатации, компактны и экономичны, а при присоединении их к специальной системе автоматики получаются полноценные станции. Циркуляционные насосы отличает сложное устройство. Их, как правило, используют в автономных отопительных системах с целью принудительного перемещения воды в замкнутом контуре и поддержания в нем постоянной температуры. Существуют циркуляционные насосы с «мокрым» и с «сухим» ротором. Первые из них практически бесшумны, экономичны, дешевы и просты в эксплуатации. Их рабочий элемент сконструирован таким образом, что находится в воде, которая смазывает все детали и одновременно охлаждает двигатель. Но у подобных агрегатов имеется существенный недостаток. Дело в том, что при прекращении циркуляции жидкости двигатель может перегреться. Кроме того, КПД у таких агрегатов находится на крайне низком уровне. Все виды тепловых насосов циркуляционного типа с «сухим» ротором имеют встроенный вентилятор. Их двигатель конструктивно изолирован от поступающей жидкости. При этом смазка всех движущихся деталей производится при помощи масла. В свою очередь, подобные насосы подразделяют на: консольные, в которых двигатель располагается отдельно от корпуса; моноблочные, где корпус и двигатель также разделены, но находятся при этом в одном блоке; inline-насосы, отличающиеся от двух предыдущих своей повышенной герметичностью. Погружные насосы незаменимы в тех случаях, когда пласты воды залегают на глубине, превышающей отметку 8 м. Погружные насосы опускают в скважину вместе с напорной трубой. Все виды погружных насосов высокопроизводительны, кроме того, обладают эффективным и качественным охлаждением. По своему внутреннему устройству погружные насосы классифицируются на: центробежные, в которых вода вращается вместе с лопастями рабочего колеса и подается наружу под высоким давлением; вибрационные, в которых жидкость всасывается за счет вибрационного и электромагнитного механизма. В дренажных и канализационных насосах дополнительно устанавливается измельчитель или режущий механизм, предназначенный для недопущения нахождения в жидкости твердых веществ, размер которых превышает 5 см. К насосам, используемым для локализации очагов возгорания, предъявляются особые требования. От их конструктивного совершенства и технических параметров во многом зависит успех борьбы с огнем. На пожарных автомобилях устанавливают агрегаты центробежного типа. Они подают огнетушащие средства без всяких пульсаций, не повышают давление при заломке или засоренности пожарного рукава, просты и надежны в эксплуатации. Важно также и то, что центробежные насосы, установленные на пожарных автомобилях, не нуждаются в сложном приводе от двигателя и обладают сравнительно низкой массой и габаритами. Однако такие агрегаты имеют и ряд недостатков. Они не способны самостоятельно засасывать жидкость и готовы к работе только после того как будет наполнена водой всасывающая линия. Тем же недостатком обладают основные насосные агрегаты нефтеперекачивающих станций. Существуют вспомогательные пожарные агрегаты и подпорные насосы. Их также устанавливают на пожарных автомобилях и нефтеперекачивающих станциях. Вспомогательные или подпорные насосы позволяют заполнить корпус центробежного механизма и полость всасывающего рукава (трубопровода) водой (нефтью) т.е. создают давление подпора. Их работа является кратковременной, после запуска центробежного насоса они отключаются. В качестве вспомогательных устройств используются агрегаты ротационного типа и др. Масляные насосы предназначены для снижения сил трения, возникающих между движущимися частями двигателя. Все виды масляных насосов делят на два типа. Первый из них регулируемый. В таких насосах поддерживается постоянное давление путем изменения производительности. Второй тип масляных насосов – нерегулируемые. Они также поддерживают постоянное давление, но только с помощью редукционного клапана. Большинство современных двигателей оснащают насосами нерегулируемого типа. Без топливных насосов невозможна работа любого двигателя внутреннего сгорания. Их основное предназначение заключается в доставке бензина или дизеля от бака до камеры сгорания. Один или два топливных насоса – это обязательное оснащение каждого автомобиля. Механический бензонасос является частью карбюраторного двигателя. По своей конструкции он является классическим поршневым насосом. Основные детали такого агрегата - корпус, разделенный на две части диафрагмой, а также два клапана для подачи и приема топлива. Электронасос находит свое применение в бензиновых двигателях, их устанавливают либо непосредственно в баке, либо в каком-либо месте топливопровода. Наибольшее распространение получили погружные топливные агрегаты, их размещают на дне бака. Благодаря равномерной подаче и возможности её регулирования, а также небольшим габаритным размерам и простоте обслуживания, наибольшее распространение и в быту и в промышленности получили центробежные насосные агрегаты, однако и поршневые насосы остались незаменимыми в некоторых отраслях промышленности. К достоинствам поршневых насосов относятся: постоянство подачи жидкости независимо от сопротивления напорного трубопровода, что позволяет использовать их как дозаторы; возможность подачи незначительных расходов под большим давлением при высоком КПД, что позволяет их использовать для перекачивания тяжёлых растворов, например цемент или буровой раствор; техническая целесообразность создания малогабаритных насосов, способных поднимать жидкость из скважин малого диаметра; возможность сухого пуска насоса. К недостаткам поршневых насосов можно отнести: большие габаритные размеры, массу и площадь, занимаемую насосом; необходимость устройства тяжелого фундамента; наличие легко изнашивающих деталей (клапанов, манжет и т.п.); сложность эксплуатации и меньшую надежность в работе; неравномерность подачи жидкости. |