Гидравлический расчет трубопровода и построение его характеристики, подбор насоса

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на курсовую работу..................................................................................3

1 Гидравлический расчет трубопровода и построение его характеристики, подбор насоса...........................................................................................................4

1.1 Гидравлический расчет всасывающей линии.......................................5

1.2 Гидравлический расчет нагнетательной линии......................................6

1.3 Подбор насоса..........................................................................................7

1.4 Построение характеристики трубопровода..........................................8

2 Проверка всасывающей способности..........................................................10

3 Характеристика насоса, его устройство, особенности эксплуатации…..11      

4 Пересчет характеристики с воды на нефть.................................................18

5 Совмещенная характеристика трубопровода  и группы насосов……….….22

6 Возможные варианты регулирования подачи, расчет, графические  построения ……………………………………………………………………….23

6.1 Дросселирование...................................................................................23

6.2 Байпасирование.....................................................................................23

6.3 Изменение частоты вращения вала.....................................................23

6.4 Обточка рабочего колеса......................................................................25

7 Заключение.........................................................................................................27

8 Список использованной литературы...............................................................28

Приложение 1.........................................................................................................29

Приложение 2.........................................................................................................30

Приложение 3.........................................................................................................31

Приложение 4.........................................................................................................32

Приложение 5.........................................................................................................33

 

1 Гидравлический расчет трубопровода и построение его характеристики, подбор насоса

 

Рисунок 1.1 – Схема перекачки

Составим  уравнение Бернулли для сечений 1-1:2-2 и 3-3:4-4

Для сечений 1-1 и 2-2:

 

Для сечений 3-3 и 4-4:

 

 

По определению, напор насоса –  разность удельных энергий на выходе и входе в насос:

Полученное  выражение представляет собой потребный  напор

 

1.1 Гидравлический  расчет всасывающей линии

Принимаем скорость движения во всасывающей линии  V= 2 м/с

Оценим  диаметр из уравнения неразрывности:

Q=V*S=const    =>   

По  ГОСТ принимаем:

d_нар = 720 мм, δ = 7 мм →

Уточняем  скорости во всасывающей линии:

3) Определение  потерь напора 

;

Трубы ржавые:

 k_э = 1 мм

Re < Re₁   

Коэффициент гидравлического сопротивления  λ считаем по формуле:

Находим потери на трение:

 

_{Находим местные потери:}

_{-Задвижка  ξ=0,15}

_{-Вход  в трубопровод  ξ=0,5;}

_{-2 колена ξ=2*0,23.}

Определяем  суммарные потери во всасывающей  линии:

1.2 Гидравлический расчет нагнетательной  линии

Принимаем скорость движения во всасывающей линии  V= 2 м/с

Оценим диаметр  из уравнения неразрывности:

Q=V*S=const    =>   

По  ГОСТ принимаем:

d_нар = 720 мм, δ = 7 мм →

Уточняем  скорости в нагнетательной линии:

3) Определение  потерь напора 

;

Трубы ржавые:

 k_э = 1 мм

Re < Re₁    

Коэффициент гидравлического сопротивления  λ считаем по формуле:

Находим потери на нагнетании:

Потребный напор  насоса

1.3 Подбор насоса

 По найденному потребному  напору и необходимой подаче  подбираем 

насос  марки НМ 2500-230:

Q=2500 м³/ч

Н=230 м

n=3000 об/мин

Δh=32 м

В нашем  случае необходимо установить 2 насоса расположенных последовательно  серии НМ 2500-230.

 

1.4 Построение  характеристики трубопровода 

Для построения напорной характеристики трубопровода производим расчет для нескольких значений подачи. Результаты вычислений заносим  в таблицу 1. Характеристика трубопровода представлена на рисунке 1.2

Таблица 1 –  Напорная характеристика трубопровода

Q, м3/ч	V, м/с		Re	λ	Hвс,м	Hнг,м	H,м
0	вс	0	0	0	0	0	33
	нг	0
250	вс	0,1775	330	0,1941	0,016	27,46	60,48
	нг	0,1775
500	вс	0,3550	659	0,0970	0,035	54,93	87,96
	нг	0,3550
750	вс	0,5325	989	0,0647	0,058	82,39	115,45
	нг	0,5325
1000	вс	0,7099	1319	0,0485	0,085	109,85	142,94
	нг	0,7099
1250	вс	0,8874	1649	0,0388	0,115	137,31	170,43
	нг	0,8874
1500	вс	1,0649	1978	0,0323	0,149	164,78	197,93
	нг	1,0649
1750	вс	1,2424	2308	0,0456	0,250	316,09	349,34
	нг	1,2424
2000	вс	1,4199	2638	0,0441	0,319	399,29	432,61
	нг	1,4199
2250	вс	1,5974	2968	0,0428	0,397	490,69	524,09
	нг	1,5974
2500	вс	1,7748	3297	0,0417	0,482	590,05	623,53
	нг	1,7748

 

 

 

Рисунок 1.2 – Характеристика трубопровода

2 Проверка всасывающей  способности

Составим  уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2

 

Кавитационный запас:

 

Δh_доп=32 м.

Так как Δh_доп>Δh, то требуется подобрать подпорный насос

 

НПВ2500– 80 Δh_доп=3,2 м

 

Устанавливаем 1 подпорный насос НПВ 2500-80.

 

Так как Δh_доп<Δh,  значит всасывание насосом и бескавитационная работа

 

 обеспечены

 

            3. Характеристика насоса, его устройство и особенности его работы

         

          3.1 Насос  магистральный

 

Рисунок 3.1 Характеристика насоса НМ 2500-230; n=50 с^-1 (3000 об/мин); D₂=430 мм.

 

Насосы типа НМ — центробежные горизонтальные одноступенчатые с рабочим колесом двустороннего входа и двухзавитковым спиральным отводом. Входной и выходной патрубки расположены в нижней части корпуса и направлены в противоположные стороны, что обеспечивает удобный доступ ротору без отсоединения патрубков от технологических трубопроводов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4- Продольный разрез одноступенчатого насоса типа «НМ» с рабочим колесом двустороннего входа жидкости.

Горизонтальный    разъем    корпуса   между  нижней 1 и верхней 4 его частями уплотнен прокладкой. Ротор насоса состоит из вала 3, рабочего колеса 7, защитных втулок 5 и 6.

Двусторонний подвод жидкости к рабочему колесу и двухзавитковый спиральный отвод обеспечивает уравновешивание гидравлических осевых и радиальных сил, действующих на ротор.

Опорами ротора служат подшипники скольжения 8 с жидкой принудительной смазкой (под давлением) от маслоустановки агрегатов. Остаточное осевое усилие ротора воспринимают два упорных подшипника 9. Рабочее колесо литое, одностороннего входа. Направляющий аппарат – литой.

Для обеспечения бескавитационной работы насоса устанавливается литое  предвключенное колесо.

Осевое усилие ротора уравновешено разгрузочным диском. Концевые уплотнения ротора – механические торцевые. Опоры ротора – подшипники скольжения с кольцевой смазкой и водяным охлаждением.

Крышки всасывания и напорная стягиваются  стяжными шпильками, образуя вместе с секциями корпус насоса.

Насос и электродвигатель, соединенные  муфтой, устанавливают на отдельных  фундаментных рамах.

Направление вращения вала – по часовой  стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя. Насосы изготавливают по ТУ 26-06-1407-84.

 

3.2 Насос  подпорный

Рисунок 3.2 Характеристика насоса НПВ 2500-80; n=50 с^-1 (3000 об/мин); D₂=530 мм.

Перед основным насосом чаще всего на производствах  ставят подпорный насос. Его назначение - создавать необходимое давление на входе в основной насос, чтоб обеспечить ему нормальные условия всасывания.

Допускаемый кавитационный запас ∆h доп получают на основе снятая кавитационных характеристик и приводят в паспортах или каталогах. Пределы изменения ∆h доп для основных насосов от 18 до 80 м, для подпорных насосов от 2-х до 6 м. Такой малый кавитационный запас подпорных наосов позволяет им осуществлять нормальное всасывание из резервуарных парков НПС. Па выходе эти насосы дают давления, большие допускаемого давления Pbq основных насосов. Обороты вала подпорных насосов 1000 или 1500 об/мин.

В целях  уменьшения капитальных затрат на строительство  зданий подпорных насосных станций (цехов) в последнее время устанавливают  вертикальные подпорные насосы (рисунок 4)  в открытом исполнении. Конструктивно этот насос, расположенный в нижней части стакана 1, сходен с насосом НМП. Он также имеет рабочее колесо 16, предвключенные колеса 15, 17, вал 13, спиральный корпус 2, нагнетательные патрубки 3, подводы 14, 18.На верхний фланец фонаря 11 устанавливается электродвигатель, соединяемый с помощью муфты с валом насоса.

Нефть входит в стакан по всасывающему патрубку 21, выходит по напорным патрубкам 4, 7. Весь вал вращается на подшипниках  скольжения 6, 19, опираясь на крестовины 20,5. Напорные патрубки конструктивно  переходят в напорную крышку 8.

Подшипник 10 радиально-упорный. Он воспринимает нагрузку от вала двигателя. В месте  выхода вала 13 из напорной крышки устанавливается  торцевое уплотнение 12.

Стакан 1 герметичный,   он   эксплуатируется   под       абсолютным давлением (0,05...0,1)МПа.   Он опускается в колодец  глубиной 3-4 м. Это позволяет увеличить  подпор на входе насоса НПВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4- Подпорный вертикальный насос типа НПВ:

1-стакан; 2- спиральный корпус; 3- нагнетательные патрубки; 4,7- напорные патрубки; 5,20- крестовины; 6,19- подшипники скольжения; 8- напорная крышка; 9- втулка; 10- радиально-упорный подшипник; 11- электродвигатель; 12- торцевое уплотнение; 13- вал; 14,18- подводы; 15,17- предвключенные колеса; 16- рабочее колесо.

 

Марка насоса читается так: "НПВ 1250-60" - насос  магистральный подпорный вертикальный на оптимальную подачу 1250 м3/ч и  напор Н_о  = 60 м. Насосы НПВ изготовляют на подачи от 150 до 5000 м3/ч и напором от 60 до 120 м. Эти насосы допускают как последовательную, так и параллельную схему (чаще параллельно). Кавитационный запас насосов НПВ в пределах 2...5 м

 

4. Пересчет характеристики с  воды на перекачиваемый продукт

Характеристики  насоса НМ 2500-230 при работе на воде,

 

Q	H,м	N,кВт	η,%
0	280	650	0
400	278	770	35
800	273	850	57
1200	265	1000	70
1600	258	1200	80
2000	247	1350	84
2400	237	1560	85
2800	222	1666	83

 

1. Определяем коэффициент быстроходности насоса

 

_{где i=2 – число  входов в рабочее  колесо, j=1 – число  ступеней насоса.}

 

Определим переходное число Рейнольдса

 

 

Определяем число Рейнольдса

 

 

Так как  Re_н < Re_пер, то режим перекачки – неавтомодельный, пересчет подачи Q и напора  H, КПД и N требуется.

2) Пересчет напора

 

3) Пересчет подачи

 

 

 

       2) Пересчет КПД 

 

Выбираем коэффициенты, которые  учитывают гидравлические  и дисковые

потери α и А:

 

α = 0, 1

А = 950

Значение КПД для остальных  значений подач приведены в таблице  с 

 

результатами расчета.

 

3) Пересчет мощности

 

Значение мощности для остальных  значений подач приведены в таблице  с результатами расчета.

 

Характеристики  насоса на перекачиваемом продукте

 

Q	H,м	N,кВт	η,%
0	262,08	0	0
362,4	260,21	642,29	30,39
724,8	255,53	783,82	44,77
1087,2	248,04	983,44	51,55
1449,6	241,49	1243,73	55,90
1812	231,19	1430,03	57,43
2174,4	221,83	1661,63	57,79
2536,8	207,79	1755,09	57,06