99535

Гидравлический расчет трубопровода и подбор центробежного насосного агрегата

Курсовая

Производство и промышленные технологии

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.

Русский

2016-09-21

828 KB

0 чел.

Курсовая работа

по дисциплине “Машины и оборудование газонефтепроводов” на тему

«Гидравлический расчет трубопровода и подбор центробежного насосного агрегата»

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

1ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА И ПОСТРОЕНИЕ ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПОДБОР НАСОСА

  1. Гидравлический расчет трубопровода
  2. Подбор насоса
  3. Построение характеристики трубопровода

2ПРОВЕРКА ВСАСЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

3ХАРАКТЕРИСТИКА НАСОСА, ЕГО УСТРОЙСТВО, ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

4ПЕРЕСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИКИ С ВОДЫ НА ПЕРЕКАЧИВАЕМЫЙ ПРОДУКТ

5СОВМЕЩЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРУБОПРОВОДА

И НАСОСА (ГРУППЫ НАСОСОВ)

6ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ, РАСЧЕТ, ГРАФИЧЕСКИЕ ПОСТРОЕНИЯ

6.1 Дросселирование

6.2 Байпасирование

6.3 Изменение частоты вращения вала

6.4 Обточка рабочего колеса

7РАСЧЕТ ИМПЕЛЛЕРА

Заключение

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА И

ПОСТРОЕНИЕ ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПОДБОР НАСОСА

Рисунок 1.1 – Схема перекачки

1.1 Гидравлический расчет трубопровода

  1. Составим уравнение Бернулли для сечений 1-1: 3-3

Для сечений 1-1 и 2-2

Выразим  потребный напор насоса

2) Определение диаметров и скоростей

Принимаем скорость движения в нагнетательной линииVн= 2,5 м/с

Оценим диаметр из уравнения неразрывности:

Q=V*S=const    =>

По ГОСТ принимаем:

dнар = 920 мм, δ = 6мм →

Уточняем скорости во всасывающей и нагнетательной линиях:

3) Определение потерь напора

;

Определяем потери на нагнетательной линий:

Трубы ржавые: Δ=1* м

Т.к.Re<Reн <Re => коэффициент гидравлического сопротивления λ считаем по формуле:

Находим потери по длине:

Находим местные потери:

Суммарные потери:

Гидравлический расчет нагнетательного трубопровода:

dbc=du-d1, vbc=v1=v,

4) Потребный напор насоса

1.2 По найденному потребному напору и необходимой подаче подбираем насос  марки НМ -5000-210 №2.

1.3 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 м/час

0

1000

2000

3000

4000

5000

Нпотр, м

0

37.82018

105.9539

219.5101

378.4888

582.8899

Vн, м/с

 

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

Vв, м/с

 

0.433003

0.866006

1.299009

1.732012

2.165015

d

 

0.376222

0.532058

0.651635

0.752444

0.841257

Reв

 

13979.81

27959.63

41939.44

55919.25

69899.07

λ

 

0.030577

0.026828

0.025138

0.024147

0.023489

hв, м

 

0.205344

0.434692

0.816938

1.352082

2.040125

hн, м

 

22.63479

90.53916

203.7131

362.1566

565.8698

h, м

 

 

 

 

 

 

Z

32,030

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2 – Характеристика трубопровода

                  2 ПРОВЕРКА ВСАСЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

Кавитационный запас

Δhдоп=32 м.

Так как Δhдопh, то требуется подобрать подпорный насос

НПВ 5000-120     Δhдоп=3,2м

Так как Δhдопh, значит всасывание насосом и безкавитационная работа обеспечены.

3 ХАРАКТЕРИСТИКА НАСОСА, ЕГО УСТРОЙСТВО И ОСОБЕННОСТИ ЕГО РАБОТЫ

Рисунок 3.1 – Характеристика НМ 5000-210

                             Рисунок 3.2- Характеристика НПВ 500-120

1) Основной насос

Насос типа НМ марки НМ 2500-230 с диаметром рабочего колеса 430 мм и частотойn=3000 с-1.

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 3.3 ― Продольный разрез одноступенчатого насоса типа «НМ» с рабочим колесом двустороннего входа жидкости.

Горизонтальный    разъем    корпуса   между ней1 и верхней4его частями уплотнен прокладка. Ротор насоса состоит из вала3,рабочего колеса  7, защитных втулок 5и6.

Двусторонний подвод жидкости к рабочему колесу и двухзавитковый спиральный

Отвод обеспечивает уравновешивание гидравлических осевых и радиальных  сил, действующих на ротор.

Опорами ротора служат подшипники скольжения8с жидкой принудительной смазкой (под давлением) от маслоустановки агрегатов. Остаточное осевое усилие ротора воспринимают два упорных подшипника9.

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.

  1. Подпорный насос

Перед основным насосом чаще всего на производстве ставят подпорный насос. Его назначение – создавать необходимое давление на входе в основной насос. Чтоб обеспечить ему нормальные условия всасывания.

Допускаемый кавитационный запас ∆ получают на основе снятия кавитационных характеристик и приводят в паспортах или каталогах. Пределы изменения ∆ для основных насосов от 18 до 80 м, для подпорных насосов от 2- х до 6 м. Такой малый кавитационный запас насосов позволяет им осуществлять нормальное всасывание из резервуарных парков НПС. На входе эти насосы дают давления, больше допускаемого давления основных насосов. Обороты 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 (рис. 4) в открытом исполнении.

Конструктивно этот насос, расположенный в нижний части стакана 1, сходен с насосом НМП. Он также имеет рабочее колесо 16, предвключенные колеса 15, 17, вал 13, спиральный корпус. Нагнетательные патрубки 3, подводы 14, 18.

Рисунок 3.4– 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.

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

торцевые уплотнения 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 выходе в НПВ.

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

           4.1 Пересчет характеристики НМ 5000-210

           4.1.1Определяем коэффициент быстроходности насоса

Определим переходное число Рейнольдса

Определяем число Рейнольдса

Так какReн>Reпер, то присутствует автомодельный режим и пересчет

Q иH не требуется.

            4.1.2 Пересчет КПД

Таблица 4.1 -  Характеристики насоса НМ 5000-210 при работе на воде

Q, м3

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

Н, м

240

235

230

225

260

175

155

125

η

0

0,3

0,55

0,73

0,82

0,88

0,89

0,88

  Выбираем коэффициенты, которые учитывают гидравлические  и дисковые потери α и А.

α = 0,03 (приReн=225000)

А = 250 (приns=165,41)

Таблица 4.2 -  Характеристики насоса НМ 5000-210 при работе на перекачиваемом продукте

Q, м3

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

Н, м

240

235

230

225

260

175

155

125

η

0

0,29

0,53

0,70

0,78

0,84

0,85

0,84

4.2 Пересчет характеристик НПВ5000-120

Таблица 4.3 -  Характеристики насоса НПВ5000-120при работе на воде

Q, м3

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

Н, м

115

115

116

114

110

103

93

80

η

0

0,30

0,50

0,70

0,78

0,84

0,85

0,84

4.2.1Определяем коэффициент быстроходности насоса

Определим переходное число Рейнольдса

Определяем число Рейнольдса

Так какReн>Reпер, то присутствует автомодельный режим и пересчет

Q иH не требуется.

         4.2.2 Пересчет КПД

Выбираем коэффициенты, которые учитывают гидравлические  и дисковые потери α и А.

α = 0,03 (приReн=181862)

А = 500 (приns=124)

Таблица 4.4 - Характеристика подпорного насоса на перекачиваемом продукте.

Q, м3

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

Н, м

115

115

116

114

110

103

93

80

η

0

0,29

0,48

0,67

0,74

0,80

0,81

0,80

5  СОВМЕЩЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРУБОПРОВОДА И ГРУППЫ НАСОСОВ

Устанавливаем последовательно 2  основных  насоса типаНМ 5000-210 и 2 подпорных насоса НПВ 5000-120.

Характеристика трубопровода

Q

0

1000

2000

3000

4000

5000

H

0

38

106

220

378

583

НМ

Q

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

H

240

235

230

225

210

175

155

125

НПВ

Q

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

H

115

115

116

114

110

103

93

80

Группа насосов

Q

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

H

710

700

692

678

640

588

500

410

Рисунок 5.1  - Совмещенная характеристика  трубопровода и насосов

                                     НПВ 2500-80        НМ 2500-230

Рисунок 5.2 – Схема подключения насосов

6 ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАСОСА, РАСЧЕТ, ГРАФИЧЕСКИЕ ПОСТРОЕНИЯ

     6.1 Дросселирование

Введение дополнительного сопротивления в нагнетательный трубопровод увеличивает крутизну характеристики трубопровода, что сдвигает рабочую точку в сторону уменьшения подачи.

КПД этого способа регулирования

Этот метод является неэкономичным, т.к. КПД уменьшился более чем на 2%.

 Регулирование методом дросселирования представлен на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Регулирование методом дросселирования

          6.2 Байпасирование

          Байпасом называют обводной трубопровод, по которому часть нефти из нагнетательной линии может снова подаваться во всасывающую линию насосов.

КПД этого способа регулирования

 Этот способ регулирования также, как и дросселирование, является неэффективным и приводит к снижению КПД насосов из-за затрат энергии на перекачку нефти по байпасу.

Регулирование методом байпасирования представлен на рисунке 6.2

Рисунок 6.2 – Регулирование методом байпасирования

           6.3 Изменение частоты вращения вала

          Изменение частоты вращения вала – прогрессивный и экономичный метод регулирования, позволяющий полностью исключить обточку рабочих колес.

Согласно теории подобия центробежных насосов параметры их работы при измени частоты вращения вала связаны соотношениями:

=

Построим параболу подобия. Результаты построения сведем в таблицу

Таблица 6.1 – Парабола подобия

Q, м/час

0

1000

2000

3000

4000

5000

Н,  м

0

23,4

93,6

210,6

374,4

585

Определим необходимое число оборотов

n==2830

По формулам   и  пересчитаем кривую НМ при числе оборотов в минутуn=2830

Данный метод регулирования является самым эффективным, так как при изменении числа оборотов вала насоса, КПД насоса при этом не меняется.

1) ;

2) ;

   Таблица 6.2 -  Характеристика насосов после изменения частоты вращения

вала

Q1, м/час

0

800

1600

2400

3200

4000

Н1, м

240

235

230

225

210

175

Q2, м/час

0

754,7

1509

2264

3018,7

3773

Н2, м

213,6

209

204,7

200

187

156

Регулирование методом изменения частоты вращения вала представлен на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3  - Регулирование методом изменения частоты вращения вала

6.4 Регулирование подачи обточкой рабочего колеса

        Обточка рабочих колес по наружному диаметру широко применяется в трубопроводном транспорте нефти. Этот способ может быть эффективно использован при установившемся на длительное время режиме перекачки. Следует отметить, что уменьшение диаметра рабочего колеса сверх допустимых пределов приводит к нарушению нормальной гидродинамики потока в рабочих органах насоса и значительному снижению к.п.д.

- уравнение параболы обточки

– коэффициент параболы обточки

=

Построим параболу подобия. Результаты построения сведем в таблицу

Таблица 6.3 – Парабола обточки

Q, м/час

0

1000

2000

3000

4000

5000

Н, м

0

23,4

93,6

210,6

374,4

585

По формулам   и  пересчитаем кривую НМ

1) ;

2) ;

         Таблица 6.4 - Характеристика насосов после обточки рабочего колеса

Q1, м/час

0

800

1600

2400

3200

4000

Н1, м

240

235

230

225

210

175

Q2, м/час

0

754,7

1509

2264

3018,7

3773

Н2, м

213,6

209

204,7

200

187

156

Регулирование методом обточки рабочего колеса представлен на рисунке 6.4

Рисунок  6.4 – Регулирование методом обточки рабочего колеса

Степень обточки

Процент обточки

  При 60<ns<130 допускается обточка рабочих колес до 15%. В нашем случаеns=124 и ∆=6% - условие выполняется, следовательно, регулирование подачи путем обточки рабочего колеса приемлемо.

7 РАСЧЁТ ИМПЕЛЛЕРА

Назначение импеллера создавать заданную по расходу циркуляцию жидкости через торцовое уплотнение, что обеспечивает стабильный температурный режим его работы.

Основным элементом является винтовой насос, устанавливаемый на месте разделительной втулки.

Рисинок 7.1- Схема импеллерного устройства

Для расчёта выберем значение при различных δ

m=6мм;h=4мм;δ1=0.3мм;d=145мм;

b=3мм;α=15;δ2=0.6мм;L=80мм.

u,v  – безразмерные параметры;

m – шаг нарезки;

В – ширина выступов, которая составляет не менее трех миллиметров;

h – глубина нарезки, обычноh = 3…5 мм;

δ – зазор между импеллером и втулкой корпусаδ = 0,3…0,4 мм;

α – угол наклона винтовой линии,α = 10…17о:

u = (m – b) / m = 0,6…0,7 ;

v = (h + δ )/ δ = 4…13;

tg α = 0,15…3.

Оценим параметры с помощью комплексов

u=(m-b)/m=(10-4)/10=0,6;

V=(h+δ)/ δ;

V1=(4+0.3)/0.3=14,33;

V2=(4+0.6)/0.6=7,6;

t=tan(α)=tan(15)=0.267.

Найдём запирающее давление Рз

,

где  ;

Найдём максимальную подачу импеллера

где

Зная основные показатели, найдём а

Рассчитаем  основные показатели, которые занесем в таблицу 7.1 и  построим характеристику импеллера для обоих случаев.

Таблица 7.1- Характеристики импеллеров

Q, м3

0

2

4

6

8

9,32

P1, МПа

0,28036

0,22021

0,16006

0,09991

0,03976

0,000063

P2, МПа

0,1649

0,12939

0,09388

0,05837

0,02285

-0,0006

       Гидравлический расчёт проточки

Уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2

,

где

;

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

Давление в сечении 1-1 проточки

Находим число Рейнольдса

- режим течения ламинарный, т.к.Re<2320

Аналогично рассчитаем 6 точек. Результаты расчетов занесем в таблицу 7.2

                    Таблица 7.2- Нагрузочная характеристика проточки.

Q, м3

V,м/с

Re

λ

h1-2

p, МПа

0

0

0

0

0

0

2

4,91468

2268,31

0,02821

0,34156

0,00278

4

9,82936

4536,63

0,03855

1,86683

0,0152

6

14,744

6804,94

0,03484

3,79547

0,0309

8

19,6587

9073,26

0,03242

6,27925

0,05113

10

24,5734

11341,6

0,03066

9,27899

0,07555

11,1846

27,4844

12685,1

0,02981

11,2872

0,0919

Рисунок 7.2 - Совмещенная характеристика импеллерного устройства

        Реальной подаче соответствуют значения 7,8…8,8 м3

В процессе эксплуатации импеллерного устройства за счет износа величина зазора δ с течением времени возрастает, что приводит к резкому снижению его характеристики  и рабочих параметров.

Найдём мощность, затрачиваемую на импеллер в обоих случаях:

,

где

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

          В данной курсовой работе мы провели гидравлический расчет трубопровода, определили потребный напор, подобрали насосы: последовательно соединенных НМ 2500-230 и НПВ 2500-80. Определили всасывающую способность насоса, по которой мы обеспечили безкавитационную работу насоса. Провели регулирование центробежного насоса различными методами: воздействием на коммуникацию, воздействием на привод(изменение частоты вращения вала насоса), воздействием на насос(изменение размеров рабочего колеса).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Колпаков Л.Г. Эксплуатация магистральных центробежных насосов: Учебное пособие. - Уфа: Изд. УНИ, 1988 – 116 с.
  2. Тугунов П.И., Новоселов В.Ф., Коршак А.А., Шаммазов А.М. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. Учебное пособие для ВУЗов. – Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. – 658 с.
  3. Каталог Центробежные нефтяные магистральные и подпорные насосы: - Москва: ЦИНТИхимнефтемаш, 1973


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9203. Белки, аминокислоты. Нуклеиновые кислоты 675 KB
  Белки, аминокислоты. Нуклеиновые кислоты. Структура белков, функции белков в клетке, аминокислоты. Нуклеиновые кислоты. Тип урока - изучение нового материала. Цели: Рассмотреть особенности строения белковых молекул, познакомиться с функциями белков...
9204. Белки, аминокислоты. Нуклеиновые кислоты АТФ, АДФ, самоудвоение ДНК, типы РНК 177 KB
  Белки, аминокислоты. Нуклеиновые кислоты. АТФ, АДФ, самоудвоение ДНК, типы РНК Тип урока - интегрированный. Цели: Познакомить учащихся с особенностями строения АТФ Доказать, что АТФ является универсальным источником энергии...
9205. Строение клетки 48.5 KB
  Единство принципа строения. Сходство протекания химических процессов в цитоплазме и ядре (биосинтез белка, репликация ДНК). Единство принципа передачи наследственной информации при делении клетки. Сходное строение мембран. Единство химического состава.
9206. Одномембранные органоиды клетки 50.5 KB
  ЭПС - это система канальцев и цистерн, стенки которых образованы мембраной. Они пронизывают всю цитоплазму. По каналам ЭПС вещества перемещаются в разные части клетки.
9207. Особенности строения и жизнедеятельности бактерий 36 KB
  Размножаются путём деления, которое наступает после удвоения бактериальной хромосомы – кольцевидной ДНК – или после полого процесса протекающего в форме обмена генетическим материалом между особями.
9208. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Обмен веществ и превращение энергии. Пластический и энергетический обмен 45 KB
  Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Обмен веществ и превращение энергии. Пластический и энергетический обмен. Тип урока - изучение нового материала. Цели: Познакомить учащихся с понятием обмен веществ в организме...
9209. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Питание клетки. Автотрофы, гетеротрофы. Фотосинтез. Хемосинтез 38.5 KB
  Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Питание клетки. Автотрофы, гетеротрофы. Фотосинтез. Хемосинтез. Тип урока - изучение нового материала. Цели: Познакомить учащихся с типами питания живых организмов. Рассмотреть процесс ...
9210. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Ген и его роль в биосинтезе белков Генетический код ДНК. Реакции матричного синтеза 1.88 MB
  Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Ген и его роль в биосинтезе белков Генетический код ДНК. Реакции матричного синтеза. Тип урока - изучение нового материала. Цели: Сформировать знания о генетическом коде и его свойствах....
9211. Деление клетки. Формы размножения организмов. Жизненный цикл клетки. Митоз 571 KB
  Деление клетки. Формы размножения организмов. Жизненный цикл клетки. Митоз. Тип урока - изучение нового материала. Цели: Изучить процесс деления клетки путём митоза. Показать основные этапы жизненного цикла клетки Рассмотреть...