Лабораторна робота № 4 рівняння балансу напорів

4.1 Мета роботи

1) Вивчення рівняння балансу напорів і його практичне застосування.

2) Побудова суміщеної характеристики перекачувальних станцій і трубопроводу.

3) Визначення параметрів спільної роботи нафтоперекачувальних станцій і магістрального нафтопроводу.

В результаті проведення лабораторного заняття студенти повинні:

- знати фізичну суть рівняння балансу напорів;

- уміти практично використовувати рівняння балансу напорів для розрахунку режимів роботи магістральних нафтопроводів.

4.2 Програма роботи

Лабораторна робота розрахована на 2 години аудиторних занять, під час яких досліджують параметри спільної роботи трубопроводу і перекачувальних станцій, будують суміщену характеристику трубопровідної системи та визначають параметри робочої точки системи.

4.3 Основні теоретичні положення. Опис лабораторної

установки

Магістральний трубопровід і нафтоперекачувальні станції, що на ньому працюють, - це єдина гідравлічна система. Тому їх роботу треба розглядати сумісно.

Якщо на рисунок, де побудована гідравлічна характеристика трубопроводу, нанести сумарну напірну характеристику всіх насосів, що працюють на трубопровід, то отримаємо суміщену характеристику станцій і трубопроводу.

Точку перетину зазначених двох характеристик називають робочою точкою трубопровідної системи. Отже, робоча точка виражає рівність напору, що створюють насоси, які працюють на нафтоперекачкувальних станціях, і втрат напору в трубопроводі, тобто виражає рівняння балансу напорів.

Робоча точка відповідає пропускній здатності системи. Вона визначає робочі параметри (витрату рідини і напір), які встановлюються автоматично в трубопровідній системі.

На сьогодні перевагу віддають не графоаналітичним, а аналітичним методам гідравлічного розрахунку трубопроводів. Аналітичний вираз рівняння балансу напорів в трубопроводі може бути записаний з використанням формули Дарсі-Вейсбаха

(4.1)

або узагальненої формули Лейбензона

, (4.2)

де , - коефіцієнти математичної моделі напірної характеристики всіх станцій, що працюють на трубопровід;

- витрата рідини;

1,02 – коефіцієнт, що враховує 2 % на втрати напору в місцевих опорах від втрат напору на тертя;

- прискорення вільного падіння;

- коефіцієнт гідравлічного опору;

- внутрішній діаметр трубопроводу;

- загальна довжина трубопроводу;

- довжина лупінга на трубопроводі;

- коефіцієнт, що зводить параметри лупінга до параметрів основної магістралі;

- різниця геодезичних позначок кінця і початку трубопроводу;

- залишковий напір в кінці трубопроводу;

, - показники режиму руху.

Якщо тиск, створюваний насосами будь-якої нафтоперекачувальної станції , перевищує максимально допустиме значення із умови міцності труб , то автоматично спрацьовує вузол регулювання на виході станції, який дроселює частину тиску і забезпечує подачу в трубопровід рідини з тиском, що відповідає максимально допустимому значенню. В такому випадку рівняння балансу напорів записують у вигляді

(4.3)

або

, (4.4)

де - сумарний напір, який повинен дроселюватись на виході нафтоперекачувальних станцій трубопроводу,

, (4.5)

- кількість нафтоперекачувальних станцій на трубопроводі;

- напір, який повинен дроселюватись на одній станції,

. (4.6)

Необхідний об'єм дроселювання у формулах (4.3) та (4.4) є функцією витрати рідини в трубопроводі.

Коефіцієнти математичної моделі напірної характеристики всіх станцій розраховують за виразами

, (4.7)

, (4.8)

де , , , - коефіцієнти математичної моделі напірної характеристики підпірного та основного насоса відповідно;

- кількість основних однотипних насосів, що працюють послідовно на одній станції.

Рівняння балансу напорів найчастіше використовують з метою визначення пропускної здатності трубопроводу або його ділянки чи перегону між нафтоперекачувальними станціями.

Вирази (4.1) і (4.3) – це трансцендентні рівняння відносно об'ємної витрати рідини в трубопроводі . Тому для її знаходження використовують метод послідовних наближень.

Із виразу (4.1) об'ємна витрата рідини дорівнює

, (4.9)

а із виразу (4.3)

. (4.10)

Лабораторну роботу виконують на установці “Модель магістрального нафтопроводу”, схема якого зображена на рисунку 3.1.

Для дослідження рівняння балансу напорів працюють насоси № 1 (головна станція) і № 3 (проміжна станція), обладнані відцентровими насосами марки “Кама-3”. На перегоні між головною і проміжною перекачувальними станціями передбачено лупінг з внутрішнім діаметром, що дорівнює діаметру основної магістралі ( мм). Різниця геодезичних позначок кінця і початку лабораторного трубопроводу

=1,68 м.

Види місцевих опорів і їх кількість на трубопроводі наведені в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 – Місцеві опори на трубопроводі

Назва місцевого опору	Коефіцієнт місцевого опору	Кількість, шт.
Кран пробковий	0,90	3
Вентиль	3,50	2
Кутник 900	1,20	14
Муфта	1,50	18

Площа дзеркала води в лівому відсіку ємності 1, яка моделює початковий і кінцевий пункти трубопроводу, м², а в правому - м². Загальна довжина трубопроводу м.

Математична модель напірної характеристики насоса “Кама-3” має вигляд

. (4.11)