Введение

Перед Вами, уважаемый читатель, учебное пособие, которое призвано помочь Вам в выполнении курсовой работы по гидромеханике. Курсовая работа представляет собой достаточно сложную инженерную задачу, связанную с проектированием и эксплуатацией систем типа насос—трубопровод.

При выполнении курсовой работы Вы должны научиться:

1.Правильно использовать законы гидромеханики для описания физических процессов, происходящих при движении жидкости по таким системам.

2. Производить анализ этих процессов с тем, чтобы управлять ими и достигать требуемых для практики целей.

В данной курсовой работе насос выступает как равноправный элемент расчетной схемы. Между тем, согласно учебному плану, подробное изучение гидравлических машин для нефтегазовых специальностей предусмотрено на старших курсах. В связи с этим я постаралась очень коротко, на основании ясных физических представлений познакомить Вас, уважаемый читатель, с процессами, происходящими при движении жидкости через насосы различного типа.

Курсовая работа по гидромеханике для многих из вас является первой курсовой работой в институте. Обратите особое внимание на оформление графиков и рисунков, разбивку материала на разделы и подразделы, соблюдение ГОСТов.

Умение ясно, четко и последовательно излагать свои мысли - необходимое качество образованного человека!

Пособие содержит 6 разделов и 14 приложений.

В этой книге объясняется разница между центробежными и объемными насосами, подчеркиваются достоинства и недостатки различных типов насосов, области их применения.

Изучая эту книгу, Вы научитесь определять рабочую точку насоса и регулировать подачу насоса различными способами.

В этой книге Вы встретитесь с кавитационными явлениями, научитесь бороться со "злыми пузырьками" и не допускать их появления.

Читая эту книгу, Вы научитесь выполнять расчеты как для ньютоновских, так и для неньютоновских жидкостей.

С помощью этой книги Вы научитесь выполнять расчеты на прочность некоторых элементов системы насос—трубопровод.

В этой книге приведены не только теоретические сведения, но и примеры расчётов.

В Приложениях к этой книге приводятся необходимые для расчётов справочные данные.

В этой книге изложены некоторые сведения из АЗБУКИ инженера, без знания которых невозможно понимать законы гидромеханики и использовать их в нефтегазовой практике.

При выполнении расчетов, представляющих собой решение трансцендентных уравнений и численное интегрирование, предусматривается обязательное использование ЭВМ.

Задания на курсовую работу выдаются преподавателем индивидуально каждому студенту. Варианты заданий в пособии не приводятся.

Желаю вам, уважаемый читатель, успехов при изучении сложных процессов, происходящих в таинственном мире жидкостей при их движении по трубопроводным системам.

Глава 1
	Совместная работа насоса и гидравлической сети

Насос - машина, предназначенная для преобразования механической энергии приводного двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости. Важнейшие параметры работы насоса - напор H и подача Q.

Напор насоса H- энергия, приходящаяся на единицу веса, которую получает жидкость, проходящая через насос.

Подача насоса Q - объемное количество жидкости, которое за единицу времени проходит через насос. Подача насоса равна расходу жидкости в трубопроводе, присоединенном к насосу.

Величины H и Q для каждого насоса между собой взаимосвязаны. Зависимость H= f(Q) называется напорной характеристикой насоса.

Один и тот же насос может быть включен в различную гидравлическую сеть.

Гидравлическая сеть - система трубопроводов, резервуаров, регулирующих устройств и других элементов, по которым перемещается жидкость.

Дополнительная энергия, которая передается жидкости в насосе, расходуется в гидравлической сети на совершение работы по подъему жидкости, на преодоление гидравлических сопротивлении при движении жидкости и на другие цели. Величина энергии, необходимой для перемещения жидкости, зависит от вида и характеристик гидравлической сети. Зависимость потребной удельной энергии H_потр. от расхода Q жидкости в системе называется характеристикой гидравлической сети:

Hпотр.= j(Q)

(1)

Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо совмещать параметры работы насоса и гидравлической сети, то есть решать систему уравнений:

H= f(Q) Hпотр.= j(Q)

(2)

Решение системы уравнений (2) представляет собой параметры рабочей точки К насоса (Q_k , H_k ) в заданной гидравлической сети.

Для определения рабочей точки насоса необходимо раскрыть содержание функций f(Q) и j(Q), то есть более подробно познакомиться с насосами и принципами гидродинамических расчетов.

1.1. Некоторые сведения о насосах

По принципу действия насосы подразделяют на гидродинамические и объемные.

1.1.1. Центробежные насосы

Из гидродинамических насосов на практике чаще всего используется центробежный насос, схема которого представлена на Рис.1.

Схема центробежного насоса

1 - подвод, 2 - рабочее колесо, a - задний (ведущий) диск рабочего колеса, б - передний (ведомый) диск рабочего колеса, в - лопатки рабочего колеса, 3 - спиральная камера (отвод), 4 - диффузор.

Рис.1

Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов - подвода 1, рабочего колеса 2 и спиральной камеры 3. По подводу жидкость подается в насос из подводящего (всасывающего) трубопровода.

Рабочее колесо 2 состоит из заднего а и переднего б дисков, между которыми находятся криволинейные лопатки в, изогнутые, как правило, в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Ведущим задним диском рабочее колесо крепится на валу. Жидкость движется через колесо из центральной его части к периферии и, далее, по отводу 3 отводится к напорному патрубку.

При вращении рабочего колеса появляется центробежная сила, которая отбрасывает жидкость от центра к периферии, освобождая при этом объём на входе в насос. Увеличение объёма приводит к понижению давления в жидкости (вспомним: давление - напряжение сжатия, сжатие жидкости уменьшается - давление падает). Создается разность давлений между уровнем жидкости в приемном резервуаре и входом в насос и непрерывное движение жидкости через насос.

Назначение рабочего колеса 2 - передача жидкости энергии от приводного двигателя.

Механическая энергия, подводимая к валу насоса от приводного двигателя, преодолевает момент реактивных сил со стороны жидкости и приводит колесо во вращение. Лопатки рабочего колеса насоса при своем вращении оказывают силовое воздействие на жидкость, в результате чего растет давление в ней и происходит движение жидкости с расходом Q. При этом, согласно закону сохранения энергии, механическая энергия приводного двигателя превращается в гидравлическую энергию потока жидкости.

Трубопровод с насосной подачей жидкости

1 - насос, 2 - всасывающий трубопровод, 3 - нагнетательный трубопровод, 4 - вакуумметр, 5 - манометр, 6 - регулировочный вентиль (кран), 7 - обратный клапан, А - приёмный резервуар, Б - напорный резервуар.

Рис.2.

Насос является источником энергии, необходимой для перемещения жидкости в гидравлической сети. На Рис.2 изображена система, в которой жидкость поступает в насос через обратный клапан 7 из открытого приёмного резервуара А, расположенного ниже оси установки насоса. При этом давление на входе в насос меньше атмосферного. Разность атмосферного давления и абсолютного давления (величину р­_v ) фиксирует вакуумметр 4. При движении через насос давление жидкости увеличивается и на выходе из насоса становится больше атмосферного. Разность абсолютного давления на выходе из насоса и атмосферного давления (величину р­_м) фиксирует манометр 5.

При прохождении через насос гидравлическая энергия жидкости увеличивается, и за счет этого жидкость поднимается на высоту h_o, преодолевая противодавление р­_мо в напорном резервуаре Б и гидравлические сопротивления в системе.

Центробежные насосы не обладают свойством самовсасывания, поэтому перед пуском насос и весь подводящий трубопровод заполняют жидкостью. Обратный клапан 7 при этом должен быть закрыт. При остановке насоса обратный клапан также закрывается, и система остаётся заполненной жидкостью.