1. Гидравлический расчет трубопровода и построение его характеристики, подбор насоса
Рисунок 1- Схема перекачки
1.1 Гидравлический расчет трубопровода
1) Составим уравнение Бернулли для сечений 1-1:2-2 и 3-3:4-4
2) Гидравлический расчет всасывающей линии
Так как скорость движения нефти v = 1-5 м/с принимаем vвс=2 м/с
Оценим диаметр из уравнения неразрывности:
Q=vS=const
По
ГОСТ принимаем:
dнар
= 377 мм, δ = 8 мм →
Уточняем скорость во всасывающей линии:
Определим число Рейнольдса:
Трубы стальные новые: Δ=0,06 мм
Т.к. Re < Re1вс, то λ считаем по формуле:
Находим потери по длине:
Находим местные потери:
Определяем суммарные потери:
3)
Гидравлический расчет нагнетательной
линии.
Принимаем скорость движения в нагнетательной линии
vн=3м/с
Оценим диаметр из уравнения неразрывности:
Q=vS=const
По ГОСТ принимаем:
dнар
= 377 мм, δ = 8 мм →
Уточняем скорость в нагнетательной линии:
Определим число Рейнольдса:
Трубы стальные новые: Δ=0,06 мм
Т.к. Re < Re1н, турбулентный режим (зона гладкого трения) => λ считаем по формуле:
Определяем суммарные потери:
4) Потребный напор насоса
Т.к. значение Н потр > 700м, то ведем пересчет при значении d. Округленному в большую сторону.
2) Гидравлический расчет всасывающей линии
Так как скорость движения нефти v = 1-5 м/с принимаем vвс=3 м/с
Оценим диаметр из уравнения неразрывности:
Q=vS=const
По
ГОСТ принимаем:
dнар
= 402 мм, δ = 8 мм →
Уточняем скорость во всасывающей линии:
Определим число Рейнольдса:
Трубы стальные новые: Δ=0,06 мм
Т.к. Re < Re1вс, турбулентный режим (зона гладкого трения) => λ считаем по формуле:
Находим потери по длине:
Находим местные потери:
Определяем суммарные потери:
3) Гидравлический расчет нагнетательной линии.
Принимаем скорость движения в нагнетательной линии
vн=3м/с
Оценим диаметр из уравнения неразрывности:
Q=vS=const
По ГОСТ принимаем:
dнар
= 402мм, δ = 8 мм →
Уточняем скорость в нагнетательной линии:
Определим число Рейнольдса:
Трубы стальные новые: Δ=0,06 мм
Т.к. Re < Re1н, турбулентный режим (зона гладкого трения) => λ считаем по формуле:
Определяем
суммарные потери:
4) Потребный напор насоса
1.2 Подбор насоса
По найденному потребному напору и необходимой подаче подбираем насос
марки НМ 1250-260:
Q=1250 м3/ч
Н=260 м
n=3000 об/мин
Δh=20 м
В нашем случае необходимо установить 3 насоса серии НМ 1250-260.
Для
построения характеристики трубопровода
производим расчет для
нескольких значений напора. Результаты заносим в таблицу.
Q |
v |
Re |
λ |
hвс |
hн |
H |
|
150 |
вс |
0,356 |
5497,580 |
0,0367 |
0,0328 |
19,007 |
76,1908 |
н |
0,356 |
5497,580 |
0,0367 |
||||
300 |
вс |
0,712 |
10995,160 |
0,0309 |
0,1246 |
63,9318 |
121,2073 |
н |
0,712 |
10995,160 |
0,0309 |
||||
450 |
вс |
1,0682 |
16492,740 |
0,0281 |
0,2733 |
130,9718 |
188,3961 |
н |
1,0682 |
16492,740 |
0,0281 |
||||
600 |
вс |
1,4242 |
21990,3203 |
0,0263 |
0,4773 |
217,3340 |
274,9622 |
н |
1,4242 |
21990,3203 |
0,0263 |
||||
750 |
вс |
1,7803 |
27487,9004 |
0,0249 |
0,7362 |
322,1155 |
380,0026 |
н |
1,7803 |
27487,9004 |
0,0249 |
||||
900 |
вс |
2,1364 |
32985,4804 |
0,0239 |
1,0494 |
444,4829 |
502,6832 |
н |
2,1364 |
32985,4804 |
0,0239 |
||||
1050 |
вс |
2,4924 |
38483,0605 |
0,0230 |
1,4167 |
583,8124 |
642,3801 |
н |
2,4924 |
38483,0605 |
0,0230 |
||||
1100 |
вс |
2,6111 |
40315,5872 |
0,0228 |
1,5511 |
633,9376 |
692,6396 |
н |
2,6111 |
40315,5872 |
0,0228 |
||||
1200 |
вс |
2,8485 |
43980,6406 |
0,0223 |
1,8378 |
739,6158 |
798,6045 |
н |
2,8485 |
43980,6406 |
0,0223 |
||||
По полученным данным строим характеристику трубопровода (Приложение 1)
2.
Проверка всасывающей способности
Составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2
Кавитационный запас
Δhдоп=20 м
Так как Δhдоп>Δh, то требуется подобрать подпорный насос
НПВ1250– 60 Δhдоп=2,2 м
Устанавливаем 2 подпорных насоса НПВ 1250-60.
Так как Δhдоп<Δh, значит всасывание насосом и бескавитационная работа
обеспечены.
3. Характеристика
насоса, его устройство и особенности
его работы
3.1 Насос магистральный
Рисунок 2- Характеристика насоса НМ 1250-260 (D2=395 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- Характеристика насоса НПВ 1250-60 (D2= 445 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.
М
арка
насоса читается так: "НПВ 1250-60" -
насос магистральный подпорный вертикальный
на оптимальную подачу 1250 м3/ч и напор Но
= 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.
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.
4. Пересчет характеристики с воды на перекачиваемый продукт
Характеристики насоса НМ 1250-260 при работе на воде
-
Q
Н
N
КПД
0
251
360
0
200
250
370
37
400
250
400
55
600
243
480
69
800
233
560
75
1000
220
640
78
1100
213
680
79
1200
200
760
80
1300
187
800
80
1360
178
840
80
Определяем коэффициент быстроходности насоса
Определим переходное число Рейнольдса
Определяем число Рейнольдса
Так как Reн>Reпер, то присутствует автомодельный режим . В таком случае пересчет Q и H не требуется
2) Пересчет КПД
Выбираем коэффициенты, которые учитывают гидравлические и дисковые
потери α и А:
α = 0,04
А = 1686
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 |
Н |
N |
КПД |
0 |
251 |
0 |
0 |
200 |
250 |
337,44 |
35,937 |
400 |
250 |
364,8 |
52,6513 |
600 |
243 |
437,76 |
65,3033 |
800 |
233 |
510,72 |
70,6325 |
1000 |
220 |
583,68 |
73,2761 |
1100 |
213 |
620,16 |
74,1542 |
1200 |
200 |
693,12 |
75,0308 |
1300 |
187 |
729,6 |
75,0308 |
1360 |
178 |
766,08 |
75,0308 |