Контрольная работа 1 Задача №2 (Вариант 3)

Проверить условия всасывания поршневого насоса, если известно, что высота его установки над уровнем жидкости в приемном резервуаре открытого типа равна z. Поршень насоса при длине хода L совершает n ходов в единицу времени, диаметр цилиндровых втулок D. Длина всасывающей линии l_вс, а её диаметр d_вс. Перекачиваемая жидкость имеет плотность ρ и температуру t^оС. Потери напора во всасывающем клапане составляют h_кл. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.

Таблица 2

Наименование данных, единица измерения	Значение
Высота установки насоса z, м	0,4
Длина всасывающего трубопровода lвс, м	2,6
Диаметр всасывающего трубопровода dвс, м	0,15
Диаметр цилиндровых втулок насоса D, мм	100
Длина хода поршня L, мм	300
Число ходов n, с-1	1,1
Плотность жидкости ρ, кг/м3	1000
Температура перекачиваемой жидкости tо , С	20
Потери напора во всасывающем клапане hкл, м	2,3
Перекачиваемая жидкость	вода

Рис. 2. Схема установки насоса.

Решение: Воспользуемся условием безкавитационной работы поршневого (плунжерного) насоса:

,

,

где - минимальное абсолютное давление во всасывающем коллекторе насоса; - абсолютное давление над уровнем жидкости в резервуаре, так как резервуар открыт, то =100 кПа; h - потери напора во всасывающей линии в начале хода поршня, так как насос на всасывающей линии не оборудован пневмокомпенсатором, то h = 0; - инерционный перепад давления; - потери давления во всасывающем клапане; - давление паров жидкости; - гарантийный противокавитационный запас давления.

Определим инерционный перепад давления

,

где - ускорение жидкости во всасывающем трубопроводе.

,

где - ускорение поршня насоса; , - площадь поперечного сечения поршня насоса и всасывающего трубопровода соответственно.

Ускорение поршня насоса максимально в начале хода поршня, тогда

,

где - длина шатуна насоса; ω - угловая скорость кривошипа.

; ; ; ;

Тогда ускорение поршня насоса =1,790 м²/с.

Ускорение жидкости во всасывающем трубопроводе

= 0,796 м²/с.

Инерционный перепад давления

= 2069,6 Па.

Потери давления во всасывающем клапане

= 22563 Па.

Минимальное абсолютное давление во всасывающем коллекторе насоса

=

= 71443,4 Па.

Из Приложения 1 определим давление паров жидкости

2380 Па.

Из Примечания 2 к таблице с исходными данными к задаче

кПа.

или .

Значит условие всасывания насоса нормальное.

Контрольная работа 1 Задача №3 (Вариант 8)

Произвести гидравлический расчет насосной установки для перекачки нефти с расходом Q, если известно, что всасывающий трубопровод насоса, присоединенный к заборному резервуару на глубину а от свободной поверхности, имеет длину l_вс, два плавных поворота и обратный клапан с сеткой. Нагнетательный трубопровод длиной l_нг имеет восемь плавных поворотов, обратный клапан и две задвижки. Максимальная высота взлива нефти в напорном резервуаре равна h_н, а избыточное давление над её поверхностью p₁ = 196,2 Па. поверхность земли в пункте установки напорного резервуара возвышается над поверхностью земли, где установлен заборный резервуар, на H_г.

Перекачиваемая жидкость имеет вязкость ν и плотность ρ при температуре 10^о С.

Полагая, что насосная станция работает круглосуточно, необходимо определить диаметр всасывающего и напорного трубопроводов - d_вс и d_нг, высоту расположения насосов относительно уровня нефти в заборном резервуаре, считая, что абсолютное давление над её поверхностью (р₂) равно 40 кПа, полный напор насоса, тип и марку насоса для подачи заданного количества жидкости, мощность и тип электродвигателя.

Исходные данные для расчета приведены в таблице 4.

Таблица 4

Наименование данных, единица измерения	Значение
Производительность насоса Q, м3/ч	210
Глубина присоединения всасывающего трубопровода а, м	2,0
Длина всасывающего трубопровода lвс, м	12
Длина нагнетательного трубопровода lнг, м	2000
Высота нефти в напорном резервуаре равна hн, м	11
Геодезическая разность отметок Hг, м	90
Вязкость нефти ν, м2/с	0,35
Плотность нефти ρ, кг/м3	895
Избыточное давление над поверхностью нефти в напорном резервуаре p1, Па	196,2
Абсолютное давление над поверхностью нефти в заборном резервуаре p2, кПа	40

Рис. 3. Схема насосной установки.

Решение: Для перекачки жидкости данной вязкости с данным расходом должен применяться центробежный насос (см. Приложение 3).

Определим диаметры всасывающего и напорного трубопроводов. Из указаний к выполнению задачи:

м/с и м/с.

Тогда .

м и м.

По ГОСТ 8732 - 78 выбираем для всасывающего трубопровода трубы 426х9 с внутренним диаметром d_вс = 0,408 м и для напорного трубопровода 325х9 с внутренним диаметром d_нг = 0,307 м.

Уточним скорости движения нефти в трубопроводах

.

= 1,26 м/с; = 2,23 м/с.

Определим режимы течения жидкости в трубопроводах, Для этого вычислим числа Рейнольдса в трубопроводах

.

=30542.

= 22981.

Так как ＞2320 и ＞2320, то режим течения в обоих трубопроводах турбулентный (2320 - критическое число Рейнольдса).

Коэффициент гидравлического трения определим по формуле Блазиуса:

.

= 0,0239; = 0,0257.

Определим потери напора в трубопроводах.

Всасывающий трубопровод насоса имеет длину l_вс, два плавных поворота и обратный клапан с сеткой. Значит

,

где и - коэффициенты местного сопротивления плавных поворотов и обратного клапана с сеткой соответственно (из Приложения 2).

= 0,542 м.

Нагнетательный трубопровод длиной l_нг имеет восемь плавных поворотов, обратный клапан и две задвижки.

,

где - коэффициент местного сопротивления задвижки (из Приложения 2).

= 44,768 м.

Составим уравнение Бернулли для всасывающего трубопровода

,

где - абсолютное давление на входе насоса.

За нулевую отметку взят уровень поверхности земли, где установлен заборный резервуар.

Пусть = 1,0 м. Тогда

.

Откуда = 43311 Па (абсолютное давление на входе в насос).

Составим уравнение Бернулли для напорного трубопровода

,

где - абсолютное давление на выходе из насоса; - атмосферное давление, = 100 кПа.

За нулевую отметку взят уровень поверхности земли, где установлен заборный резервуар.

.

Откуда = 1371252 Па (абсолютное давление на выходе из насоса).

Напор, создаваемый насосом

= 151,25 м.

Полезная мощность насоса

= 77465 Вт.

Так как характеристики насосов приводятся для работы на воде, то их необходимо пересчитать для работы на вязкой жидкости.

= 15832.

По номограмме Ляпкова(Уч.:Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры, стр.44)

Выбираем 2 насоса ЦНС 105-196 включенных параллельно (Из таблицы 4 Приложения 4), у которого К_н =0,74 (КПД насоса 74 %) и высота всасывания h_кр = 5,5 м.

Приводная мощность установки (2 насоса)

= 149546 Вт.

Для привода насосов выбираем 2 электродвигателя AB 250M2 (Электродвигатели взрывозащищенные серии АВ: двигатели трехфазные с короткозамкнутым ротором предназначены для продолжительного режима работы от сети переменного тока частотой 50 Гц номинального напряжения 660/380 В для внутренних и наружных установок взрывоопасных видов производств химической, газовой, нефтеперерабатывающей и других видов промышленности) с частотой вращения 3000 об/мин и мощностью 90 кВт (∑ N 160кВт).

Проверим условие всасывания насоса. Воспользуемся условием безкавитационной работы центробежного насоса:

,

где - абсолютное давление над уровнем жидкости в резервуаре, =40 кПа; - критическое давление при котором происходит кавитация в насосе (срыв режима всасывания); - давление паров жидкости (из Приложения 1 при 10 град = 5750 Па); А - коэффициент противокавитационного запаса.

= 48290 Па.

,

где а - коэффициент, зависящий от h_кр, а = 1,2; К_ф.к. - коэффициент формы колеса (рабочего), К_ф.к. = 1,1; К_ж - коэффициент природы жидкости, К_ж = 0,89.

Тогда

.

Или - условие безкавитационной работы центробежного насоса не выполняется. Определим z, при котором условие безкавитационной работы центробежного насоса будет выполняться.

.

Откуда м (Это означает что для подавления кавитации требуется подпор, что практически возможно, насос необходимо будет установить ниже уровня жидкости опорожняемой ёмкости на 3,1 м).