Задача №2, вариант №8

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 3

Наименование данных, единица измерения	Значение
Высота установки насоса z, м	0,3
Длина всасывающего трубопровода lвс, м	4,5
Диаметр всасывающего трубопроводаdвс, м	0,28
Диаметр цилиндровых втулок насоса D, мм	130
Длина хода поршня L, мм	450
Число ходов n, с-1	1,1
Плотность жидкости ρ, кг/м3	1080
Температура перекачиваемой жидкости tо, С	20
Потери напора во всасывающем клапане hкл, м	3,0
Перекачиваемая жидкость	Глинистый раствор

Рис. 2. Схема установки насоса

Решение.

Воспользуемся условием нормального всасывания поршневого (плунжерного) насоса:

, (3)

,

где - минимальное абсолютное давление во всасывающем коллекторе насоса; - абсолютное давление над уровнем жидкости в резервуаре, т.к. резервуар открыт, то =101325 Па; 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.

Инерционный перепад давления определяется по формуле:

,

где - ускорение жидкости во всасывающем трубопроводе.

, (4)

где - ускорение поршня насоса, , - площадь поперечного сечения поршня насоса и всасывающего трубопровода соответственно. Ускорение поршня насоса максимально в начале хода поршня, тогда

, (5)

где - длина шатуна насоса; ω = 2πn- угловая скорость кривошипа.

; ; . (6)

Подставляя в формулу 4 формулы 5 и 6 получим:

.

Инерционный перепад давления

Па.

Потери давления во всасывающем клапане

Па.

Минимальное абсолютное давление во всасывающем коллекторе насоса будет равно

Из Приложения 1 определяется давление паров жидкости: 3,2 КПа.

Из Примечания 2 к таблице 3: КПа.

Подставляя полученные величины в неравенство 3 и получим:

.

Из условия следует, что всасывания насоса нормальное.

Задача №3, вариант №10

Произвести гидравлический расчет насосной установки (рис. 3) 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	35
Глубина присоединения всасывающего трубопровода а, м	3,0
Длина всасывающего трубопровода lвс, м	18
Длина нагнетательного трубопровода lнг, м	4000
Высота нефти в напорном резервуаре равна hн, м	10,5
Геодезическая разность отметок Hг, м	65
Вязкость нефти ν, м2/с	0,50
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).

Произведём уточнение объемных расходов нефти, протекающей через различные участки трубопровода. В связи с тем, что температура жидкости на различных участках трубопровода не меняется, и перекачивается при температуре 10 °С, то на участке всасывающего трубопровода расход равен

где Q_зад - заданный расход, м³/с. Расход в напорном трубопроводе при температуре 10 °С равен

Определим диаметры всасывающего и напорного трубопроводов. Из указаний к выполнению задачи, скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе принимается равной м/с, в нагнетательном трубопроводе м/с. Тогда из формулы для скорости жидкости

Выражаем диаметр трубопровода:

.

Внутренний диаметр всасывающего трубопровода и нагнетательного соответственно равны м и м.

Так как для изготовления трубопровода используют стандартные трубы, то расчетные диаметры всасывающего и напорного трубопроводов необходимо округлить до ближайшего размера по государственному стандарту. Выбирают по ГОСТ 8732-78 для всасывающего трубопровода трубы 140х7 с внутренним диаметром d_вс= 0,126 м и для напорного трубопровода 102х6 с внутренним диаметром d_нг= 0,090 м.

Поскольку внутренние диаметры стандартных труб отличаются от расчетных, то уточняют значения скорости движения жидкости на отдельных участках трубопровода:

м/с; м/с.

Для определения режима течения жидкости в трубопроводах вычислим число Рейнольдса по формуле:

.

.

.

Так как < режим течения ламинарный и ＞ , режим течения турбулентный (2320 - критическое число Рейнольдса). Коэффициент гидравлического трения определяется по формуле Блазиуса для ламинарного течения , и для турбулентного .

и .

Потери напора в трубопроводах.

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

,

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

м.

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

,

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

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 z = 1,0 м. Тогда абсолютное давление на входе в насос будет равно:

Па.

Составим уравнение Бернулли для напорного трубопровода

,

где - абсолютное давление на выходе из насоса, - атмосферное давление, = =101325 Па.

.

За нулевую отметку взят уровень поверхности земли, где установлен заборный резервуар. Абсолютное давление на выходе из насоса будет равно:

Па.

Напор, создаваемый насосом

м.

Полезная мощность насоса

Вт.

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

.

По номограмме Ляпкова: - коэффициент пересчёта КПД, - коэффициент пересчёта расхода, - коэффициент пересчёта напора.

м, м³/ч.

По полученным параметрам H_в и Q_в производят выбор насоса. Данным критериям соответствует насос НС65/500 (из таблицы 1 приложения 4), у которого высота всасывания h_кр =3,1 м и КПД не менее 58 %.

Приводная мощность установки:

Вт.

Для привода насоса подойдёт электродвигатель взрывозащищенной серии AB 250M2, номинальное напряжение 660/380 В и мощность 90 КВт.

Проверим условие всасывания насоса. Кавитацией называется образование и последующее захлопывание в потоке жидкости парогазовых пузырьков, сопровождающееся непрерывными гидравлическими микроударами высокой частоты, большими давлениями и температурами в центрах захлопывания. При кавитации изменяется характеристика насоса, снижаются его технические показатели, возникают шум (треск, удары) и вибрация, происходит интенсивная эрозия поверхностей рабочих органов (лопастей, подвода). Кавитация ограничивает высоту всасывания насоса. Для определения безкавитационной работы 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. , 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.

= 27217 Па.

Подставляя в неравенство значения величин получим:

.

Или 22572 > 31974- условие безкавитационной работы центробежного насоса не выполняется. Определим z при котором условие безкавитационной работы центробежного насоса будет выполняться. .Откуда получим м. Это означает, что для подавления кавитации необходимо насос установить ниже уровня жидкости опорожняемой ёмкости на 0,07 м.