Методическое пособие 680

310

H, м

Рисунок 2.5 - Н-Q характеристика трубопровода с самотечными участками

Представленный пример показывает, как строить Н-Q характеристику для трубопровода как для режимов с самотечными участками, так и без них.

2.2 H-Q характеристика насосной станции и определение пропускной способности трубопроводной системы

Насосы перед передачей заказчику испытывают, и на основании этих испытаний оформляется паспорт изделия. Основными характеристиками насоса являются его расходнонапорная характеристика (гидравлическая характеристика), мощность, необходимая насосу, в зависимости от его подачи, коэффициент полезного действия и кавитационный запас. Для насосов, выпускаемых серийно, эти характеристики можно найти в справочной литературе.

20

Зависимость дифференциального напора от подачи представляют в виде полинома второй степени в виде

или в виде

где H – напор на выходе из насоса, м; Q – подача насоса, м3/ч;

Значения коэффициентов a, b, a0, a1, a2 , а также другие характеристики насосов серии МН можно найти в приложении.

Полезная мощность насосной установки определяется по формуле:

Мощность на валу насоса определяется по формуле:

где η – коэффициент полезного действия центробежного насоса.

Зависимость к.п.д. от подачи насоса обычно представляют в виде зависимости

Иногда в паспорте на изделие зависимость дифференциального напора от подачи представляют в виде

21

таблицы, когда значению напора или к.п.д. соответствует значение расхода. Тогда для того, чтобы получить аналитическую зависимость, необходимо воспользоваться формулой:

Для к.п.д. (см. формулу 2.19) необходимо использовать следующие формулы:

Представленные выше формулы используются, когда есть пять значений расхода и напора. Для другого количества исходных точек представленная формула должна быть легко модифицирована. Другим способом получить вид аналитической зависимости и соответствующие коэффициенты можно, воспользовавшись средствами программы Excel. Пример представлен в приложении.

Теперь, после того как мы построили расходно-напорную характеристику трубопроводной системы и имеем расходно-

22

напорную характеристику насоса, мы можем построить расходно-напорную характеристику насосной станции и найти рабочий расход в системе транспорта. Для этого на графике строится H-Q характеристика насосной станции и H-Q характеристика трубопроводной системы. Точка пересечения этих графиков дает расход по системе и напор (давление) после насоса.

Расходно-напорная характеристика насосной станции складывается из H-Q характеристики насоса, геометрической высоты расположения насосной станции и величины подпора перед станцией (см. формулу 2.4).

23

2.3 Пример расчета курсового проекта

Задание. Выполнить гидравлический расчет системы нефтеснабжения (схема см. рис. 2.7), подобрать диаметры труб системы и насосное оборудование. Построить пьезометрический график системы.

Q1, p1

z2(x), L2,d2

z4(x), L4,d4

z3(x), L3,d3

Рисунок 2.7 – Иллюстрация к заданию

Исходные данные:

1) Длина и профиль участков трассы представлены в таблице 2.11.

Таблица 2.11 – Профиль участков трассы

24

2)Физические характеристики перекачиваемого продукта: перекачиваемая среда – нефть; плотность 870 кг/м3; вязкость 20 сСт; давление насыщенных паров 15 кПа.

3)Расходы и давления в конечных пунктах транспортной системы (не менее): Q1=2100 м3/ч, p1= 0,2 МПа; Q2=870 м3/ч,

p2=0,3 МПа; Q3=1200 м3/ч, p3=0,15 МПа;

4) Трубы подбирать из перечня (см. табл. 2.12), абсолютную шероховатость трубопроводов принимать равным 0,2 мм.

Таблица 2.12

Решение.

1) Построим профиль трассы и определим линию гидравлического уклона для всей системы в целом.

Рисунок 2.8 – Профиль трассы и линия гидравлического уклона

Максимальная длина трассы 88 км, суммарный теоретический расход по системе составляет 4170 м3/ч, ориентировочно будем использовать насос с напором около 210 м. Начальный полный напор выбираем как сумму геометрической высоты расположения НС (zн=45м),

25

дифференциального напора насоса и кавитационного запаса (примем кавитационный запас равным 45м), таким образом Н1=300 м. Конечный напор состоит из давления, равного 0,15 МПа и геометрической высоты равной 78 м, Н2= 95,57 м. Таким образом, будем подбирать диаметры участков основной магистрали, чтобы гидравлический уклон был не менее (300-96)/88000=2,3·10-3 м/м.

2) Подберем диаметр 5 участка, чтобы гидравлический уклон был не менее 2,3·10-3 м/м, при условии, что конечное давление равно 0,15 МПа и расход не менее 1200 м3/ч.

В первом приближении диаметр трубопровода вычислим по формуле:

Рисунок 2.9 – Зависимость скорости перекачки от производительности нефтепровода

Примем начальный диаметр трубопровода 530х8. Рассчитаем H-Q характеристику для диаметра 530х8 и выше и расходами не менее 1200, результаты сведем в таблицы

2.13-2.15.

26

Таблица 2.16 - H-Q характеристика для диаметра 426х8

Таблица 2.17 - H-Q характеристика для диаметра 530х8

Таблица 2.18 - H-Q характеристика для диаметра 630х8

Расчет показал, что для трубопровода (4) 630х8 начальный напор требуется меньший, чем располагает наша система на главном направлении. Таким образом, для участка 4 будем имеем напор больше, чем необходимо, что приведет к увеличению расхода для участка 4, по сравнению с расходом, заданным в исходных данных. Построим H-Q характеристики и линии тренда для участков 4 и 5. Графическим способом определим увеличенный расход на участке 4.

28