Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет» Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

РАСЧЕТ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Учебное пособие

Составители: канд. техн. наук, доцент В. К. Леонтьев, ассистент М. А. Барашева

Ярославль 2013

АННОТАЦИЯ

В учебном пособии рассмотрены краткие теоретические сведения по расчету простых и сложных трубопроводов, расчету основных параметров работы насосов. Приведены примеры расчетов трубопроводов и подбора насосов. Разработаны многовариантные задания для выполнения расчетнографических работ.

Особое внимание в пособии уделено конструкциям динамических насосов и насосов объемного действия.

Учебное пособие предназначено для студентов, выполняющих расчетные работы и курсовые проекты по курсам «Гидравлика», «Механика жидкости и газа» и «Процессы и аппараты химической технологии».

ВВЕДЕНИЕ

1. Гидравлический расчет трубопроводов

1.3. Сложные трубопроводы

1.3.1. Последовательное соединение трубопроводов

1.3.2. Параллельное соединение трубопроводов

1.3.3. Сложный разветвленный трубопровод

2. Расчет насосной установки

2.1. Параметры работы насоса

2.1.1. Определение напора насосной установки

2.1.2. Измерение напора насосной установки с помощью

приборов

2.1.3. Определение полезной мощности, мощности на валу,

коэффициента полезного действия насосной установки

3. Классификация насосов

3.1. Динамические насосы

3.1.1. Центробежные насосы

3.1.2. Осевые (пропеллерные) насосы

3.1.3. Вихревые насосы

3.1.4. Струйные насосы

3.1.5 Воздушные (газовые) подъемники

3.2 Объемные насосы

3.2.1 Поршневые насосы

3.2.2 Шестеренные насосы

3.2.3 Винтовые насосы

3.2.4 Пластинчатые насосы

3.2.5 Монтежю

3.3 Достоинства и недостатки насосов различных типов

4. Задание на расчет насосной установки

Задание 1

4.1. Пример расчета простого трубопровода

Задание 2

4.2. Пример расчета сложного трубопровода

Задание 3

4.3. Пример расчета насосной установки

Задание 4

4.4. Пример расчета и подбора насоса для подачи жидкости в ко-

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ

В химических производствах большинство технологических процессов осуществляется с участием жидких веществ. Это и сырьё, которое подают со склада на технологическую установку, это и промежуточные продукты, перемещаемые между аппаратами, установками, цехами завода, это и конечные продукты, доставляемые в ёмкости склада готовой продукции.

На все перемещения жидкостей, как по горизонтали, так и по вертикали, необходимо затратить энергию. Наиболее распространённым источником энергии потока жидкости является насос. Другими словами, насос создает напорный поток жидкости.

Насос является составной частью насосной установки, которая включает в себя всасывающий и нагнетательный (напорный) трубопроводы; исходный и приемный резервуары (или технологические аппараты); регулирующую трубопроводную арматуру (краны, вентили, задвижки); измерительные приборы.

Правильно выбранный насос должен обеспечивать заданный расход жидкости в данной насосной установке, при этом работать в экономичном режиме, т.е. в области максимальных КПД.

При выборе насоса необходимо учитывать коррозионные и другие свойства перекачиваемой жидкости.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1. Классификация трубопроводов

Роль трубопроводных систем в хозяйстве любой страны, отдельной корпорации или просто отдельного хозяйства трудно переоценить. Системы трубопроводов в настоящее время являются самым эффективным, надёжным и экологически чистым транспортом для жидких и газообразных продуктов. Со временем их роль в развитии научно-технического прогресса возрастает. Только с помощью трубопроводов достигается возможность объединения стран производителей углеводородного сырья со странами потребителями. Большая доля в перекачке жидкостей и газов по праву принадлежит системам газопроводов и нефтепроводов. Практически в каждой машине и механизме значительная роль принадлежит трубопроводам.

По своему назначению трубопроводы принято различать по виду транспортируемой по ним продукции:

– газопроводы;

– нефтепроводы;

– водопроводы;

– воздухопроводы;

– продуктопроводы.

По виду движения по ним жидкостей трубопроводы можно разделить на две категории:

– напорные трубопроводы;

– безнапорные (самотёчные) трубопроводы.

В напорном трубопроводе внутреннее абсолютное давление транспортируемой среды более 0,1 МПa. Безнапорные трубопроводы работают без избыточного давления, движение среды в них обеспечивается естественным геодезическим уклоном.

По величине потерь напора на местные сопротивления трубопроводы делятся на короткие и длинные .

В коротких трубопроводах потери напора на местные сопротивления превышают либо равны 10 % от потерь напора по длине. При расчетах таких трубопроводов обязательно учитывают потери напора на местные сопротивления. К ним относят, например, маслопроводы объемных передач.

К длинным трубопроводам относятся трубопроводы, в которых местные потери меньше 10 % от потерь напора по длине. Их расчет ведется без учета потерь на местные сопротивления. К таким трубопроводам относятся, например, магистральные водоводы, нефтепроводы.

По схеме работы трубопроводов их можно разделить также на простые

и сложные.

Простые трубопроводы – это последовательно соединенные трубопроводы одного или различных сечений, не имеющие никаких ответвлений. К сложным трубопроводам относятся системы труб с одним или несколькими ответвлениями, параллельными ветвями и т.д.

По изменению расхода транспортируемой среды трубопроводы бывают:

– транзитные;

– с путевым расходом.

В транзитных трубопроводах отбора жидкости по мере её движения не производится, расход потока остается постоянным, в трубопроводах с путевым расходом расход потока изменяется по длине трубопровода.

Также трубопроводы можно подразделить по виду сечения: на трубопроводы круглого и не круглого сечения (прямоугольные, квадратные и другого профиля). Трубопроводы можно разделить и по материалу, из которого они изготовлены: стальные трубопроводы, бетонные, пластиковые и др.

1.2. Простой трубопровод постоянного сечения

Основным элементом любой трубопроводной системы, какой бы сложной она ни была, является простой трубопровод. Простым трубопроводом, согласно классическому определению, является трубопровод, собранный из труб одинакового диаметра и качества его внутренних стенок, в котором движется транзитный поток жидкости, и на котором нет местных гидравлических сопротивлений. Рассмотрим простой трубопровод постоянного сечения, имеющий общую длину l и диаметр d, а также ряд местных сопротивлений (вентиль, фильтр, обратный клапан).

Рис. 1.1 Схема простого трубопровода

Размер сечения трубопровода (диаметр или размер гидравлического радиуса), а также его протяженность (длина) трубопровода (l , L) являются основными геометрическими характеристиками трубопровода. Основными технологическими характеристиками трубопровода являются расход жидкости в трубопроводе Q и напор Н (на головных сооружениях трубопровода, т.е. в его начале). Большинство других характеристик простого трубопровода являются, не смотря на их важность, производными характеристиками. Поскольку в простом трубопроводе расход жидкости транзитный (одинаковый в начале и конце трубопровода), то средняя скорость движения жидкости в трубопроводе постоянна ν = cons’t.

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2.

h п ,

где z 1 , z 2 – расстояние от плоскости сравнения до центров тяжести выделенных сечений – геометрический напор, м;

P1 , P2

– давление в центре тяжести выделенных сечений, Па;

– плотность потока, кг/м3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с2 ;

– средняя скорость движения потока в соответствующем сече-

h п – потери напора в трубопроводе, м;

g – пьезометрический напор, м;

2 g – скоростной напор, м.

Так как сечение трубопровода постоянно, то скорость движения потока одинакова по всей длине трубопровода, а соответственно и скоростные напоры в сечениях 1-1 и 2-2 равны. Тогда уравнение Бернулли принимает следующий вид:

h п .

Потери напора в трубопроводе складываются из потерь напора на трение и местные сопротивления, согласно принципу сложения потери напора в трубопроводе могут быть определены как:

где – коэффициент трения; l – длина трубопровода, м;

d – внутренний диаметр трубопровода, м:

– сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Размер потерь напора напрямую связан с расходом жидкости в трубопроводе.

Таким образом, потери напора в трубопроводе могут быть определены

2 g S

Зависимость суммарных потерь напора в трубопроводе от объемного расхода жидкости h п f (Q ) называется характеристикой трубопровода.

В случае турбулентного режима движения, допуская квадратичный закон сопротивления (= cons’t), можно считать постоянной величиной следующее выражение:

Рис. 1.2 Характеристика трубопровода

1 – характеристика трубопровода при ламинарном режиме движения жидкости; 2 – характеристика трубопровода при турбулентном режиме движения

Потребный напор – это пьезометрический напор вначале трубопровода, согласно уравнению Бернулли:

H потр

z 2 z 1

h п .

Таким образом, потребный напор расходуется на подъем жидкости на высоту z z 2 z 1 , преодоления давления на конце трубопровода и на преодоление сопротивлений трубопровода.

Сумма двух первых слагаемых в формуле (1.9) величина постоянная, она носит название статический напор:

Зависимость потребного напора трубопровода от объемного расхода жидкости H потр f (Q ) называется характеристикой сети . При ламинарном течении кривая потребного напора прямая линия, при турбулентном имеет

1.3. Сложные трубопроводы

К сложным трубопроводам следует относить те трубопроводы, которые не подходят к категории простых, т.е. к сложным трубопроводам следует отнести: трубопроводы, собранные из труб разного диаметра (последовательное соединение трубопроводов), трубопроводы, имеющие разветвления: параллельное соединение трубопроводов, сети трубопроводов, трубопроводы

с непрерывной раздачей жидкости.

1.3.1. Последовательное соединение трубопроводов

При последовательном соединении трубопроводов конец предыдущего простого трубопровода одновременно является началом следующего простого трубопровода.

Рассмотрим несколько труб разной длины, разного диаметра и содержащих разные местные сопротивления, которые соединены последовательно (рисунок 1.4).

Рис. 1.4 Схема последовательного трубопровода

Перепад уровней энергии, за счет которого жидкость течет по трубо- проводу, может создаваться работой насоса, что широко применяется в ма- шиностроении. Рассмотрим совместную работу трубопровода с насосом и принцип расчета насосной установки.

По трубопроводу, представленному на рисунке 2.1, перекачивается жидкость из нижнего резервуара (исходный резервуар) с давлением P 1в дру- гой резервуар (приемный резервуар) с давлением P 2. Высота расположения оси насоса h вс называется высотой всасывания , а трубопровод, по которому жидкость поступает к насосу, всасывающим трубопроводом или линией всасывания . Высота расположения конечного сечения трубопровода h н назы- вается высотой нагнетания , а трубопровод, по которому жидкость движется от насоса, нагнетательным (напорным) или линией нагнетания . Высота от начального сечения трубопровода до конечного Н г называется геометриче- ской высотой подъема жидкости.

Рис. 2.1 – Схема насосной установки:

1 – насос; 2 – приемный резервуар; 3 – исходный резервуар;

4 – всасывающий трубопровод; 5 – нагнетательный трубопровод; 6 – вакуумметр; 7 – манометр


Параметры работы насоса

Работа насоса характеризуется следующими параметрами:

Подача (производительность ) – это объем или масса жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени, Q (м3/с; м3/ч; кг/с; кг/ч; л/ч).

Напор – это избыточная удельная энергия, сообщаемая единице массы жидкости в насосе, Н (м).

Мощность на валу – мощность, подводимая к насосу, N в (В).

Полезная мощность – это мощность, сообщаемая жидкости в насо- се, N п (В).

Коэффициент полезного действия – это характеристика эффективно-

сти насоса в отношении передачи энергии. Определяется как отношение по- лезной мощности к мощности на валу, η (%).

Определение напора насосной установки

Напор насосной установки может быть представлен как разность удельных энергий жидкости до насоса и после него.

H = Э 2 - Э 1 , (2.1)



Э 1– удельная энергия жидкости до насоса, м;



Э 2 – удельная энергия жидкости после насоса, м.

В общем случае удельная энергия может быть представлена как:

Э = z +


× g



где z – удельная потенциальная энергия положения, м;


× g


– удельная потенциальная энергия давления, м;


– удельная кинетическая энергия, м.

Обозначим абсолютное давление жидкости в сечении 4 –4 (сечение в точке установки манометра) Р н– давление нагнетания, а абсолютное давле- ние в сечении 3 –3 обозначим Р вс– давление всасывания. За плоскость срав- нения возьмем сечение 1 –1 . Тогда удельная энергия в сечении 4 –4 , то есть после насоса будет равняться:


Э 2= h вс

+ P н + н

Удельная энергия в сечении 3 –3 , то есть до входа в насос будет рав- няться:
Э h z

P вc вc



в + × g + 2g , (2.4)

где вc


– скорость жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с.


Тогда напор насосной установки будет равен:


H = h


+ z + z


+ P н + н - h



Вc = z


+ P н - P вc + н вc
вс 1м23в

× g 2g


Вс × g 2g


1

P вc


вc вс

× g 2g


= h вс- z в+ × g + 2g + h п



1– скорость движения жидкости в сечении 1 –1 , то есть в исходном ре-


зервуаре, 1» 0 м/с;

h п– потери напора во всасывающем трубопроводе, м.


× g


× g






P нн

P 2 2 н


h вс+ z м+ × g + 2g


= h вс+ h н+ × g + 2g + h п, (2.8)


2 – скорость движения жидкости в сечении 2 –2 то есть в приемном ре-


зервуаре, 2 » 0 м/с; Тогда


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 p 1 = 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 н и плотность с 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 (р 2) 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 , м 3 /ч

Глубина присоединения всасывающего трубопровода а , м

Длина всасывающего трубопровода l вс, м

Длина нагнетательного трубопровода l нг, м

Высота нефти в напорном резервуаре равна h н, м

Геодезическая разность отметок H г, м

Вязкость нефти н , м 2 /с

Плотность нефти с , кг/м 3

Избыточное давление над поверхностью нефти в напорном резервуаре p 1 , Па

Абсолютное давление над поверхностью нефти в заборном резервуаре p 2 , кПа

Рис. 3.

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:

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

Так как Јѕ2320 и Јѕ2320, 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).

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

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

Составим уравнение Бернулли для всасывающего трубопровода

где - абсолютное давление на входе насоса.

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

Полезная мощность насоса

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

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)

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.

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.

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).

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного

Учреждения высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет »

в г.Октябрьский

Кафедра механики

и технологии машиностроения

Курсовая работа

«Расчёт насосной установки»

по дисциплине «Насосы и компрессоры»

вариант 71

Выполнил: ст. гр. БГРв-12-11 Л.Р.Тухватшина

Проверил: д-р. техн. наук, проф. И.Г. Арсланов

2014 г.

Исходные данные……………………………………………………………………….3

1. Гидравлический расчёт трубопровода……………………………………………..4

2.Построение гидравлических характеристик трубопровода………………………..5

3. Выбор насоса………………………………………………………………………..12

4. Регулирование работы центробежного насоса……………………………………13

5. Определение предельно допустимой высоты всасывания……………………….14

6. Устройство насосной установки…………………………………………………...15

Библиографический список…………………………………………………………...17

Исходные данные

Жидкость

Расчётная производительность

Q , м/час

Вязкость

См/с

0,12

Плотность

Кг/ м

Давление насыщенных паров

P , кПа

Приёмный трубопровод

Длина

L , м

Геометрическая высота всасывания

H , м

2 , 6

Давление в приёмном баке

P , Па

Напорный трубопровод

Длина

L , м

3000

Геометрическая высота

H , м

Суммарный коэффициент местных сопротивлений

Давление нагнетания

P , МПа

0,18

1. Гидравлический расчёт трубопровода.

В практике проектирования насосных установок и насосных станций выбор трубопроводов и подбор насосного оборудования осуществляется просчётом нескольких вариантов при различных диаметрах труб с минимизацией затрат на строительство линейной части трубопровода и стоимости расхода электрической энергии на привод насосных агрегатов.

Для определения диаметров нагнетательного d H и всасывающего d B трубопроводов задаются средним значением скоростей V H , V B движения жидкостей в трубах, т.к. у нас маловязкая жидкость (ν = 0,08см 2 /с < 0,1см 2 /с) то

V H = 1,5…3,0 м/с

V B = 0,8…1,2 м/с

Рассчитывается внутренний диаметр нагнетательного и всасывающего трубопроводов:

Полученные значения d" H и d" B округляем до ближайших величин диаметров d H и d B по сортаменту труб, выпускаемых промышленностью, согласно ГОСТ 8732–78, таким образом, чтобы скорости перекачки V H и V B оставались в допускаемых пределах.

Выбираем d H = 108мм с толщиной стенки 5мм => d" H = 147мм

D B = 159мм с толщиной стенки 5мм => d" B = 207мм


2.Построение гидравлических характеристик трубопровода.

Для построения характеристики трубопровода, т.е. зависимости потребного напора Н потр от расхода жидкости Q р , определяется величина приведённой высоты нагнетания ΔΖ" суммарных потерь напора h на трение жидкости о стенки трубопровода h тр потерь напора на местных сопротивлениях h м :

Определяем скорость движения жидкости для 7 режимов расхода жидкости:

и относительный эквивалент шероховатости внутренней поверхности труб:

Определяем число Рейнольдса:

Исходя из числа Рейнольдса определяем коэффициент Дарси λ :

Для ламинарного режима при Re ≤ Re кр =2320 коэффициент Дарси рассчитывается по формуле Стокса:

Для турбулентного режима течения жидкости коэффициент Дарси рассчитывается по эмпирическим и полуэмпирическим формулам:

в зоне гладкого трения Re кр < Re ≤ Re " 1 = 15/К Э

–– формула Альтшуля

Потери на трение определяются по формуле Дарси – Вейсбаха:

Потери на местных сопротивлениях вычисляются по формуле:

Суммарные потери напора h определяем по формуле:

Потребный напор определяем сложением суммарных потерь напора h и приведённой высоты нагнетания Ζ:

Таблица 1. Результаты гидравлического расчёта трубопровода.

Q, м/ c

V , м/с

H , м

H , м

h , м

Z , м

H , м

0 ,001 ∙ Q =

0,001

1,635

0,013

39,71

2,26

1,62

0 ,001

0 ,284

0 ,35

0 ,003

0 , 638

93,0 3

93,638

0,2∙ Q =

0,011

0, 32

0, 64

5641

7943

0,0 369

0,0 3

0,0 1

12 , 24

0,0 13

0, 41

12,673

105,703

0,4∙ Q =

0,022

0, 65

1 , 296

11282

15887

0,0 31

0,02 8

0,0 5

48 , 91

0,0 55

1 , 71

50 , 725

143, 7 55

0,6∙ Q =

0,033

0, 98

1 , 945

16923

23831

0,02 88

0,02 54

0, 13

98 , 48

0, 12

3 , 85

102 , 58

195,61

0,8∙ Q =

0,044

1 , 308

2 , 593

22564

31774

0,02 71

0,02 60

0, 59

163 , 26

0, 22

6 , 85

170 , 56

263,59

1,0∙ Q =

0,055

1 , 635

3 , 242

28205

39718

0,0 437

0,02 65

0, 57

289 , 71

0, 35

10 , 71

301 , 2

394,23

1,2∙ Q =

0,066

1 , 504

3 , 890

33847

47662

0,02 50

0,02 36

0, 26

371 , 46

0, 29

15 , 42

387 , 43

480,46

3. Выбор насоса.

Насос центробежный горизонтальный нефтяной секционный предназначенный для перекачивания воды, нефти, сжиженных углеводных газонефтепродуктов при температуре от минус 30 до плюс 200 градусов Цельсия, а также других жидкостей, похожих с приведенными за физико-термическими показателями.
Перекачиваемая жидкость не должна содержать твердых частиц в количества более чем 0,2% по массе и размером не более 0,2 мкм.
Насос выпускается в соответствии с требованиями ГОСТа 26-06-1304-75 к насосам 1-й группы принадлежности, а также к требованиям ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 16350-70 и изделий в климатических изготовлениях.
Насос предназначен для работы не в помещении, где по условиям работы возможное образование взрывоопасных смесей газов, паров или пыли с воздухом, которые относятся к категории взрывоопасности 1,2,3 и группам Т1, Т2, Т3 и Т4 согласно классификации.

Таблица 2. Техническая характеристика насоса.

Марка насоса

Размер рабочего

колеса, мм

Q , м/ч

H , м

об/мин

КПД насоса η, %

Мощность N , кВт

на валу насоса

электро-двигателя

НПС 200/400"C"

3 50

2950

61,5

31,2

4. Регулирование работы центробежного насоса.

При регулировании насоса путём изменения размеров рабочих колёс (обточки) характеристики насоса будут изменяться по соотношениям:

где штрихом обозначены параметры насоса после обточки.

На графике гидравлической характеристики трубопровода и характеристики насоса построим параболу обточки по формуле:

H = KQ , где K = H ’/(Q ’)= H потр / Q р ;

Таблица 3. Зависимость ( Q - H ) для параболы обточки.

Q , м/ч

H , м

92 , 95

140,89

179,69

213,55

244, 14

272,71

При определении диаметра после обточки () вместо Q и H подставля-ются координаты точки пересечения параболы обточки и кривой H - Q насоса, соответствующей диаметру рабочего колеса до обточки ():

≈ 341 мм

При обточке рабочего рабочего колеса изменяется кпд насоса. Предельные относительные величины обрезки рабочих колёс зависят от коэффициента быстроходности.

Значит значение n должно быть не больше 330.

5. Определение предельно допустимой высоты всасывания.

Допустимая высота всасывания насоса H определяется из уравнения

H , где

― гидравлические потери на трение и местное сопротивление во всасывающем трубопроводе;

n ― число оборотов вала насоса в минуту;

Q ― подача насоса, м/с (у насоса с колесом двухстороннего действия следует принимать Q /2);

C ― коэффициент Руднёва ― принимается в зависимости от коэффициента быстроходности n :

Таким образом, H ;

H > H =80 м.

6. Устройство насосной установки.

Насосной установкой называют несколько насосных агрегатов, объединенных для работы на общий напорный трубопровод.

В состав насосного агрегата входят: насос, двигатель, трубопроводная арматура, измерительные приборы и устройства для заполнения насоса жидкостью перед пуском, а также пусковые устройства двигателя и приборы автоматического управления агрегатом.

Схема компоновки насосного агрегата изображена на рис. 2.

Рис. 2. Схема оборудования насосной установки.

Насос 4 установлен вместе с двигателем на общей раме и соединен с ним эластичной муфтой. На всасывающем трубопроводе находится воронка 1. Горизонтальные участки всасывающего трубопровода укладываются с подъемом к насосу. Всасывающие трубы должны быть возможно меньшей длины, иметь наименьшее число фасонных частей (колен, отводов, тройников и др.), чтобы исключить образование воздушных мешков. На напорном патрубке насоса расположен обратный клапан 8. Он предназначен для автоматического отключения

насоса от напорного коллектора в случае остановки двигателя. Для дроссельного регулирования насоса и отключения его от напорной сети за обратным клапаном расположена задвижка 9. На всасывающих линиях задвижки устанавливаются у насосов, заливаемых жидкостью перед пуском или при присоединении насосов к общей всасывающей линии.

Отсос воздуха осуществляется по трубопроводу 6, для контроля установлен, указатель движения воздуха 5.

В агрегатах небольшой подачи (диаметр всасывающей трубы менее 250 мм) на конце всасывающей трубы под уровнем жидкости помещают приемный клапан. В этом случае насос и всасывающую трубу через воронку и кран в верхней части корпуса заполняют водой из специального заливочного бака.

Контроль за работой насоса ведется по показаниям вакуумметра 3, подключаемого к всасывающей линии через трехходовой кран 2, и манометра 7, установленного на нагнетательной линии.

На насосных станциях аппаратура технологического контроля обеспечивает контроль расхода и давления (напора) каждого насоса, течения воды в системах технического водоснабжения, залива насосов, засорения сороудерживающих решеток и др. Для измерения давления применяют вакуумметр и манометр. Давление во всасывающем трубопроводе насоса измеряется вакуумметром, так как оно ниже атмосферного. В напорном патрубке насоса давление выше атмосферного и измеряется манометром.

Библиографический список

1. Учебно-методическое пособие к курсовой работе для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальности 1702 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» курса «Гидромашины и компрессоры»/

Р.Г. Нурутдинов, Е.Л. Гусейнова.― Уфа: Издательство УГНТУ, 2003.

2. Насосы и компрессоры/С.А. Абдурашитов, А.А. Тупиченков, И.М. Вершинин, С.М. Тененгольц.― М.: «Недра», 1974.― 296с.

3. Нефтяные центробежные насосы: Каталог.― М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1980.― 51 с.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра « Процессы и аппараты химической технологии»

Расчетное задание

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

РАСЧЕТ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Задание выполнила

студентка С.С. Ковальчук

Преподаватель

канд. техн. наук, доцент

А.В. Сугак


Введение

Насосные установки широко применяются во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Это предусматривает знание теоретических основ гидравлики и умение выполнять практические гидравлические расчеты для широкого курса специалистов.

Задание охватывает «Расчет насосной установки» охватывает комплекс наиболее важных прикладных расчетов в области гидравлики и рекомендуется для выполнения студентами, изучающими курс «Процессы и аппараты химической технологии».

Приступая к выполнению задания, следует внимательно изучить его содержание, ознакомиться с научно – технической и учебной литературой.

При выполнении расчетного задания необходимо руководиться следующей методикой:

1) Изобразить схему насосной установки в соответствии с принятым вариантом;

2) выполнить расчет трубопровода, построить расчетную характеристику сети в координатах: потребный напор Н, расход жидкости V;

3) Осуществить подбор насоса и нанести характеристики насоса на график с изображением характеристики сети;


1. Расчетное задание

Начальные данные:

жидкость вода;

температура t – 40 С о;

расход V ж – 10 л/с – 0,01 м 3 /с;

геометрический напор Н г – 25 м;

давление в резервуарах – Р 1 = 0,1 МПа, Р 2 = 0,15 МПа;

общая длина трубопровода L – 150 м.

Местные сопротивления на трубопроводе ξ:

На всасывающей линии:

заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) 1 шт.=4,3;

плавный поворот (отвод) 2 шт.=0,14*2=0,28;

На напорной линии:

задвижка (или вентиль) 1 шт. = 0,5;

плавный поворот (отвод) 2 шт. = 0,14*2 = 0,28;

выход из трубы (в аппарат Б) 1 шт. = 1.

Число оборотов рабочего колеса n = 3000 об/мин.

Рисунок 1. Схема насосной установки.


2. Гидравлический расчет трубопровода

2.1 Выбор диаметра трубы

Диаметр трубы рассчитывают по формуле

(1)

гдеd – диаметр трубы (расчетный), м;

V – заданный расход жидкости, м 3 / с;

W – средняя скорость жидкости, м/с.

Расчет по (1) выполняют отдельно для всасывающей линии и напорной, при этом W принимают для всасывающей линии 0,8 м/с, для напорной 1,5 м/с.

Действительный диаметр трубы равен

d 1 =159 x 5.0 мм

d 2 =108 x 5.0 мм

По принятому действительному диаметру трубы уточняют среднюю скорость жидкости


2.2 Определение высоты установки насоса (высота всасывания)

Допустимую высоту всасывания рассчитывают по формуле

где- допустимая высота всасывания, м;

Р 1 – заданное давление в расходном резервуаре, Па;

Р н.п. – давление насыщенных паров жидкости при заданной температуре, Па;

Ƿ - плотность жидкости, кг/м 3 ;

Потери напора во всасывающей линии, м;

Допустимый кавитационный запас, м.

Определение допустимого кавитационного запаса

Критический запас

где V – производительность насоса (заданный расход жидкости), м 3 /с;

n – частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин.


Допустимый кавитационный запас увеличивают по сравнению с критическим на 20…30 %

Расчет потерь напора во всасывающей линии

Расчет выполняется по принципу сложения потерь напора

(5)

гдеλ – коэффициент трения;

l 1 – длина всасывания линии, м;

d 1 – диаметр всасывающей трубы, м;

ξ обр.кл. ξ п.п. – коэффициенты местных сопротивлений;

w 1 – скорость жидкости во всасывающей линии, м/с.

Коэффициент трения зависит от критерия Рейнольдса Re и относительной шероховатостью

λ = f(Re,E) (6)

Критерий Ренольдса вычисляют по формуле

(7)

гдеρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

μ – коэффициенты динамической вязкости, Па.с.

Относительная шероховатость (гладкость) вычисляют по формуле

где е – величина эквивалентной шероховатости.

При расчете критерия Ренольдса мы показали что режим турбулентный, а значит коэффициент трения выбирается по графику Г.А. Мурина

Рассчитываем потери напора по формуле (5)

насос трубопровод мощность электродвигатель


Величина l 1 по заданию связана с определенной величиной h вс. . Поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений. Для этого необходимо:

Задаться величиной l 1с м;

Определить h п.вс. ;

Вычислить h вс;

Проверить условие l 1 =h dc +3 м

Отклонение меньше чем 10% поэтому расчет верный.

2.3. Построение кривой потребного напора (характеристики сети)

Потребный напор Н потр – напор в начале трубопровода, обеспечивающий заданный расход жидкости. Зависимость потребного напора от расхода Н потр =f(V) называется кривой потребного напора, или характеристикой сети. Потребный напор вычисляют по формуле

гдеН г – геометрическая высота подъема жидкости, м;

Р 1, Р 2 – давление в резервуарах соответственно напорном и расходном, Па;

Сумма коэффициентов местных сопротивлений на всем трубопроводе.

Сумма местных сопротивлений


где ξ об.кл – заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) ;

ξ п.п – плавный поворот (отвод);

ξ зд – задвижка (или вентиль);

ξ вых – выход из трубы (в аппарат Б).

Первые два слагаемых в (1.9.) не зависят от расхода. Их сумма называется статическим напором Н ст

(10)

В случае турбулентного режима, допуская квадратичный закон сопротивления (λ=const), можно считать постоянной величиной следующие выражение:

(11)

С учетом предыдущих формул, выражение для потребного напора можно представить как


Для построения кривой потребного напора необходимо задаться несколькими значениями расхода жидкости, причем как меньше заданного расхода, так и большего его, а так же равным заданному.

Таблица 1 Характеристика сети


3. Подбор насоса

Исходными параметрами для подбора насоса являются его производительность, соответствующая заданному расходу жидкости и потребный напор Н потр. Вычисляют удельную частоту вращения по формуле:

где n – частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин

По удельной частоте вращения n у определяют тип насоса

13…25 – центробежный тихоходный

Пользуясь сводным графиком подачи и напоров для данного типа насоса, определяем марку насоса. Для этого на график наносят точку с координатами V зад, Н потр.

Для расхода V=0,01м 3 /с и напора Н потр =33,49, марка насоса 3К9 n=2900 об/мин.

После выбора марки насоса главную характеристику необходимо перенести на график с характеристической сети. На поле того же графика переносят кривую КПД ή = f(V).По полученным параметрам вычисляют мощность на валу насоса [кВт]

кВт,

гдеN в – мощность на валу, кВт;

ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

V – производительность насоса (заданный расход жидкости) м 3 /с;

2. была построена характеристическая сеть;

3. вычислили удельную частоту вращения;

4. выбрали тип насоса по удельной частоте;

5. выбрали марку насоса 3К9, число оборотов рабочего n = 2900 об/мин.


Список использованных источников

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. – Л.: Химия, 1981. – 560 с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – Москва 2005. – 750 с.

3. Туркин В.В. Расчет насосной установки. – Ярослав. политехн. ин-т. Ярославль, 1991. – 19 с.