Контрольная работа 1. Произвести гидравлический расчет насосной установки для перекачки нефти с расходом Q, если известно

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 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 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 (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, м3/ч
Глубина присоединения всасывающего трубопровода а, м	2, 0
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 ν, м2/с	0, 35
Плотность нефти ρ, кг/м3
Избыточное давление над поверхностью нефти в напорном резервуаре p 1, Па	196, 2
Абсолютное давление над поверхностью нефти в заборном резервуаре p 2, кПа

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).