Задача №3 - Гидромашины и компрессоры. Контрольная работа.

            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  lвс, два плавных поворота и обратный клапан с сеткой.  Нагнетательный трубопровод длиной  lнг имеет восемь плавных поворотов, обратный клапан и две задвижки. Максимальная высота взлива нефти в напорном резервуаре равна hн, 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 Hг.

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

Полагая, что насосная станция работает круглосуточно, необходимо определить диаметр всасывающего и напорного трубопроводов -  dвс и  dнг, 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

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 dвс = 0,408 м и для напорного трубопровода 325х9 с внутренним диаметром dнг = 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  lвс, 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  lнг 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 Кн =0,74 (КПД насоса 74 %) и высота всасывания hкр = 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 hкр, а = 1,2; Кф.к. - коэффициент формы колеса (рабочего), Кф.к. = 1,1; Кж - коэффициент природы жидкости, Кж = 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).