Расчет основных параметров насосных установок танкеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Общие сведения о конструкции и требованиях к грузовым насосным установкам танкеров

Гидромеханическая модель работы грузовых насосов в составе систем

Выбор конструкции и обоснование основных параметров

насосных установок танкеров

Проверка условий всасывания грузового насоса

Определение подачи грузового насоса при работе на заданную систему

Регулирование подачи грузового насоса

Последовательность выполнения курсовой работы

Список литературы

Приложения

насосная установка танкер

1. Общие сведения о конструкции и требованиях к грузовым насосным установкам танкеров

Танкеры, перевозящие нефть и продукты её переработки, используют грузовые системы линейного типа, кольцевые, с перепускными переборочными клинкетами и с погружными насосами.

Основной состав танкерного флота использует для проведения грузовых операций грузовые системы линейного типа, рис. 1. На днище танкера прокладывается магистральный трубопровод с приемными отростками в цистерны. Число проложенных на днище магистралей равно числу грузовых насосов. Грузовой объем танкера разделяется на группы танков, каждая из которых обслуживается одним грузовым насосом. В каждой группе танков перевозится один сорт груза. Для обеспечения взаимозаменяемости насосов магистральные трубопроводы имеют двойные секущие запорные органы, установленные в танках, см. рис. 1. От грузовых насосов перекачиваемый груз подается по стоякам на палубу, далее к раздаточной колонке, а от нее по гибким шлангам в береговой трубопровод и емкости, рис. 2.

Грузовые насосы, применяемые на танкерах, в основном, центробежные горизонтального или вертикального исполнения. На рис. 3 и 4 приведены универсальные характеристики центробежных грузовых насосов разных номинальных подач: 500 м3/ч и 750 м3/ч соответственно, изготовленных фирмой Eureka (Норвегия). Приведенные универсальные характеристики позволяют выполнить анализ режимов работы грузовых насосов в процессе грузовых операций.

Основные параметры грузовых насосных установок мирового танкерного флота для продуктовозов и нефтевозов представлены на рис. 5, 6, и 7. На рис. 5 показана зависимость суммарной подачи грузовых насосов установленных на действующие танкеры. Из рисунков следует, что с ростом дедвейта танкера относительная суммарная подача насосов (Qгн/ДW) имеет тенденцию к снижению. Наибольший разброс значения суммарных подач имеют в области малых дедвейтов. Причем, большие значения суммарных

Рис. 1. Принципиальная схема линейных грузовой и зачистной



Рис. 2. Схема разгрузки танкера: 1, 2 - зачистные трубопровод и насос; 3, 4 - грузовые трубопровод и насос; 5 - нагнетатель системы инертных газов; 6 - шланг; 7,8 - береговые насос и емкость; 9 - палубный грузовой насос; 10 - горловина; 11 - трубопровод системы газоотвода; 12 - днищевой набор; 13 - погружной бустерный насос; 14, 15 - приемники грузовой и зачистной систем



Рис. 3. Универсальная характеристика центробежного грузового насоса.

Параметры насоса: подача Q=500 м3/ч; напор Н=100 м ст. жидкости;

частота вращения 1480 мин-1; диаметр рабочего колеса 571 мм; плотность 800 кг/м3; кинематическая вязкость 1 мм2/с



Рис. 4. Универсальная характеристика центробежного грузового насоса.

Параметры насоса: подача Q=750 м3/ч; напор Н=120 м ст. жидкости; частота вращения 1480 мин-1; диаметр рабочего колеса 585 мм; плотность 800 кг/м3; кинематическая вязкость 1 мм2/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Зависимость суммарной производительности грузовых насосов (?Qгн) от дедвейта танкеров (DW).

Число установленных на танкер грузовых насосов: + - два; - три; - четыре; - пять.

Рис. 7. Зависимость напора грузовых насосов (H) от дедвейта танкеров (DW)

подач насосов относятся к танкерам, эксплуатирующимся на коротких переходах между портами. Для таких танкеров относительное время стоянки возрастает, и его влияние на экономические показатели танкера увеличиваются.

Танкеры большого дедвейта, это, как правило, нефтевозы, перевозят груз на значительные расстояния (из Персидского залива на Японию или США) и имеют высокую составляющую ходового времени по отношению к стояночному. Поэтому с ростом дедвейта наблюдается уменьшение влияния на эффективность эксплуатации продолжительности стояночного времени (оно относительно мало). Кроме того, суда имеющие высокие значения ходового времени нуждаются в увеличении продолжительности стояночного времени для обеспечения необходимого технического обслуживания, что также оправдывает относительное снижение суммарной подачи грузовых насосов с ростом дедвейта.

Для заданных конструкций танкера и условий эксплуатации график, приведенный на рис. 5, позволяет более обоснованно подойти ко времени грузовых операций танкера. Средние значения суммарной подачи грузовых насосов, по результатам приведенной на рис. 5 аппроксимации, при заданных условиях эксплуатации могут быть не эффективны. Средние значения суммарных подач грузовых насосов необходимо использовать для неопределенных условий эксплуатации либо рейсах средней дальности плавания.

На рис. 6 приведена зависимость подачи одного грузового насоса в зависимости от дедвейта танкера. Необходимо отметить, также как и для рис. 5, относительное уменьшение подачи одного насоса с ростом дедвейта танкеров. Совместное использование данных, приведенных на рис. 5 и 6, позволяет более обоснованно подойти к подбору количества установленных на танкер насосов. В среднем, оно равно трем-четырем.

На рис. 7 приведены значения напора одного грузового насоса для танкеров различного дедвейта. Среднее значение напора с ростом дедвейта увеличивается. Это объясняется тем обстоятельством, что с ростом размеров судна потери напора растут и их необходимо компенсировать. Кроме того, большие суда из-за увеличенной осадки не всегда могут подойти к причалу и их часто разгружают в рейдовых условиях по подводному трубопроводу. По сравнению со стоянкой у причала эти условия требуют дополнительного запаса напора грузовых насосов.

Большой разброс значений напора в области малых дедвейтов объясняется разными вариантами расположения береговых нефтебаз. Они могут быть расположены, как на значительной высоте над уровнем моря, так и на значительном удалении от причала разгрузки. В ряде случаев завышенные напоры насосов объясняются запасами на неизвестные условия эксплуатации.

Определив требуемые параметры грузовой насосной установки, суммарную и единичную подачу грузовых насосов, а также их напор, приступают к подбору типоразмеров насосов. Это делается по проспектам ведущих насосостроительных фирм. В качестве примера такой информации на рис. 8 приведены характеристики напор-подача грузовых центробежных насосов фирмы Thune-Eureka (Норвегия). Анализ основных паспортных значений параметров грузовых насосов и их сведения по надежности служат основанием для предварительного выбора того или иного типоразмера.

Принятые значения подачи и напора насоса позволяют определить мощность привода

кВт;

где: kN - запас мощности привода, равный 1, 1 - 1, 2;

Q - подача, м3/ч;

H - напор насоса, м вод. ст. ;

с - плотность жидкости, кг/ м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

н - КПД насоса, равный 0, 75-0, 90. Меньшие значения относятся к насосам малой подачи.

Грузовая система должна обеспечивать погрузку, разгрузку и зачистку (без снижения качества и уменьшения количества груза, без вредного воздействия на танкер), при условии не загрязнения моря и соблюдения безопасности эксплуатации.

Насосная установка в процессе эксплуатации должна обеспечить следующие режимы.

Налив и «дополнение» груза в различные танки и группы танков.

Разгрузку и зачистку любых танков и групп танков на оба борта и корму.

Совмещение грузовых и балластных операций, включая чистый балласт и «грязный», принимаемый в непомытые грузовые танки.

Перекачку груза и балласта в различные танки с целью удифферентовки.

Промывку трубопроводов систем и их осушение.

Создание безопасной атмосферы в грузовых и балластных танках во время грузобалластных и моечных работ, а также на переходе морем.

Грузовые насосы должны обеспечить.

Разгрузку и зачистку.

Прием, откачку и зачистку балласта в порту и в море.

Подачу воды на привод зачистных эжекторов моечной воды или балласта.



Рис. 8а. Поле характеристик напор-подача грузовых центробежных насосов фирмы «Эврика» (Норвегия)



Результатом работы первого раздела является построение рабочей характеристики подобранного для грузовой системы насоса. Далее вся работа ведется только с этой характеристикой насоса.

Пример универсальной рабочей характеристики приведен в приложении 3.

2. Гидромеханическая модель работы грузовых насосов в составе систем

В общем виде параллельно-последовательная работа насосов в составе грузовой системы может быть представлена следующим образом, рис. 1, 2. Несколько грузовых насосов m при разных условиях на всасывании одновременно подают нефтепродукт из судовых цистерн в береговые емкости по nб трубопроводам через nш шлангов, причем m nб nш. Теоретическое описание последовательно-параллельной работы центробежных насосов такой системы удобно условно разделить на три части: первая - подача груза по судовым трубопроводам до раздаточной колонки танкера, вторая - подача по шлангам, третья - по береговым трубопроводам.

Для описания процесса течения жидкости в системах танкера использовано уравнение Бернулли. В основе вывода уравнений, описывающих параметры систем грузового комплекса танкеров, лежит энергетическое равновесие рабочей среды в системе насос-трубопровод.

Рассмотрим принципиальную схему грузовой системы танкера, состоящую из m параллельно работающих линейных трубопроводов. При этом каждый -й линейный трубопровод содержит z последовательно включенных насосов. Составим уравнения, определяющие переменные во времени подачи действующих насосов, работающих на сеть при постоянной частоте вращения. Представленные ниже зависимости учитывают характеристики «напор-подача» насосов, изменение осадки, крена, дифферента при выполнении грузобалластных операций, конструктивные характеристики берегового трубопровода, нефтебазы и технологию грузобалластных операций, а также параметры совместной работы систем судна во времени.

;

; (1)

где: m - количество параллельно соединенных систем;

z - количество последовательно включенных насосов в каждую систему;

a0ij, a1ij, a2ij - постоянные размерные коэффициенты, полученные при аппроксимации паспортной кривой «напор-производительность» насоса,

м, с/м2, с2/м5, соответственно;

j - учитывает принадлежность насоса к системе,

обслуживающей j -ю группу цистерн;

i - учитывает номер насоса в j -й системе;

Qcj - переменная во времени производительность

j-й грузовой системы, м3/c;

Hct j - статическая составляющая потерь напора для

j -й системы, м;

Hj - динамическая составляющая потерь напора

j -й системы, м;

Rб - обобщенное сопротивление берегового

трубопровода, с2/м5;

Jj - инерционный член, м.

Статическая составляющая потерь напора для j -й системы

, м (2)

где: Pp, Hp - давление над свободной поверхностью и уровень жид

кости в береговом резервуаре, Па и м соответственно;

H0 - геометрическая отметка береговой емкости по

отношению к уровню моря, м;

Vij, Vp - скорости движения жидкости относительно стенок

в судовой и береговой емкостях соответственно, м/с;

i - порядковый номер разгружаемой цистерны;

Pij - давление в разгружаемой i -й цистерне j -й группы,

Па;

- плотность, кг/м3;

g - ускорение, м/c2;

i = Hij ij ij - уровень жидкости в грузовой цистерне с

поправками на крен и дифферент, м;

Hij - уровень жидкости в разгружаемой i -й цистерне j -й

группы, м;

- дифферент, м;

ij = (lij - lijc) /L - приращение дифферента, характеризующее изменение уровня жидкости в разгружаемой цистерне;

lij, lijc - расстояние вдоль судна, на котором производится

учет дифферента, м;

L - длина судна между перпендикулярами, м;

- крен, м;

ij = (yij - yijc) /B - приращение крена, характеризующее изменение

уровня жидкости в разгружаемой емкости;

yij, yijc - расстояние по ширине судна, на котором

производится учет крена, м;

B - ширина судна, м;

T0 - начальное значение осадки танкера, м;

T = T0 - T - изменение осадки, м;

Текущее значение осадки на основании аппроксимации соответствующей кривой элементов теоретического чертежа

T = k1 + k2D + k3D2, м; (3)

где: k1, k2, k3 - постоянные размерные коэффициенты, полученные при аппроксимации кривой элементов теоретического чертежа “осадка-водоизмещение”, м, м/т, м/т2, соответственно.

Текущее водоизмещение

, т; (4)

где: D0 - начальное водоизмещение, т;

t - время, с;

Производительность j -й системы

м3/c; (5)

где: , м3/c;

nj - число цистерн, обслуживаемых одним грузовым насосом;

Fij - площадь свободной поверхности жидкости в цистерне при посадке на ровный киль, м2.

Давление в грузовой цистерне над свободной поверхностью жидкости в общем случае для j -й группы

Па (6)

где: Pn - давление насыщенных паров перекачиваемого груза, Па;

P0 - начальное давление в цистерне, Па;

Hij0 - начальный недолив жидкости в грузовой цистерне, м;

Qгij - пропускная способность системы газоотвода, м3/с;

Pij - поправка, учитывающая поступление воздуха в цистерну, либо утечку через неплотности, Па.

В частных случаях возможны следующие варианты давления в грузовой цистерне:

а) при открытом способе разгрузки Pij = Pa;

б) при работе системы газоотвода P0 = Pa;

в) при работе системы инертных газов

P0 = Pa + Pиго, Qгij = Qиг, Па.

где: Pa - атмосферное давление, Па;

Pиго - начальное давление, создаваемое системой инертных газов, Па;

Qгij - производительность системы инертных газов, определяемая как частный случай из (1).

Переменная по высоте площадь свободной поверхности жидкости в цистерне

Fij=Vij/Hij, м2; (7)

где: Vij - объем жидкости, соответствующий ее переменному уровню в цистерне (по данным калибровочных таблиц грузовых танков), м3.

На примере наиболее распространенного вида резервуаров, цилиндрического наземного вертикального, рассмотрим изменение статической составляющей потерь напора.

Текущий уровень жидкости в береговом резервуаре

м; (8)

где Fp - площадь свободной поверхности жидкости в береговом резервуаре, м2.

Для других типов резервуаров при известных конструктивных параметрах текущий уровень жидкости в них определяется по элементарным математическим зависимостям с использованием уравнений неразрывности. Расчет несколько усложняется лишь из-за переменного сечения резервуара по высоте.

Цилиндрические резервуары обычно работают при низких избыточных давлениях до 200 мм вод. ст., поэтому полное текущее значение давления близко к атмосферному. В других случаях, например, при работе системы газоотвода, необходимо учитывать изменение давления над свободной поверхностью жидкости в береговом резервуаре.

Динамическая составляющая потерь напора в j -й системе

м; (9)

где: s - порядковый номер узла j -й системы;

mj - число узлов j -й системы;

njs - число цистерн, разгружаемых через s -й узел;

Rijs, Rijs - обобщенное сопротивление приемного трубопровода из цистерн и между s и s+1 узлами соответственно, с2/м5.

Производительность разгрузки цистерны, присоединенной к s узлу j -й системы

Qijs=Fijs (dHijs/dt), м3/с. (10)

Для первого узла s = 1, Qjo = 0.

Движение во всасывающем трубопроводе систем оказывает существенное влияние на производительность зачистки из-за воронкообразования и кавитации. Поэтому его необходимо рассмотреть подробнее.

В общем случае имеем всасывающий трубопровод линейной грузовой системы, состоящей из n разгружаемых цистерн.

Напор в узловых точках приемного трубопровода из цистерны

м; (12)

где: hcij - высота расположения системы над днищем цистерны,

м;

к - порядковый номер узла;

ijs - площадь сечения приемного из цистерны

трубопровода, м2;

lijs - длина приемного из цистерны трубопровода, м.

Из условия равенства напоров в узлах

hijs = hкjs = hjs.

В узловых точках напоры связаны соотношением

(13)

где: js - площадь сечения трубопровода между узлами, м2;

ljs, - длина трубопровода между узлами, м.

Последовательный набор полученных уравнений (12-13) в соответствии с топологией грузовой системы позволяет описать течение жидкости во всасывающем трубопроводе линейных схем.

Уравнения (12 - 13) пригодны и для приемного трубопровода кольца правого или левого борта, что является типовым случаем для морской практики.

Движение жидкости в приемном трубопроводе грузовой системы с перепускными переборочными клинкетами имеет особенности.

В общем случае перетекание в любую i-ю цистерну, имеющую координаты m, n, осуществляется из четырех смежных (носовой, кормовой, правого и левого борта). Скорость изменения уровня жидкости в i-й цистерне, в которой установлен приемник грузовой системы,

м/с; (14)

где: Qm+1, n, Qm-1, n, Qm, n+1, Qm, n-1 - производительность перетекания в цистерну из носовой, кормовой, левого и правого борта соответственно.

Положительный расход соответствует поступлению жидкости в i-ю цистерну.

Производительность перетекания из носовой цистерны

, м3/с; (15)

где: - коэффициент расхода;

- коэффициент кинетической энергии жидкости;

H0 - начальное значение уровня жидкости, м;

hk - высота комингса клинкета, м.

Суммарная действующая площадь сечения перепускных клинкетов с учетом их частичного затопления

м2; (16)

где: B (H) - переменная по высоте ширина перепускного клинкета, м;

k - количество клинкетов;

Hk - высота клинкета, м.

По аналогии находим отдельные производительности перетекания из кормовой и бортовых цистерн. Для цистерны, в которой приемник грузовой системы не установлен, Qij = 0.

Таким образом, перетекание жидкого груза из n цистерн может быть записано системой, состоящей из n уравнений, первое из которых соответствует (14). Все последующие имеют Qij = 0 и отличны друг от друга лишь индексами разгружаемых цистерн, начальными данными.

В частном случае, например, при отсутствии бортовых цистерн, Qm, n+1 = Qm, n-1 = 0 система уравнений упрощается.

Зависимости, описывающие движение жидкости через перепускные переборочные клинкеты, справедливы также и для процесса перетекания жидкости через сложный днищевой набор танкера. Переход совершается при следующих условиях.

Площадь сечения трубопровода должна быть заменена на суммарную пропускную площадь нефтепротоков в днищевом наборе. Суммарный коэффициент гидравлических потерь должен учитывать сопротивление перетекания через набор. В пределах интегрирования высоту расположения приемника следует заменить на высоту расположения нижней кромки нефтепротока над днищем танкера. Необходимо также дополнить формулы членом, учитывающим перетекание через частично затопленные нефтепротоки, так как при этом уменьшается действующая площадь перепуска.

Инерционный член, учитывающий потери, вызванные нестационарностью в j -й системе, выраженный в метрах, равен

 (17)

где lb - длина берегового трубопровода, м.

Первое слагаемое формулы учитывает нестационарность движения жидкости в судовой цистерне, второе - в приемном из цистерны трубопроводе, третье - между узловыми точками расходов жидкости, четвертое в береговом трубопроводе, пятое в береговом резервуаре.

В нормальных эксплуатационных условиях крен и дифферент малы, поэтому для их определения используются формулы начальной остойчивости. Приложенные к танкеру усилия при погрузке-разгрузке носят статический характер.

Ниже приведены формулы, определяющие крен и дифферент для разгрузки.

Дифферент танкера

, м; (18)

где М0диф - начальный дифферентующий момент, тм.

Изменение дифферентующего момента

, тм; (19)

где: Hij0 - начальный уровень жидкости в разгружаемой цистерне, м;

xi, xj - абсцисса центра тяжести снятого груза и площади

действующей ватерлинии, м.

Момент, дифферентующий на 1 см, с учетом влияния свободных поверхностей жидкого груза в цистернах

.

Продольная метацентрическая высота с учетом влияния свободных поверхностей жидкого груза в цистернах на новом шаге решения

, м; (20)

где: HM - продольная метацентрическая высота на предыдущем шаге решения, м;

iy - момент инерции площади свободной поверхности жидкости в цистерне относительно центральной оси ординат.

Кренящий момент

, тм; (22)

где М0кр - начальный кренящий момент, тм.

Изменение кренящего момента

(23)

где yij - ордината центра тяжести снятого груза, м.

Поперечная метацентрическая высота с учетом влияния свободной поверхности жидкости в цистернах на новом шаге решения

(24)

где: hm - поперечная метацентрическая высота на предыдущем шаге решения, м;

ix - момент инерции свободной поверхности жидкости в цистерне относительно центральной оси абсцисс, м4.

В систему, описывающую процесс разгрузки, входит также уравнение

. (25)

Число неизвестных функций при решении рассматриваемой задачи равно числу одновременно разгружаемых цистерн.

3. Выбор конструкции и обоснование основных параметров насосных установок танкеров

Необходимо выпонить гидравлический расчет грузовой системы, см. рис. 1, с учетом общей схемы разгрузки танкера, см. рис. 2, на предмет удовлетворения условиям эксплуатации выбранных предварительно грузовых насосов.

Конструкцию грузовой системы определяет назначение танкера, схема расположения грузовых танков. Типовой конструкцией грузовой части танкера является двойной корпус, в котором размещается чистый балласт. По требованиям ИМО его кубатура должна составлять до 30% от емкости грузовых цистерн. Двойные борта и двойное дно предусматриваются для танкеров, дедвейт которых превышает 5000 т. Грузовой объем делится одной продольной и несколькими поперечными переборками на танки.

Принятый тип грузовой системы линейный, см. рис. 1. Диаметр ее назначают из условия движения нефтепродукта по трубопроводу со скоростью не выше 3 м/с, 1 во избежание образования статического электричества опасных зарядов.

Конструкция и трассировка грузовой системы назначаются по чертежу-прототипу. Выбирается материал трубопроводов и основных параметров по действующим ГОСТам. Обосновывается конструкция запорной и регулирующей арматуры, конструкция приемников в танках, компенсаторов, фильтров, невозвратных и секущих клапанов, способ соединения трубопроводов, система управления грузовым комплексом.

4. Проверка условий всасывания грузового насоса

Выполняют проверку условий всасывания. Суть ее заключается в определении потерь напора во всасывающем трубопроводе при разгрузке наиболее удаленного танка при спецификационной подаче насоса в режиме предшествующем срыву работы насоса из-за прохвата воздуха. При этом потери напора во всасывающем трубопроводе не должны превышать допустимую высоту всасывания насоса , определяемую величиной NPSH, см. рис. 3 и 4, т. е. должно выполняться условие

Hпот .

Если потери напора во всасывающем трубопроводе больше, то необходимо увеличить его диаметр, до соблюдения упомянутого выше условия. Диаметр на нагнетании следует оставить прежним, т. е. удовлетворяющим условию движения жидкости по трубопроводу со скоростью не выше 3 м/с.

При отсутствии значения допустимой высоты всасывания в паспортных данных грузового насоса, она может быть подсчитана по формуле 2

, м; (26)

где: Pi - давление над свободной поверхностью жидкости в грузовом танке, Па;

Рп - давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости, Па;

hдоп - допустимый кавитационный запас;

k - коэффициент допустимого кавитационного запаса равный от 1, 15 до 1, 25 2;

- энергия на создание скоростного напора, м.

Гидравлический расчет трубопровода производится по формуле

, м;

где: - коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода;

- длина участка трубопровода, м;

- коэффициент местного сопротивления;

V - скорость движения жидкости по трубопроводу, м/с.

Значения типовых коэффициентов местных сопротивлений для трубопроводов и коэффициенты трения по длине трубопровода приведены в приложениях 1 и 2.

5. Определение подачи грузового насоса при работе на заданную систему

Для нахождения рабочей точки системы рассмотрим движение жидкости лишь в одной из магистралей грузовой системы, например, той, по которой производили проверку допустимой высоты всасывания насоса. Результаты полученные по расчету других магистралей будут подобными.

При числе параллельно работающих насосов zi=1 имеем разгрузку одним насосом, см. систему уравнений (1). При разгрузке одной емкости насосами лопастного и объемного типов в случае стационарного режима Vij Vp 0, подачу системы находим из уравнения

. (27)

Для решения поставленной задачи необходимо также определить подачу насоса в ветках системы, с индексами 2 и 3, поскольку одновременно работают три насоса. В нашем случае при определении сопротивления берегового трубопровода можно принять QC1 = QC2= QC3. Это внесет незначительную погрешность, т. к. суммарный коэффициент гидравлических потерь определить точно трудно. Всегда на неучтенные потери добавляются 20% к определенным по чертежу трубопровода местным сопротивлениям.

При этом допущении в формуле для определения рабочей точки системы по первой магистрали член, учитывающий сопротивление берегового трубопровода , будет иметь вид .

Величина H1, характеризующая динамическую составляющую потерь напора в первой магистрали грузовой системы, расшифровывается следующим образом

,

где: RВС1 и RH1 - обобщенное сопротивление соответственно по

стороне всасывания и нагнетания первой магистрали грузовой

системы.

Из системы уравнений (1) с учетом принятых выше допущений получим

. (28)

Для решения полученного уравнения необходимо найти недостающие параметры по величине статической, а также и динамической составляющей потерь напора системы и данные по аппроксимации характеристики Q-H грузового насоса.

Величина статической составляющей потерь напора Hст может быть найдена по схеме и способу разгрузки танкера, включающего режим работы грузового комплекса.

Динамическая составляющая потерь напора определяется по конструкции и характеристикам грузовой системы, а также и берегового трубопровода, рис. 9.

Для примера аналитического описания паспортной характеристики «напор-подача» используем характеристику грузового насоса танкеров типа «Интернационал», см. приложение 3. Описание необходимо производить для рабочих диапазонов подач, к которым обычно относят значения от 30% до 100%. Характеристика обычно представлена в размерностях м вод. ст., м3/ч. При описании же необходимо использовать значения подачи в м3/с, т. к. совместное решение характеристик насоса и системы предполагает использование скоростей движения жидкости в трубопроводах в м/c. Аналитическое описание характеристики производится полиномом второй степени, поскольку оно с точностью до 1% описывает рабочий диапазон подач. Для такого описания достаточно трех опорных точек взятых на характеристике грузового насоса.

Напор H, м вод. ст.	78, 1	95, 4	104, 2
Подача Q, м3/ч	1150	800	450
Подача Q, м3/с	0, 3194 (4)	0, 2 (2)	0, 125



Рис. 9. Расчетная схема разгрузки: 1 - грузовой насос; 2 - судовой трубопровод; 3 - шланг; 4 - береговой трубопровод; 5 - береговая емкость

Рис. 10. Определение рабочей точки системы: 1 - рабочая точка системы

Составляем систему уравнений

;

;

.

Из решения системы уравнений имеем: ;

;

.

Тогда характеристика насоса будет иметь вид

H = 103, 0222 + 65, 6367Q - 449, 7116Q2.

После определения рабочей точки системы необходимо, задавшись значениями подачи насоса в диапазоне 0, 25; 0, 50 и 0, 75, от номинальной построить характеристику системы. При этом значения Hст следует найти из условия, что разгрузка только что началась, но видимого изменения уровней в танках, осадки и дедвейта танкера еще не произошло.

Затем необходимо наложить на характеристику сети характеристику насоса и таким образом интерпретировать рабочую точку графическим путем, рис. 10.

При перекачке вязких жидкостей необходимо пользоваться кривыми поправочных коэффициентов при пересчете с воды на вязкую жидкость для определения снижения подачи насоса, напора и КПД, см. приложение 4. Способ определения коэффициентов показан на рис. приложения. От заданной подачи насоса (по воде) по вертикали находим спецификационное значение напора. Затем по горизонтали находим заданную вязкость груза. Далее по вертикали идем до значений коэффициентов, определяющих снижение подачи, напора и КПД.

6. Регулирование подачи грузового насоса

Приведенные теоретические зависимости позволяют решить ряд практических задач. Среди них важное место занимает вопрос при какой частоте вращения грузовой насос не будет подавать жидкость в систему, а также вопросы регулирования подачи насоса по условиям эксплуатации.

В соответствии с 2 характеристика Q-H грузового насоса может быть представлена в виде

,

где: - отношение текущего значения частоты вращения к номинальному.

Для случая Qc1=0 (подачи груза в систему нет), она записывается в виде

.

Предположим, что предыдущий режим работы относится к номинальному, тогда H=Hн, т. е. известно. Величины n01 и a01 также относятся к спецификационным значениям и известны. Из рис. 9 следует, что подачи груза в систему не будет, если частичная характеристика Q-H насоса будет лежать ниже точки номинального напора (ниже рабочей точки). Или другими словами, напор холостого хода насоса будет лежать ниже рабочей точки. Из приведенных выше условий следует, что подачи груза в систему не будет при условии

.

Рис. 11. Регулирование подачи насоса изменением частоты вращения:

1 - рабочая точка системы; 1' - новое положение рабочей точки системы



Рис. 12. Регулирование подачи грузового насоса дросселированием: 1 - рабочая точка системы (номинальный режим) ; 1' - новое положение рабочей точки системы

Используя эти же зависимости, найдем новую рабочую точку аналитическим путем при снижении частоты вращения на 10% от номинальной, рис. 11. В этом случае соотношение . После этого новую характеристику насоса следует нанести на график и таким образом продублировать получение рабочей точки.

Далее представляется возможность найти любое новое значение подачи системы при заданной степени открытия поворотного регулирующего затвора, устанавливаемого на нагнетании насоса, рис. 12.

Решение задачи заключается в подстановке нового значения местного сопротивления поворотного затвора в величину обобщенного сопротивления магистрали грузовой системы. Зависимость коэфициента сопротивления регулирующего затвора в функции от угла поворота приведена в приложении 5.

Используя полученные данные по регулированию подачи грузового насоса изменением частоты вращения и дросселированием, построить область регулирования подачи.

Область регулирования подачи лежит между подачами, соответствующими 100 и 70% частоте вращения насоса и положении рабочей точки на характеристике насоса от 30% до 100% подачи.

7. Последовательность выполнения курсовой работы

Изложенный выше материал позволяет определить основные параметры грузовой насосной установки танкера в зависимости от заданных условий. К последним относим тип танкера, количество сортов одновременно перевозимого груза, тип грузовой системы, береговые и судовые условия разгрузки. Работа выполняется в следующем порядке:

Рассчитывается суммарная подача грузовой насосной установки, напор, количество установленных на танкер грузовых насосов и мощность их привода.

Подбирается марка грузового насоса, строится его универсальная характеристика.

Обосновывается тип привода грузового насоса.

Составляется принципиальная схема разгрузки.

Вычерчивается в масштабе эскиз грузовой системы с составляющими её элементами (запорные органы, фильтры, трубопроводные соединения, компенсаторы, приёмники).

Выполняется проверка соответствия гидравлической характеристики приёмного трубопровода допустимой высоте всасывания грузового насоса.

Определяется подача грузового насоса при работе на заданную систему. Производится проверка положения рабочей точки системы графическим способом.

Рассчитываются режимы работы насоса в зависимости от заданного способа регулирования подачи (изменением частоты вращения, дросселированием или комбинацией этих способов) с представлением рабочей точки графическим методом.

Строится область регулирования подачи для подобранного грузового насоса.

Выполненная курсовая работа завершается обоснованными выводами по принятым техническим решениям.

Графическая часть курсовой работы должна содержать чертёж грузового насоса со спецификацией основных элементов на листе формата А1.

Пояснительная записка и чертёж выполняется с соблюдением всех требований ЕСКД и СИ.

Список литературы

Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров и терминалов (Четвертое издание), С - Петербург - ЗАО ЦНИИМФ, 1997- 599с.

Певзнер Б. М. Насосы судовых установок и систем. - Л., Судостроение, 1971- 384с.

Подволоцкий Н. М. Вакуумная разгрузка танкеров - Л., Судостроение, 1975 - 192 с.

Хордас Г. С. Расчеты общесудовых систем. Справочник - Л., Судостроение 1983 - 440 с.

Приложение 1

Таблица 1П.

Значение коэффициентов местных сопротивлений

Приложение 2

Величины абсолютной геометрической шероховатости внутренних поверхностей труб , мм

Новые цельнотянутые алюминиевые, латунные и медные трубы……………………………………………………………... ……. менее 0, 1

Новые цельнотянутые, стальные трубы. Пластмассовые

трубы. Латунные, алюминиевые и медные трубы

со следами коррозии……………………………………………... ………. 0, 1 - 0, 2

Чисто оцинкованные стальные трубы. Цельнотянутые

трубы со следами коррозии. Резиновые шланги………………. ………. 0, 2 - 0, 3

Трубы из листовой стали и алюминиевых сплавов. Обычные оцинкованные стальные трубы…... ………………………………………................................ …. …. 0, 3 - 0, 4

Трубы со значительными следами коррозии. Пеньковые шланги. Чугунные трубы………... ………………………………………………... 0, 5 - 0, 8

Рис. График зависимости коэффициента сопротивления труб от числа Рейнольдса R_e по Мурину

Приложение 3

Рис. Универсальные характеристики грузового насоса танкеров типа «Интернационал», 1 - n = 1600 мин-1; 2 - n = 1380 мин-1; 3 - n = 1130 мин-1; 4 - n = 800 мин-1

Приложение 4

Рис. Поправочные коэффициенты для определения характеристик насосов при пересчёте с воды на вязкую жидкость

Приложение 5

Рис. Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от угла открытия поворотного затвора

Физические свойства рассчитываемых грузов

Н/п	Нефтепродукт	Температура, С°	Удельный вес, т/мі	Кинематическая вязкость, ммІ/с	Упругость паров, кг/мІ
1	Мегионская нефть	0 15 30	0, 8693 0, 8587 0, 8480	17, 00 9, 90 6, 50	475 1088 2105
2	Самотлорская нефть	0 15 30	0, 8572 0, 8468 0, 8360	9, 80 6, 25 4, 30	951 1970 3623
3	Усть-балыкская нефть	0 15 30	0, 8900 0, 8796 0, 8695	58, 00 29, 00 16, 00	204 502 951
4	Мангышлакская обессоленная нефть	0 15 30	0, 8300 0, 8220 0, 8150	23, 80 15, 60 11, 50	3560 4745 6290
5	Туймазинская обессоленная нефть	0 15 30	0, 8620 0, 8515 0, 8408	22, 00 12, 70 7, 80	3670 4645 6700
6	Мухановская обессоленная нефть	0 15 30	0, 8567 0, 8471 0, 8378	17, 60 10, 40 6, 90	2242 3030 4210
7	Балласт	0 15 30	1, 0300 1, 0250 1, 0200	1, 78 1. 15 0, 82	0, 000 175 433

Размещено на Allbest.ru

...