Расчет и регулирование режимов работы центробежного насоса

Размещено на http: //www. allbest. ru/

1

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Гидрогазодинамика трубопроводных систем и гидромашины»

Курсовая работа

по дисциплине «Насосы и компрессоры»

на тему «Расчет и регулирование режимов работы центробежного насоса»

Уфа 2019



Содержание

1. Подбор ЦБН и определение режима работы

1.1 Определение величины потребного напора для заданной подачи

1.2 Расчет и графическое представление кривой потребного напора

1.3 Подбор основных ЦБН

1.4 Описание и паспортная характеристика ЦБН. Аналитический расчет паспортной характеристики

1.5 Пересчет паспортной характеристики ЦБН с воды на перекачиваемую жидкость (нефть)

1.5.1 Пересчет паспортной характеристики НМ 1250-260 по ГОСТ 61.34-2007

1.5.2 Пересчет паспортной характеристики НМ 1250-260 по методике Аитовой - Колпакова

1.5.3 Пересчет паспортной характеристики НПВ 1250-60 по ГОСТ 61.34-2007

1.5.4 Пересчет паспортной характеристики НПВ 1250-60 по методике Аитовой - Колпакова

1.6 Расчет всасывающей способности ЦБН

1.7 Построение совмещенной характеристики насосов и трубопровода. Определение рабочей точки (режима работы)

2. Регулирование режима работы

2.1 Регулирование изменением кривой потребного напора

2.1.1 Дросселирование

2.1.2 Байпассирование

2.2 Регулировка изменением напорной характеристики насоса

2.2.1 Обточка рабочего колеса по наружному диаметру

2.2.2 Изменение частоты вращения вала

3. Модернизации насосов

3.1 Модернизации насоса типа НМ 1250-260 для транспорта нефти по магистральным нефтепроводам

3.2 Модернизированные нефтяные подпорные вертикальные насосы типа НПВ-М

Выводы

Список литературы



1. Подбор ЦБН и определение режима работы

нефтепровод центробежный насос напор

1.1 Определение величины потребного напора для заданной подачи

Для определения потребного напора составим уравнение Бернулли для заданной схемы насосной установки.

Рисунок 1.1.1 Схема насосной установки

Уравнение для сечений 1-1 и 2-2 будет следующим:

(1.1.1)

где, Z_вс - геометрическая высота всасывания;

P₁ и P₂ - абсолютное давление на свободной поверхности в резервуаре и на входе в насос соответственно; - плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения;

₂ - коэффициент Кориолиса;

₂ - скорость потока жидкости на линии всасывания;

- суммарные потери напора на линии всасывания.

Принимаем, что



P₁ = P_aт.

Уравнение Бернулли для сечений 3-3 и 4-4 будет следующим:

(1.1.2)

где, P₃ и P₄ - абсолютное давление на выходе из насоса и на свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре;

Z_н - геометрическая высота всасывания;

- суммарные потери напора на линии нагнетания.

При этом:

(1.1.3)

где, P_к - избыточное давление в приемном резервуаре.

По определению напор насоса - это разность удельных энергий на нагнетании и на всасывании, тогда из уравнения Бернулли получаем:

(1.1.4)

Или

(). (1.1.5)

Перепишем это уравнение группируя соответствующие компоненты:

(1.1.6)



Выражение правой части называется потребным напором H_потр, который расходуется на преодоление разницы геодезических отметок, разницы давлений в начале и в конце трубопровода, и на преодоление гидравлических сопротивлений.

(1.1.7)

Рассчитаем потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях.

(1.1.8)

где, - потери напора по длине трубопровода и местные потери соответственно.

Задаваясь средней скоростью перекачки _вс = 2 м/с, определим ориентировочный диаметр всасывающей линии:

где, Q - расход жидкости в трубопроводе.

Ближайшее наибольшее значение диаметра по ГОСТу: D^гост = 478 мм - внешний диаметр трубопровода, 7 мм - толщина стенки трубопровода.

Вычисляем внутренний диаметр всасывающей линии:

(1.1.10)



Определяем фактическую скорость течения жидкости в трубопроводе с внутренним диаметром :

(1.1.11)

Определяем число Рейнольдса для данного потока:

(1.1.12)

Принимаем трубы стальные сварные новые, k_э=0,06 мм - эквивалентная шероховатость.

Проверяем зону трения:

(1.1.13)

Так как 2320<Re<Re_I, следовательно режим турбулентный, зона гидравлически гладких труб. Тогда коэффициент гидравлического сопротивления вычисляется по формуле:

(1.1.14)

Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений, принимая, что на линии всасывания находятся две полностью открытые задвижки (_задв=0,15), фильтр (_ф=2,2), два колена 90 (_кол=0,23):

(1.1.15)



Суммарные потери напора в трубопроводе определяются по формуле:

(1.1.16)

Обычно диаметр на нагнетании принимают на порядок меньше диаметра на всасывании, по ГОСТу принимаем = 426, толщина стенки 6 мм, тогда

(1.1.17)

Определяем фактическую скорость течения жидкости в трубопроводе с внутренним диаметром :

(1.1.18)

Определяем число Рейнольдса для данного потока:

(1.1.19)

Проверяем зону трения:

(1.1.20)



Так как 2302<Re<Re_I, следовательно, режим турбулентный, зона гидравлически гладких труб.

Тогда коэффициент гидравлического сопротивления вычисляется по формуле:

(1.1.21)

Нагнетательная линия имеет слишком большую длину, чтобы учитывать каждое местное сопротивление на ней, поэтому принимаем местные потери равными 2% от потерь на трение по длине. Тогда формула расчета суммарных потерь на трение следующая:

(1.1.22)

Для преодоления потерь на нагнетании будет необходимо создать напор, при котором эксплуатировать трубопровод будет опасно, поэтому возьмем диаметр на порядок выше.

Выбираем ближайшее наибольшее значение диаметра по ГОСТу:

D^гост = 478 мм - внешний диаметр трубопровода, 7 мм

Вычисляем внутренний диаметр нагнетательной линии:

. (1.1.18)

Определяем фактическую скорость течения жидкости в трубопроводе с внутренним диаметром :

(1.1.19)



Определяем число Рейнольдса для данного потока:

(1.1.20)

Проверяем зону трения:

(1.1.21)

Так как 2302<Re<Re_I, следовательно, режим турбулентный, зона гидравлически гладких труб. Тогда коэффициент гидравлического сопротивления вычисляется по формуле:

(1.1.22)

Нагнетательная линия имеет слишком большую длину, чтобы учитывать каждое местное сопротивление на ней, поэтому принимаем местные потери равными 2% от потерь на трение по длине. Тогда формула расчета суммарных потерь на трение следующая:

(1.1.23)

Потребный напор (1.1.7):

(1.1.24)



1.2 Расчет и графическое построение кривой потребного напора

Задаваясь различными значениями подачи по уравнению

(1.2.1)

строим кривую потребного напора. Расчеты представлены в таблице (1.2.1). Графическая зависимость потребного напора (Н_потр) от подачи (Q) представлена на рисунке (1.2.1).

Таблица 1.2.1 Результаты расчетов потребного напора при заданных подачах

	Q, м3/ч	Re1	л1	h1	Re2	л2	h2	Hпотр
0	0	0		0	0		0,000	38,01365
1	83	334	0,1913	0,009139	334	0,1913	15,282	53,30524
2	167	669	0,0957	0,023938	669	0,0957	30,565	68,60249
3	250	1003	0,0638	0,044397	1003	0,0638	45,847	83,9054
4	333	1338	0,0478	0,070517	1338	0,0478	61,130	99,21397
5	417	1672	0,0383	0,102297	1672	0,0383	76,412	114,5282
6	500	2007	0,0319	0,139738	2007	0,0319	91,695	129,8481
7	583	2341	0,0273	0,182839	2341	0,0273	106,977	145,1736
8	667	2676	0,0239	0,2316	2676	0,0440	224,873	263,1187
9	750	3010	0,0213	0,286021	3010	0,0427	276,347	314,6469
10	833	3345	0,0416	0,42019	3345	0,0416	332,300	370,7342
11	917	3679	0,0406	0,504522	3679	0,0406	392,616	431,1342
12	1000	4014	0,0398	0,596273	4014	0,0398	457,191	495,8012
13	1083	4348	0,0390	0,695404	4348	0,0390	525,934	564,6435
14	1167	4683	0,0382	0,801883	4683	0,0382	598,763	637,5784
15	1250	5017	0,0376	0,915676	5017	0,0376	675,601	714,5306
16	1333	5352	0,0370	1,036758	5352	0,0370	756,381	795,4316



Рисунок 1.2.1 Кривая потребного напора

1.3 Подбор основных ЦБН

По найденному потребному напору Н_потр = 569,25 м и проектной подаче Q = 1090 м³/ч подбираем насосы:

Два магистральный насоса типа НМ 1250-260 подсоединенных последовательно, для которых Q₀ = 1250 м³/ч, H₀=260 м, n = 3000 об/мин, D₂=440 мм,

Один насос типа НПВ 1250-60 для которого Q₀=1250 м³/с, H₀=60 м, n=1480 об/мин, D₂=495 мм.02

Итоговый напор, развиваемый этими насосами, при проектной подаче равен:



1.4 Описание и паспортная характеристика ЦБН. Аналитический расчет паспортной характеристики

Насос типа НМ -- центробежный горизонтальный одноступенчатый с рабочим колесом двустороннего входа, снабженный подшипниками скольжения с принудительной смазкой, предназначен для перекачки нефти и нефтепродуктов. Двусторонний подвод жидкости к рабочему колесу и обеспечивает уравновешивание гидравлических осевых, действующих на ротор. Остаточное осевое усилие воспринимается шариковым радиально-упорным подшипником, с концевыми уплотнениями торцового типа.

Характеристика насоса представляет собой зависимость напора (H), мощности (N), КПД () и допустимого кавитационного запаса (h_доп) от подачи насоса (Q).

Паспортная характеристика центробежного насоса типа НМ 1250-260 представлена на рисунке (1.4.1).

Таблица 1.4.1 Техническая характеристика НМ 1250-260

Параметр	Значение
Тип насоса	НМ
Подача, мі/ч	1250
Напор, м	260
Допускаемый кавитационный запас, м	20
Частота вращения, об/мин	3000
Мощность насоса, кВт	1250
КПД насоса, %	80



Рисунок 1.4.1 Характеристика насоса НМ 1250 - 260

Ротор насоса состоит из вала 2, рабочего колеса 6, втулок 4,5. Опорами ротора служат подшипники скольжения 8 (рисунок 1.4.2) с жидкой принудительной смазкой (под давлением) от маслоустановки агрегатов. (рисунок 1.4.2)

Для восприятия остаточных неуравновешенных осевых сил служит радиально-упорный сдвоенный шарикоподшипник 9 с принудительной смазкой.

Направление вращения ротора насоса - правое, если смотреть со стороны муфты. Смазка подшипников электродвигателей - принудительная, от маслоустановки насосных агрегатов.



Рисунок 1.4.2 Продольный разрез насоса типа НМ с рабочим колесом двустороннего входа жидкости. 1 - корпус; 2 - муфта; 3 - вал; 4 - крышка; 5,6 - втулки; 7 - рабочее колесо; 8 - подшипники скольжения; 9 - сдвоенные шарикоподшипники; 10 - концевые уплотнение ротора

Напорная характеристика насоса в аналитическом виде:

(1.4.1)

где, H₀, a, b - эмпирические коэффициенты.

КПД насоса в аналитическом виде:

(1.4.2)

где, с₀, с₁, и c₂ - эмпирические коэффициенты.

Для НМ 1250-260:

H₀ = 318,8 м, a = 0 ч/м², b = 38,710^-6 ч²/м⁵, с₀ = 0,2229, с₁ =10,3610^-4 ч/м³, с₂=- 44,3510^-8 ч²/м⁶.

Данные расчета представлены в таблице (1.4.2) и на рисунках (1.4.3) и (1.4.4).

Таблица 1.4.2 Результаты расчета характеристик насоса НМ 1250-260 при заданных подачах

Q, м3/ч	Н	з, %
0	318,80	22,3
83	318,53	30,6
167	317,73	38,3
250	316,38	45,4
333	314,50	51,9
417	312,08	57,8
500	309,13	63,0
583	305,63	67,6
667	301,60	71,6
750	297,03	75,0
833	291,93	77,8
917	286,28	80,0
1000	280,10	81,5
1083	273,38	82,5
1167	266,13	82,8
1250	258,33	82,5
1333	250,00	81,6
1417	241,13	80,0

Рисунок 1.4.3 Зависимость напора от подачи



Рисунок 1.4.4 Зависимость КПД от подачи

Подпорный вертикальный насос НПВ 1250-60 - центробежный вертикальный одноступенчатый с рабочим колесом двухстороннего входа. Предназначен для подачи нефти и нефтепродуктов к магистральным насосам и создания необходимого для их работы кавитационного запаса. Паспортная характеристика насоса типа НПВ 1250-60 представлена на рисунке (1.4.5)

Таблица 1.4.3 Техническая характеристика НПВ 1250-60

Тип насоса	НПВ
Подача, мі/ч	1250
Напор, м	60
Допускаемый кавитационный запас, м	2,2
Частота вращения, об/мин	1500
Мощность насоса, кВт	400
КПД насоса, %	76



Рисунок 1.4.5 Паспортная характеристика НПВ 1250-60

Для НПВ 1250-60 H₀ = 77,1 м, a = 0 ч/м², b = 11,4810^-6 ч²/м⁵, с₀ = 0,05, с₁ = 10,0110^-4 ч/м³, с₂ = -3,51110^-7 ч²/м⁶.

Для построения аналитической зависимости паспортной характеристики H-Q НПВ 1250-60 производим расчет для нескольких значений подачи. Результаты вычислений заносим в таблицу (1.4.4).

Аналитическое представление паспортной характеристики НПВ 1250-60 представлено на рисунках (1.4.6) и (1.4.7)

Таблица 1.4.4 Результаты расчета характеристик насоса НПВ 1250-60 при заданных подачах

Q, м3/ч	Нм	з, %
0	77,10	5,0
83	77,02	13,1
167	76,78	20,7
250	76,38	27,8
333	75,82	34,5
417	75,11	40,6
500	74,23	46,3
583	73,19	51,4
667	72,00	56,1
750	70,64	60,3
833	69,13	64,0
917	67,45	67,3
1000	65,62	70,0
1083	63,63	72,2
1167	61,47	74,0
1250	59,16	75,3
1333	56,69	76,0
1417	54,06	76,3

Рисунок 1.4.6 Зависимость напора от подачи



Рисунок 1.4.7 Зависимость КПД от подачи

1.5 Пересчет паспортной характеристики ЦБН с воды на нефть

1.5.1 Пересчет паспортной характеристики по ГОСТ 61.34-2007

Методика пересчета по ГОСТ с воды на нефть основана на использовании коэффициентов пересчета.

Принимаются некоторые допущения:

1) коэффициент быстроходности n_s остается постоянным независимости от рода жидкости;

2) коэффициенты пересчета остаются постоянными в рабочем диапазоне подач.

Пересчет подачи, напора, КПД и мощности насоса с воды на перекачиваемую жидкость по ГОСТ:

(1.5.1)

(1.5.2)

(1.5.3)



Число Рейнольдса рассчитывается следующим образом:

(1.5.4)

где - эквивалентный диаметр, м;

- оптимальная подача, м³/ч.

(1.5.5)

где - диаметр рабочего колеса,

b₂ - ширина рабочего колеса,

-

коэффициент стеснения канала лопатками на выходе,

t₂ - толщина лопатки:

₂ - шаг лопатки.

1.5.1 Пересчет паспортной характеристики НМ 1250-260

Для насоса НМ 1250-260 принимается равным 0,9 тогда

(1.5.1.1)

(1.5.1.2)

Если , то режим движения в рабочем колесе неавтомодельный, требуется пересчет характеристик.

Найдем коэффициенты K_H, K_Q, K_кпд из ГОСТ 61.34-2007 по рисунку 1.5.1:



Рисунок 1.5.1 зависимость коэффициентов пересчета от числа Re

При нашем числе Re: K_H=1, K_Q=1, K_кпд=0,9

Результаты изменения КПД внесем в таблицу 1.5.1.1, постром график (рисунок 1.5.2):

Таблица 1.5.1.1 Пересчет паспортной характеристики НМ 1250-260

з вод	38,3	45,4	51,9	57,8	63,0	67,6	71,6	75,0	77,8	80,0	81,5	82,5	82,8
з неф	34,5	40,9	46,7	51,9	56,7	60,8	64,5	67,5	70,0	71,9	73,3	74,2	74,5



Рисунок 1.5.2 Зависимость КПД от подачи НМ 1250-260

1.5.2 Пересчет паспортной характеристики НМ 1250-260 по методике Аитовой - Колпакова

Рассчитаем коэффициент быстроходности насоса:

(1.5.2.1)

где, n - частота вращения вала насоса, об/мин;

Q_o - оптимальная подача насоса, м³/с;

i - число входов в рабочее колесо;

H_o - оптимальный напор насоса, м;

j - количество рабочих колес (ступеней).

Рассчитываем переходное число Рейнольдса:

(1.5.2.2)

Рассчитываем число Рейнольдса для насоса:

є(1.5.2.3)



где n - частота вращения вала насоса, об/с;

- внешний диаметр рабочего колеса.

Так как Re < Re_пер, то режим течения жидкости не автомодельный и требуется пересчет расхода и напора насоса.

є(1.5.2.4)

где, Q_н и H_н - пересчитанные с воды на нефть подача и напор насоса соответственно;

Пересчет КПД с воды на нефть осуществляют по формуле:

є(1.5.2.6)

Определим число Рейнольдса по воде :

(1.5.2.7)

где, и - КПД насоса при перекачке нефти и воды соответственно;

б и A - эмпирические коэффициенты;

(),

-

коэффициент дисковых потерь, определяемый графически (); числа Рейнольдса для насоса при перекачке им воды и нефти соответственно.

Пересчет мощности насоса

(1.5.2.8)

Данные пересчета паспортной характеристики НМ 1250-260 сведены в таблицу (1.5.2.1) и представлены на рисунках с (1.5.2.1) по (1.5.2.3).

Таблица 1.5.2.1 Пересчет паспортной характеристики НМ 1250-260

Qн м3/ч	Нн, м	,%	Nн, кВт
0	309,46	21,7	0,0
80	309,20	29,5	190,8
159	308,42	36,6	307,1
239	307,11	42,9	390,5
319	305,29	48,7	456,8
398	302,94	53,7	513,0
478	300,07	58,2	562,8
558	296,68	62,1	608,4
638	292,76	65,5	651,1
717	288,33	68,3	691,8
797	283,37	70,5	731,2
877	277,89	72,3	769,6
956	271,89	73,5	807,5
1036	265,37	74,3	845,2
1116	258,33	74,5	883,0
1195	250,76	74,3	921,3
1275	242,68	73,6	960,6
1355	234,07	72,3	1 001,2



Рисунок 1.5.2.1 Зависимость напора от подачи НМ 1250-260

Проведем апроксимацию с помощью программы Excel для дальнейшего удобства использования графика при проведении сложения характеристик МН и НПВ.

Рисунок 1.5.2.2 Зависимость КПД от подачи НМ 1250-260



Рисунок 1.5.2.3 Зависимость мощности от подачи НМ 1250-60

1.5.3 Пересчет паспортной характеристики НПВ 1250-60 по ГОСТ 61.34-2007

Для насоса НПВ 1250-60 принимается равным 0,9. Для расчета D_экв нам необходимо значение ширины рабочего колеса. Ввиду отсутствия данной информации у НПВ 1250-60 в учебных пособиях и свободном доступе в интернете, произведем расчет по методике Аитовой-Колпакова.

1.5.4 Пересчет паспортной характеристики НПВ 1250-60 по методике Аитовой - Колпакова

Рассчитаем коэффициент быстроходности насоса:

Рассчитываем переходное число Рейнольдса:

(1.5.4.2)

Рассчитываем число Рейнольдса для насоса:



(1.5.4.3)

Так как Re < Re_пер, то режим течения жидкости не автомодельный и требуется пересчет расхода и напора насоса.

(1.5.4.4)

(1.5.4.5)

Пересчет КПД с воды на нефть осуществляют по формуле:

(1.5.4.6)

Определим число Рейнольдса по воде:

(1.5.4.7)

(),

- коэффициент дисковых потерь, определяемый графически ();

Пересчет мощности насоса:

(1.5.4.8)



Данные пересчета паспортной характеристики НПВ 1250-60 сведены в таблицу (1.5.4.1) и представлены на рисунках с (1.5.4.1) по (1.5.4.3).

Таблица 1.5.4.1 Пересчет паспортной характеристики НПВ 1250-60

Qн, м3/ч	Нн, м	,%	Nн, кВт
0	72,50	5,0	0,0
73	72,42	12,8	93,6
145	72,20	20,1	119,4
218	71,82	26,7	134,0
291	71,30	32,7	144,8
363	70,62	38,2	153,6
436	69,80	43,1	161,3
509	68,82	47,5	168,3
581	67,70	51,4	174,8
654	66,43	54,9	180,7
727	65,00	57,9	186,2
799	63,43	60,5	191,3
872	61,70	62,7	196,0
945	59,83	64,5	200,2
1017	57,80	65,8	204,0
1090	55,63	66,8	207,2
1163	53,31	67,4	209,9
1235	50,83	67,6	212,0

Рисунок 1.5.4.1 Зависимость напора от подачи НПВ 1250-60



На рисунке 1.5.4.1 провели апроксимацию с помощью программы Excel для дальнейшего удобства использования графика при проведении сложения характеристик МН и НПВ.

Рисунок 1.5.4.2 Зависимость КПД от подачи НПВ 1250 - 60

Рисунок 1.5.4.3 Зависимость мощности от подачи НПВ 1250 - 60



1.6 Расчет всасывающей способности ЦБН. Подбор подпорного насоса

Кавитацией называется процесс нарушения сплошности потока капельной жидкости вследствие выделения ее паров или газов в виде пузырьков при понижении давления. Перемещение потока жидкости с паровыми пузырьками в область, где давление превышает давление парообразования, вызывает интенсивную конденсацию пара. Вследствие мгновенного освобождения объема, занимаемого паром, частицы жидкости, окружающие пузырек пара, устремляются внутрь этого объема с большой скоростью. Происходит воздействие, сопровождающееся мгновенным местным гидравлическим ударом.

Для расчета безкавитационных условий всасывания насосов рассмотрим линию всасывания (рисунок 1.6.1) и составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2.

Рисунок 1.6.1 Линия всасывания

Уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2:

(1.6.1)



Отсюда

(1.6.2)

Левая часть уравнения представляет собой удельную энергию жидкости на входе в насос.

Кавитационный запас - это превышение удельной энергии жидкости на входе в насос над удельной энергией давления насыщенных паров при температуре перекачки. Следовательно, имеем:

(1.6.3)

Для того, чтобы обеспечить безкавитационные условия работы, должно соблюдаться условие:

(1.6.4)

=20 м для НМ 1250-260

следовательно, бескавитационная работа насоса не обеспечивается и необходимо использование НПВ для преодоления кавитационного режима работы. Возьмем подпорный насос НПВ 1250-60; = 2,2 м.



1.7 Построение совмещенной характеристики насосов и трубопровода. Определение рабочей точки (режима работы)

Совмещенной характеристикой называется графическое изображение кривой потребного напора и напорной характеристики насоса.

Для получения суммарной характеристики необходимо сложить графики напорных характеристик насосов типа НМ и НПВ. Так как соединение всех насосов последовательное, мы складываем напоры.

При пересчете НМ и НПВ на нефть в результате аппроксимации в программе Excel мы получили уравнения напорных характеристик НМ и НПВ:

- Для НМ:

- Для НПВ:

Результаты сведены в таблице 1.7.1:

Таблица 1.7.1 Получение суммарной характеристики

Q	H НМ	Н НПВ	2*НМ	H СУММ
0	309,46	72,50	618,92	691,417
83	309,18	72,43	618,3644	690,792
167	308,35	72,22	616,6978	688,917
250	306,96	71,87	613,92	685,792
333	305,02	71,39	610,0311	681,417
417	302,52	70,76	605,0311	675,792
500	299,46	70,00	598,92	668,917
583	295,85	69,09	591,6978	660,792
667	291,68	68,05	583,3644	651,417
750	286,96	66,87	573,92	640,792
833	281,68	65,55	563,3644	628,917
917	275,85	64,09	551,6978	615,792
1000	269,46	62,50	538,92	601,417
1083	262,52	60,76	525,0311	585,792
1167	255,02	58,89	510,0311	568,917
1250	246,96	56,87	493,92	550,792
1333	238,35	54,72	476,6978	531,417
1417	229,18	52,43	458,3644	510,792

Рабочей точкой называется точка пересечения кривой потребного напора и напорной характеристики насоса. В данном случае (рисунок 1.7.1) рабочей точкой является точка с характеристиками: и .

Рисунок 1.7.1 Совмещенная характеристика насосов и трубопровода



2. Регулирование режима работы

2.1 Регулирование изменением кривой потребного напора

2.1.1 Дросселирование

Метод заключается в том, что в нагнетательный трубопровод вводится дополнительное сопротивление (дроссель). В качестве дросселя используют прикрытые задвижки. На рисунке (2.1.1.1) представлены кривая потребного напора и напорная характеристика насоса.

На напорной характеристике насоса отметим точку B, соответствующую проектному расходу Q_пр. Величина , соответствующая разности является диссипативной энергией трения жидкости, которая переходит в тепло и безвозвратно теряется.

С учетом дросселирования, уравнение материального и энергетического баланса можно записать в следующем виде:

(2.1.1.1)

где, - статический напор, не зависящий от подачи, м;

- суммарные потери напора по всей длине трубопровода, м;

- напор, развиваемый насосом, м.

В свою очередь определяется как:

(2.1.1.2)

где, - коэффициент местного сопротивления дросселя;

- скорость потока жидкости на нагнетании, м/с.

Из графика совмещенной характеристики находим величину .

Находим скорость течения жидкости на нагнетании при Q_пр:

є(2.1.1.3)

Находим согласно (2.1.1.2) коэффициент местного сопротивления дросселя:

(2.1.1.4)

Строим кривую потребного напора с учетом потерь энергии на дросселе по уравнению (2.1.1.1).

Рассчитываем КПД дросселя:

(2.1.1.5)

где, - напор в точке В.

Эффективность дросселирования

(2.1.1.6)

Потери энергии при дросселировании превышают 2%, следовательно, использование данного способа регулирования режима работы недопустимо.



Рисунок 2.1.1.1 Дросселирование

2.1.2 Байпассирование

Данный метод заключается в перепуске части жидкости из линии нагнетания на всасывающую линию. Этот метод так же, как и метод дросселирования, неэкономичен, так как связан с расходом части энергии на циркуляцию байпасируемой жидкости.

На рисунке (2.1.2.1) представлены кривая потребного напора и напорная характеристика насоса.

На напорной характеристике насоса отметим точку B, соответствующую потребному напору (Н_потр). Величина Q, соответствующая разности Q_в Q_с, является количеством жидкости, циркулирующей в байпасе.

КПД байпассирования определяется по следующей формуле:

Эффетивность байпасирования:

(2.1.2.2)

Потери энергии при байпассировании превышают 2%, следовательно, использование данного способа регулирования режима работы недопустимо.



Рисунок 2.1.2.1 Байпассирование

2.2 Регулирование изменением напорной характеристики насоса

2.2.1 Обточка рабочего колеса по наружному диаметру

Требуется определить степень обточки рабочего колеса при которой обеспечивается проектная подача Q_B и напор H_B.

В этом случае рабочее колесо обтачивается по внешнему диаметру. Обточка регламентируется допустимой степенью обточки:



(2.2.1.1)

Чем больше быстроходность насоса, тем меньшая степень обточки допускается.

Пересчет характеристик производят с помощью формул подобия, но при этом допускают, что площадь торцевого сечения рабочего колеса насоса почти не меняется.

Обточку производим на двух НМ. Оставим напорную характеристику одного НМ, с которым и будем работать в дальнейших расчетах. Точку В смещаем вниз на значение напора НМ, развиваемого насосами при подаче и получаем точку В'.

На исходной напорной характеристике нужно найти такую точку С, которая была бы подобна точке В', для этого построим параболу обточки. Коэффициент параболы обточки c определим по параметрам точки B':

є(2.2.1.2)

где, напор и подача в точке В' соответственно.

Далее задаемся Q_i и строим параболу согласно уравнению:

(2.2.1.3)

Данные расчета представлены в таблице (2.2.1.1).

Таблица 2.2.1.1 Расчет параболы подобия

Q, м3/ч	H, м
0	0,00
83	2,95
167	11,78
250	26,51
333	47,13
417	73,65
500	106,05
583	144,35
667	188,54
750	238,62
833	294,59
917	356,45
1000	424,21
1083	497,86
1167	577,40
1250	662,83
1333	754,15

Парабола обточки пересекает характеристику насоса в точке С, с параметрами .Так как С и В' лежат на одной параболе подобия, то

(2.2.1.4)

Откуда

(2.2.1.5)

Далее на исходной характеристике насоса берем произвольно точки K, L, M пересчитываем для них коэффициент с и аналогично точке В' строим параболу подобия.

Так как известно, то можно рассчитать значения подобных подач. Рассчитаем подобную подачу для точки K:



(2.2.1.6)

На параболе подобия для точки K находим точку, соответствующую и получаем точку K'. Для каждой следующей точки проводим аналогичный расчет.

Соединяем полученные точки K', L', M'. Получившаяся кривая является напорной характеристикой насосов после обточки.

Прибавляя к полученной кривой напор НПВ получаем суммарную напорную характеристику насосной станции после обточки рабочего колеса НМ.

Проверяем допустимость обточки согласно (2.2.1.1):

(2.2.1.6)

Допустимая степень обточки для насоса с быстроходностью Данное условие выполняется, значит обточка рабочего колеса для регулирования режима работы допускается.



Рисунок 2.2.1.1 Регулирование обточкой рабочего колеса по наружному диаметру

2.2.2 Изменение частоты вращения вала

Требуется определить новую частоту вращения вала насоса n₂ при которой будет обеспечена подача Q_B.

Изменение частоты производится на насосах НМ 1250 - 260. В этом случае мы должны вычесть из суммарной характеристики напорную характеристику НПВ (рисунок 2.2.2.1). Получаем напорную характеристику насоса, с которой и будем работать в дальнейших расчетах. Точку В смещаем вниз на значение напоров 2НПВ, развиваемых насосами при подаче и получаем точку В'.

На исходной напорной характеристике нужно найти такую точку С, которая была бы подобна точке В', для этого построим параболу подобия. Коэффициент параболы подобия a определим по параметрам точки B':

(2.2.2.1)

Далее задаемся Q_i и строим параболу согласно уравнению:

(2.2.2.2)

Данные расчета представлены в таблице (2.2.2.1).

Парабола подобия пересекает характеристику насоса в точке С, с параметрами . Так как С и В' лежат на одной параболе подобия, то

(2.2.2.3)

Откуда

(2.2.2.4)

Далее на исходной характеристике насоса берем произвольно точки K, L, M, N, пересчитываем для них коэффициент а и аналогично точке В' строим параболу подобия. Так как известно, то можно рассчитать значения подобных подач. Рассчитаем подобную подачу для точки K:



(2.2.2.5)

Таблица 2.2.2.1 Расчет параболы подобия

Q, м3/ч	H, м
0	0,00
83	2,95
167	11,78
250	26,51
333	47,13
417	73,65
500	106,05
583	144,35
667	188,54
750	238,62
833	294,59
917	356,45
1000	424,21
1083	497,86
1167	577,40
1250	662,83
1333	754,15

На параболе подобия для точки K находим точку, соответствующую и получаем точку K'. Для каждой следующей точки проводим аналогичный расчет.

Соединяем полученные точки K', L', M', N'. Получившаяся кривая является напорной характеристикой НМ после изменения частоты вращения вала.

Прибавляя к полученной кривой напор НПВ, получаем суммарную напорную характеристику насосной станции после изменения частоты вращения вала НМ. Метод регулирования режима работы изменением частоты вращения вала может быть реализован применением гидромуфт и применением частотно-регулируемого привода.



Рисунок 2.2.2.1 Регулирование изменением частоты вращения вала



3. Модернизации насосов

3.1 Модернизации насоса типа НМ 1250-260 для транспорта нефти по магистральным нефтепроводам

Конструктивные особенности

Насосы типа НМ - горизонтальные насосы с рабочим колесом двухстороннего входа. Насосы допускают применение сменных роторов: 0,5; 0,7; 1,25 на различные производительности с сохранением максимально возможной эффективности.

Радиальные нагрузки воспринимаются опорными подшипниками скольжения, остаточные осевые - сдвоенными радиально-упорными шарикоподшипниками. Для восприятия осевых нагрузок обоих направлений радиально-упорные подшипники сдваивают, устанавливая их на валу попарно

Концевые уплотнения вала насоса - торцовые патронного (катриджного) типа. Компонентное уплотнение содержит обычно две собранные части - вращающуюся и неподвижную, которые устанавливаются в оборудование каждая по отдельности в определенном порядке в соответствии с инструкцией по монтажу. Картриджное уплотнение представляет собой модульное автономное устройство - один полностью законченный сборочный узел, предварительно собранный и готовый к установке в уплотнительную камеру оборудования. С целью увеличения ресурса уплотнений, подводимая нефть для охлаждения пар трения проходит очистку в гидроциклоне. Имеют дополнительное щелевое уплотнение.

Крутящий момент от электродвигателя передается с помощью пластинчатых муфт. Муфта пластинчатая соединительная предназначена для передачи крутящего момента от привода к насосам, компрессорам и другим вращающимся механизмам с одновременной компенсацией радиальных, угловых и осевых смещений соединяемых валов. Для передачи крутящего момента с одной полумуфты на другую используется специальная деталь, выполненная из полимера. При вращении вала полимерный элемент поглощает и частично рассеивает динамическую нагрузку, но продолжает выполнять свою задачу, за счет чего и происходит частичная компенсация смещения валов, а также гашение ударов.

Для повышения надежности используют детали проточной части из высокопрочных износостойких материалов.

Габаритные и присоединительные размеры новых насосов соответствуют раннее выпускаемым насосам типа НМ 1250.

Рисунок 3.1.1 Схема модернизированного насоса НМ 1250-260

Таблица 3.1.1 Техническая характеристика модернизированного насоса типа НМ 1250-260

Тип насоса	НМ
Подача, мі/ч	1250
Напор, м	260
Допускаемый кавитационный запас, м	20
Мощность насоса, кВт	928
КПД насоса, %	82



Показатели надежности:

- Наработка на отказ не менее 40000 часов.

- Ресурс до капитального ремонта насоса: не менее 63000 часов.

- Полный срок службы насоса: не менее 40 лет.

3.2 Модернизированные нефтяные подпорные вертикальные насосы типа НПВ-М

Конструктивные особенности:

- насосы типа НПВ-М - вертикальные центробежные двухкорпусные с рабочими колёсами одностороннего входа, с предвключённой шнекоцентробежной ступенью. Шнек - осевое рабочее колесо, отличающееся от обычного соотношением геометрических параметров. Исследования свидетельствуют о том, что предвключенные осевые колеса, работая в режимах развитой кавитации, обеспечивают высокую всасывающую способность, но при этом подвергаются интенсивному кавитационному разрушению. Таким образом, существенным недостатком данной шнекоцентробежной ступени является то, что решая одну из сторон проблемы кавитации - повышение всасывающей способности, данная конструкция не исключает опасности кавитационного разрушения предвключенного осевого колеса.

- улучшены кавитационные качества ( Дh доп. снижен от 0,2 до 0,5 м, в зависимости от типоразмера)

- крутящий момент от электродвигателя передается с помощью пластинчатых муфт. Муфта пластинчатая соединительная предназначена для передачи крутящего момента от привода к насосам, компрессорам и другим вращающимся механизмам с одновременной компенсацией радиальных, угловых и осевых смещений соединяемых валов. Для передачи крутящего момента с одной полумуфты на другую используется специальная деталь, выполненная из полимера. При вращении вала полимерный элемент поглощает и частично рассеивает динамическую нагрузку, но продолжает выполнять свою задачу, за счет чего и происходит частичная компенсация смещения валов, а также гашение ударов.

- уменьшенные габариты по сравнению с НПВ, что обеспечивает снижение себестоимости, упрощают обслуживание и ремонт

- значительно повышен КПД насосов (от 3 до 13 % в зависимости от типоразмера)

- детали корпуса и проточной части для повышения надежности выполнены из углеродистых и легированных хромистых сталей

Показатели надежности

- Наработка на отказ не менее 40000 часов.

- Ресурс до капитального ремонта насоса: не менее 63000 часов.

- Полный срок службы насоса: не менее 40 лет.

Рисунок 3.2.2 Схема модернизированного насоса НПВ-М 1250-60



Таблица 3.2.2 Техническая характеристика модернизированного насоса типа НПВ-М 1250-60

Тип насоса	НПВ-М
Подача, мі/ч	1250
Напор, м	60
Допускаемый кавитационный запас, м	2,2
Мощность насоса, кВт	249,1
КПД насоса, %	82



Выводы

В данной курсовой работе рассмотрены расчет и регулирование работы центробежного насоса

Подобраны центробежные насосы для заданной трубопроводной системы, а именно подобраны два магистральных насоса марки НМ 1250-260 и подпорный насоса марки НПВ 1250-60. Выполнен пересчет паспортных характеристик насосов с воды на нефть. Рассмотрены возможные варианты регулирования режима работы для обеспечения проектной производительности, такие как дросселирование, байпассирование, обточка рабочего колеса и изменение частоты вращения вала.

В результате выполнения курсовой работы, мною были освоены следующие компетенции:

- (ПК-1)-4 - способность применять процессный подход в практической деятельности, сочетать теорию и практику;

- (ПК-3)-2 - способность эксплуатировать и обслуживать технологическое оборудование, используемое при строительстве, ремонте, реконструкции и восстановлении нефтяных и газовых скважин, добыче нефти и газа, сборе и подготовке скважинной продукции, транспорте и хранении углеводородного сырья;



Список использованной литературы

1 Каталог Центробежные нефтяные насосы для магистральных трубопроводов. Справочное пособие. - Москва: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ,

1989 - 19 с.

2 Тугунов П.И., Новоселов В.Ф., Коршак А.А., Шаммазов А.М.

Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. Учебное пособие для ВУЗов. - Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСеврис», 2002 - 658 с.

3 Колпаков Л.Г. Эксплуатация магистральных центробежных насосов: Учебное пособие. - Уфа: Изд-во Уфим. нефт. ун-та, 1993 - 116 с.

4 ГОСТ 6134-2007 «Насосы динамические. Методы испытаний»

Размещено на Allbest.ru

...