Обозначение
|
Z
|
Z1
|
Z2
|
Z3
|
L
|
L1
|
L2
|
L3
|
L4
|
L5
|
Величина, м
|
0,5
|
3
|
45
|
5
|
3
|
1
|
18
|
18
|
16
|
4
|
Рисунок 1. Расчётная схема насосной установки.
Определяем следующие показатели перекачиваемой жидкости:
плотность перекачиваемой жидкости при температуре t1=20°С: (приложение 1): с20=850 кг/м3.
плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре t2=30°С определяется по формуле:
сt = с20 - б(t2 - 20)=850-0,699*(30-20)= 843кг/м3, (1)
где б - коэффициент средних температурных поправок плотности
нефтепродуктов (Приложение 2).
Кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости равна н=0,025∙10-4
м2/c=2,5 сСт
(Приложение 1).
1.2
Определение потребного напора
.2.1
Определение геометрической высоты подъёма жидкости
Геометрическая высота подъёма жидкости определяется по формуле:
ДZ = Z2 - Z1, (2)
где Z1 - уровень жидкости в ёмкости Е-1, м;
Z2 - уровень жидкости в колонне К-1, м.
ДZ
=45-3=42 м.
1.2.2 Определение потерь напора
Потери напора на преодоление разности давлений в приёмном и напорном
резервуарах определяется по формуле:
(3)
где Р2 - избыточное давление в колонне К-1, Па - по заданию;
Р1 - избыточное давление в ёмкости Е-1, Па - по заданию;
с - плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре, кг/м3.
.3 Определение диаметров трубопровода во всасывающем и нагнетательном
тракте
Задаёмся рекомендуемой скоростью движения жидкости w для заданного материала
перекачивания и его вязкости.
В нагнетательном трубопроводе принимаем среднее значение wH=2,5 м/с; ([8] с. 21).
Во всасывающем трубопроводе принимаем среднее значение wВ=1,5 м/с; ([8] с. 21).
Определяем необходимый диаметр трубопровода, в соответствии с выбранной
скоростью по формуле (4):
(4)
где d - диаметр всасывающего
(нагнетательного) трубопровода, м;
Q -
расход перекачиваемой жидкости, м3 /с;
w -
скорость течения жидкости, м/с.
Для дальнейшего расчёта диаметров необходимо определить секундный расход
жидкости, м3/с.
(5)
Тогда диаметр нагнетательного трубопровода:
В
соответствии с таблицей из [8] (Приложение 1, с. 16-17) выбираем ближайшую к
стандартному значению величину диаметра dн=102 мм с толщиной стенки s=4 мм.
Диаметр
всасывающего трубопровода:
В
соответствии с таблицей из [8] (Приложение 1, с. 16-17). Выбираем ближайшую к
стандартному значению величину диаметра dв=133 мм с толщиной стенки s=4 мм.
Уточняем
скорость течения жидкости по стандартным внутренним диаметрам трубопроводов.
Внутренний диаметр трубопровода dBH определяется по формуле:
(6)
где d - наружный диаметр трубопровода, мм;
S -
толщина стенки трубопровода, мм.
Для трубопровода нагнетания:
Для
трубопровода всасывания:
Затем
производим уточнение скорости в трубопроводе по формуле:
(7)
Скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе согласно формуле
(7):
;
Значение
практически совпадает с принятым; скорость определена верно.
Скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе согласно формуле
(7):
Это
значение также почти совпало с принятой величиной скорости во всасывающем
тракте; скорость определена верно.
1.4 Определение режима течения жидкости в трубопроводах
Для определения режима течения жидкости в трубопроводах применяют
критерий Рейнольдса Re, который
определяется по формуле:
(8)
где w - скорость течения жидкости, м/с;
dвн - внутренний диаметр трубопровода,
м;
v -
кинематическая вязкость жидкости, м2 /с.
Подставим известные значения и получим:
Критерий Рейнольдса для трубопровода нагнетания:
Критерий Рейнольдса для трубопровода всасывания:
Затем сравниваем числа Рейнольдса со значением зоны перехода от
ламинарного режима течения жидкости к турбулентному, равное Re=2300. Числа Re>2300; это означает, что в трубопроводах турбулентный
режим течения жидкости.
1.5 Определение коэффициента сопротивления трения
При развитом турбулентном режиме течения жидкости коэффициент
сопротивления течения жидкости определяется по формуле:
(9)
где e - относительная шероховатость
трубопровода, равная:
(10)
где
∆ - абсолютная шероховатость поверхности труб, мм.
Для
старых стальных загрязненных труб
на
линии всасывания:
Коэффициент
сопротивления течения жидкости на линии нагнетания (при Re>560/e в
формуле (9) пренебрегаем слагаемым 68/Re):
Коэффициент
сопротивления течения жидкости на линии всасывания:
Длина
нагнетательного трубопровода:
(11)
где
- данные из задания, м.
Длина
всасывающего трубопровода:
(12)
где L - длина всасывающего тракта по
заданию, м.
1.6 Определение коэффициентов местных сопротивлений
Находим коэффициенты местных сопротивлений о по справочной литературе для
элементов входящих, согласно заданию, во всасывающий и нагнетательный
трубопроводы из ([8] с. 3-5):
• одно сужение в районе перехода от ёмкости к трубе овх = 0,2;
• проходной вентиль оВ.П. = 5;
• одно колено с поворотом на 90° оП. = 1;
• одно отверстие при входе жидкости в насос оН. = 0,64;
• одно расширение в районе перехода от трубы к емкости овых =
1;
• один обратный клапан оО.К. =5;
• одно отверстие при выходе жидкости из насоса оН = 0,42;
• теплообменник оТ = 50…100;
• сопротивление диафрагмы оД= 85.
Таким образом, сумма коэффициентов местных сопротивлений на всасывающем
трубопроводе будет равна:
(13)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательном трубопроводе
будет равна:
(14)
1.7 Определение потерь напора на преодоление сил трения и местных
сопротивлений
Потери напора на преодоление сил трения и местных сопротивлений ДН
вычисляется по формуле:
(15)
где L - фактическая длина трубопровода, м;
d -
диаметр трубопровода, м;
л - коэффициент трения;
- сумма
местных сопротивлений на рассматриваемом участке;
w - скорость
течения жидкости, м/с.
Суммарная
потеря напора во всасывающем трубопроводе:
Суммарная потеря напора в нагнетающем трубопроводе:
1.8 Определение потребного напора насоса
Потребный напор определяют путём сложения рассчитанных составляющих, а
именно, геометрической разницы уровней в ёмкости и в колонне, потерь на
преодоление разницы давлений в ёмкости и в колонне, а также местных суммарных
потерь напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.
(16)
где ДZ - геометрическая высота подъёма
жидкости;
ДНр
- потери напора на преодоление разности давлений в приёмном и напорном
резервуарах;
ДНВ
- сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе;
ДНН
- сумма потерь напора в нагнетательном трубопроводе.
2.
Выбор насоса. Обоснование выбора
На современных нефтеперерабатывающих предприятиях применяют, по большей
части, центробежные насосы. Они получили широчайшее распространение в
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
Центробежные насосы выпускаются нескольких типов. Наиболее широкое
применение нашли насосы горизонтальные консольные одно- и двухступенчатые (НК),
горизонтальные межопорные секционные с осевым разъёмом корпуса (НС) и
горизонтальные межопорные секционные двухкорпусные (НСД).
Основным типом нефтяных насосов по ГОСТ 23447-79 являются насосы
консольного типа, предназначенные для работы при подаче 8-2000 м3/ч,
напоре 25-500 метров столба жидкости и работающие в температурном диапазоне от
-80єС до +400єС.
Насосы этого типа имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с
другими насосами: равномерность подачи жидкости; малые габаритные размеры при
большой производительности; удобство непосредственного соединения с двигателями
(электромотором или турбиной); простота обслуживания и ремонта.
Наряду с перечисленными достоинствами, насосы этого типа обладают
следующими недостатками: отсутствие сухого всасывания, зависимость напора от
скорости вращения ротора, сравнительно невысокий КПД , снижение КПД с
увеличением вязкости перекачиваемой жидкости.
Однако, благодаря отмеченным выше значительным достоинствам, центробежные
насосы занимают свою огромную нишу на нефтеперерабатывающих предприятиях.
Поэтому, следуя полученным и заданным параметрам работы Н [м] и Q [м3/ч], подбираем
нефтяной консольный насос, удовлетворяющий этим характеристикам. Согласно
источнику [9] (с. 13), данным параметрам удовлетворяет насос НК65/35-240 (cм. рисунок 2).
Рис.2. Поля Q-H насосов типов НК и НПС
По каталогам подбираем двигатель с необходимой мощностью, удовлетворяющий
требованию:
Nдв > Nн,
где Nпол = с•g•Н•Q (17)
где с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;
g -
ускорение свободного падения;
Н - напор, м;
Q -
расход жидкости, м3/с.
Nпол =
(18)
NB>50
кВт, значит k=1,2 и необходимая мощность, согласно формуле (18):
Выбираем
двигатель AB2808S2 с мощностью Nдв=90 кВт.
3.
Построение характеристики сети в масштабе характеристики насоса
Рабочая точка определяется путём пересечения рабочих характеристик насоса
и сети. Графическое изображение характеристики сети представим выражением:
(19)
Обозначим
через а, а выражение в квадратных скобках через b,
получим:
(20)
Подставляя
данные из предыдущих расчётов значения в выражение и значение Q, строим характеристику сети по
данным таблицы 2 и совмещаем её с характеристикой насоса (рисунок 2). На
пересечении двух характеристик определяют «рабочую точку» насоса.
Таблица 2. Характеристика сети.
Q, м3/ч
|
0
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
Q, м3/с
|
0
|
0,003
|
0,006
|
0,008
|
0,011
|
0,014
|
0,017
|
0,019
|
0,022
|
Н, м
|
130,4
|
132,6
|
139,3
|
146,2
|
161
|
178,9
|
199,2
|
224
|
250,2
|
Затем строим характеристику сети и насоса. «Рабочая точка» насоса (1)
находится в точке с подачей равной Q=60 м3/ч и напором Н=199 м:
Рисунок 3. Характеристика насоса НК 65/35-240 и сети.
Из рисунка 3 видно, что мощность насоса НК 65/35-240-1б при подаче Q=60 м3/ч равна N=68кВт, и КПД насоса составляет около
50%.
4.
Проверка насоса на бескавитационную работу
Проверку величины кавитационного запаса производят по формуле:
(21)
где ДНВ - потери напора во всасывающем трубопроводе, м;
рнас=3940Па- давление насыщенных паров при температуре t = 20 °С (см. Приложение 1);
ризб - избыточное давление в ёмкости Е-1, Па;
ДZ -
геометрическая высота подъёма жидкости;
Дhдоп=3,1м - допустимый кавитационный
запас, ([9], cтр. 13);
г - удельный вес жидкости:
г = сg=843∙9,81=8270 Н/м3,
где с - плотность перекачиваемой жидкости при заданной
температуре работы насоса;
g -
ускорение свободного падения, м/c2.
;
,16
>3,6
Условие выполнено, кавитационный запас выдержан.
5.
Описание конструкции и принципа действия насоса
Основные детали сборочные единицы насоса НК65/35-240: корпус спирального
типа, крышка, направляющий аппарат, кронштейн подшипниковый, вал, рабочее
колесо, уплотнение вала. Проточная часть насоса расположена в корпусе и
направляющем аппарате.
Корпус насоса, в котором расположена проточная часть, отлит заодно с
опорными лапами, входными и выходными патрубками. Опорные поверхности лап лежат
в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вала насоса.
Со стороны привода к корпусу насоса присоединена крышка. Стык между
фланцами корпуса насоса и крышки, расположенный в вертикальной плоскости,
уплотнён спирально навитой прокладкой.
Ротор насоса вращается в двух шарикоподшипниковых опорах, установленных в
подшипниковом кронштейне, который фланцем присоединяется непосредственно к
крышке насоса, а опорной лапой к фундаментной плите. Подшипники -
радиально-упорные. Смазка подшипников циркуляционная, осуществляемая масляным
туманом, создаваемым брызговиком, вращающимся вместе с валом. Охлаждение
подшипников - водяное.
Рабочее колесо установлено на цилиндрической шейке консольной части вала
и закрепляются гайкой. Уплотнение вала в местах выхода его из корпуса насоса
торцевое или сальниковое.
Для снижения давления уплотнением в насосах с колесами одностороннего
входа жидкости предусмотрено разгрузочное устройство, которое представляет
собой каналы во вращающихся частях щелевого уплотнения, сообщающиеся через
отверстия в валу со всасывающим пространством насоса.
Разгрузка осевых усилий осуществляется сверлением в ступице рабочего
колеса и установкой радиально-упорных подшипников.
Валы насоса и электродвигателя соединены зубчатой муфтой с промежуточным
валом типа МЗП.
Насос изготавливается с общей для насоса и электродвигателя
фундаментальной плитой.
Заключение
В ходе курсовой работы была изучена технологическая схема, установлены
все её параметры, включая гидравлическое сопротивление, потребный напор и др.
На основании значений Q-H и в соответствии с характеристикой
сети был выбран насос НК 65/35-240, способный обеспечить необходимые значения
подачи и напора. Насос был проверен гидравлически, он обладает необходимым
кавитационным запасом и запасом по напору в случае форсированной работы.
Были определены основные параметры работы насоса, а именно:
Q=60 м3/ч
- подача;
Н=200 м - развиваемый напор;
з=50% - КПД; =68 кВт- мощность.
Список
использованной литературы
1. Абдурашитов С.А., Тупиченков А.А., Вершинин И.М.,
Тененгольц СМ. Насосы и компрессоры. М.: Недра. 1974. - 296 с.
2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической
технологии: Пособие по проектированию/Г.С. Борисов, В.П. Брыков и др. 2-е изд.,
перераб. и дополн. М: Химия, 1991.-496 с.
3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим
сопротивлениям / Под ред. Штейнберга, М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.
. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.3.Процессы и
аппараты химической технологии: Учебник для вузов. - 5-е изд., стереотипное -
М.: Химия, 1968. - 848 с.
. Чекмарёв А.А., Осипов В.К. Справочник по
машиностроительному черчению - 2-е изд., перераб. М.: Высш. шк., 2001. - 493 с.
. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры.
М.: энергоатомиздат, 1984. -416 с, ил.
. Методическое руководство к выполнению
расчётно-графической работы по курсу «Гидравлика и гидромашины»./ Сост.
Аверкиева В.И., Стариков В.П., Игнатенков Ю.И. Куйбышев: КПтИ, 1983. - 24 с.
. Каталог насосного оборудования, часть 1 -
нефтегазовая и энергетическая промышленность/ «Гидромашсервис», 2007 - 100 с.
Приложение 1
Вид перекачиваемой жидкости
|
Плотность с20, кг/ м3
|
Кинематическая вязкость н •10-4, м2/с
|
Давление насыщенных паров рнас, Н/ м2
|
Вода
|
1000
|
0,01009
|
2336
|
Бензин
|
680-770
|
0,005…0,0093
|
16300
|
Бензол
|
879
|
0,00068
|
_
|
Масло машинное
|
890-905
|
0,06….0,09
|
140
|
Нефть
|
760-890
|
0,25…1,4
|
10520
|
Газотурбинные топлива Т-1; ТС-1; Т-2; РТ, Т-6; Т-8В
|
775-840
|
0,018
|
_
|
Дизельные топлива
|
910…930
|
0,04…0,08
|
500
|
Мазут топочный (лёгкий)
|
890-970
|
11
|
_
|
Мазут флотский (тяжёлый)
|
955-1015
|
20
|
_
|
Керосин
|
830-860
|
0,025
|
3940
|
Газойль
|
930…1070
|
0,038…0,043
|
_
|
Приложение 2
Значения средних температурных поправок плотности нефтепродуктов
Плотность при 20єС с20 , г/см3
|
Температурная поправка б, 1/єC
|
0,6900 - 0,6999
|
0,00091
|
0,7000 - 0,7099
|
0,000897
|
0,7100-0,7199
|
0,000884
|
0,7200 - 0,7299
|
0,00087
|
0,7300 - 0,7399
|
0,000857
|
0,7400 - 0,7499
|
0,000844
|
0,7500 - 0,7599
|
0,000831
|
0,7600 - 0,7699
|
0.7700 - 0,7799
|
0,000805
|
0,7800 - 0,7899
|
0,000792
|
0,7900 - 0.7999
|
0,000778
|
0,8000 - 0,8099
|
0,000765
|
0,8100 - 0,8199
|
0,000752
|
0,8200 - 0,8299
|
0,000738
|
0,8300 - 0,8399
|
0,000725
|
0,8400 - 0,8499
|
0,000712
|
0,8500 - 0,8599
|
0,000699
|
0,8600 - 0,8699
|
0,000686
|
0,8700 - 0,8799
|
0,000673
|
0,8800 - 0,8899
|
0,00066
|