Расчетная часть- Расчет вихревого насоса ВНН5-79-2400-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть- Расчет вихревого насоса ВНН5-79-2400: Определение основных параметров, Выбор базовой модели ВНН и его техническая характеристика, Выбор двигателя и кабеля, Определение диаметра насоса, Определение геометрических размеров ступени, Определение длины корпуса насоса-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
4.1 Определение основных параметров

Методика взята из источника [10].
Напор насоса Нн, м, определяется по формуле

где Нд - глубина динамического уровня, м

где Н
h -
- глубина скважины, Н = 1900 м;
высота столба жидкости от забоя до динамического уровня, м

где Рпл
Q
Кпр
n
g
ρж -
-
-
-
-
- пластовое давление, Рпл = 18,1·106 Па;
дебит скважины по жидкости, Q = 79 м3/сут;
коэффициент продуктивности, Кпр = 20·10-6 м3/сут·Па;
показатель уровня притока, n = 1;
ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;
плотность жидкости, кг/м3

где ρср - средняя плотность нефти, кг/м3

где ρнп
ρнд -
- плотность пластовой нефти, ρнп = 760 кг/м3;
плотность дегазированной нефти, ρнд = 842 кг/м3





 ρв
В -
- плотность воды, ρв = кг/м3 [11];
объемная обводненность продукции, В = 0,6



где Нбуф - напор на буфере, м

где Рбуф - буферное давление, Рбуф = 7·106 Па

где Нс - потери напора на гидравлические сопротивления в НКТ, м

где λс - коэффициент гидравлического сопротивления, определяется в зависимости от числа Рейнольдса, Re
При Re < 2300 – режим течения жидкости ламинарный

При Re > 2300 – режим течения жидкости турбулентный

Число Рейнольдса, Re, определяется по формуле


где d
ν -
- внутренний диаметр НКТ, d = 0,0503 м [12];
кинематическая вязкость жидкости, ν = 0,02·10-4 м3/с [13]

Режим течения жидкости турбулентный, поэтому

 υ - скорость движения жидкости м/с


 hн - глубина подвески насоса, м



 Нг - высота подъема жидкости за счет работы газа, м

где G - газовый фактор, G = 20 м3/м3



4.2 Выбор базовой модели ВНН и его техническая характеристика

По исходной величине производительности Q = 79 м3/сут и найденному напору Нн = 2400 м выбираем типоразмер центробежно-вихревого насоса ВНН5-79, который может развивать подачу 79 м3/сут и напор 2400 м и имеет 310 ступеней.

Число ступеней ΔZ, которое надо снять с насоса для получения необходимого напора, будет равно [13]

где Н’н

Z’ -

- номинальный напор насоса, соответствующий выбранному насосу, Н’н = 2400 м;
число ступеней, соответствующее выбранному насосу,
Z’ = 310

Так как величина ΔZ не превышает единицу, то для данного случая нет необходимости снимать какое-либо число ступеней. Таким образом, выбранный насос ВНН5-79-2400 будет иметь следующие технические характеристики:
– подача насоса, Q = 79 м3/сут;
– развиваемый напор насоса, Н’н = 2400м;
– число ступеней, Z’ = 310;
– потребляемая мощность, N = 28 кВт;
– наружный диаметр, Dн = 92 мм.
В установку насоса УВНН5-79-2400 будет входить так же:
– электродвигатель типа ПЭД 28-103;
– круглый кабель КРБК 36 16;
– плоский кабель КРБП 3 10;
– трансформатор ТСБ 3-100;
– станция управления ПГХ 5072-3А9А2.


4.2.1 Выбор двигателя и кабеля

Методика взята из источника [13].
Мощность двигателя, необходимую для работы насоса Nр, кВт, опре¬деляем по формуле

где ηн - КПД насоса, ηн = 0,5 [13]

Из таблиц источника [13] выбираем круглый трехжильный кабель КРБК 3x16 сечением 16 мм2 и диаметром 29,3 мм. На длине насоса и про-тектора берем плоский трехжильный кабель КРБП 3x10 сечением 10 мм2 и толщиной 12,2 мм. Потери электроэнергии в кабеле КРБК 3x16 длинной 100 м, ΔРк, кВт, определяем по формуле

где I

R -

- рабочий ток в статоре электродвигателя ПЭД 28-103,
I = 33 А [13];
сопротивление в кабеле, Ом

где ρt - удельное сопротивление кабеля, Ом·мм2/м

где ρ20

α
t -

-
- удельное сопротивление меди при 20o С,
ρ20 = 0,0175 Ом·мм2/м [13];
температурный коэффициент меди, α = 0,004 [13];
температура пластовой жидкости, t = 36o С

 q - сечение жилы кабеля, q = 16 мм2


Общая длина кабеля будет равна сумме глубины спуска насоса hн = 544,2 м и расстояние от скважины до станции управления 10 м. При-мем, с запасом на увеличение погружения насоса, длину кабеля l = 700 м. В этом кабеле сечением 16 мм2 потери мощности ΔN, кВт, составят


Тогда требуемая мощность двигателя Nn, кВт, при потере мощности в кабеле


Принимаем электродвигатель ПЭД 28-103 мощностью 28 кВт диамет¬ром 103 мм [13].

4.2.2 Определение диаметра насоса

Методика расчета взята из источника [10]
Диаметр насоса определяется его расположением в погружном агрегате относительно электродвигателя и кабеля. м:
Схема к расчету представлена на рисунке 4.1.

где Dэ
hкаб
S
ΔS
Dа -
-
-
-
- наружный диаметр электродвигателя, Dэ = 0,103 м;
высота кабеля, hкаб = 12,2·10-3 м;
толщина хомута, S = 1·10-3 м;
увеличение габаритного размера, ΔS = 0,5·10-3 м;
диаметральный габарит, м


Рисунок 4.1 – Диаметральные габариты
Диаметр насоса Dн, Dэ – наружный диаметр электродвигателя; Dн – диаметр насоса; hкаб – высота кабеля; S – толщина хомута; ΔS – увеличение габаритного размера; Da – диаметральный габарит; Dвно – минимальный внутренний диаметр обсадной ко¬лонны.


где δ


Dвно -


- минимальный зазор между минимальным
внутренним диаметром обсадной колонны и
наружным диаметром установки, δ = 3·10-3 м [10];
минимальный внутренний диаметр обсадной колонны,
Dвно = 111,109·10-3 м [10]


Внутренний диаметр корпуса насоса устанавливают по таблицам [10], Dвн = 80·10-3 м.

4.2.3 Определение геометрических размеров ступени

Методика расчета взята из источника [10].
Схема к расчету представлена на рисунке 4.2.
Наибольший диаметр проточной полости ступени Dвc, м

где Dвн
δн -
- внутренний диаметр корпуса насоса, Dвн = 80·10-3 м;
толщина чугунной стенки обоймы направляющего аппарата, δн = 3·10-3 м [10]

Критерии подобия П

где n  - частота вращения вала, n = 3000 об/мин [13]

КПД ступени η определяется по формуле [2]


где ηпр  - приведенный КПД, ηпр = 0,6 [2]


Рисунок 4.2 – Схема к расчету ступени насоса
Dвн – внутренний диаметр корпуса насоса; Dвс – наибольший диаметр проточной полости ступени; Do – диаметр входа в рабочее колесо; D2max – макси¬мальный внешний диаметр рабочего колеса; D2min – наружный диаметр верх¬него диска рабочего колеса; Dlmax – наибольший диаметр входной кромки ра¬бочего колеса; Dlmin – наименьший диаметр входной кромки рабочего колеса; dвт – диаметр втулки рабочего колеса; в1 – ширина канала рабочего колеса на входе; в2 – ширина канала рабочего колеса на выходе; в3 – ширина канала на¬правляющего аппарата; l – монтажная высота ступени

Напорность ступени определяется по формуле

где (Н/L)пр - приведенная напорность ступени (Н/L)пр = 0,203 [2]

Средний выходной диаметр рабочего колеса D2ср, м


Максимальный внешний диаметр рабочего колеса D2max, м


Принимаем
Диаметр втулки рабочего колеса dвт, м

где Квт - коэффициент, определяющий диаметр втулки



Принимаем
Ширина каналов рабочего колеса на входе в1, м

где Кв1 - коэффициент, определяющий ширину каналов на входе,
Кв1 = 0,058 [2]

Ширина каналов рабочего колеса на выходе в2, м

где Кв2 - коэффициент, определяющий ширину каналов на выходе,
Кв2 = 0,053 [2]

Наибольший диаметр входной кромки колеса D1max, м

где Dо - диаметр входа в рабочее колесо, м, [2]


.
Принимаем
Наименьший диаметр входной кромки рабочего колеса D1min, м

где КD1min - коэффициент, определяющий наименьший диаметр
входной кромки лопасти рабочего колеса, КD1min = 0,98 [2]

Наружный диаметр входного диска рабочего колеса D2min, м

где КD2min - коэффициент, определяющий наружный диаметр
верхнего диска рабочего колеса, КD2min = 0,33 [2]

Диаметр диафрагмы рабочего колеса Dд, м

где КDд - коэффициент, определяющий диаметр
диафрагмы направляющего аппарата, КDд = 0,44 [2]


Ширина канала направляющего аппарата в3, м

где Кв3 - коэффициент, определяющий ширину канала
направляющего аппарата, Кв3 = 0,068 [2]

Высота средней линии лопатки направляющего аппарата l, м, определяется по формуле

где Кl - коэффициент, определяющий высоту средней
линии направляющего аппарата, Кl = 0,2 [2]

Монтажная высота ступени L, м

где КL - коэффициент, определяющий монтажную высоту
ступени, КL = 0,3 [2]

Угол β1, град, определяют из уравнения

где c1m - меридиальная скорость жидкости на входе в колесо, м/с

где k1

c0m -

-
 коэффициент стеснения проходного сечения
лопастями на входе колеса k1 = 1,1
скорость потока на входе у лопастей до
стеснения ими проходного сечения, м/с

где с0 - осевая скорость жидкости у входа в колесо, м/с

где Qk - расход жидкости в каналах рабочего колеса, м3/с

где ηоб - объемный КПД насоса

где ns - коэффициент быстроходности

где Нст  - напор, создаваемый одной ступенью, м

где Кu2 - коэффициент окружной скорости








 u1 - окружная скорость на входе, м/с

где D1 - диаметр колеса у входной кромки лопасти, м

;
;

β1 = 14o.

4.2.4 Определение длины корпуса насоса

Методика взята из источника [10].
Длина насоса Lн, м, определяется по формуле

где nn
ln -
- количество опор и подшипников nn = 3;
расстояние между опорами ln = 0,7 м,


4.3 Определение основных параметров УВНН после установки газодиспергирующих колес

Методика расчета взята из источника [2].


Схема к расчету представлена на рисунке 4.4
Окружная скорость добываемой эмульсии на выходе после диспергирующего колеса u’2, м/с


Так как диспергирующие колеса стоят гораздо выше всасывающей части насоса, добываемая жидкость на своем пути имеет множество препятствий (фильтрующая сетка, каналы переменного сечения). Следовательно, большая часть окружной скорости получаемой от диспергирующих колес теряется, в том числе и из-за трения жидкости об обсадную элементы проточной части насоса, колонну труб и остается лишь порядка 10% от первоначальной.



Рисунок 4.4 – Схема к расчету окружной скорости на выходе из рабочего колеса после установки газодиспергирующих колес


u2’ – окружная скорость добываемой эмульсии на выходе из газодиспергирующего колеса;
υ2’ – переносная скорость добываемой эмульсии на выходе из из газодиспергирующего колеса;
ω2’ – относительная скорость добываемой эмульсии на выходе из из газодиспергирующего колеса;
β2’ – угол лопасти на выходе из из газодиспергирующего колеса;
D2’ – диаметр газодиспергирующего колеса

Таким образом, новое значение окружной скорости на входе рабочего колеса u’, м/с


Так как угол β1 лопасти рабочего колеса остается неизменным
,
где c’1m - меридиальная скорость жидкости на входе в колесо при
новой окружной скорости, м/с
,

Расход в каналах рабочего колеса при новой окружной скорости Q’k, м3/с
,
где c’0 - осевая скорость жидкости у входа в колесо при
новой окружной скорости, м/с
, ,
.

Подача насоса с установленными газодиспергирующими колесами Q’, м3/с

.

Гидравлический КПД насоса при новой окружной скорости
,

где D1пр - приведенный диаметр входа в рабочее колесо по одному из критериев подобия, мм.
,

.
КПД насоса с установленными газодиспергирующими колесами

где ηм - механический КПД насоса, ηм = 0,85,
.

Таким образом, после установки газодиспергирующих колес к.п.д. насоса увеличился на 13%, а подача на 39,4 м3/сут.