499

Расчетная часть-Расчет центробежного насоса ЦНС 180-1900-2-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

ID: 176814
Дата закачки: 19 Января 2017
Продавец: leha.se92@mail.ru (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диплом и связанное с ним
Форматы файлов: Microsoft Word

Описание:
Расчетная часть-Расчет центробежного насоса ЦНС 180-1900: Подбор центробежного насоса, Расчет основных параметров работы насоса, Расчет всасывающего трубопровода, Расчет пропускной способности напорного трубопровода БКНС, Расчет параметров дросселирования, Расчет параметров байпаса, Определение потерь в уплотнениях рабочих колес-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Комментарии: 5 РАСЧЕТЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
5.1 Подбор центробежного насоса

Центробежные насосы подбирают в зависимости от их назначения и условий работы. При этом некоторые основные параметры насоса могут быть известны, а некоторые неизвестны. Дальше приводятся сведения, что необходимые и достаточные для каблука насоса
В условиях производства при подборе насоса для какой-либо технологической станции, конечно, известное количество жидкости или жидкого продукта, который будет транспортироваться, то есть известно Q, часто известный также напор Н.
Если же напор неизвестен, то можно его определить с достаточной для практики точностью. Для этого необходимо выяснить значение величин, которые складывают манометрический напор:
(5.1)
Из действительных условий работы технологической станции можно установить: геометрические высоты всасывания, м, и нагнетания; давлению на поверхности жидкости в резервуарах на всасывании Р1 и нагнетании Р2, а потом определить хотя бы приблизительно гидравлические опоры трубопроводов на всасывании и на нагнетании.
Для подбора центробежного насоса необходимо также знать назначение насоса, главным образом, характер взаимных изменений подачи и напора в процессе эксплуатации насоса.
По своим конструктивным особенностям центробежные насосы, которые покрывают одно и то же поле подачи и напора, могут иметь характеристики разной кривизны: крутые, пологие и средней крутизны.
Если допускают, что при значительном изменении подали напор повинный изменяться незначительно, то избирают насос, который имеет пологую характеристику.



Рисунок 5.1.1 - Подбор центробежных насосов по их характеристикам.

При соответствующем выборе таких насосов их подача будет незначительно меняться даже при значительном увеличении гидравлического сопротивления фильтрационных аппаратов.
Если в процессе эксплуатации изменяется и подача насоса и его напор, то применяют насосы с характеристикой средней крутизны.
Следовательно, для подбора центробежного насоса в общем случае необходимо и достаточно знать подачу насоса Q, напор H и его назначения. Потом по каталогам насосных заводов выбирают насос, который удовлетворяет выставленным требованиям.
Следует отметить, что в настоящее время количество насосных заводов и номенклатура насосов, изготовленных промышленностью, выросли настолько, что складывание единственных общих каталогов-справочников стало практически невозможным. При этом непрерывное совершенствование и модернизация конструкции насосов приводит к быстрому старению справочных возведений.
Тому, необходимо пользоваться действующими ДСТУ, централизованными методами технической информации, а также ведомственными материалами, то есть каталогами, составленными для отдельной отрасли, в данном случае - нефтехимической. В большинстве случаев такие материалы складываются отдельными насосными заводами и специальными цехами машиностроительных заводов в виде насосных каталогов(номенклатуры завода).
Желательно иметь характеристику насоса и трубопровода, начерченные в одинаковом масштабе. Тогда соединение этих характеристик укажет рабочую точку избранного насоса при его работе на данный трубопровод. В этом случае будет видный допустимый предел регулирования насоса в области стойкой его работы, а также степень экономичности установки в эксплуатационных условиях.
Конечно, стоит стремиться, чтобы рабочая точка насоса отвечала максимуму КПД или величине, близкой к ней. Дополнительную проверку правильности избранного типа насоса можно сделать определением коэффициента быстроходности, приняв для вычисления ту частоту вращения n, при которой составленная характеристика насоса.

5.1.1 Работа центробежных насосов при перекачивании вязких жидкостей

При перекачивании центробежными насосами жидкости большей вязкости, чем вязкость воды(ν>0,01*104 м2/с), наблюдается увеличение сопротивления на трение в проточных каналах насоса. Поэтому подача и напор, создаваемый насосом, уменьшаются, уменьшается при этом и КПД насоса. Растет мощность, которая тратится на насос. С увеличением вязкости жидкости объемные потери уменьшаются. Уменьшаются, по-видимому, и потери энергии при внезапном расширении струи. Вследствие отмеченного, характеристики насосов при перекачивании ими грузлих жидкостей существенно отличаются от тех, которые приводятся, конечно, в каталогах-справочниках, составленных при работе насосов на воде.
Поэтому при анализе работы центробежных насосов, которые работают на грузлих жидкостях, необходимо вводить расчет поправочного коэффициента.
Эти поправочные коэффициенты являют собой безразмерные отношения основных параметров насоса при его работе на вязкой жидкости (в данном случае, нефти) к соответствующим параметрам, что относится к работе на воде:
- коэффициент изменения подачи
(5.2)
- коэффициент КПД
(5.3)
С изменением вязкости жидкости характеристики насоса меняются, в основном, под воздействием гидравлических и дисковых потерь в насосе. Достаточно характерным критерием этих потерь является критерий Ке, который может быть выражен в виде
(5.4)
Условия работы центробежных насосов при перекачивании грузлих жидких продуктов производств в существующих пределах критерия Ке сравнении с условиями их работы на нефтепродуктах.

Рисунок 5.1.2 - Кривые зависимости коэффициентов изменения подачи к напору от числа Рейнольдса.
Потому, основываясь на результатах исследований М. Д. Айзенштейна относительно нефтепродуктов, делаются следующие важные выводы.
1. Подача, напор и КПД центробежных насосов уменьшаются по сравнению с такими при перекачивании воды. Потребляемая мощность при этом увеличивается; отмеченное влияние вязкости; указанное снижение вязкости меньше обозначается для насосов большой подаче.
2. При относительно небольшом повышении вязкости по сравнению с водой КПД насоса снижается, главным образом, через увеличение потерь на дисковое трение.
3. При больших вязкостях жидкостей, которые перекачиваются, рост потерь происходит, главным образом, за счет увеличения гидравлических потерь на трение в каналах насоса. Потери на превращение скоростного напора в давление уменьшаются.
4. Потери на дисковое трение при заданной окружной скорости увеличиваются в большей степени с увеличением внешнего диаметра рабочего колеса, в сравнении с увеличением частоты вращения. Поэтому для увеличения КПД необходимо стремиться к увеличению частоты вращения и применять насосы из возможно большим коэффициентом быстроходности.
5.  Насосы большего размера, то есть большей подачи, позволяют перекачивать более грузлу жидкость.
6. Уменьшение ширины колец, которые уплотняют, и толщины стенок дисков рабочих колес уменьшает мощность, затрачиваемую на трение при перекачивании вязких жидкостей.
7. С увеличением вязкости всасывательная способность насоса ухудшается.

Рисунок 5.1.3 - Область применения центробежных насосов в зависимости от подачи и вязкости перекачиваемого продукта.
5.2 Расчет основных параметров работы насоса

Одним из основных параметров работы насоса есть затрата мощности N, то есть количество затрачиваемой насосом энергии для подъема, перемещения и нагнетания жидкости в единицу времени. Различают теоретическую мощность Nт, то есть такую, которую необходимо было бы тратить для подачи жидкости, преодолевая необходимый манометрический напор при полном отсутствии потерь энергии в самом насосе.
Очевидно, теоретическая мощность (кВт) определяется величиной
(5.5)
где Q - подача насоса в м3/год; Q=180м3/год;
ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; ρ =0,9-1,1т/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
H - манометрический напор насоса, м; Н=1230м;
Тогда имеем

В действительности, полная мощность, затрачиваемая двигателем, то есть мощность на валовые насоса или эффективная мощность N больше теоретической N>Nт вычисленной.
Поэтому отношение Nт / N всегда меньше единицы. Это отношение показывает, какая часть из всей использованной насосом энергии тратится полезно. Вследствие этого отмеченное отношение принято называть общим коэффициентом полезного действия насоса и помечать:
(5.6)
Определив из паспорта насоса механический КПД(η=0,72) что:

Общий коэффициент полезного действия насоса η можно рассматривать также как отношение полезной (теоретической) работы Е, выполняемой насосом, к полной (эффективной) роботе насоса Ее, который включает все потери энергии внутри насоса вне зависимости от природы и источников этих потерь, :
; (5.7)
Эффективная мощность, N потребляемая насосом, больше теоретической мощности Nт в результате расходов некоторого количества энергии на преодоление гидравлических сопротивлений hω в самом насосе. Кроме того, некоторая дополнительная мощность тратится насосом на перемещение части жидкости, которая проходит через проточную часть насоса, но не попадает в нагнетательный трубопровод. Другими словами, через робoчі органы насоса проходит количество жидкости Q0 больше, чем действительная подача насоса Q, вследствие разных истоков Q0>Q.
Известно, что потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений внутри насоса hω будут зависеть от таких факторов: длины пути, что проходит жидкость в проточной части насоса, плавности траектории движения, шероховатости омываемых стенок, разных местных сопротивлений, создаваемых элементами конструкции, а также от вязкости, и скорости движения жидкости. В связи с гидравлическими потерями увеличивается работа, которая выполняет насос за счет энергии двигателя.
Поэтому напор, зватрачений на преодоление гидравлических сопротивлений внутри насоса hω, добавляется к манометрическому напору Нм и затрата мощности на насос соответственно увеличивается на отношение (Нм+hω) /Нм. Величина, обратная этому отношению.
(5.8)
называется гидравлическим КПД, потому что показывает степень гидравлического совершенства конструкции.
Тогда соответственно имеем

Гидравлический КПД также являет собой отношение полезной работы, выполняемой насосом:
, (5.9)
где Q - подача насоса в м3/год; Q=180м3/год;
ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; ρ =0,9-1,1т/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
H - манометрический напор насоса м; Н=1230м;
до работы насоса с учетом гидравлических потерь в нем.
(5.10)
где Q - подача насоса в м3/год; Q=180м3/год;
ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; ρ =0,9-1,1т/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
H - манометрический напор насоса, м; Н=1230м;
h - напор тратит на преодоление гидравлических сопротивлений; h=18м;
Следует отметить, что в соответствии с перечисленными причинах возникновения гидравлических потерь внутри насоса гидравлический КПД определяется, главным. образом, доскональностью конструкции, и качеством изготовления насоса.
Механический КПД хорошо сконструированных насосов при тщательном их обслуживании бывает достаточно высоким (0,85— 0,98).
При расчете подаче насосов применяют объемный КПД
(5.11)
где Q - обёмное количество жидкости которая подается насосом в напорный трубопровод; Q=180м3;
Q0 - обёмное количество жидкости которая теряется например, через торцевые уплотнения; Q0= 3м3;
Тогда согласно формуле (5.11) будем иметь

Можно определить общий КПД насосов как произведение объемного, гидравлического и механического коэффициентов полезного действия:
(5.12)
Подставив соответствующие значения будем иметь

В заключение отметим, что каждый из приведенных коэффициентов имеет соответствующее приложение в практике. Так, например, общий КПД применяется при определении затраты мощности на насос по его подаче и напору. При расчете подаче насосов применяют объемный КПД
(5.13)
При расчете напора, создаваемого насосом, применяют гидравлический КПД, Так, зная теоретический напор, создаваемый насосом, можно определить действительный напор
(5.14)
Механический КПД применяется при определении затраты мощности на насос по индикаторным диаграммам.

5.3 Расчетная схема технологических трубопроводов БКНС

Расчет технологического трубопровода разделяется на расчет всасывающего трубопровода и расчет нагнетательного трубопровода

5.3.1 Расчет всасывающего трубопровода

Определяем объемную секундную пропускную способность трубопровода
, м3/с (5.15)
где Gт - массовая годовая пропускная способность трубопровода, кг/год;
Gсут - массовая суточная пропускная способность трубопровода, кг/сут;
Gч - массовая часовая пропускная способность трубопровода, кг/год;
365 - число суток в году;
24 - число часов в сутках;
3600- число секунд в часу;
ρ - плотность продукта, который перекачивается, кг/м3. Выбирается по согласно справочника.
Тогда имеем
м3/с
Выбирается скорость движения жидкости или нефтепродукта vт во всасывающем трубопроводе в зависимости от кинематической вязкости жидкости или нефтепродукта ν таблица 5.1.
Определяем расчетный диаметр трубопровода
, м (5.16)
где 4 -коефициент;
π = 3,14;
νт - теоретически принятая скорость движения жидкости по трубопроводу, м/с.
Тогда имеем


Таблица 5.3.1 - Зависимость между вязкостью жидкости и ее скоростью
Кинематическая вязкость жидкости, ν- 104, м2/с Скорость, м/с
 на линии всасывания на линии нагнетания
0,01 - 0,11 1.5 2,5
0,11 - 0,28 1,3 2,0
0.28 - 0,72 1,2 1,5
0,72 - 1,46 1,1 1,2
1,46 - 4,38 1,0 1,1
4,38 - 8,77 0,8 1,0


Выбираются за ДСТ или ТУ (техническим условиям) внешний диаметр трубопровода D(ближайший к расчетному) и толщина стенки трубопровода, который проверяется механическим расчетом
D=0,076, м
δ=0,007, м
Определяется внутренний диаметр трубопровода
d=0,076-2 0,007=0,062 м (5.17)
Определяется фактическая (действительная) скорость движения жидкости по трубопроводу
ν=(4 Qс)/(π d2)м/с (5.18)
ν=(4 0,045)/(3,14 0,0622)=15,063
Определяется режим движения нефти (нефтепродукту), которая характеризуется величиной числа Рейнольдса
Площадь поперечного перереза трубопровода
(5.19)
(5.20)
где - пластичность перекачиваемой жидкости; =0,015
(5.21)
где - статичное напряжение сдвига; =2,52;
(5.22)
Тогда имеем
ν=(4 0,045)/(3,14 0,0622)=15,063м-с (5.23)



Согласно расчетов то режим движения ламинарный.
Движение ламинарии - это движение жидкости, которая наблюдается при малых скоростях, при котором отдельные ручьи жидкости двигаются параллельно друг другу и оси потока.
Турбулентное движение - это движение жидкости при больших скоростях, при котором в руссе жидкости нет видимой закономерности и отдельных частей, перемешивая между собой, двигаются по самим изобретательным все время траекториям, которые изменяются, достаточно сложной формы(хаотически).
Определяются линейные потери напора в трубопроводе по формуле Дарси-Вейсбаха
hлп=λ (L 10-6/d) (ν2g), м (5.24)
гдеλ- коэффициент гидравлического сопротивления, которое зависит от режима движения нефти (нефтепродукту) и зоны трения(закону сопротивления)
L - длина трубопровода, L=600м;
g - ускорение свободного падения, м/с2; g =9,81м/с2
λ - коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от числа Рейнольдса и определяется по формуле Блазиуса
λ=0,3164/ (5.25)
Имеем
λ=0,3164/ =5,199
Тогда
hлп=5,199 -(600 10-6/0,062) (15,0632 9,81) = 110м
Определяются скоростные потери напора в подпорном трубопроводе
hсп= ν2(2 g*0,01), м (5.26)
hсп= 15,0632(2 9,81 0,01) =44,519, м
Определяется сумма потерь напора в трубопроводе
∑h = hлп + hсп, м (5.27)
Тогда имеем
∑h = 110 + 44,519=154,519, м

5.3.2 Расчет пропускной способности напорного трубопровода БКНС

Многовариантные расчеты нефтепровода будем вести при стандартизированной программой, однако с целью освоения вычислительного алгоритма предварительно выполним один из расчетов с использованием калькулятора.
Определим пропускную способность системы БКНС прилегда участок нефтепровода при расчетной температуре нефти =4,3 оС, что отвечает условиям перекачивания нефти например в январе(сами жесткие условия).
Рассмотрим случай полной загрузки участка трубопровода, когда на БКНС работают последовательно три насоса.
Принимаем первое приближение затраты нефти ровным = 180 м3/часами
По формуле(5.19) вычисляем секундную затрату нефти
м3/с.
По формуле(5.20) определяем среднюю скорость движения жидкости в трубопроводе
м/с.
Расчет свойств нефти для температуры почвы на глубине заключения трубопровода в январе месяцы проводится за формулами.
Вязкость нефти при расчетной температуре находим по формуле Рейнольдса-Филонова
1/ оС (5.28)
Вязкость будет равняться
сСт. (5.29)
Плотность нефти при заданной температуре равняется
кг/ (м3 оС ) (5.30)
кг/м3.
Вычисляем число Рейнольдса по формуле(5.22)
.
За формулой(5.8) находим первое переходное число Рейнольдса

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления по формуле Блазиуса
(5.31)
Тогда
.
Для вычисления потерь напора на трение используем формулу Дарси-Вейсбаха(5.30)
г.
Общие потери напора в трубопроводе определяются по формуле (5.27)
г.
Определяем коэффициенты суммарной напорной характеристики ГНПС при работе подпорного и трех магистральных насосов
м (5.32)
м/(м3/с)2 (5.33)
Следовательно математическая модель напорной характеристики БКНС при последовательной работе подпорного и трех насосов ЦНС 180-1900 имеет вид
. (5.34)
По этой формуле определяем напор, созданный насосами ГНПС при принятом значении затраты нефти
г.
Используя формулу(5.34), вычисляем максимально допустимый напор нефти из условия прочности трубопровода
(5.35)
Тогда соответственно имеем
г.
Так как выполняется условие, то с целью обеспечения прочности трубопровода максимальный напор после регуляторов давления в начале участка нефтепровода должен представлять
г.
Проверяем выполнение уравнения баланса напоров в нефтепроводе
г. (5.36)
Полученный дисбаланс напоров значительно превышает заданную точность гидравлических расчетов ( м), что свидетельствует о том, что пропускная способность системы при отмеченных выше условиях больше принятого значения затраты м3/часами

5.4 Расчет параметров дросселирования

Приведенный пример расчета режима работы системы насосной станции при заданной затрате нефти м3/часами В итоге получено, что отмеченную затрату нефти обеспечит параллельная работа и двух насосов ЦНС 180-1900, при этом напор, который подлежит регулированию, представляет 76 м.
Используя формулу(5.37), находим употребленную мощность насосов при регулировании режимов работы способом дросселирования
(5.37)
где - средняя плотность перекачиваемой жидкости;
- длина трубопровода, м;
- потребляемая мощность насосов, кВт;
- ускорение свободного падения;
- КПД насоса.
кВт.
Используя формулу(4.3), вычисляем потери мощности насосов на регуляторе давления
кВт.

5.4.1 Расчет параметров байпасування

В примере расчету, приведенному в разделе 3, определенные коэффициенты суммарной напорной характеристики НС при работе трех центробежных насосов
м
м/(м3/с)2.
Там же найдено, что при перекачивании нефти с затратой м3/год при температуре общие потери напора в трубопроводе представляют м, а напор, созданный насосами равный г.
Определим подачу насосов при регулировании байпасуванням по формуле
м3/с (5.38)
Часовая подача насосов при реализации регулирования способом байпасування
м3/часами
По формуле (4.8) определяем потери мощности в байпасном трубопроводе при работе 3 центробежных насосов.
кВт.

5.5 Определение потерь в уплотнениях рабочих колес

Чтобы определить расходы в уплотнениях рабочих кругу сначала следует определить потенциальный напор данной степени, а уже потом определить напор потерян в уплотнениях
Определяем теоретический напор насоса по формуле:
;      (5.39)
где Н - напор насоса;
- гидравлический коэффициент полезного действия.

Определяем потенциальный напор степени по формуле:
;    (5.40)
где - теоретический напор, м;
- ускорение свободного падения, м/с2;
U2 - окружная скорость на выходе рабочего колеса, м/с;
,      (5.41)
где D - диаметр колеса, м;
n - скорость обращения, м/с;


Определяем напор, после потерь в уплотнениях по формуле:
    (5.42)
 где Dy2 - внешний диаметр уплотнения, м; Dy2 =0,195 м

Эквивалента площадь определяется по формуле:
а) внутренней щели:
    (5.43)
б) внешней щели:
    (5.44)
где μ1, μ2 - коэффициенты потерь соответственно внутренней и внешней щели;
Dy1, Dy2 - соответственно внутренний и внешний диаметр уплотнения;
= 0,20 мм - максимальный радиальный зазор.
а) для внутренней щели:

б) для внешней щели:

Определяем приведенную эквиваленту площадь:
(5.44)
Тогда имеем

Наибольшая затрата жидкости через переднее уплотнение рабочего колеса определяем по формуле:
     (5.45)

Определяем перепад напора во внешней щели:
     (5.46)
 где Q п.у - наибольший расход жидкости через переднее уплотнение рабочего колеса; Q п.у =0,00288м3/с;
 g - ускорение свободного падения;
 f2 - эквивалента площадь; f2=0,92*10-4;
 Тогда имеем


5.6 Расчет осевого усилия ротора

Определяем осевое усилие, действующее в сторону всасывания:
   (5.47)
где - удельный вес жидкости;
Dy2 - внешний диаметр уплотнения;
- потенциальный напор;
U - окружная скорость на выходе рабочего колеса;
D2 - диаметр колеса.
Тогда согласно формулы 5.47

Определяем усилие действующее в сторону нагнетание:
       (5.48)
Тогда имеем

Определяем силу, которая действует на уплотнение:
   (5.49)

Определяем осевое усилие действующее на рабочее колесо:
   (5.50)
То есть:
.
Полное осевое усилие действующее на роторе:
    (5.51)



Размер файла: 379,1 Кбайт
Фаил: (.rar)

Скачать

Добавить в корзину

Занесено в корзину

    Скачано: 3         Коментариев: 0

Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

Расчетная часть-Расчет центробежного насоса ЦНС-180-1900-4-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Расчетная часть-Расчет гидроциклона центробежного насоса ЦНС 180-1900-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Расчетная часть-Расчёт уплотнения рабочего колеса центробежного секционного насоса ЦНС 180-1900 оборудования для закачки воды в пласт системы ППД-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Расчетная часть-Расчет центробежного насоса ЦНС-180-1900-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Расчетная часть-Расчет центробежного насоса ЦНС-180-1900-3-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Ещё искать по базе с такими же ключевыми словами.