Гидравлический расчет трубопровода

1 Гидравлический расчет трубопровода

Согласно заданию на курсовую работу плотность перекачиваемой жидкости 870 кг/м³, то соответствует легкой нефти. Таким образом, насосная установка (рисунок 1) состоит из насоса, всасывающего и нагнетательного трубопровода. Насос перекачивает жидкость из питающей емкости Б1 в приемную емкость Б2, преодолевая гидравлическое сопротивление системы, противодавление (Р₂ – Р₁) и геометрическую высоту Н_г = Н_в + Н_н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

Н_гв =;                                                                                (1)

Уравнение Бернулли для сечений (3-3) и (4-4):

=Н_гн;                                                                                     (2)

Складывая (1) и (2), получим:

Н_гв + + Н_гн  + ,

или = Н_гн - Н_гв  +  + .                                          (3)

Выражение в левой части (3) и есть потребный напор насосной установки.

Используя понятие статического напора:

 Н_гн - Н_гв ,

Перепишем (3): Н_потр = + ,                                                                 (4)

где + - суммарные потери напора во всем трубопроводе.

 

1.1 Гидравлический расчет всасывающего трубопровода:

Задаемся скоростью движения жидкости во всасывающем  трубопроводе:

= 1,5 м/с.

Найдем диаметр трубопровода на всасывающей линии:

   =   = 0,996 м = 996 мм.

Выбираем ближайший стандартный  диаметр по ГОСТу:

d_гост = 1020 мм с толщиной стенки δ = 9 мм;

d_вн.вс = 1020 – 2*9 =1002 мм.

Уточним скорость во всасывающем  трубопроводе:

  

Найдем режим течения  перекачиваемой жидкости:

Так как Re>2320, режим течения жидкости турбулентный.

Определим зону трения:

Для этого определяем относительную  шероховатость труб при k_э=0,2мм

Первое переходное число  Рейнольдса

Второе переходное число  Рейнольдса

Так как  Re< Re_I, то течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб, поэтому коэффициент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле Бладиуса:

.

Потери напора на трение по длине находим по формуле Дарси-Вейсбаха:

;                                                                                   (5)

Потери на местные сопротивления:

;                                                                             (6)

Где ξ_ф=1,7 – фильтр для светлых нефтепродуктов;

ξ_зад=0,15 – задвижка полностью открытая;

Потери во всасывающей  линии находим по формуле:

h_вс = h_м + h_τ = = .

 

1.2 Гидравлический расчет нагнетательного трубопровода:

Задаемся скоростью движения жидкости в нагнетательной линии:

= 2,05 м/с.

Найдем диаметр трубопровода в нагнетательной линии:

   =   = 0,853 м = 853 мм.

Выбираем ближайший стандартный  диаметр по ГОСТу:

d_гост = 920 мм с толщиной стенки δ = 9 мм;

d_вн.вс = 920 – 2*9 =902 мм.

Уточним скорость в нагнетательном трубопроводе:

  

Найдем режим течения  перекачиваемой жидкости:

Так как Re>2320, режим течения жидкости турбулентный.

Определим зону трения:

Для этого определяем относительную  шероховатость труб при k_э=0,2мм

Первое переходное число  Рейнольдса

Второе переходное число  Рейнольдса

Так как  Re< Re_I, то течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб, поэтому коэффициент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле Бладиуса:

.

Потери напора на трение по длине находим по формуле Дарси-Вейсбаха:

;

При расчете трубопровода большой протяженностью принято  местные потери учитывать коэффициентом  запаса k, который составляет от 2 до 5 % от потерь на трении по длине.

Определим потребный напор:

Н_потр =  Н_гн - Н_гв + = 30 - 2,5 +  = 215 м.

При Q=4200, H_потр=215 м.

Для построения характеристики трубопровода необходимо рассчитать напор  для 8 значений подачи:

Таблица 1. Всасывающая линия:

Q, м3/ч	Q, м3/с	v, м/с	Re		hв , м
0	0	0	0	0	0
500	0,139	0,176	4531	0,039	0,004
1000	0,278	0,353	9062	0,032	0,0146
2000	0,556	0,705	18125	0,027	0,055
2500	0,694	0,881	22624	0,026	0,085
3000	0,833	1,057	27155	0,025	0,12
3500	0,972	1,23	31686	0,024	0,161
4200	1,167	1,48	38025	0,023	0,287

 

Таблица 2. Нагнетательная линия:

Q, м3/ч	Q, м3/с	v, м/с	Re		h , м
0	0	0	0	0	0
500	0,139	0,218	5033	0,038	3,6
1000	0,278	0,435	10067	0,032	12,06
2000	0,556	0,871	20134	0,027	40,65
2500	0,694	1,086	25132	0,025	59,78
3000	0,833	1,304	30165	0,024	82,35
3500	0,972	1,52	35199	0,023	107,66
4200	1,167	1,83	38025	0,022	149,97

 

Таблица 3. Потребный напор трубопровода:

Q, м3/ч	Q, м3/с	∑h , м	H, м
0	0	0	66,45
500	0,139	3,604	70,05
1000	0,278	12,07	78,51
2000	0,556	40,705	107,15
2500	0,694	59,865	126,31
3000	0,833	82,47	148,91
3500	0,972	107,82	174,25
4200	1,167	150,26	215

 

По полученным расчетам строим характеристику трубопровода Н=Н(Q). (рисунок 2). т.P – рабочая точка.

На характеристики трубопровода значению напора Н=215, при заданном расходе  Q=4200 м³/ч подбираем центробежный нефтяной горизонтальный насос НМ 3600-230, с номинальной подачей 4500 м³/ч и напором 230 м. Частота вращения n=3000 об/мин, наружный диаметр рабочего колеса D₂ = 450мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Проверка всасывающей  способности насоса

Высота всасывания насосов  ограничивается возможностью возникновения  кавитации. Кавитация начинается, когда  давление на входе в рабочее колесо насоса (Р_мин) становится меньше давления насыщенных паров при температуре перекачки.

По характеристикам насоса в каталоге определяем допустимый кавитационный  запас для подпорного насоса

Н_гв - h_в

  всасывание насоса не обеспечено, необходим подпорный насос. Подходит подпорный насос типа НПВ 3600-90 с подачей напором 90 м.

Тогда

- условие бескавитационной  работы наоса НПВ 3600-90 выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Характеристика  насоса, его устройство, особенности  эксплуатации

Тип насоса                                                                 НМ 3600-230

Подача                                                                        4500 м³/ч

Допустимый кавитационный  запас                            36 м

Напор                                                                          230 м

Частота вращения                                                       n = 3000 об/мин

Мощность                                                                    2204 кВт

Наружный диаметр рабочего колеса                         D₂ = 450 мм

Насосы типа НМ – центробежные горизонтальные с двухсторонним  подводом жидкости к рабочему колесу и двухзавитковым спиральным отводом  жидкости от рабочего колеса.

Входной и выходной патрубки насоса, направленные в противоположные  стороны от оси насоса, расположенные  в нижней части корпуса, что обеспечивает удобный доступ к ротору и внутренним деталям насоса без отсоединения патрубков от технологических трубопроводов.

Присоединение входного и  напорного патрубков к технологическим  трубопроводам сваркой.

Рисунок 3. Характеристика насоса НМ 3600-230 (n = 3000 об/мин, D₂ = 450 мм)

Рисунок 4. Разрез насоса НМ 3600-230

1- вал, 2 – корпус, 3 – крышка  корпуса, 4,5 – втулки вала, 6 –  рабочее колесо, 7 – кольцо уплотняющее, 8 – узел уплотнения вала, 9 –  подшипник скольжения, 10 – радиально-упорный  подшипник.

Горизонтальный электронасосный  агрегат с центробежным одноступенчатым  насосом с рабочим колесом  двухстороннего входа предназначен для перекачивания нефти и  нефтепродуктов с температурой от -5 до +80 ºС с содержанием механических примесей не более 0,05 % по объему, размером частиц не более 0,2 мм. Насосы типа НМ – нефтяные магистральные насосы с горизонтальным разъемом корпуса и двухзавитковым спиральным отводом.

Материал проточной части: - рабочее колесо сталь 25Л–I; - крышка, корпус - 20Л–II; уплотнение вала – торцовое.

Насос работает с подпором. Давление  на входе до 8 кгс/ см². Насос предназначен для транспортировки нефти по магистральным нефтепроводам.

Насос центробежный, горизонтальный, с рабочим колесом двухстороннего входа, с подшипниками скольжения (с  принудительной смазкой), остаточное осевое усилие воспринимается шариковым радиально-упорным подшипником, с концевыми уплотнениями торцового типа, с приводом от электродвигателя.

Тип насоса                                                                 НМ 3600-90

Подача                                                                        3600 м³/ч

Допустимый кавитационный  запас                            4,8 м

Напор                                                                          90 м

Частота вращения                                                       n = 1500 об/мин

Подпорные вертикальные насосы типа НПВ – центробежные вертикальные одноступенчатые. Насосы расположены в вертикальном колодце. Входной и выходной патрубки направлены в противоположные стороны, расположены горизонтально. Входной патрубок присоединяется к технологическим трубопроводам сваркой, а напорный – с помощью фланцев.

Рабочее колесо двухстороннего входа. Наосы укомплектованы электродвигателем  взрывозащищенного исполнения серии  ВАОВ (вертикальный асинхронный обдуваемый). Роторы насоса и электродвигателя соединены  втулочно-пальцевой муфтой.

Рисунок 5. Рабочая характеристика подпорного вертикального насоса типа НПВ 3600-90.