Определение рабочей точки центробежного насоса и мощности приводного двигателя

 

 

 

СОдержание

 

	ВВЕДЕНИЕ	4
1.	Постановка задачи	5
2.	ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА	7
2.1.	Некоторые сведения о насосах	7
2.2.	Гидравлическая сеть	13
2.3.	Определение потерь энергии на преодоление гидравлических сопротивлений	18
2.4.	Кавитационные расчеты всасывающей линии насоса	20
3.	РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ	22
3.1.	Определение рабочей точки центробежного насоса и мощности приводного двигателя	22
3.2.	Определение минимального диаметра всасывающего трубопровода из условия бескавитационной работы	26
3.3.	Определение рабочей точки насоса из условия бескавитационной работы	29
3.4.	Регулирование подачи насоса в гидравлическую сеть	31
3.4.1.	Расчет коэффициента сопротивления регулировочного крана	31
3.2.2.	Регулирование подачи путем изменения частоты вращения вала насоса	32
3.2.3.	Сравнение способов регулирования	33
	ВЫВОДЫ	35
	Библиографический список	35

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для преобразования механической энергии приводного двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости. Насосы передают жидкости энергию. Жидкость, получившая энергию от насоса, поднимается на определенную высоту, перемещается на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости, или циркулирует в какой либо замкнутой системе.

Первоначально насосы предназначались исключительно для подъёма воды. В настоящее время область их применения широка и многообразна.

В нефтегазовом деле насосы применяются, например, для транспорта нефти и нефтепродуктов, в системе промывки и цементирования скважин при бурении, в системах сбора и подготовки нефти к транспорту, в системах обустройства нефтегазопромыслов.

 Важнейшие параметры работы насоса - напор H и подача Q.

Напор насоса H- энергия, приходящаяся на единицу веса, которую получает жидкость, проходящая через насос.

Подача насоса Q - объемное количество жидкости, которое за единицу времени проходит через насос. Подача насоса равна расходу жидкости в трубопроводе, присоединенном к насосу.

Величины H и Q для каждого насоса между собой взаимосвязаны. Зависимость H= f(Q) называется напорной характеристикой насоса.

Один и тот же насос может быть включен в различную гидравлическую сеть.

Гидравлическая сеть - система трубопроводов, резервуаров, регулирующих устройств и других элементов, по которым перемещается жидкость.

  Дополнительная энергия, которая передается жидкости в насосе, расходуется в гидравлической сети на совершение работы по подъему жидкости, на преодоление гидравлических сопротивлении при движении жидкости и на другие цели. Величина энергии, необходимой для перемещения жидкости, зависит от вида и характеристик гидравлической сети. Зависимость потребной удельной энергии Hпотр. от расхода Q жидкости в системе называется характеристикой гидравлической сети:

Hпотр.= j(Q)

Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо совмещать параметры работы насоса и гидравлической сети, то есть решать систему уравнений:

H= f(Q);  Hпотр.= j(Q)

Решение этой системы уравнений представляет собой параметры рабочей точки К насоса (Qk , Hk ) в заданной гидравлической сети.

К основным задачам расчета трубопроводов с насосной подачей жидкости

относятся: определение параметров рабочей точки насоса, подбор двигателя для насоса, регулирование подачи насоса в сеть, расчет всасывающей линии насоса.

Эти  задачи и решаются в данной курсовой работе.

 

1. Постановка задачи

Насос 1 пеpекачивает жидкость из закpытого pезеpвуаpа 2 в гидроцилиндр, имеющий диаметp D. Hа поршень гидроцилиндра действует внешняя нагрузка R. Жидкость поступает в трубопровод через приёмную коробку 4 с обратным клапаном и сеткой. На напорном трубопроводе имеется вентиль 5. Схема установки изобpажена на pис.1.

Основные величины, необходимые для pасчета, пpиведены в таблице 1.

Таблица1

№ вар.	жидкость	t	H1	H2	рм	R	d1	d2	D	l2	l1
		°с	м	м	МПа	кН	мм	мм	м	м	м
	нефть	30	1,7	15	0,01	3	140	180	0,6	200	30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Схема установки

 

Задание:

1. Опpеделить pабочие паpаметpы (Qp-Hp) cистемы насосная станция -трубопpовод.

2. Произвести кавитационный расчет  всасывающей линии насосной установки.

3. Провести мероприятия, позволяющие  уменьшить производительность насоса  на 20%.

• определить коэффициент сопротивления крана xкр;
• найти число оборотов вала насоса n2.

Определить мощность электродвигателя, приводящего в действие центробежный насос при двух способах регулирования.

Указания:

1. Используется насос Д-320 при n=2950 об/мин.

2. Физические свойства жидкости  определяются по справочной литературе.

3. Трубопровод изготовлен из  стальных труб, подверженных коррозии.

4. В начальном положении кран открыт.

5. Если во всасывающей линии  насоса кавитация, то необходимо  найти минимальный диаметр всасывающей линии (dmin) из условия отсутствия кавитации, увеличить его до ближайшего большего по ГОСТу и уточнить положение рабочей точки.

 

 

Характеристика насоса

 

D Q - область номинальных подач при работе насоса, где к.п.д. близок к максимальному.

Рис.2.  Характеристика центробежного насоса Д-320 при n=2950 об/мин.

 

 

2. Теоретические основы расчета

 

2.1. Некоторые сведения о насосах

По принципу действия насосы подразделяют на гидродинамические и  объемные.

Центробежные   насосы. Из гидродинамических насосов на практике чаще всего используется центробежный насос, схема которого представлена на рис. 3.

1 - подвод, 2 - рабочее колесо, a - задний (ведущий) диск рабочего колеса, б - передний (ведомый) диск рабочего колеса, в - лопатки рабочего колеса, 3 - спиральная камера (отвод), 4 - диффузор.

Рис. 3. Схема центробежного насоса.

Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов - подвода 1, рабочего колеса 2 и спиральной камеры 3. По подводу жидкость подается в насос из подводящего (всасывающего) трубопровода.

Рабочее колесо 2 состоит из заднего а и переднего б дисков, между которыми находятся криволинейные лопатки в, изогнутые, как правило, в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Ведущим задним диском рабочее колесо крепится на валу. Жидкость движется через колесо из центральной его части к периферии и, далее, по отводу 3 отводится к напорному патрубку.

При вращении рабочего колеса появляется центробежная сила, которая отбрасывает жидкость от центра к периферии, освобождая при этом объём на входе в насос. Увеличение объёма приводит к понижению давления в жидкости (вспомним: давление - напряжение сжатия, сжатие жидкости уменьшается - давление падает). Создается разность давлений между уровнем жидкости в приемном резервуаре и входом в насос и непрерывное движение жидкости через насос.

Назначение рабочего колеса 2 - передача жидкости энергии от приводного двигателя.

Механическая энергия, подводимая к валу насоса от приводного двигателя, преодолевает момент реактивных сил со стороны жидкости и приводит колесо во вращение. Лопатки рабочего колеса насоса при своем вращении оказывают силовое воздействие на жидкость, в результате чего растет давление в ней и происходит движение жидкости с расходом Q. При этом, согласно закону сохранения энергии, механическая энергия приводного двигателя превращается в  гидравлическую энергию потока жидкости.

1 - насос, 2 - всасывающий трубопровод, 3 - нагнетательный трубопровод, 4 - вакуумметр, 5 - манометр, 6 - регулировочный вентиль (кран), 7 - обратный клапан, А - приёмный резервуар, Б - напорный резервуар.

Рис.4. Трубопровод с насосной подачей жидкости.

 

Насос является источником энергии, необходимой для перемещения жидкости в гидравлической сети. На рис.4 изображена система, в которой жидкость поступает в насос через обратный клапан 7 из открытого приёмного резервуара А, расположенного ниже оси установки насоса. При этом давление на входе в насос меньше атмосферного. Разность атмосферного давления и абсолютного давления (величину рv ) фиксирует вакуумметр 4. При движении через насос давление жидкости увеличивается и на выходе из насоса становится больше атмосферного. Разность абсолютного давления на выходе из насоса и атмосферного давления (величину рм) фиксирует манометр 5.

При прохождении через насос гидравлическая энергия жидкости увеличивается, и за счет этого жидкость поднимается на высоту ho, преодолевая противодавление рмо в напорном резервуаре Б и гидравлические сопротивления в системе.

Центробежные насосы не обладают свойством самовсасывания, поэтому перед пуском насос и весь подводящий трубопровод заполняют жидкостью. Обратный клапан 7 при этом должен быть закрыт. При остановке насоса обратный клапан также закрывается, и система остаётся заполненной жидкостью.

 

Основные параметры работы насоса.   Напор насоса H равен разности удельных энергий на выходе и на входе в насос (рис.5).

Рис.5. Иллюстрация к определению напора насоса.

 

Согласно уравнению Бернулли, записанному для сечений 1-1 и 2-2, напор насоса равен:

.

(1)

В частном случае, когда z2= z1, J2= J1 (если d2= d1 ), вместо (1) получаем:

(2)