Произвести гидравлический расчет насосной установки для перекачки нефти

Произвести гидравлический расчет насосной установки для перекачки нефти с расходом Q, если известно, что всасывающий трубопровод насоса, присоединенный к заборному резервуару на глубину а от свободной поверхности, имеет длину l_вс, два плавных поворота и обратный клапан с сеткой. Нагнетательный трубопровод длиной l_нг имеет восемь плавных поворотов, обратный клапан и две задвижки. Максимальная высота взлива нефти в напорном резервуаре равна h_н, а избыточное давление над её поверхностью p₁ = 196,2 Па. поверхность земли в пункте установки напорного резервуара возвышается над поверхностью земли, где установлен заборный резервуар, на H_г.

Перекачиваемая жидкость имеет вязкость н и плотность с при температуре 10^о С.

Полагая, что насосная станция работает круглосуточно, необходимо определить диаметр всасывающего и напорного трубопроводов — d_вс и d_нг, высоту расположения насосов относительно уровня нефти в заборном резервуаре, считая, что абсолютное давление над её поверхностью (р₂) равно 40 кПа, полный напор насоса, тип и марку насоса для подачи заданного количества жидкости, мощность и тип электродвигателя.

Исходные данные для расчета приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Рис. 3. Схема насосной установки.

Решение: Для перекачки жидкости данной вязкости с данным расходом должен применяться центробежный насос (см. Приложение 3).

Определим диаметры всасывающего и напорного трубопроводов. Из указаний к выполнению задачи:

м/с и м/с.

Тогда.

.

м и м.

По ГОСТ 8732– — 78 выбираем для всасывающего трубопровода трубы 426×9 с внутренним диаметром d_вс = 0,408 м и для напорного трубопровода 325×9 с внутренним диаметром d_нг = 0,307 м.

Уточним скорости движения нефти в трубопроводах.

.

= 1,26 м/с; = 2,23 м/с.

Определим режимы течения жидкости в трубопроводах, Для этого вычислим числа Рейнольдса в трубопроводах.

.

=30 542.

= 22 981.

Так как Јѕ2320 и Јѕ2320, то режим течения в обоих трубопроводах турбулентный (2320 — критическое число Рейнольдса).

Коэффициент гидравлического трения определим по формуле Блазиуса:

.

= 0,0239; = 0,0257.

Определим потери напора в трубопроводах.

Всасывающий трубопровод насоса имеет длину l_вс, два плавных поворота и обратный клапан с сеткой. Значит.

.

где и — коэффициенты местного сопротивления плавных поворотов и обратного клапана с сеткой соответственно (из Приложения 2).

= 0,542 м.

Нагнетательный трубопровод длиной l_нг имеет восемь плавных поворотов, обратный клапан и две задвижки.

.

где — коэффициент местного сопротивления задвижки (из Приложения 2).

= 44,768 м.

Составим уравнение Бернулли для всасывающего трубопровода.

.

где — абсолютное давление на входе насоса.

За нулевую отметку взят уровень поверхности земли, где установлен заборный резервуар.

Пусть = 1,0 м. Тогда.

.

Откуда = 43 311 Па (абсолютное давление на входе в насос).

Составим уравнение Бернулли для напорного трубопровода.

.

где — абсолютное давление на выходе из насоса; - атмосферное давление, = 100 кПа.

За нулевую отметку взят уровень поверхности земли, где установлен заборный резервуар.

.

Откуда = 1 371 252 Па (абсолютное давление на выходе из насоса).

Напор, создаваемый насосом.

= 151,25 м.

Полезная мощность насоса.

= 77 465 Вт.

Так как характеристики насосов приводятся для работы на воде, то их необходимо пересчитать для работы на вязкой жидкости.

= 15 832.

По номограмме Ляпкова (Уч.:Касьянов В. М. Гидромашины и компрессоры, стр.44).

Выбираем 2 насоса ЦНС 105−196 включенных параллельно (Из таблицы 4 Приложения 4), у которого К_н =0,74 (КПД насоса 74%) и высота всасывания h_кр = 5,5 м.

Приводная мощность установки (2 насоса).

= 149 546 Вт.

Для привода насосов выбираем 2 электродвигателя AB 250M2 (Электродвигатели взрывозащищенные серии АВ: двигатели трехфазные с короткозамкнутым ротором предназначены для продолжительного режима работы от сети переменного тока частотой 50 Гц номинального напряжения 660/380 В для внутренних и наружных установок взрывоопасных видов производств химической, газовой, нефтеперерабатывающей и других видов промышленности) с частотой вращения 3000 об/мин и мощностью 90 кВт (? N 160кВт).

Проверим условие всасывания насоса. Воспользуемся условием безкавитационной работы центробежного насоса:

.

где — абсолютное давление над уровнем жидкости в резервуаре, =40 кПа; - критическое давление при котором происходит кавитация в насосе (срыв режима всасывания); - давление паров жидкости (из Приложения 1 при 10 град = 5750 Па); А — коэффициент противокавитационного запаса.

= 48 290 Па.

.

где а — коэффициент, зависящий от h_кр, а = 1,2; К_ф.к. — коэффициент формы колеса (рабочего), К_ф.к. = 1,1; К_ж — коэффициент природы жидкости, К_ж = 0,89.

Тогда.

.

Или — условие безкавитационной работы центробежного насоса не выполняется. Определим z, при котором условие безкавитационной работы центробежного насоса будет выполняться.

.

Откуда м (Это означает что для подавления кавитации требуется подпор, что практически возможно, насос необходимо будет установить ниже уровня жидкости опорожняемой ёмкости на 3,1 м).