Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Расчет насосов.doc
Скачиваний:
146
Добавлен:
28.10.2018
Размер:
2.43 Mб
Скачать

65

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ"

Переверзев А.Н., Овчаров С.Н., Литвинов В.М.

РАСЧЕТ НАСОСОВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

к курсовому и дипломному проектированию для студентов дневной и заочной форм обучения специальностей

240403 "Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов"

280201 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"

130501 (090700) "Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ"

130503 (090600) "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений"

130504 (090800) " Бурение нефтяных и газовых скважин"

Ставрополь - 2008

Содержание

стр.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.....................................................................4

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ..........................................................9

Принцип действия и устройство динамических насосов..............9

Влияние плотности и вязкости жидкости на комплексную характеристику насоса.................................................................................................16

Быстроходность насосов..................................................................17 Кавитация...........................................................................................19

Примеры расчета центробежных насосов........................................19

Пример 1............................................................................................19

Пример 2............................................................................................23

Пример 3............................................................................................26

Пример 4............................................................................................32

Пример 5............................................................................................34

ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ...................................................................36

Пример расчета поршневого насоса...............................................40

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................62

Литература.........................................................................................65

УДК 665.63 (075)

П-27

Переверзев А.Н., Овчаров С.Н., Литвинов В.М. Расчет насосов. Учебное пособие. Ставрополь: СевКавГТУ, 2008, 67 с.

В пособии приведены основные этапы технологического расчета центробежных и поршневых насосов для перекачки нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, смазочных масел, буровых промывочных жидкостей и воды – расчеты диаметров трубопроводов, расчеты потерь на трение и местные сопротивления, выбор насоса и определение предельной высоты всасывания. Даны описания порядка, методов и формул расчета центробежных и поршневых насосов.

Учебное пособие предназначено для выполнения расчетной части курсовых и дипломных проектов студентами специальностей 250400 "Химическая технология природных энергоносителей", 320700 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", 130501 (090700) "Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ", 130503 (090600) "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений" и 130504 (090800) " Бурение нефтяных и газовых скважин". Оно отвечает требованиям соответствующих Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.

Рецензент: к.т.н., доцент Гридин С.А.

Общие положения

Перекачка жидких продуктов (нефти, воды, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов, буровых растворов и др.) на НПЗ, ГПЗ, нефтепромыслах и др. является одной из основных операций. Она осуществляется насосами.

Существует множество типов и конструкций насосов, предназначенных для перекачки различных по свойствам про­дуктов, рассчитанных на разную производительность (подачу), на разный напор, разную температуру пере­качиваемой среды разную стойкость к коррозии и др. Иногда перемещение жидкостей, особенно коррозионных и ядовитых, осуществляется путем их передавливания из емкости – монжуса. В пособии монжусы не рассматриваются.

По принципу действия насосы подразделяются на две основ­ные группы: динамические (лопастные) и объемные.

В динамических насосах перемещение жидкости осуществляется за счет энергии лопасти вращающегося колеса (центробежной силы инерции, возникающей при вращении жид­кости, а сама жидкость приводится во вращение под действие лопастей колес насосов (в центробежных насосах) или сил трения (в струйных и вихревых насосах). По виду движения рабочих органов динамические насосы относятся к лопастным. По форме рабочих органов динамические насосы делятся на центробежные, центробежно-вихревые, вихревые, осевые и диагональные.

В объемных насосах перемещение жидкости осуществляется отдельными порциями в результате вытеснения жидкости из замкнутого рабочего объема при возвратно-поступательных дви­жениях поршней, плунжеров (скалок), либо совершающими вра­щательное движение лопастями, шестернями, винтами. Объемные насосы по виду движения рабочих органов делятся на возвратно-поступательные и роторные. По форме рабочих органов поршневые, плунжерные, скальчатые и прямодействующие насосы относятся к насосам, в которых осуществляется возвратно-поступательное движение рабочих органов. Винтовые, шестеренчатые, коаксиальные и шиберные насосы относятся к роторным насосам.

На рис. 1 приведены области применения различных типов насосов.

Рис. 1. Области применения различных типов насосов.

Основными характеристиками насосов всех конструкций являются производительность Vс или подача Q (м3/с или другие еди­ницы объема в единицу времени) и развиваемое давление р (Н/м2, МПа или другие единицы давления). Вместо давления часто использу­ют пропорциональную разности давлений величину развиваемого насосом напора

Н = р/(g) (1),

где  — плотность жидкости (кг/м3),

g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2.

Еще одной характеристикой насосов является потребляемая ими мощность, которая вычисляется как произведение разности давлений и производительности:

N = рVс =gНVс.

Значения основных характеристик насосов и их зависимость от основных влияющих на эти характеристики параметров (раз­меров, скоростей движения элементов насоса, свойств жидкости и т. п.) в большой степени зависят от принципа действия и кон­струкции насоса.

По роду перекачи­ваемой жидкости насосы де­лятся на нефтяные — перекачивающие нефть и нефтепро­дукты, химические — перекачивающие химически актив­ные жидкости (кислоты, щелочи, кислые гудроны и др.), шламовые перекачивающие загрязненные жидкости, об­щего назначения — перекачивающие воду, неагрессивные растворы химических веществ, очищенные стоки и другие жидкости.

Достоинством центробежных насосов является то, что они обычно имеют большие производительности и обеспечивают равномерную подачу жидкости. Одним из наиболее очевидных преимуществ центробежных насосов является отсутствие трущихся частей. При перекачке жидкостей, не содержащих абразивных частиц, единственными изнашиваемыми частями являются подшипники. Их недостатками являются то, что они не создают высоких напоров, часто являются не самовсасывающими аппаратами, при запуске должны заполняться перекачиваемой жидкостью и запускаться при закрытой задвижке на нагнетательном трубопроводе.

Достоинством поршневых и плунжерных насосов является то, что они могут развивать высокие давления, а недостатками – неравномерность подачи жидкости, вследствие чего они в ряде случаев должны снабжаться компенсаторами для сглаживания неравномерности давления, а также создают опасность разорвать насос при пуске его при закрытой задвижке на нагнетательном трубопроводе в случае недосмотра.

На НПЗ, ГПЗ при транспорте нефти, нефтепродуктов и воды в настоящее время наиболее широко применяются центробежные и другие динамические насосы. Поршневые, плунжерные, винтовые насосы больше применяются в бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Коаксиальные насосы получили применение при гидроприводе различных агрегатов. Шестеренчатые и другие роторные насосы чаще применяются в качестве вспомогательных, например, для подачи масла в циркулирующих системах.

Области применения различных типов насосов определяются их производительностью и напором.

При расчете и выборе насоса определяют или задаются параметрами расхода, температуры, плотности и вязкости перекачиваемой жидкости. Затем производят расчет необходимого дифференциального напора насоса

Н = hнагн - hвс, (2)

где hвс и hнагн – потери напора во всасывающей и нагнета­тельной линиях (в м ст. жидкости).

Учитывая возможные отклонения реальных характерис­тик насосов от справочных данных, дифференциальный на­пор принимают на 5-10% выше расчетного.

В зависимости от конструкции насос может обеспечи­вать всасывание жидкости из емкости (колонны, теплооб­менника и т. п.), расположенной ниже оси всасывающего па­трубка, или наоборот требовать подпора, т.е. превышения уровня жидкости в емкости над осью всасывающего патруб­ка.

Величину допустимой высоты всасывания или мини­мального подпора hs находят по формуле:

hs = ра/(g)*105 – рп/(g)*105 - hдоп – hвс, (3)

где ра — абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в емкости, МПа; рп — давление насыщенных па­ров перекачиваемой жидкости, МПа:  — плотность жидко­сти, кг/м3; g — ускорение свободного падения; hдоп — допу­стимый кавитационный запас насоса (приводится в катало­гах); hвс — гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода, м ст. жидкости.

Мощность, потребляемая насосом N, определяется по его характеристике (по графику Q - N) или расчетным путем. Как правило, в справочных данных указывается мощность, потребляемая насосом при перекачивании воды - жидкости с плот­ностью 1000 кг/м3. При перекачивании жидкостей, отличающихся по плотности от воды, потребляемая мощность пересчитывается по соотношению

N1/N2 = 1/2 (4)

или определяется по формуле

N = QН/367, кВт, (5)

где Q – требуемая подача насоса, м3/с; N1 и N2 – потребляемая мощность при перекачивании соответственно жидкостей плотностью 1 и 2; Н – напор, который требуется обеспечить насосом;  - коэффициент полезного действия.

После определения мощности, потребляемой насосом, рассчитывается мощность электропривода

Nдв = N, (6)

где  — коэффициент запаса.

Подбор насоса по расходу и дифференциальному напо­ру с учетом физико-химических свойств и коррозионной ак­тивности жидкости (при подборе используются материалы данного пособия, справочни­ки, каталоги и номенклатурные перечни машиностроитель­ных заводов).

При выборе насоса необходимо, чтобы он был работоспособен, что определяется по опыту работы аналогичных насосов, и область его при­менения находилась в зоне наибольших значений к.п.д.

При этом следует иметь ввиду, что основная часть насосов представляет собой группу центро­бежных, в которых напор перекачиваемой жидкости создается вращающимся рабочим колесом, имеющим лопатки специаль­ного профиля. Значительно меньшую группу представляют поршневые (плунжерные) насосы, давление на выходе из которых создается поступательно движущимся поршнем (плунжером) в цилиндре.

При выполнении проекта приводятся общие сведения по устройству и назначению насоса. Описываются факторы, определяющие требуемые показатели, конструктивные особенности, рассчитываются требуемый напор насоса, производится его выбор, рассчитываются мощности насоса и привода.

Материалы пособия изложены таким образом, чтобы в текстовой части и в Приложениях имелись все материалы, требующиеся для расчета насосов.