Пример 2

Рассчитать центробежный насос для перекачки отбензиненной ставропольской нефти на установке ЭЛОУ-АВТ.

Насос работает при следующих условиях: производительность насоса G = 123200 кг/ч; температура нефти t = 153^оС; плотность отбензиненной нефти при 20^о С равна ²⁰ = 835 кг/м³, ₂₀ = 17,5, ₅₀ = 8,2 мм²/с. Насос подает отбензиненную нефть в печь под избыточным давлением 0,1 МПа. Насос необходимо установить на высоте 5 м. Геометрическая высота подъема нагнетаемой нефти 20 м. На линии нагнетания (L_н = 35 м) расположены 2 отвода под углом 90^о, 5 отводов под углом 110^о и 2 задвижки. На линии всасывания (L_вс = 15 м) установлены 1 задвижка и 3 отвода под углом 90^оС (в обоих случаях отношение радиуса изгиба к внутреннему диаметру трубопровода равно 4). Следует выбрать насос и определить мощность двигателя.

Решение. Объем перекачиваемой отбензиненной нефти V = 123000/739,2 = 166,4 м³/ч, где 739,2 – плотность перекачиваемой нефти: ¹⁵³ = 835 – 0,00072*1000(153 – 20), кг/м³.

Выбор диаметра трубопровода проведем, приняв скорость нефти во всасывающем и нагнетательном линиях одинаковой и равной w = 1,5 м/с:

d = = = 0,198 м.

Выбираем стальной трубопровод наружным диаметром 8^" (наружный диаметр равен 203,2 мм, толщина стенки 5 мм, внутренний диаметр 193,2 мм) с незначительной коррозией, w = = 1,58 м/с. Определим режим течения нефти: Re = wd/₁₅₃, где ₁₅₃ - кинематическая вязкость нефти при температуре перекачки, ₁₅₃ = 2,6 мм²/с.

Re = 1,58*0,1932*/2,6*10^-6) = 117 406. Режим турбулентный.

Среднее значение абсолютной шероховатости стенок труб: е – средняя высота уступов шероховатости на внутренней поверхности трубы, мм; е = 0,2 мм, относительная шероховатость d_э/е = 193,2/0,2 = 966. По графику находим значение коэффициента трения  = 0,0235.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии: _вс = ₁ + 2₂ + 3₃ = 0,5 + 2*0,36 + 3*0,11 = 1,55,

где ₁ = 0,5 – вход в трубу (с острыми краями); ₂ = 0,36 прямоточный вентиль (для d = 200 мм и Re  3*10⁶); ₃ = АВ = 0,11 – отвод под углом 90^о. Тогда

= = = 3113,6 Па.

Потери напора на всасывающей линии: Н_п.вс = /(g) = 3113,6/(739,2*9,81) = 0,43 м.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии: _н = ₁ + 2₂ + 5₃ +2 ₄ + ₅ = 1 + 2*0,11 + 5*0,12 + 2*4,1 + 0,36 = 10,38, где ₁ = 1 – выход из трубы; ₂ = А₂В₂ = 1*0,11 = 0,11 - отвод под углом 90^о; ₃ = А₃В₃ = 1,13*0,11 = 0,12 – отвод под углом 110^о; ₄ = 4,1 – нормальный вентиль (d = 200 мм); ₅ = 0,36 – прямоточный вентиль (при Re  3*10⁶). Тогда

= = 13 505,3 Па.

Потери напора на нагнетательной линии: Н_н = /(g) = 13 505,3 /(739,2*9,81) = 1,86 м.

Общие потери напора: Н_п = Н_вс + Н_н = 0,43 + 1,86 = 2,29 м.

Рассчитаем полный напор, развиваемый насосом:

Н = + Н_г + Н_п = + 20 + 2,29 = 13,79 м.

Полезная мощность насоса: N = VgН = 166,4*739,2*9,81*13,79/3600 = 4622 Вт = 46,22 кВт.

Для центробежного насоса средней производительности примем  = _п_д_н = 0,65. Тогда мощность, потребляемая двигателем насоса:

N_дв = 46,22/0,65 = 71,1 кВт.

По таблицам и графикам Приложения устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки НК 200/120-70, для которого при оптимальных условиях работы производительность Q = 200 м³/ч, напор Н = 70 м. Насос снабжен двигателем номинальной мощностью 75 кВт и числом оборотов 2898 об/мин.

Для центробежных насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации, рассчитывают по формуле:

Н_кав = 0,3(Qn²)^2/3, где n = 2898/60 = 48,3 об/с – число оборотов вала насоса в с. Q = 166,4/3600 = 0,0462 м³/с. Н = 0,3(0,0462*48,3²)^2/3 = 10,15 м.,

По формуле (все слагаемые выражены в метрах перекачиваемой жидкости) Н_пр.вс  10,25 – 0,25 – 0,43 – 10,15 = - 0,58 м.

Здесь А = 10,25 м – атмосферное давление над уровнем моря; h_t = 0,25 м – давление насыщенного пара отбензиненной нефти при 153^оС. Таким образом, расположение насоса на высоте 5 м над уровнем всасывающего патрубка не допустимо, потребуется на приеме насоса создать давление не менее 0,58 м.