WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
Министерство образования и науки Российской Федерации Российский университет нефти и газа им. И. М. Губкина Л. Н. Раинкина Гидромеханические расчеты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости Учебное пособие для выполнения курсовой работы Москва 2004 1 Введение Перед Вами, уважаемый читатель, учебное пособие, которое призвано помочь Вам в выполнении курсовой работы по гидромеханике. Курсовая работа представляет собой достаточно сложную инженерную задачу, связанную с проектированием и эксплуатацией систем типа насос—трубопровод.

При выполнении курсовой работы Вы должны научиться:

1.Правильно использовать законы гидромеханики для описания физических процессов, происходящих при движении жидкости по таким системам.

2. Производить анализ этих процессов с тем, чтобы управлять ими и достигать требуемых для практики целей.

В данной курсовой работе насос выступает как равноправный элемент расчетной схемы. Между тем, согласно учебному плану, подробное изучение гидравлических машин для нефтегазовых специальностей предусмотрено на старших курсах. В связи с этим я постаралась очень коротко, на основании ясных физических представлений познакомить Вас, уважаемый читатель, с процессами, происходящими при движении жидкости через насосы различного типа.

Курсовая работа по гидромеханике для многих из вас является первой курсовой работой в институте. Обратите особое внимание на оформление графиков и рисунков, разбивку материала на разделы и подразделы, соблюдение ГОСТов.

Умение ясно, четко и последовательно излагать свои мысли - необходимое качество образованного человека! Пособие содержит 6 разделов и 14 приложений.

В этой книге объясняется разница между центробежными и объемными насосами, подчеркиваются достоинства и недостатки различных типов насосов, области их применения.

Изучая эту книгу, Вы научитесь определять рабочую точку насоса и регулировать подачу насоса различными способами.

В этой книге Вы встретитесь с кавитационными явлениями, научитесь бороться со "злыми пузырьками" и не допускать их появления.

Читая эту книгу, Вы научитесь выполнять расчеты как для ньютоновских, так и для неньютоновских жидкостей.

С помощью этой книги Вы научитесь выполнять расчеты на прочность некоторых элементов системы насос—трубопровод.

В этой книге приведены не только теоретические сведения, но и примеры расчётов.

В Приложениях к этой книге приводятся необходимые для расчётов справочные данные.

Гидромеханические расчеты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости В этой книге изложены некоторые сведения из АЗБУКИ инженера, без знания которых невозможно понимать законы гидромеханики и использовать их в нефтегазовой практике.

При выполнении расчетов, представляющих собой решение трансцендентных уравнений и численное интегрирование, предусматривается обязательное использование ЭВМ.

Задания на курсовую работу выдаются преподавателем индивидуально каждому студенту. Варианты заданий в пособии не приводятся.

Желаю вам, уважаемый читатель, успехов при изучении сложных процессов, происходящих в таинственном мире жидкостей при их движении по трубопроводным системам.

Глава Совместная работа насоса и гидравлической сети Насос - машина, предназначенная для преобразования механической энергии приводного двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости. 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:

(1) Hпотр.= (Q) Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо совмещать параметры работы насоса и гидравлической сети, то есть решать систему уравнений:

(2) H= f(Q) Hпотр.= (Q) Решение системы уравнений (2) представляет собой параметры рабочей точки К насоса (Qk, Hk ) в заданной гидравлической сети.

Для определения рабочей точки насоса необходимо раскрыть содержание функций f(Q) и (Q), то есть более подробно познакомиться с насосами и принципами гидродинамических расчетов.

Гидромеханические расчеты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости 1.1. Некоторые сведения о насосах По принципу действия насосы подразделяют на гидродинамические и объемные.

1.1.1. Центробежные насосы Из гидродинамических насосов на практике чаще всего используется центробежный насос, схема которого представлена на Рис.1.

Схема центробежного насоса 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. 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 жидкоГлава 1. Совместная работа насоса и гидравлической сети сти 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.

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

Рис.2.

Насос является источником энергии, необходимой для перемещения жидкости в гидравлической сети. На Рис.2 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. ОбГидромеханические расчеты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости ратный 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.3).

Иллюстрация к определению напора насоса Рис.3.

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

p2 - p1 - 2 (3) H = ( z2 - z1 ) + + g 2g В частном случае, когда z2= z1, 2= 1 (если d2= d1 ), вместо (3) получаем:

p2 - p(4) H =.

g Абсолютное давление на выходе из насоса р2 и на входе р1 выразим через показания приборов:

р2 = рат + рм ;

р1 = рат - рv.

Тогда напор насоса определится через показания приборов следующим образом:

p2 - p1 pат + pм -( pат - pv ) pм + pv (5) H = = = g g g Часто манометрическое давление по крайней мере на порядок (в 10 раз) больше вакуумметрического давления (давление pv не может быть больше одной атмосферы или 0,1 МПа). В тех случаях, когда pм >> pv, напор насоса можно определять так:

p м (6) H =.

g Глава 1. Совместная работа насоса и гидравлической сети Гидравлическая мощность потока жидкости на выходе из насоса (полезная мощность):

(7) Nпол =·g·H Qt/t==·g·H Q Здесь t - время, ·g·Q t =G- вес жидкости, прошедшей через насос, GH - энергия, GH/t - мощность.

Чтобы подобрать двигатель для привода насоса, необходимо знать мощность на его валу:

(8) Nв =Nпол./н, где: н - коэффициент полезного действия насоса, С другой стороны, коэффициент полезного действия насоса равен:

(9) =о г мех о - объемный к.п.д. насоса, учитывает утечки жидкости через неплотности и сальники, а также перетоки из напорной магистрали во всасывающую через зазоры в уплотнениях.

о =Q/Qт, где Q - действительная подача насоса, а Qт - теоретическая подача (без учета утечек).

г - гидравлический к.п.д., учитывает потери напора на преодоление сил трения при движении жидкости в проточной части насоса;

мех - механический к.п.д., учитывает потери напора на преодоление сил трения в подшипниках и уплотнениях вала при его вращении.

Напорная характеристика насоса Зависимость давления на выходе из насоса от подачи при постоянной частоте вращения вала называется напорной характеристикой насоса.





H = f(Q) Подачу центробежного насоса можно определить как произведение радиальной составляющей скорости движения жидкости в межлопаточном канале на площадь сечения потока, перпендикулярную к ней:

Q = RDb, где Db - боковая поверхность цилиндра, D- наружный диаметр рабочего колеса, b - ширина колеса. Здесь не учитывается уменьшение сечения за счет толщины лопаток и утечки.

При увеличении степени закрытия крана 6 на напорном трубопроводе (Рис.2) сопротивление движению жидкости возрастает. Это приводит к увеличению давления на выходе из насоса и, следовательно, его напора. Поскольку выход из насоса и вход в него постоянно соединены между собой через межлопаточные каналы (Рис.1), поток жидкости на входе "почувствует" увеличение давления на выходе и отреагирует изменением угла входа потока в межлопаточный канал, при Гидромеханические расчеты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости этом радиальная составляющая скорости и, следовательно, подача насоса уменьшается.

Ввиду сложности гидродинамических процессов, происходящих при работе центробежного насоса, получить аналитическую зависимость напора насоса от его подачи не представляется возможным. На практике напорную характеристику насоса получают непосредственно в заводских условиях и приводят её в паспортных данных насоса в виде графика или таблицы. Там же приводится и зависимость к.

п. д. насоса от подачи.

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

100 1,H,м 80 1, напор 60 0,к.п.д.

40 0,20 0, Q 0 0 20406080 100 120 Q, л/с Q - область номинальных подач при работе насоса, где к.п.д. близок к максимальному.

Рис.4.

Пересчет напорной характеристики насоса На практике нередко встречается ситуация, когда имеется характеристика насоса при частоте вращения n1, а двигатель насоса работает при частоте вращения n2, отличной от n1. В этом случае необходимо пересчитать характеристику насоса на новую частоту вращения по следующим формулам пересчета:

nQ2 = Q1 ;

(10) nn(11) H2 = Hn Задавшись на напорной характеристике при частоте вращения n1 точкой с координатами (Q1, H1) и, подставив эти значения в уравнения (10-11), получим координаты (Q2, H2) точки на кривой напоров, соответствующей новой частоте вращения n2.

Определение числа оборотов вала насоса, соответствующих новому значению подачи Глава 1. Совместная работа насоса и гидравлической сети Обратная задача возникает при регулировании подачи насоса в заданной гидравлической сети (Рис. 5).

Иллюстрация к определению числа оборотов вала насоса, соответствующих новому значению подачи 100 1,H,м 80 1,1 KK 60 0,k 40 0,K20 0,Qk0 Qk 0 0 20406080 100 120 Q, л/с 1 - характеристика насоса Д-320 при n = 2950 об/мин; 2 - кривая подобных режимов; 3 - кривая к.п.д. при n= 2950 об/мин.

Рис. 5.

Пусть линия 1 - характеристика насоса при числе оборотов n1= 2950 об/мин. Необходимо определить обороты n2, при которых характеристика насоса пройдет через точку K0 (Q0=6010-3 м3 /с, H0 =40м.) Найдем в координатах Q-H геометрическое место точек режимов, подобных режиму, который определяется точкой K0. Для этого, подставив в уравнения (10) и (11) координаты точки K0, определим зависимость между напором и подачей при различных значениях отношения частот вращения n/n0:

n nQ = Q0 ; H = H0 ;

nnQ n H0 = ; H = Q2 = Q2.

(12) Q0 nQ(6010-3 ) Уравнение (12) представляет собой параболу. Эта парабола изображена на Рис.5 (линия 2). Она называется кривой подобных режимов. Для всех точек, лежащих на этой линии, отношение подач пропорционально отношению частот вращения.

Определяем по графику подачу точки К - точки пересечения параболы 2 и напорной характеристики насоса 1 при n1 =2950 об/мин :

Qk =7010-3 м3/с.

Гидромеханические расчеты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости Составляем пропорцию:

n2/2950 = 6010-3 /7010-3, откуда:

n2=295060/70 = 2529об/мин.

Отметим, что для подобных режимов коэффициенты полезного действия насоса ~ одинаковы, следовательно : k0 k = 0,73.

Центробежные насосы могут обеспечивать высокие значения подачи при сравнительно невысоких напорах.

Параллельное и последовательное соединение насосов На насосных станциях часто имеет место совместная работа двух или нескольких насосов на одну общую сеть, при этом насосы могут включаться как параллельно, так и последовательно.

Параллельное соединение применяется для увеличения общей подачи насосной установки, а последовательное - для увеличения общего напора. Для анализа совместной работы насосов строят их суммарную характеристику.

а” - Параллельное соединение “б”- Последовательное соединение H,м H,м 20 0 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 Q,л/с Q,л/с х-ка одного насоса х-ка одного насоса суммарная х-ка суммарная х-ка Рис.6.

Глава 1. Совместная работа насоса и гидравлической сети При параллельном соединении (Рис.6”а”) проводят прямые, параллельные оси расходов (прямые H=const) и складывают расходы при постоянном напоре.

При последовательном соединении (Рис.6”б”) проводят прямые, параллельные оси напоров (Q=const) и складывают напоры при постоянном расходе.

1.1.2. Объёмные насосы В объёмных насосах происходит вытеснение жидкости из замкнутого рабочего пространства вытеснителями (Рис.7).

Схемы поршневых насосов "a" - схема поршневого насоса одинарного действия; "б" - схема поршневого насоса двойного действия.

Рис.7.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.