Курсовой проект Гидравлика и гидромашины

Курсовой проект

Гидравлика и гидромашины

         Содержание

Введение

1 Расчет характеристики сети

1.1 Обработка исходных данных

1.2 Определение диаметров труб всасывающей и нагнетательной линий

1.3 Определение истинных скоростей движения жидкости

1.4 Определение расчетного сопротивления сети и построение ее характеристики

2 Выбор насоса

2.1 Выбор типа и марки насоса

2.2 Комплексные характеристики центробежных насосов

2.3 Пересчет характеристик центробежных насосов с воды на вязкую жидкость

2.4 Регулирование работы центробежных насосов

2.4.1 Регулирование работы насоса НК 200/120-70 (2а)

2.4.2 Регулирование работы насоса НК 200/120-70 (1в)

2.4.3 Окончательный выбор насоса

2.5 Определение допустимой высоты всасывания центробежного насоса и кавитационного запаса сети

2.6 Подбор электродвигателя

2.7 Описание насосной установки Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

         Насосами называют машины,    предназначенные для перекачки жидкостей и передачи им энергии. Насосы по характеру действия на жидкость делятся на группы

1)   центробежные;

2)   пропеллерные:

3)   вихревые;

4)   непосредственного действия;

5)   гидравлический таран.

6)   струйные:

7)   эрлифты.

         В нефтяной промышленности в основном плунжерные, ротационные и центробежные насосы, насосов ограничено небольшой производительностью их вследствие низкого КПД. кроме того, они требуют незагрязненных жидкостей в виду необходимости обеспечения малых зазоров между колесом и стенками корпуса.

         Ротационные насосы применяются для незагрязненных жидкостей в пределах вязкости от 1 до 1000 ВУ, давления 100атм и производительности до 100 м³/ч.

         Центробежные насосы имеют следующие основные достоинства:

1) равномерность подачи;

2) широкие пределы регулирования работы насоса при относительно высоком КПД;

3) возможность непосредственного соединения насосов с быстроходными двигателями с любым числом оборотов;

4) уменьшенные габариты и вес насоса, компактность насосного агрегата, малые производственные площади и капитальные затраты;

5) возможность полной автоматизации и дистанционного управления;

6) простота и надежность в эксплуатации.

         Недостатки центробежных насосов:

1)    не может начать работать без заполнения жидкостью корпуса насоса и всасывающего трубопровода;

2)    большая чувствительность в отношении не плотностей во всасывающем  трубопроводе при работе насоса с разряжением на приеме;

3)    относительно низкий КПД при малых подачах с относительно большими  напорами и при перекачке вязких жидкостей.

         Насосы для нефтяной и химической промышленности должны удовлетворять

следующим требованиям:

1)   быть надежными в работе и долговечными ;

2)   быть экономичными в эксплуатации;  

3)   быть удобными в монтаже и демонтаже;

4) обладать     минимальным     количеством     деталей  и полной их

взаимозаменяемостью;

5) иметь минимальный вес и габариты;

6) допускать изменение характеристик в широком диапазоне;

7) работать с возможно меньшей величиной подпора.

         Бесперебойная работа центробежных насосов зависит от четырех факторов

1)   правильной конструкции;

2)   точности изготовления;

3)    качества монтажа:

4)   правильной эксплуатации.

         В основном центробежные насосы можно разделить на группы:

1)    холодные - с температурой перекачиваемой жидкости до 250 °С;

2)   горячие - с температурой перекачиваемых продуктов от 250 °С до 400°С;  3)  кислотные и щелочные;

4)   для перекачки сниженных нефтяных газов;

5)   для перекачки воды.

         Эти группы насосов можно разделить на низконапорные (одноступенчатые), средненапорные (двух- и многоступенчатые) и высоконапорные (многоступенчатые).

         В свою очередь каждая из этих групп подразделяется на насосы малой производительности (до 100 м³/ч)  и большой производительностью (от 100 м³/ч и выше).

         Конструкция корпуса центробежного насоса определяется тремя основными факторами: температурой, давлением и характером перекачиваемой жидкости.

         Маркировка насосов нормального ряда:

         первая цифра - диаметр всасывающего патрубка в мм, уменьшенный в 25 раз и округленный;

Н - нефтяной;

Г - горячий;

Д - первое колесо двухстороннего входа

В- вертикальный;

К - консольный;

КЭ - консольный, смонтированный на электродвигатель;

         Вторая цифра   - коэффициент быстроходности, уменьшенная в  10 раз и округленная;

         третья цифра - число ступеней;

К - кислотный;

С - для сжиженных газов.

         Примеры обозначения и маркировка насосов; НК 560/335-120В16СОПТВ2, где НК 560/335-720 - типоразмер В16СОПТВ2 - исполнение.

         ГОСТ 10168-68 регламентирует типы и исполнение центробежных химических насосов, назначение и область применения. Стандартом предусматривается шесть основных типов насосов:

X - химический консольный на отдельной стойке;

АХ - химический консольный на отдельной стойке для перекачивания абразивных

ХГ- химический герметичный моноблочный с электродвигателем;

ХП- химический погружной;

ПХП- химический, погружной, с выносными опорами, для перекачки пульп.

ХПА - химический, погружной для перекачки образивных жидкостей.

         Пример обозначения и маркировки насоса:

4АХОВ-9И1-2г,

где 4 - диметр всасывающего (напорного у погружных и герметических насосов) патрубка в мм, уменьшенный в 25 раз; АХ - тип насоса; О - корпус насоса обогреваемый; В - вертикальное положение оси вала; 9 - коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз; И - материал проточной части насоса; 1 -диаметр рабочего колеса; 2г - уплотнение вала.

         В марке герметичного насоса вместо обозначения уплотнения указывают мощность электродвигателя и его исполнение в зависимости в зависимости от температуры перекачиваемой жидкости и давления на входе в насос. Например: 4ХГВ-6А-40-4.

1.  РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТИ

 Рисунок 1- Установка для перекачки реактивного топлива Т-1 в резервуары

Склада

         Таблица – 1 Исходные данные

№ Варианта	Q, м3/ч	t °С	РК1 МПа	РК2 МПа	∆РПечи  Iвс МПа   м	Iнагн м	Отметки
							К1,м	К2,м
2	140	50	0,45	0,55	0,3         100	500	7	22

Примечания:

1  Потери давления в регулирующем клапане ∆Р_к = 0,15 МПа.

2.   Потеря давления в диафрагме ∆Рд - 0,02 МПа.

         1.1 Обработка исходных данных

         Определим удельный вес реактивного топлива  Т-1  γ,  Н/м³ при заданной температуре перекачки t=65 °С согласно [1с. 7] по формуле:

γ_t = γ₂₀ – α(t – 20)                                          (1)

         где:  α- температурная поправка при t = 65°С.

         Определим удельный вес реактивного топлива γ, Н/м³  при t = 20°С по формуле:

γ₂₀ = ρ₂₀ g                                                  (2)

         где: ρ₂₀- плотность жидкости при температуре 20 °С;

                  g- ускорение свободного падения, м/с².

         Согласно [2.с.ЗЗ] ρ₂₀- 0,810 г/см³ или ρ₂₀- 810 кг/м³

                После подстановки числовых значений в формулу (2) получим:

γ₂₀ = 810-9,81 = 7946 Н/м³

         Определим температурную поправку а в зависимости от удельного веса γ, Н/м³ согласно [1.c.420], она равна α= 0,000788

         После подстановки числовых значений в формулу (1) получим:

γ₆₅ = 0,7946-0,000788(65-20) = 0,7618 г/см³ = 7618,5 Н/м³

         Кинематические коэффициенты вязкости топлива согласно [2.c.54] при температуре t = 60°С ν₆₀ = 0,935 мм²/ с = 0,935•10^-6 м²/ с и при температуре  t=80°С ν₈₀= 0,753 мм²/ с = 0,753•10^-6 м²/ с

         Коэффициент крутизны вискограммы U определим по формуле:

U =                                                            (3)

U =

         Определим кинематический коэффициент вязкости согласно [5.c.З] по формуле:

ν = ν₁ • е^-U(t-t₁⁾                                              (4)

1.2 Определение диаметров труб всасывающей и нагнетательной линий.

         Скорость во всасывающем и нагнетательном трубопроводах при вязкости топлива ν=0,886 мм²/ с принимаем согласно [1.c.263] по табл. 33

V_вс= 1,5 м/с,                                    V_наг= 2,5 м/с.

         Расчетный внутренний диаметр определим согласно [5.с.З] по формуле:

d_р =                                                    (5)

         где Q_р - заданная расчетная подача, м³/ с;

                V - скорость движения жидкости в трубах, м/с

         После подстановки числовых значений в формулу (5) получим:

d_вс =

d_наг =

         По найденным расчетным внутренним диаметрам по ГОСТ 8732-70 подбираем трубы с минимальной толщиной стенки так, чтобы d_вн > d_р.

         По таблице 27.1 согласно [З.с.475] для нагнетательного трубопровода выбираем трубу с d_н = 159 мм и толщиной δ = 4,5 мм, для всасывающего трубопровода -трубу с d_вс = 203 мм и δ=6 мм.

         Так как перекачиваемая жидкость - реактивное топливо Т-1 является  неагрессивной средой: согласно [2.с.15] содержание серы около 0,05% (масс), поэтому для обоих трубопроводов выбираем сталь по группе Б - сталь 20. Таким образом всасывающего трубопровода: труба

для нагнетательного трубопровода, труба   

         1.3 Определение истинных скоростей движения жидкости.

         Истинную скорость определяли согласно [5.с.З] по формуле:

V=4Q_р/πd_вн²                                            (6)

где d_вн- внутренний диаметр трубопровода, м.

D_вн=d_нар-2 δ                                                (7)

         Для всасывающего и нагнетательного трубопроводов:

D_вн._вс=203-2•6=191=191 мм,

D_вн._наг =159 - 2•4,5 = 150 >148 мм.

         Подставив численные значения в формулу (6), получим истинные скорости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах:

V_вс=4•155/3600•3,14•0,191²=1,5м/с,

V_наг=4•155/3600•3,14•0,150²=2,44 м/с

         1.4 Определение расчетного сопротивления сети и построение ее характеристики

         Напор сети, который необходимо создать в сети для пропуска заданной подачи определяем согласно [5.с.4] по формуле:

         где Н_с - сопротивление (напор) сети, м;

               Н_г - геометрический напор, м;

               Р₁, Р₂ • давление в резервуарах соответственно, Н/м²;

               γ- удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м³;

              h_вс. h_н - потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях, определяемых согласно [5.с.4] по формулам:

                                (9)

                                      (10)

         где 1,05 - коэффициент, учитывающий местные потери в трубопроводах;

                λ_вс, λ_н - коэффициент сопротивления по длине всасывающей и

нагнетательной линий;

              I_вс и I_н - длины трубопроводов, м;

            V_вc, V_н - скорость движения жидкости, м/с;

             d_вн._вс и d_вн.н - внутренние диаметры трубопроводов, м;

         Геометрический напор определим по формуле:

Н_г =Н – h                                                   (11)

         где Н - h - разность геометрических отметок начального и конечного сечения трубопровода, м

Н_г=19-(-1) = 20м

         Вычислим разность давлений в конечном и начальном сосудах и выражаем в метрах столба перекачиваемой жидкости.

 

         Числа Рейнольдса определим по формулам:

                                                   (12)

         где V - скорость топлива в трубопроводах, м/с;

               d - диаметры трубопроводов, м;

              ν- кинематический коэффициент вязкости топлива, м²/ с

         Подставив числовые значения в формулу (12),получим:

         Для новых бесшовных стальных труб абсолютную шероховатость согласно [5.с. 6] принимаем равной ∆=0,03 мм.

         Вычисляем отношения внутренних диаметров трубопроводов к абсолютной шероховатости ∆:

d_вс/∆= 191/0,03= 6367

d_н/∆= 150/0,03 = 5000

Так как 10• d_вс /∆ <Rе_вс<500• d_вс /∆ и 10• d_н/∆ <Rе_н<500• d_н /∆, то коэффициенты гидравлического сопротивления определяем согласно [5.с.6], и для всасывающего и для нагнетательного трубопроводов по формуле:                                               (13)

         После подстановки числовых значений в формулу (13) получим:

         Потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах определим по формулам (9) и (10):

         Найдем потери напора в остальных элементах сети.

         Потеря напора в диафрагме h_дм и в фильтре h_ф, м, определим по формулам:

                                                      (14)

                                                      (15)

         Подставляя численные значения в формулы (14), (15),и просуммировав получим:  

         Суммарные потери напора равны:

         Подставим найденные численные значения в формулу (8) и определим суммарное сопротивление сети:

Н_с=20+0+0,096+13,547+23,627=57,3 м.

         Для построения характеристики сети воспользуемся уравнением, записанным согласно [5.с.7]:

                         (16)

         где  статический напор сети, не зависящий от подачи

жидкости, м;

         - коэффициент сети, ч² /м⁵;

         Q-подача жидкости, м³/ч.

         Определяем статический напор сети:

Н₀= 20+0=20 м

         Коэффициент сети равен:

                                                                     1

К= (0.096 + 35.547 + 23.627)—  = 0.0015513 ч² /м⁵

                                                                        155²

         Задавшись несколькими значениями подачи в пределах от 0 до (1.2+1,4)Q_р, определяем сопротивление сети для каждой из них.

         Результаты вычислений сведем в таблицу 2.

Таблица 2- Расчет сопротивления сети

№	Q, м3 /ч	Q2, м6/ч2	К, ч2/м5	КQ2,м	Но, м	Нс=Но+КQ2, м
1	0	0		0		20
2 3	20	400		0,62		20,62
	40	1600		2,48		22,48
4	60	3600		5,58		25,58
5	80	6400		9,93		29,93
6	100	10000		15,513		35,513
7	120	14400		22,34		42,34
8	140	19600		30,4		50,4
9	155	24025	0,0015513	37,27	20	57,3
10	160	25600		39,71		59,71
11	180	32400		50,26		70,26
12	200	40000		62,052		82,052
13	220	48400		75,082		95,083
14	240	57600		89,355		109,3549
15	260	67600		104,868		124,8679

Используя данные таблицы 2 строим характеристику сети (см. рисунок 2).

         2 ВЫБОР НАСОСА

         2.1 Выбор типа и марки насоса

         Для заданных условий эксплуатации, то есть при перекачивания реактивного топлива вязкостью ν=0,886 мм² /с при температуре 65 °С, наиболее целесообразно использовать центробежный насос. Он экономичнее, дешевле, чем насосы других типов.

         По заданной подаче и вычисленному сопротивлению сети, по каталогу нефтяных центробежных насосов [4] предварительно выбираем три насоса следующих марок:

         1) центробежный консольный одноступенчатый насос с рабочим колесом одностороннего входа жидкости НК 200/120-70 (2а) с числом оборотов n = 2950 об/мин.

         2)   центробежный консольный одноступенчатый насос с рабочим колесом одностороннего входа жидкости НК 200/120-70 (1в) с числом оборотов n = 2950 об/мин

         3)  центробежный одноступенчатый насос с рабочим колесом двухстороннего входа жидкости 8НД 6х1 (г)

         Произведем сравнение характеристик этих насосов (см.рис.З). Для насоса НК 200/120-70 (2а)

(160 -155)/155 =3.2%            (18)

 (60-57,3)757,3 =4,71%           (19)

=73-71=2 %                                                        (20)

Для насоса НК 200/120-70 (1в)

 (156-155)/155 =0,64%        (21)  (58-57,3)/57,3 =1,22 %       (22)

=74-74=0%                                                          (23)

Для насоса 8НД 6 х 1(г)

 (166-155)/155 =7,1%               (24)

 (64,5-57₁3)/57,3 = 12,56 %     (25)

= 65-63 = 2 %                                                     (26)

         Из рассмотренных трех насосов у насоса 8НД 6 х 1 (г) отклонение подачи и напора более 5% от расчетных, следовательно, для него необходимо регулирование (методом обточки рабочего колеса; у насосов НК 200/120-70 (2а) и НК 200/120-70 (1в) отклонение подачи и напора менее 5 % от расчетных, следовательно, для них необходимо регулирование методом дросселирования. Поэтому предварительно выбираем два насоса с наиболее высоким КПД, которые при работе на сеть с рассчитанной характеристикой работают с наименьшим отклонением КПД от максимального значения:

         1)  насос НК 200/120-70 (2а) - КПД в расчетном режиме 71%; отклонение КПД от максимального 2 %;

         2)  насос НК 200/120-70 (1в) - КПД в расчетном режиме 74 % -равно максимальному значению.

         Окончательный выбор насоса произведем после их регулирования.

         2.2 Комплексная характеристика центробежных насосов

         Комплексные характеристики выбранных центробежных насосов представляющие собой графическую зависимость развиваемого напора Н, потребляемой мощности N. к.п.д. ц и допустимого кавитационного запаса ∆h_доп от подачи Q, построили согласно [5.c.11]. На комплексную характеристику наносим также характеристику сети и режимную точку Р. (см. рисунки 4 и 5)

         2.3 Пересчет характеристик насосов с воды на вязкую жидкость

         Так как при температуре 65°С реактивное топливо Т-1 имеет коэффициент кинематической вязкости ν =0,00886 10^-4 м²/с, что меньше, чем ν =0,53 10⁴ м²/с, то пересчет с воды на вязкую жидкость не выполняем.

         2.4 Регулирование работы центробежных насосов.

          2.4.1 Регулирование работы насоса НК 200/120-70 (2а)

         Как видно из формул (18) и (19) подача насоса и развиваемый им напор отличаются от заданной подачи Q_з =155 м³/ч и расчётного сопротивления сети Н_c = 57,3 м менее чем на +5 %, поэтому регулирование данного насоса будем производить методом дросселирования.

         Дроссельное регулирование осуществляется прикрытием регулирующей задвижки, установленной на напорном трубопроводе. В результате увеличения потерь напора  в насосной установке характеристика  сети пойдет круче  и пересечет кривую напоров Н = t(Q)в точке Р₁[ (см. рисунок 4), в которой подача будет соответствовать расчетной.

         Для построения новой характеристики сети (кривой дросселирования), проведем расчет. аналогичный таблице 2, но уже с учетом дополнительного падения напора в регулирующей задвижке ∆Н_др.равного:

∆Н_др = Н₁- Н_с= 60- 57,3 = 2,7 м                                  (27)

         Тогда коэффициент дроссельной кривой К', ч²/м⁵ определили по формуле;

К' = (h_вс + h_наг + ∑h_i + ∆Н)/ Q_з²                                     (28)

         где h_вс - потерн напора во всасывающей линии, м;

               h_наг - потери напора в нагнетательной линии, м;

               ∑h_i - сумма потерь напора в элементах насосной установки, м;

               ∆Н_др - потери напора в дроссельной задвижке тогда

Краткое описание документа:

Насосами называют машины,предназначенные для перекачки жидкостей и передачи им энергии. Насосы по характеру действия на жидкость делятся на группы

1)центробежные;

2)пропеллерные:

3)вихревые;

4)непосредственного действия;

5)гидравлический таран.

6)струйные:

7)эрлифты.

В нефтяной промышленности в основном плунжерные, ротационные и центробежные насосы, насосов ограничено небольшой производительностью их вследствие низкого КПД. кроме того, они требуют незагрязненных жидкостей в виду необходимости обеспечения малых зазоров между колесом и стенками корпуса.