Расчет центробежного насоса: принцип действия агрегата и формулы для определения показателей, влияющих на его производительность. Расчет насосов для перекачки нефти


Как правильно произвести расчет центробежного насоса

Ни для кого, наверное, не секрет, что для перемещения жидкости люди, как правило, используют всевозможное насосное оборудование.

Наиболее распространенными агрегатами этого вида являются центробежные насосы, в которых перекачка жидкости осуществляется с помощью центробежной силы.

Для того, чтобы центробежное насосное оборудование всегда функционировало бесперебойно и безотказно, всегда стоит очень внимательно подходить к его выбору.

Чтобы правильно выбрать центробежный насос, прежде всего, необходимо будет знать, для каких целей будет использоваться этот вид оборудования. И только после этого стоит рассчитать необходимые технические характеристики этих насосных агрегатов.

Поэтому в этой статье мы постараемся подробно осветить, как правильно произвести расчет центробежного насоса, а также какие показатели функционирования при этом стоит учитывать.

Принцип функционирования

Для того, чтобы правильно выполнить расчет агрегата этого вида, прежде всего, необходимо знать по какому принципу работает это устройство.

Принцип функционирования центробежного насоса заключается в следующих важных моментах:

  • вода через всасывающий патрубок поступает к центру рабочего колеса;
  • крыльчатка, размещенная на рабочем колесе, которое установлено на основном валу приводится в движение с помощью электродвигателя;
  • под воздействием центробежной силы вода от крыльчатки прижимается к внутренним стенкам, при этом создается дополнительное давление;
  • под создавшимся давлением вода выходит через нагнетательный патрубок.

Примите к сведению: для того, чтобы увеличить напор выходящей жидкости, необходимо увеличить диаметр крыльчатки или повысить обороты двигателя.

Определение переменных

На производительность центробежного насоса влияют следующие составляющие:
  • напор воды;
  • необходимая потребляемая мощность;
  • размер рабочего колеса;
  • максимальная высота всасывания жидкости.

Итак, рассмотрим более детально каждый из показателей, а также приведем формулы расчета для каждого из них.

Расчет производительности центробежного насосного агрегата проводится согласно следующей формуле:

W = l1*(п*d1 – b*n)*c1 = l2*(п*d2 – b*n)*c2

Обозначение этой формулы следующее:W – производительность насоса, измеряемая в м3/с;l1,2 – ширина рабочего колеса соответственно по диаметрах d1,2;d1 – диаметр всасывающего патрубка;d2 – диаметр рабочего колеса;b – толщина лопаток крыльчатки;n – количество лопаток;п – число «пи»;с1,2 – меридианные сечения входящего и выходящего патрубков.

Создаваемый центробежным насосом напор воды рассчитывается по формуле:

N = (h3 – h2)/(p * g) + Ng + sp

Переменные в формуле обозначают:N – высота напора, измеряемая в метрах;h2 – давление в емкости забора жидкости, измеряемое в Па;h3 – давление в емкости приема жидкости;p – плотность жидкости, которая перекачивается насосом, измеряется в кг/м3;g – постоянная величина, указывающая ускорение свободного падения;Ng – показатель необходимой высоты подъема жидкости;sp – сумма потерь напора жидкости.

Расчет необходимой потребляемой мощности производится по следующей формуле:

M = p*g*s*N

Переменные формулы означают:M – необходимая потребляемая мощность;p – плотность перекачиваемой жидкости;g – величина ускорения свободного падения;s – необходимый объем расхода жидкости;N – высота напора.

Максимальная высота всасывания жидкости рассчитывается по формуле:

Nv = (h2 – h3)/(p * g) – sp – q2/(2*g) – k*N

Обозначение переменных следующее:Nv – высота всасывания жидкости;h2 – давление в емкости забора;h3 – давление жидкости на лопатки крыльчатки;p – плотность жидкости, которая перекачивается;g – ускорение свободного падения;sp – количество потерь во входящем трубопроводе при гидравлическом сопротивлении;q2/(2*g) – напор жидкости во всасывающей магистрали;k*N – потери, зависящие от прибавочного сопротивления;k – коэффициент кавитации;N – создаваемый насосом напор.

Пример применения формул

Для того, чтобы понимать, как использовать формулы расчета центробежного насоса, приведем пример решения одного технологического задания.

Задача. Определите потребляемую мощность центробежного насоса, если:

  1. Агрегат перекачивает жидкость, плотность которой составляет 1210 кг/м3.
  2. Необходимый расход жидкости составляет 6,4 м3/ч.
  3. Жидкость перекачивается в резервуар с давлением 1,5 бар.
  4. Разница высот составляет 12 метров.
  5. Потери от сопротивления составляют 30, 6 м.

Решение.

Для начала рассчитываем напор, который создается центробежным насосом (используем формулу 2):N = (h3 – h2)/(p – g) + Ng + sp = ((1,5 – 1)*105)/(1210*9,81) –12 +30,6 = 22,82 (м).

Чтобы найти потребляемую мощность насоса, воспользуемся формулой 3:M = p*g*s*N = 1210*9,81*6,4/3600*22,82 = 481,56 (Вт).Искомый результат найден.

Таким образом, в этой статье мы рассказали все нюансы вычисления мощности центробежного насоса. Надеемся, что информация, изложенная в статье, будет для вас полезной.

Смотрите видео, в котором показан порядок расчета рабочего колеса центробежного насоса:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

septik.guru

Основные принципы подбора насосов. Расчет насосов

Пример №1

Плунжерный насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м3/ч. Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода – 24 см. Частота вращения рабочего вала составляет 40 об/мин.

Требуется найти объемный коэффициент полезного действия насоса.

Решение:

Площадь поперечного сечения плунжера :

F = (π·d²)/4 = (3,14·0,1²)/4 = 0,00785 м²2

Выразим коэффициент полезного действия из формулы расхода плунжерного насоса:

ηV = Q/(F·S·n) = 1/(0,00785·0,24·40) · 60/3600 = 0,88

Пример №2

Двухпоршневой насос двойного действия создает напор 160 м при перекачивании масла с плотностью 920 кг/м3. Диаметр поршня составляет 8 см, диаметр штока – 1 см, а длинна хода поршня равна 16 см. Частота вращения рабочего вала составляет 85 об/мин. Необходимо рассчитать необходимую мощность электродвигателя (КПД насоса и электродвигателя принять 0,95, а установочный коэффициент 1,1).

Решение:

Площади попреречного сечения поршня и штока:

F = (3,14·0,08²)/4 = 0,005024 м²

F = (3,14·0,01²)/4 = 0,0000785 м²

Производительность насоса находится по формуле:

Q = N·(2F-f)·S·n = 2·(2·0,005024-0,0000785)·0,16·85/60 = 0,0045195 м³/час

Далее находим полезную мощность насоса:

NП = 920·9,81·0,0045195·160 = 6526,3 Вт

С учетом КПД и установочного коэффициента получаем итоговую установочную мощность:

NУСТ = 6526,3/(0,95·0,95)·1,1 = 7954,5 Вт = 7,95 кВт

Пример №3

Трехпоршневой насос перекачивет жидкость с плотностью 1080 кг/м3 из открытой емкости в сосуд под давлением 1,6 бара с расходом 2,2 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 3,2 метра. Полезная мощность, расходуемая на перекачивание жидкости, составляет 4 кВт. Необходимо найти величину потери напора.

Решение:

Найдем создаваемый насосом напор из формулы полезной мощности:

H = NП/(ρ·g·Q) = 4000/(1080·9,81·2,2)·3600 = 617,8 м

Подставим найденное значение напора в формулу напора, выраженую через разность давлений, и найдем искомую величину:

hп = H - (p2-p1)/(ρ·g) - Hг = 617,8 - ((1,6-1)·105)/(1080·9,81) - 3,2 = 69,6 м

Пример №4

Реальная производительность винтового насоса составляет 1,6 м3/час. Геометрические характеристики насоса: эксцентриситет – 2 см; диаметр ротора – 7 см; шаг винтовой поверхности ротора – 14 см. Частота вращения ротора составляет 15 об/мин. Необходимо определить объемный коэффициент полезного действия насоса.

Решение:

Выразим искомую величину из формулы производительности винтового насоса:

ηV = Q/(4·e·D·T·n) = 1,6/(4·0,02·0,07·0,14·15) · 60/3600 = 0,85

Пример №5

Необходимо рассчитать напор, расход и полезную мощность центробежного насоса, перекачивающего жидкость (маловязкая) с плотностью 1020 кг/м3 из резервуара с избыточным давлением 1,2 бара а резервуар с избыточным давлением 2,5 бара по заданному трубопроводу с диаметром трубы 20 см. Общая длинна трубопровода (суммарно с эквивалентной длинной местных сопротивлений) составляет 78 метров (принять коэффициент трения равным 0,032). Разность высот резервуаров составляет 8 метров.

Решение:

Для маловязких сред выбираем оптимальную скорость движения в трубопроводе равной 2 м/с. Рассчитаем расход жидкости через заданный трубопровод:

Q = (π·d²) / 4·w = (3,14·0,2²) / 4·2 = 0,0628 м³/с

Скоростной напор в трубе:

w²/(2·g) = 2²/(2·9,81) = 0,204 м

При соответствующем скоростном напоре потери на трение м местные сопротивления составят:

HТ = (λ·l)/dэ · [w²/(2g)] = (0,032·78)/0,2 · 0,204 = 2,54 м

Общий напор составит:

H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((2,5-1,2)·105)/(1020·9,81) + 8 + 2,54 = 23,53 м

Остается определить полезную мощность:

NП = ρ·g·Q·H = 1020·9,81·0,0628·23,53 = 14786 Вт

Пример №6

Целесообразна ли перекачка воды центробежным насосом с производительностью 50 м3/час по трубопроводу 150х4,5 мм?

Решение:

Рассчитаем скорость потока воды в трубопроводе:

Q = (π·d²)/4·w

w = (4·Q)/(π·d²) = (4·50)/(3,14·0,141²) · 1/3600 = 0,89 м/с

Для воды скорость потока в нагнетательном трубопроводе составляет 1,5 – 3 м/с. Получившееся значение скорости потока не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что применение данного центробежного насоса нецелесообразно.

Пример №7

Определить коэффициент подачи шестеренчатого насоса. Геометрические характеристики насоса: площадь поперечного сечения пространства между зубьями шестерни 720 мм2; число зубьев 10; длинна зуба шестерни 38 мм. Частота вращения составляет 280 об/мин. Реальная подача шестеренчатого насоса составляет 1,8 м3/час.

Решение:

Теоретическая производительность насоса:

Q = 2·f·z·n·b = 2·720·10·0,38·280·1/(3600·106) = 0,0004256 м³/час

Коэффициент подачи соответственно равен:

ηV = 0,0004256/1,8·3600 = 0,85

Пример №8

Насос, имеющий КПД 0,78, перекачивает жидкость плотностью 1030 кг/м3 с расходом 132 м3/час. Создаваемый в трубопроводе напор равен 17,2 м. Насос приводится в действие электродвигателем с мощностью 9,5 кВт и КПД 0,95. Необходимо определить, удовлетворяет ли данный насос требованиям по пусковому моменту.

Решение:

Рассчитаем полезную мощность, идущую непосредственно на перекачивание среды:

NП = ρ·g·Q·H = 1030·9,81·132/3600·17,2 = 6372 Вт

Учтем коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя и определим полную необходимую мощность электродвигателя:

NД = NП/(ηН·ηД) = 6372/(0,78·0,95) = 8599 Вт

Поскольку нам известна установочная мощность двигателя, определим коэффициент запаса мощности электродвигателя:

β = NУ/NД = 9500/8599 = 1,105

Для двигателей с мощностью от 5 до 50 кВт рекомендуется выдирать пусковой запас мощности от 1,2 до 1,15. Полученное нами значение не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что при эксплуатации данного насоса при заданных условиях могут возникнуть проблемы в момент его пуска.

Пример №9

Центробежный насос перекачивает жидкость плотностью 1130 кг/м3 из открытого резервуара в реактор с рабочим давлением 1,5 бар с расходом 5,6 м3/час. Геометрическая разница высот составляет 12 м, причем реактор расположен ниже резервуара. Потери напора на трение в трубах и местные сопротивления составляет 32,6 м. Требуется определить полезную мощность насоса.

Решение:

Рассчитаем напор, создаваемый насосом в трубопроводе:

H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((1,5-1)·105)/(1130·9,81) - 12 + 32,6 = 25,11 м

Полезная мощность насоса может быть найдена по формуле:

NП = ρ·g·Q·H = 1130·9,81·5,6/3600·25,11 = 433 Вт

Пример №10

Определить предельное повышение расхода насоса, перекачивающего воду (плотность принять равной 1000 кг/м3) из открытого резервуара в другой открытый резервуар с расходом 24 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 5 м. Вода перекачивается по трубам 40х5 мм. Мощность электродвигателя составляет 1 кВт. Общий КПД установки принять равным 0,83. Общие потери напора на трение в трубах и в местных сопротивлениях составляет 9,7 м.

Решение:

Определим максимальное значение расхода, соответствующее максимально возможной полезной мощности, развиваемой насосом. Для этого предварительно определим несколько промежуточных параметров.

Рассчитаем напор, необходимый для перекачивания воды:

H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((1-1)·105)/(1000·9,81) + 5 + 9,7 = 14,7 м

Полезная мощность, развиваемая насосом:

NП = Nобщ/ηН = 1000/0,83 = 1205 Вт

Значение максимального расхода найдем из формулы:

NП = ρ·g·Q·H

Найдем искомую величину:

Qмакс = NП/(ρ·g·H) = 1205/(1000·9,81·14,7) = 0,00836 м³/с

Расход воды может быть увеличен максимально в 1,254 раза без нарушения требований эксплуатации насоса.

Qмакс/Q = 0,00836/24·3600 = 1,254

ence-pumps.ru

Расчёт оптимальных режимов работы магистрального нефтепровода и параметров циклической перекачки для обеспечения суточной производительности

           СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………....………...………....…………....3

1  АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ…………………………...………....…………....4

1.2 Расчётные свойства нефти…………………………………………...……………...4

1.3 Характеристики насосно-силового оборудования……...……………….…......….5

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.……………………………..………………….….9

2.1 Методика технологического расчета…………………………………..…….……..9

2.2 Определение максимально возможной пропускной способности МН и

     влияния рельефа на режимы перекачки………….…..........……………….….....13

2.3 Расчёт режимов работы МН………………………………………….…...............15

2.4 Анализ результатов расчёта режимов………...………...………………………...25

3 ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ…..…….………..…………………………26

3.1 Определение рациональных режимов эксплуатации…………...….……………26

 3.2 Построение границы рациональных режимов..……………………………...…..29

3.3 Определение параметров циклической перекачки…..……….………………….32

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………….…………………...……………….……………....34

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..…………...…………………........35

   ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное) Характеристики насосов.………………………...36

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательно) Исследование МН на максимально возможную

пропускную способность и наличие перевальных точек…………..…………...…..40 ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное) Граница рациональных режимов

 эксплуатации...………………….......................................................................……...43

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательно) Распределение напоров для выбранных режимов

    эксплуатации………….........................................................................…………...…..45

ВВЕДЕНИЕ

Нефтяная и газовая промышленности являются составной частью топливно-энергетического комплекса нашей страны. Суммарная доля нефти и газа в топливном  балансе России составляет свыше 70 %. Из нефти получают моторные топлива, масла и другие нефтепродукты, жидкое топливо для котельных и тепловых электростанций и исходные материалы для производства пластических масс, синтетических волокон и другой продукции нефтехимии. Природный газ широко используется как удобное  топливо на электростанциях, в промышленности и быту.

Интенсивное развитие нефтяной и газовой промышленности, создание крупнейших топливно-энергетических комплексов – требуют ускоренного развития трубопроводных систем для транспортирования нефти, газа, продуктов нефтехимического производства. В связи с этим особое значение приобретают вопросы проектирования и эксплуатации трубопроводов, транспортирующих продукцию газоконденсатных месторождений: газоконденсат, широкую фракцию углеводородов, сжиженный газ.

Нефтяная промышленность является неразрывной частью единой энергетической системы; производство, транспорт и потребление нефти тесно связаны между собой и образуют единую систему. Это предопределяет необходимость обеспечения высокой надежности функционирования всех звеньев этой системы.

Только разветвленная сеть трубопроводов совместно с системой хранения нефти и газа может обеспечить надежное бесперебойное снабжение всех отраслей народного хозяйства и населения необходимым количеством нефти и газа

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

1.1    Расчётные свойства нефти

Для проведения технологического расчета режимов работы МН необходимо определить теплофизические характеристики нефтепродуктов при температуре перекачки.

Плотность и вязкость нефти зависят от температуры: при повышении температуры они уменьшаются, а при понижении – увеличиваются.

Расчётную плотность нефти при температуре перекачки определим по формуле:

где – плотность нефти при 293 К, кг/м3;

       – температурная поправка, кг/(м3*К),

                

Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу и характеризующее ее текучесть и подвижность. Кинематическую вязкость нефтепродукта при заданной температуре определяем по формуле Вальтера:

,

где А и В – эмпирические коэффициенты, определяемые по двум значениям вязкости n1 и n2  при соответствующих температурах Т1 и Т2 :

Определяем вязкость:

Давление насыщенных паров – это абсолютное давление, при котором жидкая и газовая фаза находится в термодинамическом равновесии в замкнутом объеме при заданной температуре, характеризующее содержание легких углеводородов в нефтепродукте и его испаряемость. Для нефти давление насыщенных паров можно, при отсутствии ограничивающих условий, принять:

Давление упругости паров нефти определим по формуле:

 Для технологического расчёта МН необходимо знать плановый объемный расход перекачки:

1.2     Насосно-силовое оборудование

Для перекачки нефти используются спиральные магистральные насосы  типа НМ. Спиральные насосы типа НМ – центробежные горизонтальные насосы с двусторонним подводом жидкости к рабочему колесу и двухзавитковым спиральным отводом жидкости от рабочего колеса.

Входной и напорный патрубки насоса направлены в противоположные стороны и присоединяются к технологическим трубопроводам сваркой.

Согласно заданию на курсовой проект, перекачка нефти осуществляется насосами типа НМ7000-210 с диаметрами рабочих колёс: 475, 430 и 470 мм. Подпор в начале перекачки создаётся подпорным насосом типа НПВ - центробежный вертикальный одноступенчатый насос с рабочим колесом двустороннего входа. В данной технологической схеме перекачки используется  насосы типа НПВ3600-90 с диаметром рабочего колеса 550 мм.

Напорная характеристика насоса описывается уравнением параболы:

                                 (1.1)

где aМ, bМ, aП, bП – аппроксимационные коэффициенты, определяемые по заводской характеристике насоса (см. таблицу А.1).

Характеристика КПД насоса выражается зависимостью:

          (1.2)

где       с0, с1, с2, k1, k2, k3 – эмпирические коэффициенты, определяемые по заводской

vunivere.ru

Расчет - насос - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Расчет - насос

Cтраница 1

Расчет насоса, для которого нет подходящего прототипа, производят способом, указанным ниже в этой главе.  [1]

K расчета насоса по этому методу слодующ.  [3]

Для расчета насоса должны быть заданы подача Q и перепад давления р между полостью нагнетания и полостью всасывания.  [4]

При расчете насосов, предназначаемых для перекачивания нефтепродуктов, следует ориентироваться на умеренные значения чисел оборотов. При этом необходимо учитывать условия работы насоса в системе, для которой он проектируется.  [5]

При расчетах насоса принимают максимальное значение Рвак исходя из условия абсолютного вакуума. При этом условии сопротивление от вакуума, выраженное в килограммах будет численно равно площади плунжера, выраженной в квадратных сан-тиментрах.  [6]

При расчете насосов в большинстве случаев предполагают идеальные жидкости. При идеальных жидкостях отсутствуют силы трения между частичками жидкости и не существует трен и я об. ограничивающие стенки. Такие жидкости считаются несжимаемыми, и вследствие этого они сохраняют свой объем, и не оказывают сопротивления изменению формы.  [7]

При расчете насоса проверяют его габариты. Диаметры корпусов насосов для скважин с обсадными колоннами одного номинального размера унифицированы. Корпус имеет внешние диаметры, соответственно равные для колонн 146 мм с толщиной стенки до 8 мм - 103, при всех толщинах стенки обсадной колонны ( вплоть до 12 мм) - 92; для колонн 168 мм - соответственно 114, 100 мм и для обсадных колонн внутренним диаметром не менее 112 мм - соответственно 86 мм.  [8]

При расчете насосов эта неточность решающего значения не имеет, так.  [9]

При расчете насоса по заданной производительности Q, м3 / мин приходится вычислять диаметр D и ход поршня S.  [10]

При расчете насосов могут встретиться два случая.  [11]

При расчете насосов высокого давления следует учитывать сжимаемость жидкости.  [12]

При расчете насосов величины Q и & обычно бывают известными.  [13]

При расчете насосов величины Q и k обычно бывают известными.  [14]

Теория и расчет насосов и вентиляторов изложены с единых позиций. При этом учтены особенности, связанные с возможностью возникновения кавитации в насосах. Особое внимание уделено в книге насосам и вентиляторам тепловых электрических станций, а также компрессорам газотурбинных установок.  [15]

Страницы:      1    2    3

www.ngpedia.ru