Расчет центробежного насоса

 

,                                                                                          (3.10)

 

где Н_о – статический напор сети, который не зависит от подачи жидкости, м;

К – коэффициент сети, ч²/м⁵.

Статический напор сети определяется по формуле

 

;                                                                                        (3.11)

 

Подставляя значения, найденные в пунктах 3.1 и 3.2, получим

.

Коэффициент сети определяется по формуле

 

,                                                                          (3.12)

 

Подставляя значения, найденные в пунктах 3.3 и 3.4, получим

ч²/м⁵.

Задавшись несколькими  значениями подачи  жидкости в сеть от 0 до           (1,2 ¸ 1,4) × Q_р, определяем по формуле (3.10) сопротивление сети для каждого из них. Данные расчетов сводим в таблицу 2.

Выполнив по таблице 2 графическое построение  в координатах Q – H (рисунок 2), определяем режимную точку Р: Q_p = 58,3 м³/ч; Н_с = 150 м.

 

Таблица 2 – Расчёт сопротивления сети

Q, м3/ч	Q2, м6/ч2	К, ч2/м5	К∙Q2, м	Н0, м	Нс =Н0 + К∙Q2, м
0	0	9,99·10-3	0	87,8	87,8
60	3600		63,2		151
84	7056		76,2		164
91	8281		82,2		170
98	9604		95		182,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Комплексная характеристика сети

 

4 Определение теоретической  толщины трубопровода и коэффициента запаса трубопровода

 

Теоретическую толщину  трубопровода находим по формуле

 

,                                                                                                   (4.1)

 

где Р – номинальное  давление в трубопроводе, МПа;

[s] – предел прочности материала труб, для стали 35 [s] = 160 МПа;

d_ВН – внутренний диаметр трубопровода, мм.

Номинальное давление в  трубопроводе определяем по формуле

 

,                                                                                                          (4.2)

 

где g – удельный вес перекачиваемой жидкости;

Н_с – создаваемый напор в сети трубопровода, м.

;

;

.

Определяем коэффициент  запаса толщины трубопровода

 

,                                                                                                           (4.3)

 

где S – действительная толщина стенки трубопровода, м;

S_T – теоретическая толщина стенки трубопровода, м.

;

.

Из расчётов видно, что  всасывающие трубы выбраны с  коэффициентом запаса К = 7,69; нагнетательные трубы с коэффициентом запаса К = 7,35.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор насоса, уточнение его характеристик  и размеров

 

5.1 Выбор типа насоса  и подбор по каталогу марки  насоса

 

При выборе типа насоса приходиться  учитывать как характер перекачиваемого продукта – его вязкость, летучесть, огнеопасность, токсичность, химическую агрессивность, наличие в нём взвешенных твёрдых частиц и так далее, так и условия работы данного насоса – возможность изменения температурного режима и полного напора в процессе его эксплуатации.

При выборе типа насосов  руководствуются следующей сравнительной характеристикой центробежных и поршневых насосов.

Центробежные насосы целесообразно применять для  перекачки сравнительно маловязких жидкостей. При вязкости выше 2 × 10^-4 м²/с КПД насоса заметно снижается. Нельзя перекачивать продукты, легко теряющие подвижность при незначительном охлаждении в трубопроводе.

Преимущества центробежных насосов особенно проявляются в  тех случаях, когда требуется перекачать большие количества жидкости при относительно низких напорах.

Центробежные насосы проще в эксплуатации и в изготовлении, они более компактны, отличаются меньшим расходом металла на единицу мощности.

Поршневые насосы преимущественно  используются для создания высоких напоров. Поршневые насосы могут применяться для перекачки как маловязких, так и вязких продуктов.

По графику, приведённому в [6] находим, что в зависимости от вязкости перекачиваемого продукта и производительности насоса мы попадаем в область применения центробежных насосов.

После выбора типа насоса, по заданным Q и Н, по каталогу подбираем марку насоса. Для выбора марки насоса пользуемся сводным графиком, на котором нанесены рабочие поля центробежных насосов нормального ряда для нефти и нефтепродуктов.

 По данному графику  выбираем насос типа НК –  100/210 с ротором типа 2г, рабочая характеристика которого приведена в таблице 3.

 

Таблица 3 – Характеристика выбранного насоса

 

Подача Q, м3/ч	58,3
Напор Н, м	150
Развиваемая мощность N, кВт	50
КПД, %	58
Допускаемая вакуумная  высота всасывания, м	3,2
Число оборотов вала насоса n, об/мин	2950
Диаметр рабочего колеса D2, мм	258
Ширина лопатки b2, мм	10,99

 

5.2 Комплексная характеристика  центробежного насоса

 

На рисунке 3 приведена  характеристика центробежного насоса                      НК – 100/210.

 

5.3 Пересчет характеристик центробежных насосов с воды на вязкую жидкость

 

Так как керосин не является высоковязкой жидкостью 

< ,

то рабочие характеристики центробежного насоса не будут значительно  отличаться от аналогичных характеристик, полученных на воде и, значит пересчет характеристик центробежных насосов с воды на вязкую жидкость проводить не требуется.

 

 

Рисунок 3 - Характеристика насоса НК – 100/210

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Регулирование  работы центробежного насоса

 

На практике весьма часто  приходится прибегать к регулированию  подачи насоса в зависимости от изменения условий режима работы.

Регулирование работы центробежного  насоса может быть достигнуто при  постоянном и изменяемом числе оборотов.

На практике наиболее часто применяется регулирование насосов при постоянном числе оборотов. Рассмотрим эти методы.

 

6.1 Регулирование дросселированием  в напорном и приёмном трубопроводах

 

Данное регулирование  представляет собой простую операцию, вследствие чего оно широко применяется в эксплуатации. Однако связанные с этим потери энергии снижают КПД. Регулировать подачу насоса задвижкой на приемном трубопроводе не рекомендуется, так как в этом случае ещё больше снижается КПД, вследствие ухудшения всасывающей способности, выделения паров жидкости и затем возможной кавитации.

 

6.2 Регулирование перепуском

 

Регулировать подачу насоса посредством свободной линии (байпаса) с напорного патрубка во всасывающий чаще всего приходится при работе на неустойчивой части характеристики. При подключенной свободной линии общая подача насоса увеличивается, а напор снижается. Пользуясь перепуском можно уменьшать подачу жидкости, протекающей по напорному трубопроводу. Этот способ регулирования также не экономичен.

 

 

6.3 Регулирование уменьшением диаметра рабочих колес

 

Такое регулирование  выгодно отличается от ранее рассмотренных  способов, так как при этом не затрачивается лишняя энергия. Недостатком указанного способа является невозможность такого регулирования в процессе работы насоса, но само регулирование по кривой Q – Н остаётся. При необходимости регулирования значительными периодами, например, в зависимости от вязкости жидкости (сезонности года) следует иметь несколько комплектов разного наружного диаметра D₂ для различных подач насоса Q.

 

6.4 Регулирование изменением  схемы соединения

 

Совместная работа насосов  может быть осуществлена путем параллельного и последовательного соединений.

При последовательном соединении однотипных насосов, создаваемые ими  напоры складываются.

При параллельном соединении складываются подачи. Если пренебречь потерями, можно считать, что при последовательном соединении напор удваивается, а при параллельном соединении, хотя подача возрастает и распределяется поровну между обоими насосами, она получается меньше, чем сумма подач этих насосов, работающих на заданный трубопровод в отдельности.

Таким образом, переключением  насосов с последовательного  на параллельное соединения и наоборот можно изменять подачу жидкости в трубопровод.

Для определения метода регулирования работы насоса произведём расчёт.

Определим разницу между  напором и подачей расчётными, и напором и подачей насоса.

Разность подач определим  по формуле

                                                                                  (6.1)

 

Так как подача насоса в режимной точке превышает заданную не более чем на 5 %, то заданную подачу в этом случае получают, применяя дроссельное регулирование насоса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Подбор электродвигателя

 

Мощность на валу насоса определяется по формуле

 

                                                                                                  (6.1)

 

где g – удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м³;

Q – заданная подача насоса, м³/с;

Н – напор насоса в режимной точке, м;

h – полный коэффициент полезного действия насоса в режимной точке.

.

Мощность двигателя  определяется из выражения

 

,                                                                                                    (6.2)

 

где К  –  коэффициент  запаса,  выбирается  в  зависимости  от  мощности  [9],     К  = 1,15.

.

В результате выбираем трехфазный асинхронный двигатель во взрывозащищённом исполнении типа 2В 280М8 с номинальной мощностью Р = 75 кВт, частотой вращения n = 3000 об/мин, КПД = 92,6 % [10].

 

 

 

 

 

8 Определение  допустимой высоты всасывания  центробежного насоса и кавитационного запаса сети

 

Для определения высоты всасывания воспользуемся формулой Руднева

 

                                                                              (8.1)

 

где Н_А – давление на свободную поверхность сверх упругих паров, м;

n – частота вращения вала насоса, мин^-1;

Q – подача насоса, м³/с;

С_кр – коэффициент, зависящий от удельной быстроходности насоса.

Давление на свободную  поверхность определяем по формуле

 

Н_А = Н_в – Н_t,                                                                                                   (8.2)

 

где Н_в – давление в питательном резервуаре, м;

Н_t – давление насыщенных паров жидкости, Н_t = 2,65 м.

Н_А = 3  – 2,65 = 0,35 м.

Для определения С_кр вычисляем коэффициент быстроходности насоса

 

,                                                                                           (8.3)

 

где Н – напор развиваемый  насосом при максимальном КПД, м;

n – частота вращения вала насоса, мин^-1;

Q – подача насоса при максимальном КПД, м³/с;

В зависимости от коэффициента быстроходности по таблице определяем   С_кр = 600.

Таким образом, подставляя значения в выражение (8.1) получим

При проектировании насосной установки и выборе насоса должны быть выполнены также условия  бескавитационной работы насоса

 

,                                                                                          (8.4)

 

где Δh_c – кавитационный запас сети у входного патрубка насоса, м;