Министерство образования и
науки Российской Федерации
Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального
образования
«Кубанский государственный
технологический университет»
(ФГБОУ ВПО «КубГТУ»)
Армавирский механико-технологический
институт
Кафедра машин и
оборудования нефтяных и газовых промыслов
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине:
«Гидравлика и нефтегазовая
гидромеханика»
на тему: «Исследование работы
трубопровода в процессе регулирования»
Выполнил студент группы 11-ФАБ-НД1
Наумов Роман
Николаевич
Допущен к защите
Руководитель (нормоконтролер)
проекта (работы)
_____________“_________” Беловодский
Ю.П.
(подпись,
дата,
расшифровка подписи)
Защищен _______________ Оценка ________________
(дата)
Члены комиссии _________________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________
(подпись, дата,
расшифровка подписи)
2013 г.
Министерство образования и
науки Российской Федерации
Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального
образования
«Кубанский государственный
технологический университет»
(ФГБОУ ВПО
«КубГТУ»)
Армавирский механико-технологический
институт
Кафедра машин и оборудования
нефтяных и газовых промыслов
УТВЕРЖДАЮ:
Зав. кафедрой ____________
доцент
Беловодский Ю.П.
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
вариант № Тема 3 вар. 03
Студенту Наумову Роману
Николаевичу группы 11-ФАБ-НД1
факультета АМТИ
направления 131000 Нефтегазовое
дело
(код и наименование
направления)
Тема проекта (работы) Исследование
работы трубопровода в процессе регулирования
Содержание задания: 1. Подобрать насос, обеспечивающий
заданную подачу Q.
2. Рассчитать минимальный
диаметр всасывающий линии установки dmin,
обеспечивающий бескавитационную работу
насоса. Подобрать диаметр по ГОСТу.
3. Провести мероприятия,
позволяющие обеспечить заданную
подачу (1 способ – изменение характеристики
сети; 2 способ – изменение характеристики
насоса). Для каждого способа определить
рабочие параметры (HP¸QP) и эффективную мощность
насосной установки.
4. Найти толщину
стенки нагнетательного трубопровода
с учетом повышения давления
при внезапной остановки перекачки.
5. Определить диаметр do
диффузорного насадка 6 (H=const) при работе
в заданном режиме.
Объем работы:
а) пояснительная записка к проекту 35
– 50 с.
б) графическая часть 1 лист формата
А3
Рекомендуемая литература:
1. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины
и гидроприводы,- M.: Машиностроение, 1982.-
422с.
2. Раинкина Л.Н. Гидромеханические расчеты
трубопроводных систем с насосной подачей
жидкости. Учебное пособие для выполнения
курсовой работы. М.: Российский университет
нефти и газа им. И. М. Губкина. 2004
3. Раинкина Л.Н. Гидромеханические расчеты
трубопроводных систем с насосной подачей
жидкости. Задания на курсовую работу
и методические указания по её выполнению.
М.: Российский университет нефти и газа
им. И. М. Губкина. 2004
Срок выполнения работы проекта: с “1” сентября по “ 1 ” декабря
2013г.
Срок защиты: декабрь
2013г.
Дата выдачи задания: “ 26” августа 2013г.
Дата сдачи проекта на кафедру: декабрь
2013г.
Руководитель проекта
____________________
доцент Беловодский Ю.П.
Задание принял студент _____________________ (Наумов Р.Н.)
26 августа 2013г.
Реферат
Курсовая работа: 32 с., 16 рис.,
5 табл., 9 источников, графическая часть:
1 лист формата А3.
ГИДРАВЛИКА, ГИДРОНАСОС,
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИе, РЕЖИМ
ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ, РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДа,
ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СЕТЬ.
Объект исследования – гидравлическая
сеть с насосной подачей жидкости.
Целью курсовой работы является
расчет гидравлической сети в соответствии
с заданными характеристиками.
При проведении расчета сети
применяются:
аналитический метод определения
параметров бескавитационного режима работы центробежного насоса;
графико-аналитический метод
исследования совместной работы насоса
и гидравлической сети;
В основной части пояснительной
записки были рассчитаны и исследованы:
1. Рабочие паpаметpы (Qp-Hp)
cистемы насосная станция – тpубопpовод.
2. Максимально возможный коэффициент
сопротивления фильтра из условия отсутствия
кавитации.
3. Определена мощность электродвигателя,
приводящего в действие центробежный
насос.
Спроектирована гидравлическая
сеть, отвечающая заданным показателям
качества.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение |
5 |
1 Постановка
задачи |
6 |
2 Методология
выбора ЦН |
8 |
3 Расчет
всасывающей линии насосной установки |
12 |
4 Расчет
гидравлической сети с насосной подачей |
15 |
4.1 Регулирование
подачи центробежного насоса в гидравлическую
сеть |
24 |
4.2 Регулирование
подачи путем изменения частоты вращения
вала насоса |
25 |
4.3 Сравнение способов |
37 |
5 Расчет
прочности нагнетательного трубопровода |
27 |
6 Истечение
через насадки при постоянном напоре |
30 |
Выводы |
31 |
Список используемых источников |
32 |
Введение
Насосы представляют собой гидравлические
машины, предназначенные для преобразования
механической энергии приводного двигателя
в гидравлическую энергию потока жидкости.
Насосы передают жидкости энергию. Жидкость,
получившая энергию от насоса, поднимается
на определенную высоту, перемещается
на необходимое расстояние в горизонтальной
плоскости, или циркулирует в какой либо
замкнутой системе.
Первоначально насосы предназначались
исключительно для подъёма воды. В настоящее
время область их применения широка и
многообразна. В нефтегазовом деле насосы
применяются, например, для транспорта
нефти и нефтепродуктов, в системе промывки
и цементирования скважин при бурении,
в системах сбора и подготовки нефти к
транспорту, в системах обустройства нефтегазопромыслов.
1 Постановка задачи
Центpобежный насос (рисунок
3) заполняет жидкостью, температура которой t ,
цилиндрический напорный резервуар 1.
Жидкость подается из открытого водоема
3 центробежным насосом 2. Регулирование
подачи насоса осуществляется с помощью
крана 4.
Исходные данные пpедставлены в таблице
1.
Таблица 1- Исходные данные
№
вар. |
Перекачиваемая
жидкость |
t |
lв |
lн |
dн |
hв |
H1 |
H2 |
H3 |
Q |
pм |
°c |
м |
м |
мм |
м |
м |
м |
м |
л/c |
МПа |
3 |
Бензин Б-70 |
14 |
15 |
100 |
150 |
2,0 |
3,0 |
0 |
1,5 |
40 |
0,015 |
Рисунок 1 - Схема установки
1. Подобрать насос (приложения
1¸8), обеспечивающий заданную
подачу Q.
2. Рассчитать минимальный
диаметр всасывающий линии установки dmin, обеспечивающий бескавитационную
работу насоса. Подобрать диаметр по ГОСТу.
3. Провести мероприятия,
позволяющие обеспечить заданную
подачу (1 способ – изменение характеристики
сети; 2 способ – изменение характеристики
насоса). Для каждого способа определить
рабочие параметры (HP¸QP) и эффективную мощность насосной
установки.
4. Найти толщину стенки
нагнетательного трубопровода с
учетом повышения давления при
внезапной остановки перекачки.
5. Определить диаметр do диффузорного насадка 6 (H=const) при работе в заданном
режиме.
Указания:
1. Насос выбирается из
приложения так, чтобы заданная
производительность попадала в
рабочий режим.
2. Всасывающая и нагнетательная
линии трубопровода изготовлены
из новых стальных труб.
3. Физические свойства
перекачиваемой жидкости определяются
из приложений.
4.
При расчетах учесть потери
напора во всех местных сопротивлениях.
Величина коэффициентов местных
сопротивлений определяется из
приложения 17.
|
2 Методология
выбора ЦН
Некоторые сведения о насосах:
По принципу действия насосы
подразделяют на гидродинамические и
объемные.
Центробежные
насосы. Из гидродинамических насосов
на практике чаще всего используется центробежный
насос, схема которого представлена на
рисунке 3.
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.
Рисунок 3 - Схема центробежного
насоса.
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 жидкости 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.
1 - насос, 2 -
всасывающий трубопровод, 3
- нагнетательный трубопровод, 4 -
вакуумметр, 5 -
манометр, 6 -
регулировочный вентиль (кран), 7 -
обратный клапан, А
- приёмный резервуар, Б
- напорный резервуар.
Рисунок 4 - Трубопровод с насосной
подачей жидкости.
Насос является источником
энергии, необходимой для перемещения
жидкости в гидравлической сети. На рис.4
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. Обратный 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 (рисунок 5).
Рисунок 5 - Иллюстрация к определению
напора насоса.
Согласно уравнению Бернулли,
записанному для сечений 1-1 и 2-2, напор
насоса равен:
В частном случае, когда z2=
z1, J2= J1 (если d2=
d1
), вместо (1) получаем:
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:
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:
Гидравлическая
мощность потока жидкости на выходе из
насоса (полезная мощность):
| |
Nпол =r·g·H× Q×t/t==r·g·H× Q, |
(5) |
где t -
время, r·g·Q ×t =G- вес жидкости, прошедшей через
насос,
G×H - энергия, G×H/t - мощность.
Чтобы подобрать двигатель
для привода насоса, необходимо знать мощность
на его валу:
где hн - коэффициент
полезного действия насоса.
С другой стороны, коэффициент
полезного действия насоса равен: