Расчет центробежного насоса

Расчет  центробежного насоса

Насос Н-1 предназначен для  перекачивания сырья в количестве G_c = 68750 кг/ч из емкости в теплообменник Т-1 при температуре t_c = 40 °C. Геометрическая высота подъема сырья Н_г = 15 м. Длина трубопровода на линии всасывания l_вс = 3 м, на линии нагнетания l_наг = 20 м. На линии всасывания установлен 1 нормальный вентиль, на линии нагнетания - 1 нормальный вентиль, дроссельная заслонка и 2 колена с углом 90 °C [].                       

Выбор трубопровода

Определим плотность сырья  при t_c = 40 °C по формулам 1.1 и 1.2:

                                                                    _(1.1)

                                                     _(1.2)

_{Определим расход сырья:}

                                                                              _(1.3)

_{где Gс - расход сырья, кг/ч; ρс - плотность сырья при tc = 40 °C, кг/л.}

_{Для всасывающего и нагнетательного  трубопроводов примем одинаковую скорость течения сырья ωс = 2 м/с [].}

_{Определим диаметр трубопровода:}

                                                                                       _(1.4)

_{где Qс - расход сырья, м³/с; ωс - скорость течения сырья, м/с.}

_{Примем  стальной трубопровод  с незначительной коррозией.}

_{Определение потерь на трение и  местные сопротивления}

_{Определим критерий Рейнольдса:}

                                                                                  _(1.5)

_{где ωс - скорость течения сырья, м/с; d - диаметр трубопровода, м; ρс - плотность сырья при tc = 40 °C, кг/л, μс - кинематическую вязкость сырья, Па·с.}

_{Режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость  трубопровода Δ = 2·10^-4 м [].}

_{Определим относительную шероховатость  трубопровода:}

                                                                      _(1.6)

_{Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное  трение.}

_{Определим коэффициент трения:}

                                                          _(1.7)

_{где е - относительная  шероховатость трубопровода; Re - критерий Рейнольдса.}

_{Определим сумму коэффициентов  местных сопротивлений  для всасывающей  линии: 1) вход в трубу (с острыми краями): ξ1 = 0,5; 2) нормальный вентиль: для d = 0,1 м ξ = 4,1, для d = 0,15 м ξ = 4,4 []. Экстраполяцией определим для d = 0,118 м}

_{ξ = 4,2.}

_{Σ ξм.с = ξ1 + ξ2 = 0,5 + 4,2 = 4,7                                                                                      (1.8)}

_{Определим потери напора во всасывающей  линии:}

                                            _(1.9)

_{где λ - коэффициент трения; lвс - длина всасывающего трубопровода, м; d - диаметр трубопровода, м; Σ ξм.с - сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии; ωс - скорость течения сырья, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с².}

_{Определим сумму коэффициентов  местных сопротивлений  для нагнетательной линии: 1) выход из трубы: ξ1 = 1; 2) нормальный вентиль: ξ2 = 4,2; 3) дроссельная заслонка: ξ3 = 0,9 при α = 15 °; 4) колено под углом 90 °: ξ4 = 1,1 [].}

_{Σ ξм.с = ξ1 + ξ2 + ξ3 + ξ4 = 1 + 4,2 + 0,9 + 2·1,1 = 8,3                                                    (1.10)}

_{Определим потери напора в нагнетательной линии по формуле 1.10:}

                                                                       _(1.11)

_{Определим общие потери напора:}

_{hп = hп.вс + hп.наг = 1,129 + 2,833 = 3,962 м                                                                  (1.12)}

_{Выбор насоса}

_{Определим полный напор, развиваемый  насосом:}

                                                      _(1.13)

_{где Р1 - давление в аппарате из которого перекачивается сырье, Па; Р2 - давление в аппарате в который подается сырье, Па; ρс - плотность сырья при tc = 40 °C, кг/л; g - ускорение свободного падения, м/с²; Нг - геометрическая высота подъема сырья, м; hп - общие потери напора, м.}

_{Определим полезную мощность насоса:}

                                   _(1.14)

_{где ρс - плотность сырья при tc = 40 °C, кг/л; g - ускорение свободного падения, м/с²; Н - полный напор, развиваемый насосом, м; Qc - расход сырья, м³/с.}

_{Примем  кпд передачи от электродвигателя к насосу ηп = 1 [].}

_{Определим кпд для насоса средней производительности:}

                                                                                 _(1.15)

_{где η0 - объемный кпд, учитывающий перетекание сырья из зоны большого давления в зону малого давления; ηг - гидравлический кпд, учитывающий гидравлическое трение и вихреобразование; ηм - общий механический кпд, учитывающий механическое трение в подшипниках и уплотнение вала и гидравлическое трение нерабочих поверхностей колес.}

_{Определим мощность, которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы:}

                                                                                      _(1.16)

_{где Nп - полезная мощность насоса, кВт; ηн - кпд насоса; ηп - кпд передачи от электродвигателя к насосу.}

_{Примем  кпд электродвигателя ηдв = 0,91 [].}

 

_{Определим мощность, потребляемую двигателем от сети:}

                                                                                             _(1.17)

_{Примем  коэффициент запаса мощности β = 1,1 [].}

_{Двигатель к насосу установим  несколько большей  мощности, чем потребляемая мощность, с запасом  на возможные перегрузки:}

                                                                                  _(1.18)

_{где β - коэффициент запаса мощности; Nдв - мощность, потребляемую двигателем от сети, кВт.}

_{По таблице  давлений насыщенного  водяного пара [] при рабочей температуре}

_{tc = 40 °C определим давление насыщенного пара сырья P40 = 7,38·10³ Па. Примем атмосферное давление Ра = 10⁵ Па.}

_{Определим предельную высоту всасывания:}

    _(1.19)

_{где Ра - атмосферное давление, Па; Р40 - давление насыщенного пара сырья при рабочей температуре tc = 40 °C, Па; ρс - плотность сырья при tc = 40 °C, кг/л; g - ускорение свободного падения, м/с²; ωвс - скорость сырья во всасывающем трубопроводе, м/с; hп.вс - потери напора во всасывающем трубопроводе, м; hз - запас напора, необходимый для исключения кавитации в центробеных насосах, м [].}

_{Таким образом, центробежный насос может быть расположен над уровнем  сырья в емкости  на высоте менее 5,48 м.}

_{Выбираем по ТУ 26-02-766-77 центробежный нефтяной насос с технической характеристикой, приведенной в таблице 1 [].}

Таблица 1- Техническая характеристика центробежного нефтяного насоса

Параметры	Н-1
Марка	НК-200/120-210
Исполнение ротора	2
Подача, м3/ч	120
Напор, м ст. жидкости	210
Кавитационный запас, м ст. жидкости	4
Потребляемая мощность, кВт	107

 

1 - опора; 2 - корпус; 3 - штуцер всаса; 4 - штуцер выкида

 

Рисунок 1 - Центробежный насос