Нафтогазовидобувні підприємства

Арк.

КР.ВНГ -   .000.00.ПЗ

Зм.

Арк.

№ документа

Підпис

Дата

Вступ

 

Нафтогазовидобувні підприємства оснащені необхідним сучасним обладнанням, асортимент якого постійно поповнюється. Йде постійний процес технічного переоснащення галузі, який полягає  в автоматизації технологічних  процесів, впровадженні автоматизованих  систем управління на нафтогазовидобувних  підприємствах тощо.

В нафтовидобувній промисловості  застосовується різноманітне насосне  обладнання, яке призначене для підйому  рідини з свердловини, транспортування  її на поверхні землі. Постійно вдосконалюються  і збільшується номенклатура обладнання для підтримування пластового тиску (насоси водозабору, насосні станції  нагнітання і т.д.), випускаються установки  для теплової дії на привибійну зону і гідравлічного розриву пласта.

Особливу роль при цьому відіграють відцентрові насоси. Відцентрові  насоси широко застосовують в нафтовидобувній  промисловості. Ними оснащені багатодебітні свердловини для підйому з них пластової рідини, системи транспортування по промислу нафти і пластової рідини, установки підготовки нафти, установки для закачування води в нафтоносні пласти. Особливо ефективні насоси лопатеві насоси при переміщенні відносно великих мас рідини.

Відцентрові насоси порівняно з  іншими типами насосів прості конструктивно, компактні та дешеві. Вони зручні для  безпосереднього з’єднання з  валами електродвигунів, швидкохідних турбін. Подача рідини відцентровими  насосами легко регулюється в  широких межах.

Відцентровий насос в різниці  від поршневого не можливо запустити  без попередньої заливки, так  як сила що виникає при обертанні  робочого колеса із-за невеликої щільності  повітря недостатнє для утворення  потрібного розрідження. Корпус насосу складають усі нерухомі деталі його поточної частини і всмоктуючий та напорний патрубки, канали підводу до робочого колеса і відводу від них переводні канали. Уся внутрішня полость корпусу при роботі насосу заповнена рідиною і знаходиться під тиском. Спіральна камера корпусу відцентрового насосу слугує для плавного відводу рідини з робочого колеса у нагнітаючу трубку і для безперервного зменшення швидкості руху рідини з метою підвищення тиску.

Корпус насосу відливається з чавуну, а при великих тисках із сталі.

Робоче колесо з двохстороннім  всмоктуванням уявляє собою, ніби два  колеса з одностороннім всмоктуванням  і складається з двох дисків, перший з виступом насаджується на вал, а  другий у вигляді широкого кільця, між дисками є лопатки відігнуті  назад відносно напрямку обертання  колеса.

Матеріал для робочого колеса вибирають  в залежності від роду перекачувальної  рідини та швидкості насосу. Для  насосів низького тиску колеса виготовляють з чавуну.

Вал з бронзи або сталі  з бронзовою захисною втулкою  виготовляється для роботи з хімічно-активними  рідинами. Колесо кріпиться на валу за допомогою шпонки та установочних гайок. 

1 ОПИС УСТАНОВКИ

 

Рідина по трубопроводу зливається з басейна А в басейн В, звідки насосом подається в  проміжний резервуари С і з  нього знов зливається в басейн А.

На всмоктувальній лінії насосної установки змонтовані: коробка-фільтр 1, коліно 2, засувка 3 і  вакуумметр Р_в.

На напірній лінії  встановлені манометри Р_м1, Р_м2 і Р_м3 швидкісна трубка 5,  засувка 7.

Проміжний резервуар С в дні має циліндричну насадку (d_нас).

Схема циркуляційної  насосної установки зображена на рисунку 1.1.

Задані величини записані в таблиці 1.

Таблиця 1.1 – Вихідні дані для розрахунку

Варіант № 4.

l1, м			dвс, мм			Рм1, кПа
l2, м			d, мм			dнас, мм
l3, м			D, мм			μнac
l4, м			Dе, мм
l5, м			Н3, м
l6, м
l7, м
l8, м
l9, м
l10, м
lс, м			μвен
lекв, м			Рв, кПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 - Схема циркуляційної установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РОЗРАХУНОК НЕОБХІДНОЇ ПОДАЧІ НАСОСА Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 – Схема витікання  з резервуару через насадку.

 

Знаходимо площу вихідного перерізу насадки діаметром  , вмонтованої у дно ємності С :

                                                                                                             (2.1)

        

Визначаємо витрату рідини при  витіканні через насадку, а, значить  і подачу насоса:

                                                                                          (2.2)

 

де  - витрата рідини, м³/с;

- коефіцієнт витрати насадки;

- площа поперечного перерізу  насадки, м²;

- установлений рівень води  в резервуарі, м.

 

   

      Відповідь:  Q=0,00501  

3 Визначення перепаду напору у витратомірі Вентурі в                        мм.рт.ст

 

Рисунок 2.1 - Схема розрахунку витратоміра  Вентурі

 

 

 

Перепад  напору  у  витратомірі  Вентурі в мм.рт.ст вимірюєть ртутним дифманометром і розраховується  через параметри витратоміра за формулою: 

                                  ,                                        (3.1)

де  - коефіцієнт витрати витратоміра Вентурі;

- площа поперечного звуженого  перерізу витратоміра Вентурі, м²;

- густина ртуті, кг/м³ ( кг/м³);

- густина рідини, кг/м³.

                                                                                                      (3.2)

де  - діаметр звуженого перерізу, м.

Відповідь: . 

4 ВИЗНАЧЕННЯ ВИСОТИ ВСМОКТУВАННЯ  ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСА 

 

 1 – сітка-фільтр, 2 – поворот(коліно), 3 – засувка, ВЦН – відцентровий насос.

Рисунок 4.1 – Схема всмоктувальної лінії

 

Запишемо рівняння Бернуллі для  перерізів 0-0 і 1-1:

                                   (4.1)

де: для перерізу 0-0 - =   S₀>>S_вс то V₀=0

      для перерізу 1-1 -    V₁= ,

- втрати напору при русі рідини від перерізу 0-0 до перерізу 1-1, які складаються з втрат напору на тертя h_тер і втрат напору на місцевих опорах h_м.о .

 

Обчислимо V₁:

V₁=

             (4.2)

Тут , задані

Підставимо значення членів рівняння Бернуллі в вихідну формулу і  розв’яжемо відносно Н₂ – висоти всмоктування, прийнявши коефіцієнт Коріоліса a₁=1.

                            м                                       (4.3)

Коефіцієнт гідравлічних втрат  напору на тертя у всмоктувальній лінії залежить від режиму течії  ш еквівалентної шорсткості труб к (або D_е):

l=f (Rе; k)                                                         (4.4)

Для визначення коефіцієнта λ, визначаємо число Rе та характер течії рідини:

Rе =                          (4.5)

Rе =

Тут ν – коефіцієнт кінематичної в’язкості нафти в м²/с

Перевіримо до якої зони належить дане число Рейнольдса:

         Так як  Rе > 2320, то рух турбулентний.

             Rе_І = 10                                      (4.6)

Rе_ІІ = 500                                      (4.7)

 

Оскільки Re_кр<Re<Re_I, течія відповідає зона гідравлічно гладких труб, і коефіцієнт гідравлічного тертя вирахуємо за формулою Блазіуса

 

 

                                                

                                                   (4.8)

 

 

Визначимо довжину всмоктування:

                                   (4.9)

Обчислимо h_0-1:

      (4.10)

 

Обчислимо Н₂:

 

              (4.11)

 

Відповідь: .

 

5 ВИЗНАЧЕННЯ ДІАМЕТРА  ЗЛИВНОГО ТРУБОПРОВОДУ

 

Визначаємо величину наявного опору, який витрачається на тертя в зливній  лінії h_тр і в місцевих опорах h_м.о зливної лінії.

Н_н =Н₂ + Н₃=3,68+0,5=4,18 м                                (5.1)

Н_н = Н₂ + Н₃ = h_тр + h_м.о=                           (5.2)

Визначаємо швидкість руху рідини

V_зл=                                                (5.3)

Рисунок 4.1 – Схема зливного трубопроводу

 

Розрахункова довжина зливної  лінії    (задані). Оскільки невідомий діаметр зливної лінії d_зл і як наслідок, режим течії в зливній лінії

Rе =

     (бо   ,

то задачу розв’яжемо графо-аналітичним способом.

Задаємось і =(10-12) значень діаметру d_i і робимо повний гідравлічний розрахунок.

Виберемо d₁=47,6мм. І проведемо розрахунки.   . Підставивши, визначимо:

Rе

Rе

Rе_І = 10

Rе_ІІ = 500

  За умовою  Rе_І < Rе < Rе_ІІ, використовуємо формулу Альтшуля для визначення  λ

 

    (5.4)

 

Визначаємо швидкість руху рідини:

        (5.5)

Визначимо напір при значенні d=0,13 м,

                                               (5.6)

            (5.7)

Повний гідравлічний розрахунок зливного трубопроводу виконується на ПЕОМ за програмою „Нd” (додаток А). Будуємо графік залежності H_i=f(d_i). За відомим значенням наявного напору знаходимо необхідний діаметр d_х= 46мм (додаток Б).  

6 ВИЗНАЧЕННЯ ВТРАТ НАПОРУ В МІСЦЕВИХ ОПОРАХ НАПІРНОЇ  ЛІНІЇ І ЇХ ЕКВІВАЛЕНТНОЇ ДОВЖИНИ

 

            

Рисунок 6.1 Схема до розрахунку напірної лінії

 

Знаходимо швидкість потоку рідини і число Re в напірному трубопроводі:

                                        (6.1)

Для визначення коефіцієнта  λ,  розраховуємо  число Re  і визначаємо режим течії рідини:

                           (6.2) 

Оскільки режим турбулентний, то визначимо перехідні числа  Рейнольдса:

                               (6.3)

                              (6.4)

Оскільки Re_I < Re < Re_II , отже течія відповідає зоні змішаного тертя і коефіцієнт тертя визначаємо за формулою Альтшуля:

Розраховуємо сумарний коефіцієнт місцевих опорів напірної  лінії  за формулою, отриманою з рівняння Бернулі для перерізів 1-1 і 2-2 (див. Рисунок 6.1): 

                    (6.5)

              (6.6)

 

Відповідь:  

7 ВИЗНАЧЕННЯ РІЗНИЦІ ПОКАЗІВ МАНОМЕТРІВ Р_М2 І Р_М3

 

Рисунок 7.1 – Схема ділянки трубопроводу.

 

Перепад тиску на ділянці 2-3 визначаємо за формулою

 

Р_м2 - Р_м3 = DР                                                    (7.1)

 

DР=ρ g h_2-3                                                        (7.2)

 

Визначаємо перепад напору на дільниці 2-3 за формулою

                                    (7.3)

DР=ρ g h_2-3=1000·9,81·2,755=27026,55 Па

 

Відповідь: DР=27026,55 Па. 

 

8 ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗІВ ДИФЕРЕНЦІЙНОГО РТУТНОГО ДИФМАНОМЕТРА ШВИДКІСНОЇ ТРУБКИ, ЯКА ВСТАНОВЛЕНА В ЦЕНТРІ ПОТОКУ (5-5)

 

 

Рисунок 8.1 – Схема швидкісної трубки

Dh = h₂ – h₁;                                      (8.1)

Знайдемо максимальну швидкість  за формулою:

                                         (8.2)

Знайдемо  U_мах через середнє значення швидкості

υ_ср=

,

Визначимо,  який режим течії

Rе =

Отже, рух турбулентний. Тому максимальну швидкість можна знайти  за формулою:

 

Побудуємо графік швидкості в залежності від радіусу трубопроводу.

В центрі потоку швидкість буде максимальна, а на стінці трубопроводу швидкість буде рівна нулю.

Задаємось кількома значеннями радіуса  і визначаємо швидкість руху рідини в залежності від радіуса за формулою:

                                                             (8.3)

                                                   (8.4)

 

 

Таблиця 8.1 – Розподіл швидкостей в перерізі 5-5

 

ri, мм	0	5	10	15	20	25	30	34
U(r),м/с	1,59	1,56	1,53	1,49	1,44	1,36	1,22	0

 

За даними точками будуємо графік залежності U(r)=f(r) (додаток В). 

9 ВИЗНАЧЕННЯ ВЕЛИЧИНИ НЕОБХІДНОГО ТИСКУ НА ВИХОДІ НАСОСА І НЕОБХІДНОЇ ПОТУЖНОСТІ ПРИВОДУ НАСОСА

 

Визначення величини напору на викиді насоса.

Обчислимо динамічний і статичний  напори:

                         (9.1)

H_cт = l₃ + l₄ + l₈;                                 (9.2)

H_cт = 3+1+5=9 м

Н_вих = Н_Д + Н_ст.                                  (9.3)

Н_вих =11,86+9=20,86м

Необхідний тиск на виході насоса визначається за формулою:

P_вих = ρgH_вих                       (9.4)

P_вих =1000·9,81·20,86 = 204636,6 Па = 0,2046 МПа

Визначення необхідної потужності приводу насоса.

Визначення корисної потужності насоса проводимо за формулою:

N_кор = (ρgH_вих + Р_в)Q = (P_вих +Р_в)Q.        (9.5)

N_кор =(204636,6+40000) 0,00501 =1226 Вт

Відповідь: P_вих=0,2046 МПа; N_кор = 1226 Вт. 

10 ВИЗНАЧЕННЯ ТОВЩИНИ СТІНКИ НАПІРНОГО ТРУБОПРОВОДУ

 

Згідно умови товщину стінки необхідно визначити для тиску, який виникає внаслідок гідравлічного удару.

DР = 2Р_н                                                 (10.1)

Згідно теорії Жуковського

Dр = ρ v c                                              (10.2)

де: ρ  – густина рідини;

     v – середня швидкість течії;

     с – швидкість розповсюдження  звуку в даному середовищі.

           ð                                                   (10.3)

                            (10.4)

де: к –  модуль пружності рідини  (Па);

 

11 ВИБІР ТИПУ НАСОСА

 

Основою для вибору типу насоса є  розраховані необхідна подача насоса Q_н(в л/с чи м³/год)  і необхідний напір (тиск) на виході насоса Н_н (р_н). Порівнюють Q_н і Н_н (р_н) з другим режимом характеристики різних насосів (з максимальним значенням коефіцієнта корисної дії η), поки не підберуть тип насоса, для якого буде справедливе співвідношення:

Н₂ = Н_н або якщо Н₂ > Н_н,

Q₂ = Q_н або якщо Q₂ > Q_н.

Для вибору типу насоса використовуємо вітчизняні каталоги відцентрових насосів, в яких приведені їхні характеристики.

За даними обчислень Q_н = 5,01 л/с і Н_н = 24,94 м виберемо  тип насосу –

2К – 6, характеристика якого приведена в таблиці 11.1.

 

 Таблиця 11.1 – Характеристика  насоса типу 2К – 6, при n = 2900 об/хв 

№ режиму	Подача Q, л/с	Напір Н, м
1	2,8	34,5
2	5,5	30,8
3	8,3	24

 

11.1 Побудова характеристики насоса

 

Для побудови розверненої характеристики насоса необхідно знати сталі  коефіцієнти даного типу насоса а  і b, для того запишемо систему із двох рівнянь.

     (11.1)

Визначаємо  

        (11.2)                     

Тоді

       (11.3)                        

,                                        (11.4)

Тоді 

І в загальному вигляді  маємо рівняння характеристики насоса з відомими а і b:

  або                       (11.5)

 

Задаємось 16значеннями Q_i з кроком DQ таким чином, щоб розрахована величина Q лежала в середині вибраного діапазону зміни Q і розраховуємо відповідні їм значення.

Наступні розрахунки проводимо  аналогічно за формулою (11.5), результати розрахунку заносимо у таблицю 11.2.

    

Таблиця 11.2 – Розрахунок розверненої характеристики насоса 2К – 6,

                           при n = 2900 об/хв

Qi	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Hi	35,8	35,7	35,2	34,3	33,1	31,5	29,7	27,4	24,8

         

Будуємо  графік  розверненої  характеристики    насоса    2К – 6 ,   при

n = 2900 об/хв.

 

 

11.2 Побудова характеристики напірного трубопроводу

 

Характеристика напірного трубопроводу – це висхідна квадратична парабола з початковими координатами Q=0, Н₁ =Н_ст.

                                                            (11.6)

Характеристика трубопроводу має  вигляд

                                                          (11.7)

Наступні розрахунки проводимо  аналогічно за формулою (11.7), результати розрахунку заносимо у таблицю 11.3.

 

Дані  розрахунку заносимо в таблицю 11.3.

 

Таблиця 11.3 – Розрахунок розверненої характеристики трубопроводу.

Qi	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Hi	9	9,47	10,9	13,3	16,6	20,8	26	32,2	39,2

 

 

Будуємо  графік  розверненої  характеристики трубопроводу.

 

 

11.3 Визначення робочої точки насосної установки

 

Криві характеристик насоса 2К – 6 і трубопроводу (додаток Г) перетинаються в точці з координатами Q_т=6,45л/с, Н_т=28,8 м.

Визначимо відхилення отриманих параметрів робочої точки від необхідних

δQ

δH=

Оскільки  відхилення Н перевищують 10%, о необхідно  зробити перерахунок характеристики насоса на понижену кількість обертів.

Визначаємо  нове число обертів

 

 

Перераховуємо характеристику насоса на нове число  обертів насоса, використовуючи дані таблиці. Результати заносимо в таблицю 13.2 і будуємо перераховану характеристику насоса.

 

Таблиця 13.1 – Перерахована характеристика насоса 2К – 6, (n=2556 об/хв).

Qi	0	0,88	1,76	2,64	3,53	4,41	5,29	6,17	7,05
Hi	27,85	27,71	27,31	26,65	25,71	24,51	23,04	21,3	19,3

 

Нова  робоча точка має параметри: Q=5,4 л/с , Н=22,9м.

Визначаємо  відхилення параметрів нової робочої  точки 

 

.

Оскільки  відхилення не перевищують 10%,то перерахунок  на нове число обертів не виконуємо.

 

ВИСНОВОК

 

Дана курсова робота з курсу  “Гідравліка і гідропривід”, направлена оцінити технологічні можливості надійної роботи гідравлічної системи і забезпечити умови енергозбереження та реалізації проектованого режиму роботи даної насосної установки.

Дане завдання достатньо ефективно  вирішено шляхом досконалого  аналізу  режимів роботи.

Результати проведених інженерних розрахунків циркуляційної насосної установки показали достатність і адекватну технологічність вибраного обладнання, і його проектування відповідно до діючих норм та правил технологічного проектування.  

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

1. Методичні вказівки до виконання курсової роботи.

 

2. Геймер Гідравліка і гідроприводи.

 

3. Шапіро П.Р. Опір матеріалів.

 

4. Б.Ф. Левицький,  Н.П. Лещій Гідравліка.

 

5. Р.Ф. Гімер Гідравліка.

 

6. Конспект лекцій з курсу гідравліка і гідроприводи.