При известной производительности перекачки диаметр трубопровода можно определить из уравнения расхода
Q = V•s, (5.1)
где
Q – объёмный расход, м3/с;
V – линейная скорость потока, м/с;
s – площадь поперечного сечения трубопровода, м2.
Линейная скорость в первом приближении выбирается по справочным данным как функция производительности [2]. Тогда для трубопровода диаметром D можно записать
или
, м.
По сортаменту принимается ближайший в сторону увеличения условный диаметр Dу и уточняется фактическая скорость потока.
Общий напор или рабочее давление, которое необходимо создать на каком-либо участке трубопровода, чтобы осуществить процесс перекачки с заданной производительностью, можно выразить из уравнения 5.2, которое называют [3] балансом напоров для заданного участка трубопровода
(5.2)
или
. (5.3)
где
z1, z2 – геодезические отметки начальной и конечной точек участка трубопровода, м;
- начальный напор для заданного участка трубопровода, м;
- напор в конце участка, м.
Давление Р1, т.е. давление, развиваемое станцией, должно удовлетворять условию:
Р1 < Р max, где
Р max – максимальное разрешенное давление, рассчитанное из условия прочности труб, МПа.
Согласно СНиП 2.05.06-85* условие прочности записывается так:
или
, (5.4)
где
δ – толщина стенки трубопровода, м;
Р – рабочее давление, МПА;
n – коэффициент запаса прочности по давлению;
R1 – расчетное сопротивление, МПА.
, (5.5)
где
m – коэффициент условий работы трубопровода;
k1 – коэффициент надежности по материалу;
k2 – коэффициент надежности по назначению;
σВ – предел прочности материала трубопровода, МПа.
В то же время, если есть напор в конце участка, т.е. на приёме следующей ПС, то должно соблюдаться условие
, (5.6)
где hкав – запас напора на преодоление кавитации в насосе, м.
Выполнение условий 5.4, 5.6 гарантирует безопасную работу трубопровода.
Потери напора в уравнении 5.2 рассчитываются по уравнению
hпот = iL, м (5.7)
где i – гидравлический уклон для заданного участка трубопровода, м/м;
L – длина участка, м.
Уравнение 5.7 есть прямая линия, что дает возможность представить уравнение баланса напоров для заданного участка трубопровода в виде графика в координатах H-L (рис. 5.1).
Рис 5.1 Изменение давления по длине участка трубопровода:
1 – профиль трубопровода
2 – линия гидравлического уклона
3 – точка "i" установки манометра
На рис. 5.1 т. А – место расположения перекачивающей станции (ПС);
т. К – конечная точка участка трубопровода (или приём на следующую ПС или приёмная задвижка конечного пункта), отрезок АМ – напор станции Р1/ r g, м, отрезок KN - напор в конце участка Р2/ r g, м.
Линия гидравлического уклона 2 располагается под углом α к плоскости сравнения 0L. Как следует из курса гидравлики, гидравлический уклон iтр есть тангенс угла α, и так как iтр – это потери напора на единицу длины трубопровода, то можно записать уравнение:
, (5.8)
где
λ – коэффициент гидравлических потерь;
V – линейная скорость потока, м/с;
D – диаметр, м;
g – ускорение свободного падения, м2/с.
Потери напора по рис 5.1 на всем участке трубопровода равны разнице отрезков 0М и NF, (hпот общ = ОМ – NF).
Если в любой i-той точке (Т.3) трубопровода установить манометр, то он покажет напор равный , потери напора на участке от ПС до i-той точки (Т.3) будут равны отрезку МЕ (hпот i).
Пользуясь тем же уравнением 5.2, можно записать баланс напоров для участка трубопровода с несколькими ПС (рис. 5.2).
Рис. 5.2 Участок трубопровода с несколькими ПС:
ГПС, ПС – головные и промежуточные перекачивающие станции МТП;
КП – конечный пункт участка МТП;
hn1…i+1 – подпор на каждой ПС;
H1, H2, … Hi+1 – напор основных агрегатов для каждой ПС;
Z1 … ZКП – геодезические отметки ПС;
I, II, i+1 – участки МТП между перекачивающими станциями.
Для решения поставленной задачи записываются уравнения баланса напоров на каждом участке:
I участок
( hn1 + H1 + Z1) – (hn2 + Z2) = hпот 1-2
II участок
( hn2 + H2 + Z2) – (hn3 + Z3) = hпот 2-3
…………………………………….
(i+1) участок
( hn i+1 + Hi+1 + Zi+1) – (hКП + ZКП) = hпот i+1
После сложения левых и правых частей, записанных в уравнениях, получим уравнение 5.9 баланса напоров для участка МТП с несколькими ПС [9]:
(5.9)
Так как потери напора есть функция производительности, то уравнение можно использовать в разных ситуациях. Например, зная производительность перекачки, параметры трубопровода, определяют требуемый напор или, зная напоры станций и их количество, рассчитывают производительность перекачки.
Задача № 2
Подбор типа и количества насосов,
способа соединения основных и подпорных агрегатов
Насосы для перекачки подбираются по требуемому напору для заданной производительности перекачки, при этом напор насоса рассчитывается по уравнению [2]:
(5.10)
где Z1, Z2 - геодезические отметки начала и конца трубопровода, м;
P2, P1 - давление в конце участка и в начальном резервуаре, соответственно, Па;
hпот - потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях, м.
Как правило, для одних и тех же целей можно выбрать по каталогам несколько типов насосов. Поэтому вторым этапом будет проверка выбранного насоса по КПД и потребляемой мощности. С этой целью строится совмещенная характеристика насоса и трубопровода. Характеристика трубопровода строится по тому же уравнению (5.10). В данной ситуации это уравнение называется уравнением напора трубопровода. Для построения характеристики трубопровода необходимо задаться несколькими значениями производи-тельности Q и определить по уравнению (5.10) соответствующие им напоры Н, затем полученные значения нанести на график (рис. 5.3).
Рис. 5.3 – Совмещенная характеристика насоса и трубопровода:
1 – Характеристика насоса 3 – Линия КПД
2 – Характеристика трубопровода 4 – Линия мощности
Характеристика насоса может быть приведена в паспорте завода-изготовителя, при её отсутствии допускается для расчета полого падающих характеристик насосов использовать математическую аппроксимацию в виде уравнения [5]:
H = H0 – aQ – bQ2 (5.11)
где Н0, а, b – справочные величины;
Q – производительность перекачки, м3/час.
Имея паспортные или расчетные Н при разных производительностях перекачки, можно нанести искомую линию на график (рис. 2.3).
На этот же график наносится линия КПД насоса и линия потребляемой мощности. Линия КПД строится по справочным данным [5], если нет заводской характеристики, линия мощности соответствует теоретической мощности, определяемой по уравнению
, кВт (5.12)
где ρ – плотность потока, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м2/с;
Н – напор насоса, м;
Q – производительность, м3/с.
Точка пересечения линий 1, 2 (т. А) называется рабочей точкой системы насос-трубопровод, и при правильном подборе насоса т. А должна лежать в рабочей зоне насоса. При сравнении насосов выбирается тот, у которого т. А соответствует зоне максимального КПД (т. А на линии КПД) и потребляемая мощность минимальна (т.А′′ на линии мощности).
Так как при трубопроводном транспорте жидкофазных потоков возникает необходимость иметь одновременно высокие напоры и значительные производительности, то на практике широко используется как последовательное, так и параллельно-последовательное соединение насосных агрегатов, и тогда для нахождения рабочей точки системы линия 1 на графике 5.3 должна представлять собой совмещенную характеристику всех работающих агрегатов станции.
Задача № 3
Исследование профиля трубопровода с целью определения
Дата: 2019-02-18, просмотров: 413.