МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВНИИСПТнефть

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАПОРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПЕРЕСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И ВЯЗКОСТИ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ ЖИДКОСТИ РД 39-30-990 - 84

1984

Министерство нефтяной промшленности ЕНИИСЛТнефть

Утвержден перил заместителем министра нефтяной промышленности В. И. Кремневым 29 декабря 1963 года

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАПОНШХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПЕРЕСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТР0БЕ2НЫХ НАСОСОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЧАСТОТУ ВРАЩЕНИЯ И ВЯЗКОСТИ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ КЩКОСТИ

РД 39-30-990-64

1964

4. ПЕРЕСЧЕТ НАПОРА И ПОДАЧИ НАСОСА В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВЯЗКОСТИ ЮЩКОСТИ И ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

4.1. Пересчет значений напора и подачи с воды на вязкую жидкость в рабочей части характеристики насоса при Не ^ Не_п осуществляется по форцулам*

(8)

Значение Re_n определяется по кривой Re_n * /(    )    на    рис.1

■ли по эмпирической зависимости Ее_п - 3,16 *10^ •

Знал для конкретного насоса Ве_п, находим предельное значение вязкости, начиная с которой необходимо вести пересчет

4.2. Если изменяется только один параметр в выражении числа Рейнольдса, то пересчет производится по упрощеннш формулам (также при соблюдении условия Re < Не_п ): а) д ^ш Const _f /г - Const ;

(9)

(Ю)

частоты вращения производится по известным форцулам подобия/V).

и - Uibga формул перес *ета параметров насоса приведен в работе [ 2J.

Таблица I

К расчету напорной характеристики магистральных насосов

5. ПЕРЕСЧЕТ НАПОРА И ПОДАЧИ НАСОСА ПРИ ОБТОЧКЕ РАБОЧЕГО КОЛЕСА

5.1. Пересчет значений напора к подачи насоса, работающего на воде или вязкой жидкости при обточке рабочего колеса осуществляется по формулам:

а)    для насосов с /?*- 80-125:

L.    Ш>

б) для насосов с    125-175:

в) для насосов с 180-230:

А" .*** а' у    (13)

- ^ж С ’ -Q * Ь

В работе /б J приведены графические зависимости показателей степени от rtj . Целесообразные пределы допустимой обточки рабочих колес и величины снижения КЦД насоса на каждые 10% обточки приведены ниже.

Коэффициент    I    Допустимая обточка : Снижение КПД на-

бьютроходности, : колеса в > от л_мпм : coca на каждые 10%

--:_ —    т*<я2Ъ..

6. ПЕРЕСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВЯЗКОСТИ И ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

Пересчет значений КПД в рабочей зоне подач центробежного насоса с воды на вязкую жидкость при Re < Re_pp может производиться

(14)

Предельное значение вязкости, начиная с которой необходимо вести пересчет КЦД , определяется из выражения:

о _ аА¹

top

По аналогичной формуле можно производить пересчет значений КПД с одной вязкости на другую:

ъ-ъС'-'ЬтЦ]«и

Пересчет КЦД при обточке осуществляется по формуле 14. При этом Re_pp определяется по , соответствующего параметрам насоса с первоначальным значением диаметра рабочего колеса, а в выражение Re подставляется диаметр обточенного колеса.

Если изменяется только один или два параметра в Re, то отношение RejJ Re^ можно заменить соответственно отношением переменных параметров.

Для малых вязкостей ( Be > Re_pp ) при изменении частоты

вращения пересчет КЦЦ производится по формуле " Sulztt* •

2 ' ъ+р-ъ)(я,/_ал)<»    ⁽¹⁶⁾

Наименьшую погрешность (2—356) формулы (12-14) дают в диапазоне подач 0,8-1,2 0_НОМв

ЛИТЕРАТУРА

1.    Айтова Н.З., Колпаков Л.Г, Уравнения напорной характеристики центробежного насоса, перекачивающего вязкие жидкости с учетом изменения частоты вращения. Сб,трудов Трубопроводный транспорт нефти. - Уфа: ВНИИСПТнефть, 1961,

2.    Айтова Н.З., Колпаков Л.Г. Приближенный метод пересчета напорных характеристик центробежных насосов с воды на вязкую жидкость в оптимальной зоне подач. FHTC Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - И: ЕНИИОЭНГ, 1962, W 2.

3.    Колпаков Л.Г., Еронен В.И. О расчете напорных характеристик центробежных насосов при перекачке вязких жидкостей.

Труды НИИтранснефть, вып.УП. - Уфа, 1970.

4.    Колпаков Л.Г. Напорные характеристики магистральных насосов в обобщенных координатах. - Нефтяное хозяйство, f 11,1973.

5.    Айтова Н.З. Анализ зависимости коэффициента полезного действия магистральных насосов от вязкости перекачиваемой жидкости с учетом частоты вращения ротора насоса. Сб.трудов Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - Уфа: ВЬИИСПТнефть, I960.

6.    Усовершенствование узлов насосных агрегатов НПС /Володин В.Г. и др. - FHTC Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М., ВНЮЮЗНГ, 1977.

7.    Филиппович С.А. Безразмерные характеристические коэффициенты для гидравлических маиин. - Энергомашиностроение, W 3,

1965.

8.    Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - М.: Машиностроение, 1966.

Приложение

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ПО МЕТОДИКЕ

Приведены следующие примеры расчетов напорных характеристик и пересчета параметров Н, Q и 7 магистральных центробеж-ных насосов при различных значениях вязкости, частоты вращения и обточки колес.

Пример I Расчет напорной характеристики при работе на вязкой жидкости при известной характеристике Q - Н на воде, (модельный насос НМ 2500-230M-I2).

Пример 2 То же в безразмерных координатах (насос 16ЦД-10х1Ю. Пример 3 Пересчет характеристик в диапазоне подач 0,8* 1,2 Q_H0|| с воды на различные вязкости при п "'Const (насос 16 НД-10х1М).

Пример 4 То же при изменении частоты вращения и изменении вязкости (насос НМ в.о. 2500-750M-I).

Пример 5 То же при изменении только частоты вращения.

Пример 6 То же при изменении только вязкости (насос ^-21). Пример 7 Построение напорной характеристики Q - Н натурного насоса НМ 3600-230.

Пример 8 Построение характеристики Q - Н в безразмерных координатах при перекачке вязкой жидкости для модельного насоса. НМ 250О-23Ш с обточенным колесом.

Расчеты сопр вождаются экспериментальными кривыми, позволяющими оцени гь величину погрешностей по предлагаемьм в методике ««•ормуяам.

Пример I

Требуется построить напорную характеристику модельного насоса НМ 2500-230M-I2 с диаметром рабочего колеса ^ - 0,262м,

при /2 * 1450 об/мин и Л» 1,0*10*"^ м^/с и )£« 2,5’КГ^ м^/с при наличии характеристики Q - Н, полученной при испытании насоса на воде.

Номинальные значения напора и расхода:

Ином * «.б м, Н₀ - 24 и 9_Н0И = 300 м³/ч . 0,0633 и³/а Л » 1450 об/мин » 24,17 об/с.

1.    Вычисляем /2$ по (^остуде:    ,

9_t~d9S-nJ@fc = ДЛГ • /9S0

2.    Определяем Н по нескольким значениям Q, пользуясь формулами (4) и (5):    .    -

. а,

где А,~ ^

3.    По графикам на рис. 1 определяем:

LyOt * 1.45; Оф - 26,2;    £    *    2,1;    -    7,3*10*;

<-01; уо « 0,29.

4.    Определяем Л при 1*Ю“* mVc ■ }}-2,5*10~* м^/о

А,- ***■№£.. tee-

to, _ **£*»***- « дл* л?*

А —    Ш    .    А    ш    т    /0.99

*< ~ 469 /0*    ■    '    *    9,999    /9*

Вычисляем А₀^ и А₀ :

,,    ■    но.г

\    _ae6gSr*4-»/lfW9

Последние у э строчки в таблицах - значения напора при заданной подачах* взятые с экспериментальных кривых    )    и    величи-

мКСН •

нл погрев1иести расчетов по формуле, э процентах.

На рис. 3 представлены эксперимонтальные кривые Q-H и 0 - ^ медального насоса c/7j* 120 и расчетные (пунктиром) для вязкостей I.o •I0-'¹ м²/с и 2,5 ,1 ⁴ м2/с.

Пример 2

Требуется построить напорную характеристику в безразмерных координатах для модельного насоса 16 НД~№хШ при следующих эна-

Им

гч

а

а

я

20

19

it

п

16

1S

14

13

а

?

09

as

а?

0,6

Рис. 3 . Характеристики насоса НМ 2500-230Ы-12

В методике даны формулы для расчета напорных характеристик центробежных насосов, а также для пересчета основных параметров при изменении вязкости перекачиваемой жидкости и скорости вращения ротора насоса.

Формулы составлены на основе теории размерностей и подобия и представляют собой простые аналитические выражения удобные для использования в инженерных расчетах.

Методика справедлива для магистральных насосов -■ 60 - 240, с основными, сменными и обточенными рабочими колесами.

В методике приводятся необходимые справочные данные в виде таблиц и графиков.

При разработке методики учтены замечания ВНИИАЭН, Гяпро-трубопроводв, нефтепроводных управлений.

Методику составили: Айтова Н.З., Броней В.И., Колпаков Л

чениях вязкости:    *    0,01’I0”⁴ м^/с;    ^    *    0,9*10“^ м^/с;

Vj = 1,8-НГ⁴ м^/с;    Ь    - 4,3‘Ю"⁴ ^/с

л « 1450 об/мин « 24,17 об/с; Д - 0,3 м; n_Sm 100 а) Расчет характеристики W    (*/) для

9 о 0,01 "КГ⁴ м*"/с (вода)

По графикам на рис. I находим параметры для ^п*^ш 100;

Цш 5,8;^» 7,8’Ю⁴; ДО- 1,85;    4-    71; 4- 2,1;

/> - 0,31; * . 0,12.

В данном случае используется формула (3) дл^автомодельного режима ( Re У Re_n ):

Ч> -

Находим <^для нескольких значений :

РУКОВОДИМ ДОКУМЕНТ

Методика расчета напорных характеристик и пересчета параметров центробежных насосов магистральных нефтепроводов при изменении частоты вращения и вязкости перекачиваемой жидкости

РД 39-30-990-64

Взамен "Методики расчета энергетических характеристик центробежных насосов магистральных нефтепроводов"

Приказом Министерства нефтяной

промышленности f 39 от 12.01.84г.

Срок введения с I марта 1984 года

Срок действия до I марта 1989 года

Настоящая методика предназначена для расчета напорных ха -рактеристик магистральных насосов и пересчета параметров Q, Н и 7 с воды на вязкие нефти и нефтепродукты (или с одной вязкости на другую) с учетом изменения частоты вращения и обточки рабочих колес.

Методика рекомендуется для проектных, исследовательских и производственных организаций, занятых разработкой и эксплуатацией насосного оборудования перекачивающих станций, проектированием трубопроводов и насосных станций магистральных нефте- и продуктопроводсв, а также промыслов, я способствует повмввнив экономических показателей эксплуатации трубопроводов в целом.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

I.I. При изменении вязкости перекачиваемой жидкости и частоты вращения ротора насоса его характеристики также изменяются.

При увеличении вязкости и постоянной частоте вращения крм-

вие Н - Q и ^ -Q снижаются с перемещением оптимума в сторону малых подач. Значение напора при нулевой подаче для магистральных насосов при этом меняется незначительно, поэтому с достаг-точной точностью его можно принять постоянна!.

При уменьшении частоты вращения при постоянной вязкости (при Re< Ren) напорные кривые снижаются, а максимальное значение КДД насоса перемещается в сторону меньших подач, также уменьшаясь*

При обточке рабочего колеса насоса по наружному диаметру изменяются напор, подача, коэффициент полезного действия. Напорная характеристика 0 - Н при обточке снижается также конгруэнтно, оптимум КДД смещается в сторону меньших подач и уменьшается в зависимости от степени обточки и коэффициента быстроходности насоса.

Основным критерием при определении напорных и энергетических кривых насоса и при пересчете параметров Н, Q и ^ ИР* изменении вязкости, частоты вращения и диаметра рабочего колеса является число Рейнольдса.

1.2.    Методика составлена для ньютоновских жидкостей.

1.3.    Методика может быть использована при расчете напорных характеристик насосов с различными значениями частоты вращения, вязкости, с основными и сменными роторами, с различной степенью обточки рабочих колес (формулы I, 4).

1.4.    В методике даны зависимости для пересчета параметров И* 0 * 7 с воды на вязкую жидкость и с одной вязкости на другую с учетом изменения частоты вращения (форцулы 8, 9, 10, 14, 15).

Дия насосов типа <НМ с постоянной частотой вращения ( П •

3000 об/чии), эксплуатируемых на нефтеперекачивапргх станциях чагистралкых нефтепроводов, влияние вязкости на напорную харак-

теристику начинается со значений вязкости: т? «1,0*10“* м^/с (для насосов с подачей 1250 м^ч), - >? - 2,0‘КГ⁴ н^/с (для н*-сосов с подачей 10000 vP/ч), на энергетическую характеристику ( ? - 9 ) - со значений вязкости - 0,6 “I0"⁴ м^/с.

ср

1.5.    Изменение параметров Н и Q при обточке рабочего колеса в номинальной зоне определяется по формулам Л-13, а пересчет КЦД при обточке - по формуле 14.

1.6.    Формулы 8, 9, 10, 14, 15 справедливы для режимов течения жидкости в рабочем колесе с Ее < Ее_п ( при пересчете напора и подачи) и Re < Ее^ (при пересчете КЦД ).

Значения Ее_д и Ее_Гр даны в графической зависимости от П* (рис. I и 2).

1.7.    Точность расчетов по предлагаемой методике для насосов с n_s • 60-200 находится в пределах 3-55С.

1.8.    Условные обозначения Q - подача насоса, м³/с;

И - нацор насоса, м;

- относительный напор;

П - частота вращения ротора насоса, об/с;

ш 3,65 ’jffi - коэффициент быстроходности;

(где п - в об/мин; в случав насоса с р&бочш колесом двухстороннего входа вместо Q подставляется 0/2);

- кинематический коэффициент вяэкости перекачиваемой жидкости, м^/с;

7 - КДД - коэффициент полезного действия;

КПД ;

- обобщенная подача; ц/ ж S2L- - обобщенный напор;

4L ж £2*?    -    обобщенный    напор при нулевой подаче;

JJ - наружный диаметр рабочего колеса, м;

D - наружный диаметр обточенного рабочего колеса, м;

• степень обточки рабочего колеса;

g_Q „    - число Рейнольдса;

Re_n, Reгр “ ^ЧИСЛА Рейнольдса, определящие условную границу перехода режима течения жидкости из автомодельной области в область зависящих от вязкости и частоты вра^-щения значений параметров насоса, соответственно для напора (Н) и КГЩ ( ? ); .

Rgm    - относительное число    Рейнольдса;

^    р

д - ускорение свободного падения, м/с ;

cLh , oL “ показатели степени в уравнениях пересчета соответственно напора и КЦД с воды на вязкую жидкость и с одной вязкости на другую, и представляющие собой тангенсы углов наклона прямых    и

зависящих от конструкции насоса ( /2/ ).

Для центробежных насосов с * 60-200 принято среднее значение du * 0,128. Показатель d, находится по графической зависимости о(    )    на    рис.    2;

ао,&о.р. К, С,Яе_п,АР/р- коэффициенты и параметры, зависящие от

Л₃ (см.рис. I и 2).

Индекс "в" - для воды, " Р " - для вязкой жидкости.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

2.1.    Для выполнения расчетов напорных характеристик необходимы следующие данные:

характеристика центробежного насоса на воде Ч - Q при известных значениях а и 2) или параметры насоса Н₉0,п,]) по аа-водскому паспорту или ГОСТУ;

значение вязкости ( Р ) перекачиваемой жидкости.

2.2.    Для пересчета параметров насоса с воды на вдэкую жид-

кость идя с одной вязкости на другую должны быть известны параметры насоса, полученные при его работе на жидкости с известным значением вязкости:*?/, Hg к или Oj₄ ,    *$,•

3. РАСЧЕТ НАПОРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИАГИСТРАЛЬНЫХ ЦЕНТРОБЕЯНЫХ НАСОСОВ ПРИ ПЕРЕКАЧКЕ ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Напорные характеристики магистральных насосов представляет собой монотонно падающие кривые. Они могут быть выражены как в безразмерных (обобщенных) параметрах V - Р _f так и в размерных величинах h-gLi, 3,4,7].

3.1. Уравнение напорной характеристики в безразмерных координатах

Уравнение напорной характеристики центробежного насоса, перекачивающего вязкую жидкость в безразмерных координатах выражается зависимостью:

Ц/- Ц-C(/-L)-Qofa^/> '/ⁱ°-*^l9**    (I)

Она справедлива при

При отсутствии обточки рабочего колеса (L • I) зависимость V • f (    )    имеет    вид:

V - V'₀-a_e Re^f‘-    ₍2)

При Ре * I уравнение (2) преобразуется в вид* соответствующий выражению напорной характеристики для автомодельного режима течения жидкости в насосе:

V    - Vo ~ а, ■    (3)

и справедливо для всех значений #е < I.

3.2. Уравнение напорной характеристики в размерных координатах Q - Н

Уравнение напорной характеристики при С • I в размерных координатах получено из выражений У* и V* , приведенных в условных обозначениях раздела 1.8.

а)    для режимов >I;

Н-Ио -л    Q^t*-^KL9*^>    '    (4)

^ГД“    л-*к.

⁼ 9    (₅)

б)    для режимов

*-/* “4,0**,    (6)

Дня облегчения использования уравнений (4) и (6) значения параметров И_{р %} /?₀ и 1_а для магистральных насосов типа НМ даны в табл. I. Значения (    ,    Щ,    &>,    Р,    ^    f    (*j) опре

деляются по рис.1.

Погрешность расчетов напорной кривой насосов в автомодельном режиме в диапазоне подач 0,8 - 1,2 Q_H(M не превмяает 1,5*.

1

Вывод формул пересчета КПД приведен в работе f5j.