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

Марка насоса	: Подача : сменного	А	:	Нс	А	1 Sc
	:
НМ 1250-260	1350	62,5	0,440	325	660	326
	1250	-	0,395	252	660	326
	900	64,8	0,418	296	502	2,03
НМ 2500-230	г5оо	105,4	0,430	280	ИЗ	2,30
	2500	-	0,385	228	113	2,30
	1600	113,4	0,405	250	99	1,85
	1250	104,0	0,425	252	105	1,10
HU 3600-230	3600	113,0	0,450	210	72	2,38
	3600	_	0,405	253	72	2,38
	2500	114,4	0,430	297	90	1,30
	1800	113,0	0,450	270	216	2.40
НМ 5000-210	5000	165,0	0,450	300	46	2,34
	5000	_	0,405	243	46	2,34
	ззоо	153,5	0,470	265	70	2,21
	2500	160,0	0,430	240	68	1,69
НМ 7000 '.10	7000	195,7	0,475	310	37	1.5
		-	0,428	250	37	1.5
	5000	178,4	0,475	290	47	1,79
	3500	202,8	0,467	265	56	1,68
НМ I0000-210	12500	226,2	0,520	380	25	1,63
	10000	233,0	0,495	330	27	1,52
	10000		0,445	275	27	1,52
	7000	232,0	0,505	340	57	1,26
	5000	222,6	0,475	280	43	1,42

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..

70 - 125	20-15	1,0	-1,5
125 - 175	15 - II	1,5	- 2,5
175 - 230	II - 5	2.5	.. 3,5

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

а; V mVc	: 0,02	: 0,04	: 0,06	: 0,08	: 0,1	: 0,11
Q m®/4	72	144	216	288	360	396
Н. м	23,66	22,6	20,84	18,33	15,07	13,16
^эвсп.,м	23,60	22,4	20,8	18,45	15,00	13,9
^н, 51	0,25	0,89	0,28	0,65	0,47	5,3
б) Q м®/с	0,02	0,04	0,06	0,08	0,1	0,11
0 мэ/ч	72	144	216	288	360	396
«2* “	23,5	22,05	19,61	16,20	11,8	9,25
ti эксп., м	23,1	22,05	19,1	16,15	12,3	-
%	1,73	0	2,67	0,31	4,06	-

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 :

S' : 0,02 : 0,04 : 0,06 : 0,08 : 0,10 : 0,12 : 0,14 *^расч. 5,78 5,72 5,61 5,45 5,23 4,97 4,66 ^эксп. 5,78 5,76 5,70 5,55 5,38 5,15 4,82 <г % 0 0,69 1,58 1,83 2,78 3,49 3,32

б) Для расчета напорных характеристик ^*■    */) используется формула ''):    -    Qo#efi'

х^, 1 «j * * * *		/ А ~	Я*п Лё 9	• ЛШ-Ф-	so’* ао ■&'*
А -	r.tiO*		/	IgA т asoi;
и/ -	AS -	з,елаз* • У		,*.f-o,fectsos -Л*-Юё-		С,***. т »
</ :	0,02 :	0,04 :	0,06	: 0,08 :	0,10: 0,12 :	0,14
W расч.	5,77	5,66	5,47	5,21	4,87 4,45	3,95
W эксп.	5,75	5,68	5,46	5,26	4,90 4,40	3,75
а %	U,34	0,35	0,18	0,95	0,61 1,13	5,33

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.