ZSB-1油田注水泵及其系統(tǒng)性能測試綜合試驗臺畢業(yè)設計（可編輯）

1、 zsb-1油田注水泵及其系統(tǒng)性能測試綜合試驗臺設計摘要:注水泵屬于通用機械的范疇,在能源經(jīng)濟的各部門應用十分廣泛。注水泵在供水系統(tǒng)中是實現(xiàn)動力循環(huán)的重要組成部分,是重要的輔機之一。為了實現(xiàn)水泵的安全經(jīng)濟運行,提高注水系統(tǒng)的效率,必須掌握水泵基本原理、性能、結構、及運行調節(jié)等方面的必要知識,掌握水泵性能試驗技術。 為了測定注水泵的各項性能參數(shù),進而繪制出泵的性能曲線,我設計了注水泵性能測試實驗臺.可實現(xiàn)能動態(tài)模擬油田注水工況,進行動態(tài)試驗;能實現(xiàn)注水泵串并聯(lián)工作、多級注水泵的拆級、增級工作及注水泵系統(tǒng)能耗測試及節(jié)能分析的實驗; 本次實驗使用的多級泵為離心泵,型號分別為為md12-25-5和md

2、12-25-7,增壓泵型號為kql50/150-2.2/2,進出口管徑均設計為57mm。通過操作本次實驗,我們可以熟悉離心泵實驗裝置的布置以及各種測試的操作方法,并且掌握實驗原理。通過對數(shù)據(jù)的處理以及離心泵性能曲線的繪制,可以加深對離心泵性能的了解。關鍵詞:注水泵、性能參數(shù)、性能曲線、試驗裝置the design of comprehensive experiment stage of the injecting pump and its system performance testabstract:injecting pumps belongs to the scope of genera

3、l machinery, in the energy sources economy with a wide range of departments should.injecting pump in the water supply system power cycle is to achieve an important component of the auxiliary is an important one. in order to achieve safe and economic operation of the pump, we must master the basic pr

4、inciples of pumps, performance, structure, and operational aspects of regulating the necessary knowledge and technology to master pump performance test. to the determination of the performance parameters of centrifugal pump, centrifugal pump and then to map out the performance curve, i designed a ce

5、ntrifugal pump performance test-bed. the test-bed can achieve the goal which trending imitate the oil filed water injecting condition, work the trends experiment; could achieve the injecting pump work in series or in parallel, add the steps of pumps and achieve the energy consume testing of the inje

6、cting pump system, do the experiment of the energy conseveration analyse. the steps pump used in experimental model is md12-25-5 and md12-25-7, the pressure boost pump used in experimental model is kql50/150-2.2/2, the pipe are designed to import and export of diameter 57mm. through the operation of

7、 this experiment, we can experiment with centrifugal pump installations as well as the layout of the operation of various instruments, and master the principle of the experiment. of data processing as well as the centrifugal pump performance curve of the mapping, you can deepen the understanding of

8、the performance of centrifugal pump.keywords: water injecting pump, performance parameters, performance curves, the experimental device目 錄1 課題來源及意義11.1 國內外研究現(xiàn)狀11.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀11.1.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀21.1.3 水泵測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢31.2 離心泵的基礎知識41.3 離心泵的工作原理61.4 離心泵的主要參數(shù)及性能曲線61.4.1 離心泵性能參數(shù)61.4.2 離心泵性能曲線82 系統(tǒng)總體方案設計102.1 方案提出102.

9、2 水泵的性能曲線112.3 實驗原理122.3.1 實驗方法122.3.2 泵實驗原理133 系統(tǒng)設計153.1 實驗裝置的配置153.2 管路的設計153.2.1 管路材料的選型153.2.2 管路直徑和長度的確定153.2.3 管子壁厚的確定173.3 泵和電動機的選型設計173.3.1 泵的選型設計173.3.2 電動機的選型213.4 閥門的選型223.4.1 閥門的種類及特點243.4.2 閥門的調節(jié)機構283.4.3 閥門的具體選擇293.5 流量計,轉矩轉速傳感器和壓力傳感器的選擇323.5.1 流量計的選擇323.5.2 壓力傳感器的選擇373.5.3 轉矩轉速傳感器的選擇3

10、83.6 常壓水箱的設計394 離心泵性能曲線測定實驗指導書404.1 實驗目的404.2 實驗原理404.3 實驗步驟414.4 實驗數(shù)據(jù)處理42總 結44參考文獻45致謝46技術經(jīng)濟性分析471 課題來源及意義 本畢業(yè)設計的題目為zsb-1油田注水泵及其系統(tǒng)性能測試綜合實驗臺設計,本題目主要是設計一個綜合實驗臺,對注水泵各個方面的性能進行測試和計量,用以提高泵效及其使用壽命。水泵測試系統(tǒng)對于水泵基礎理論的研究與發(fā)展、水泵性能改進、水泵設計方法的完善都有著極其重要的作用,因此,水泵綜合參數(shù)自動化測試系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為工業(yè)界廣泛關注的課題之一。目前,國內水泵測試精度低、實時性和可靠性差,很多還

11、是傳統(tǒng)的半自動化形式,其測位分散,全部測量信號沒有綜合管理,而且人機界面不夠友好。與國外性比,技術水平相對落后。 本文正是針對這種情況,對水泵的測試原理和方法進行研究和分析,根據(jù)測試系統(tǒng)的要求,將計算機技術、傳感器技術、數(shù)據(jù)采集技術、智能控制技術相結合并融入現(xiàn)場總線控制技術,實現(xiàn)了水泵各項參數(shù)的控制、性能試驗、數(shù)據(jù)保存、傳輸及曲線擬合等功能。研究了數(shù)據(jù)采集與處理、曲線擬合、控制算法、數(shù)據(jù)庫開發(fā)、通信等實現(xiàn)中的重難點問題,并采取了有效的硬件和軟件抗干擾措施,確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性高和可靠性。 油田注水系統(tǒng)是油田能耗大戶,也是油田投資的主要領域之一,因此開發(fā)高效注水設備,提高現(xiàn)有注水系統(tǒng)運行效率,對于

12、降低油田生產成本具有重要意義。因此,這就需要從根本出發(fā),找到問題解決的辦法,循序漸進,才能有新的突破。因此,現(xiàn)階段我們開展水泵綜合參數(shù)的自動化測試系統(tǒng)的研究,能夠促進水泵測試系統(tǒng)的自動化水平,有助于提高泵產品的研發(fā)效率、改善產品的性能水平,具有較高的實用價值,對于降低油田生產成本,提高我國石油企業(yè)的競爭力也具有現(xiàn)實意義!1.1 國內外研究現(xiàn)狀1.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 在國外,歐美等發(fā)達國家關于泵的相關研究起步較早,在特殊泵的制造,泵的內特性測試等方面仍領先于國內。對泵的外特性測試裝置而言,早在1961年,英國國立工程實驗室(nel)立了自己的水力機械試驗臺,可用于水泵和模型水輪機(最大轉輪直徑

13、0.5m)的性能試驗,可以在開式和閉式兩種循環(huán)方式進行效率和氣蝕實驗,部分參數(shù)是先半自動控制,實驗數(shù)據(jù)由計算機自動采集和處理,并能自動繪制試驗曲線和打印實驗結果。大量外文書刊級互聯(lián)網(wǎng)資料顯示,目前國外水泵測試系統(tǒng)的產品已經(jīng)比較成熟,美國,德國等發(fā)達國家已經(jīng)普遍化,并呈現(xiàn)高集成,小體積,可移動,多功能,設備全,易操作等特點。例如美國tecquipment inc.生產的centrifugal pump test set,是一臺用于離心泵測試的裝置,為研究離心泵在不同揚程,流量和轉速下的特性提供了一種新的測試方法。盡管這類水泵測試裝置具有高集成,小體積,可移動,多功能,設備全,易操作等優(yōu)點,但在數(shù)

14、據(jù)處理方面功能薄弱,缺少嵌入式的數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng),效率不高。1.1.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀 在國內,泵測試技術的發(fā)展歷程可以簡單的劃分為兩個階段:20世紀70年代,20世紀80年代至今。 29世紀70年代屬于指針式測試系統(tǒng)時期,泵的測試基本采用分立式儀器和儀表來測量各種物理量。例如,用水銀壓力計,彈簧壓力計等測量壓力,用文土里流量計,渦輪流量計等測量流量,用電流表,電壓表等測量電力參數(shù)。測試儀表體積龐大,成本高,可靠性低,實驗人員多,工作量大,效率低等都是這一時期水泵測試系統(tǒng)存在的問題。一般情況下,整整一天時間內很難做完水泵的所有實驗,為了得到性能優(yōu)良的水力模型,往往需要進行多次模型試驗,效率極低。

15、 20世紀80年代至今屬于測試系統(tǒng)的自動化時期。隨著產品結構調整和更新?lián)Q代速度加快,市場對產品種類等方面已經(jīng)難以滿足泵產品研制合計順改造的要求。而這個時期正是計算機技術,通訊技術和智能控制技術高速發(fā)展的時期。自動控制領域日新月異,智能儀表,先進的控制系統(tǒng)層出不窮。這給水泵測試技術帶來了契機,人們面臨的困難迎刃而解。智能電磁流量計,超聲波流量計,微光流量計,智能電容式壓力變送器,轉矩轉速傳感器,微機扭矩儀,電子計算機、單片機等先進的智能電子裝置迅速的被應用于新一代的水泵測試系統(tǒng)中,極大地提高了水泵測試系統(tǒng)自動化程度、測試精度、響應速度和人工效率。盡管如此,這種測試系統(tǒng)仍然存在著部分參數(shù)手動控制,

16、費時費力,調節(jié)精度不高,系統(tǒng)龐大,接口復雜,連線眾多,計算機接口資源緊張,維護困難,程序編寫難度高和應用軟件界面不友好等特點。在這一時期中后期,這種系統(tǒng)進建立在一些科研單位、高校和主要生產單位。例如,江蘇大學。華北水利電力學院、清華大學、浙江機械研究所、東方電機廠等。據(jù)調研資料表明,很多水泵測試系統(tǒng)還是傳統(tǒng)的半自動化,其測位分散,全部測量信號沒有綜合管理,而且軟件界面不夠有好,真正建立有水泵微機自動化輔助測試平臺的廠家還不是很多。1.1.3 水泵測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著工業(yè)技術的發(fā)展,我國水泵企業(yè)對測試設備的自動化、智能化要求與日俱增。一方面,要求測試系統(tǒng)具有更高的速度、精度、可靠性和自動化水

17、平,以便減少人力和提高工作效率;另一方面,要求測試系統(tǒng)具有更大的靈活性和適應性?？傮w來說,水泵測試系統(tǒng)正朝著以下幾個方向發(fā)展: 采用高精度、自動化的智能測試技術 傳統(tǒng)的方式中,由于缺乏先進的控制方法,使得測量精度的提高進一步受到限制,不能鑒別設計上的微小改善,尤其是對流量這個非線性、時變、難以建立精確數(shù)學模型的控制對象,通常的方法是:由人工進行工況調節(jié),完全依靠工作人員的經(jīng)驗,調節(jié)費時、費力、穩(wěn)定性差且精度不高。 隨著科學技術的發(fā)展,尤其是自適應控制、魯棒控制、非線性控制、大系統(tǒng)理論和預測控制等現(xiàn)代理論的出現(xiàn),以及儀器儀表的高度自動化和信息管理的現(xiàn)代化,使得對流量的自動調節(jié)成為可能。一些先進的

18、控制方法和模糊控制不依賴于被控對象的數(shù)學模型,對無法建?；蚝茈y建模的復雜對象,也能利用人的經(jīng)驗知識來設計模糊控制器來完成任務。與傳統(tǒng)的pid控制相結合,也可以揚長避短,提高控制精度。 因此水泵測試系統(tǒng)應該打破傳統(tǒng)的測試方法,綜合采用現(xiàn)代的檢測技術、智能控制技術、網(wǎng)絡技術和電子計算機及其外部設備自動進行參數(shù)測試、傳輸和處理。采用實時調節(jié),實時測試,能快速采樣和測試參數(shù),從而提高測試系統(tǒng)的精度和自動化程度。 深入進行內特性方面的測試 深入進行水泵流道內不同工況下流速分布、壓力分布、壓力脈動、氣蝕形態(tài)、氣蝕強度、氣蝕侵蝕部位等內特性研究,對全面測試水泵的性能、發(fā)展水泵理論和提高設計水平有重要意義,因

19、此國外一些廠家和高等院校對內特性的研究十分重視。目前高速攝影技術、流場顯示技術、熱膜探針、電子探針以及激光測速儀等新技術和儀表均已得到應用。電子計算機在流態(tài)分析中也得到了應用。 多功能化 一個功能完善的微機水泵綜合測試系統(tǒng)一般應能對多型式、多種規(guī)格的水泵進行測試,以此增加實驗裝置的適應性和多功能性。此外,還要求盡量縮短研制周期和降低成本。1.2 離心泵的基礎知識 (1)離心泵的基本結構 離心泵的基本構造是由六部分組成的,分別是葉輪,泵體,泵軸,軸承,密封環(huán)和填料函。 1)葉輪是離心泵的核心部分,它轉速高出力大,葉輪上的葉片又起到主要作用,葉輪在裝配前要通過靜平衡實驗。葉輪上的內外表面要求光滑,

20、以減少水流的摩擦損失。 2)泵體也稱泵殼,它是水泵的主體。起到支撐固定作用,并與安裝軸承的托架相連接。 3)泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動機相連接,將電動機的轉距傳給葉輪,所以它是傳遞機械能的主要部件。 4)軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構件,有滾動軸承和滑動軸承兩種。滾動軸承使用牛油作為潤滑劑加油要適當一般為2/33/4的體積太多會發(fā)熱,太少又有響聲并發(fā)熱!滑動軸承使用的是透明油作潤滑劑的,加油到油位線。太多油要沿泵軸滲出并且漂濺,太少軸承又要過熱燒壞造成事故!在水泵運行過程中軸承的溫度最高在85度一般運行在60度左右,假如過高就要查找原因并及時處理! 5)密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間隙過

21、大會造成泵內高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓區(qū),影響泵的出水量,效率降低!間隙過小會造成葉輪與泵殼摩擦產生磨損。為了增加回流阻力減少內漏,延緩葉輪和泵殼的所使用壽命,在泵殼內緣和葉輪外援結合處裝有密封環(huán),密封的間隙保持在0.251.10mm之間為宜。 6)填料函主要由填料,水封環(huán),填料筒,填料壓蓋,水封管組成。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙,不讓泵內的水流不流到外面來也不讓外面的空氣進入到泵內。始終保持水泵內的真空!當泵軸與填料摩擦產生熱量就要靠水封管住水到水封圈內使填料冷卻!保持水泵的正常運行。所以在水泵的運行巡回檢查過程中對填料函的檢查是非常重要的! (2)離心泵的過流部件 離心

22、泵的過流部件有:吸入室,葉輪,壓出室三個部分。葉輪室是泵的核心,也是流部件的核心。泵通過葉輪對液體的作功,使其能量增加。葉輪按液體流出的方向分為三類: 1)徑流式葉輪液體是沿著與軸線垂直的方向流出葉輪。 2)斜流式葉輪液體是沿著軸線傾斜的方向流出葉輪。 3)軸流式葉輪液體流動的方向與軸線平行的。 葉輪按吸入的方式分為二類,分別是單吸葉輪和雙吸葉輪。 葉輪按蓋板形式分為三類,分別是封閉式葉輪、敞開式葉輪和半開式葉輪。其中封閉式葉輪應用很廣泛,前述的單吸葉輪雙吸葉輪均屬于這種形式。 圖1-1 離心泵結構示意圖1.3 離心泵的工作原理 離心泵的工作原理是:離心泵所以能把水送出去是由于離心力的作用。水

23、泵在工作前,泵體和進水管必須罐滿水行成真空狀態(tài),當葉輪快速轉動時,葉片促使水很快旋轉,旋轉著的水在離心力的作用下從葉輪中飛去,泵內的水被拋出后,葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。水源的水在大氣壓力的作用下通過管網(wǎng)壓到了進水管內。這樣循環(huán)不已,就可以實現(xiàn)連續(xù)抽水。在此值得一提的是:離心泵啟動前一定要向泵殼內布滿水以后,方可啟動,否則將造成泵體發(fā)熱,震動,出水量減少,對水泵造成損壞造成設備事故! 離心泵的種類很多,分類方法常見的有以下幾種方式: (1按葉輪吸入方式分:單吸式離心泵和雙吸式離心泵。 (2按葉輪數(shù)目分:單級離心泵和多級離心泵。(3按葉輪結構分:敞開式葉輪離心泵、半開式葉輪離心泵和封閉式葉輪離

24、心泵。 (4按工作壓力分:低壓離心泵、中壓離心泵和高壓離心泵。 (5按泵軸位置分:臥式離心泵和邊立式離心泵。1.4 離心泵的主要參數(shù)及性能曲線 水泵的性能參數(shù)如流量q揚程h軸功率n轉速n效率之間存在的一定的關系。他們之間的量值變化關系用曲線來表示,這種曲線就稱為水泵的性能曲線。水泵的性能參數(shù)之間的相互變化關系及相互制約性是以該水泵的額定轉速為先決條件的。1.4.1 離心泵性能參數(shù) 泵的主要性能參數(shù)有流量、揚程h、功率p、效率和汽蝕余量。這些參數(shù)之間有著一定的相互聯(lián)系,而反映這些性能參數(shù)間變化關系的曲線,稱為性能曲線。性能曲線通常是指在一定轉速下,以流量為橫坐標,揚程h、功率p、效率、汽蝕余量為

25、縱坐標,可繪制出-h、-p、-及-等不同的性能曲線。這些曲線直觀地反映了泵的總體性能。性能曲線對泵的選型,經(jīng)濟合理的運行都起著十分重要的作用。離心泵的性能曲線 (1)流量 流量是指單位時間內通過泵出口輸出的液體量,一般采用體積流量來表示,常用單位為/s、/h、l/s。 (2)揚程 揚程是單位重量輸送液體從泵入口至出口的能量增量,用h表示,單位為m。 (3)轉速 泵軸每分鐘的轉數(shù)稱為轉速,用n表示,單位是r/min。 (4)功率 泵的功率可分為有效功率、軸功率和原動機功率。 單位時間內通過泵的流體所獲得的功率,即輸出功率稱為有效功率,用表示。 原動機傳遞給泵轉軸上的功率,即輸入功率稱為軸功率,用

26、p表示。 原動機功率一般指原動機的輸出功率,即原動機所具備的對外做功能力,用表示。因此,它與輸入原動機的功率是不同的。 (5)損失和效率 在泵的運行過程中,存在多種能量損失。按照其性質可分為機械損失、容積損失和流動損失三種。軸功率減去這三部分損失所對應的功率即等于有效功率。 機械損失主要包括軸端密封于軸承的摩擦損失及葉輪前后蓋板外表面與流體之間的圓盤摩擦損失兩部分。機械損失功率為上述兩種損失之和,機械損失用機械效率來衡量。機械效率用下式表示: (式1-1)式中 ?機械損失功率。 泵由于轉動部件與靜止部件之間存在間隙,當葉輪轉動時,在間隙兩側產生壓力差,因而使部分由葉輪獲得能量的流體從高壓側通過

27、間隙向低壓側泄露,這種損失稱為容積損失或泄露損失。容積損失用容積效率來衡量,容積效率用下式表示: (式1-2) 式中 ?容積損失功率,kw。 流動損失發(fā)生在吸入室、葉輪流道、導葉和殼體中。流體和各部分流道壁面摩擦會產生摩擦損失;流道斷面變化、轉彎等會使邊界層分離、產生二次流而引起擴散損失;由于工況改變,流量偏離設計流量時,入口流動角與葉片安裝角不一致,會引起沖擊損失。 影響泵效率最主要的因素是流動損失,即在所有的損失中,流動損失最大。流動損失用流動效率來衡量。流動效率用下式表示: (式1-3) 式中 ?流動損失功率,kw。 (6)泵的總效率 總效率是衡量泵經(jīng)濟性的重要技術指標。泵的總效率等于有

28、效功率與軸功率之比,即: (式1-4) 由上式可知,泵的總效率等于流動效率、容積效率和機械效率三者的乘積。1.4.2 離心泵性能曲線 水泵性能曲線主要有三條曲線:流量?揚程曲線,流量?功率曲線,流量?效率曲線。 (1)流量?揚程特性曲線 它是離心泵的基本的性能曲線。比轉速小于80的離心泵具有上升和下降的特點,稱駝峰性能曲線。比轉速在80150之間的離心泵具有平坦的性能曲線。比轉數(shù)在150以上的離心泵具有陡降性能曲線。一般的說,當流量小時,揚程就高,隨著流量的增加揚程就逐漸下降。 (2)流量?功率曲線 軸功率是隨著流量而增加的,當流量q0時,相應的軸功率并不等于零,而為一定值。這個功率主要消耗于

29、機械損失上。此時水泵里是布滿水的,假如長時間的運行,會導致泵內溫度不斷升高,泵殼,軸承會發(fā)熱,嚴重時可能使泵體熱力變形,我們稱為“悶水頭”,此時揚程為最大值,當出水閥逐漸打開時,流量就會逐漸增加,軸功率亦緩慢的增加。 (3)流量?效率曲線 它的曲線象山頭外形,當流量為零時,效率也等于零,隨著流量的增大,效率也逐漸的增加,但增加到一定數(shù)值之后效率就下降了,效率有一個最高值,在最高效率點四周,效率都比較高,這個區(qū)域稱為高效率區(qū)。 以上幾個方面了解了離心泵構造,工作原理、特性曲線以后,如何合理配置電機水泵的功率,是保證水泵的安全運行,優(yōu)質供水,降低生產成本的關鍵。合理配置水泵功率,發(fā)揮水泵最佳工作區(qū)

30、域的安全運行,才符合設備合理配置的可靠性和經(jīng)濟性原則。 隨著科技的不斷發(fā)展,水泵的現(xiàn)代化程度也不斷提高,減少了許多的人為治理操作。現(xiàn)在大多采用計算機監(jiān)控的自動操作模式,這也就對操作人員的自身素質提出了更高的要求。因為一臺水泵的異常狀況會影響到整各供水系統(tǒng)的網(wǎng)絡,造成嚴重后果。在生產中把所學的知識運用到實踐工作中去,合理安排好水量的分配和調度,利用各臺水泵的特性使用最少的功率達到水泵的最大出水量,達到最佳運行狀態(tài),并做到安全,優(yōu)質,低耗供水,這樣就是我們所應該追求的目標!2 系統(tǒng)總體方案設計2.1 方案提出 以往的一些泵的實驗裝置基本上都是針對特定的單一泵進行性能試驗,而本實驗要求整個試驗臺不僅

31、能進行單泵的性能試驗,而且還要求能實現(xiàn)注水泵串并聯(lián)工作、多級注水泵的拆級、增級工作及注水泵系統(tǒng)能耗測試及節(jié)能分析的實驗,故要求本實驗臺能通過對一些閥的啟閉,實現(xiàn)泵的串并聯(lián),從而測得回路中所需的相關數(shù)值,繪制出泵的特性曲線!所以,現(xiàn)提出試驗臺的具體方案如圖2-1: 圖2-1 此次設計的試驗回路是一個開式的試驗回路,試驗臺主要有常壓水箱,兩條單泵的試驗管路和七條注水管線組成。在做單泵的性能試驗時,關閉進口閥1,出口閥1,和串聯(lián)閥,關閉六條注水管線,即可實現(xiàn)一個單泵回路,通過測試相關數(shù)據(jù),就可獲得單泵的性能參數(shù)曲線;在做泵的串聯(lián)實驗時,關閉進口閥1和出口閥2,關閉六條注水管線,打開進口閥1和出口閥2

32、,即可實現(xiàn)兩臺泵的串聯(lián);在做泵的并聯(lián)實驗時,關閉串聯(lián)閥,關閉六條注水管線,分別打開進口閥1和2以及出口閥1和2,就可得到兩臺注水泵的并聯(lián)回路;在做注水泵系統(tǒng)能耗測試及節(jié)能分析的實驗時,把七條注水管線全部打開,再通過截止閥的調節(jié)來模擬油田每個注水井注水的狀況,最終繪制整個回路的特性曲線。2.2 水泵的性能曲線 離心泵性能曲線的測定 (1)h的測定 在一定的型號和轉速下,離心泵的揚程h、軸功率n及效率均隨流量q而改變。通常通過實驗測定出h?q、n?q及?q關系,并用曲線表示之,成為離心泵特性曲線。離心泵特定曲線是確定泵的適宜操作條件和選用泵的重要依據(jù)。 在離心泵進出口管裝設真空表和壓力表,在相應的

33、兩截面列出機械能算方程式(以單位重量液體為橫算計準)。 (式2-1) (式2-2) 上式中hf入-出是泵的吸入口和壓出口之間管路內的流體流動阻力(不包括泵體內部的流動阻力所引起的壓頭損失),當所選的兩截面很接近泵體時,與柏努利方程中其它項比較,hf入-出值很小,故可忽略。于是上式變?yōu)? (式2-3)將測的(z出-z入)和(p出-p入)的值以及計算所得的入,出代入上式可求得h的值。 (2)n的測定 轉矩轉速傳感器測得的功率為電動機的輸入功率。由于泵由電動機直接帶動,傳動效率可視為1.0,所以電動機的輸出功率等于泵的軸功率。即: 泵的軸功率n電動機的輸出功率,kw; 電動機的輸出功率電動機的輸入功

34、率電動機的效率; 泵的軸功率功率表的讀數(shù)電動機效率,kw。 (3)的測定 泵的總效率可由測定的泵有效功率和電機實際消耗功率計算得出,即: (式2-4) 其中 (式2-5)式中:-泵的效率; n-泵的軸功率,kw ne-泵的有效功率,kw h-泵的壓頭,m q-泵的流量,m3/s -水的密度,kg/m3這時得到的泵的總效率除了泵的效率外,還包括傳動效率和電機的效率。 為了準確全面地表征離心泵的性能,需在一定轉速下,將實驗測得的各項參數(shù)即:he、n、與vs之間的變化關系繪成一組曲線。這組關系曲線稱為離心泵特性曲線。離心泵特性曲線可確定泵的最適宜操作狀況。通常,離心泵在恒定轉速下運轉,因此泵的特性曲

35、線是在一定轉速下測得的。若改變轉速,泵的特性曲線也將隨之改變。2.3 實驗原理 在生產上選用一臺即滿足生產任務又經(jīng)濟合理的離心泵,總是根據(jù)生產要求(壓頭和流量),參照泵的性能來決定。泵的性能,即在一定轉速下,離心泵的壓頭h,軸功率n及效率均隨實際流量q的大小而改變,通常用水做實驗測出h?q,n?q,?q之間的關系,稱為特性曲線,特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用離心泵的重要依據(jù)。2.3.1 實驗方法1?離心泵的正確操作 離心泵的正確啟動、運行和停機是保證輸水系統(tǒng)安全、經(jīng)濟供水的前提。 啟動前的準備工作: 水泵啟動前注意做好全面檢查工作,檢查軸承中潤滑油是否足夠、干凈;出水閘閥是否處于關閉狀態(tài)

36、;裝置各處連接螺栓有無松動現(xiàn)象;配電設備是否完好正常。然后,進行灌泵工作。 灌泵就是啟動前向泵及吸水管中充水,以便啟動后在泵的入口處造成抽吸液體必須的真空值。 對于首次啟動的水泵,還應進行轉向檢查,檢查其轉向是否與泵廠規(guī)定的轉向一致。 準備工作就緒之后,即可啟動水泵。啟動應在閉閥情況下進行,運行一般不超過23min,待水泵轉速穩(wěn)定后,發(fā)現(xiàn)壓力表讀數(shù)上升至水泵零流量時的空轉揚程時,可逐漸打開出水管上的閘閥。此時真空表讀數(shù)逐漸增加,壓力表讀數(shù)逐漸下降,配電屏上電流表逐漸增大,待閘閥全開時,即告啟動工作完成。 運行中應注意的問題 (1)要隨時注意檢查各個儀表工作是否正常、穩(wěn)定。電流表上的讀數(shù)應不超過

37、電動機的額定電流,否則都應及時停車檢查。 (2)檢查泵與電動機的軸承和機殼溫度,軸承溫度一般不得超過周圍環(huán)境溫度為35,最高不超過75,否則應立即停車檢查。 停車時應注意的問題 停車前先關出水閘閥,實行閉閘停車。并把泵和電動機表面的水擦干凈。冬季停車后還應考慮水泵不致凍裂。 2?實驗方法: 利用泵相應閥門的開、閉和調節(jié),形成泵的單泵?泵的串聯(lián)?并聯(lián)工作回路,在泵出口閥門的一定開度下,測量一組相應的進口壓力、出口壓力的讀數(shù),由此測得這個工況下泵的揚程h和流量q;并利用轉矩轉速傳感器表讀出電機的輸入功率,由此可得出泵的相應實用功率p。在多個工況閥門的不同開度下可分別測得每個工況的流量q、揚程h和實

38、用功率p等數(shù)據(jù),從而可經(jīng)計算并繪制出泵的q?h、q?p和q?等特性曲線。2.3.2 泵實驗原理 如果在泵的操作中,測得其流量、進出口壓力和泵所消耗的功率(即軸功率),則可求得其特性曲線。 泵的壓頭為: (式2-5)式中:h2?泵出口處的壓力表讀數(shù),以m水柱(真空度)表示; h1?泵入口處的真空表讀數(shù),以m水柱(真空度)表示; h0?壓力表和真空表測接頭之間的垂直距離,m; u2?壓出管內水的流速,m/s; u1?吸入管內水的流速,m/s; g? 重力加速度,9.81m/s2 軸功率n,就是泵從電機接受到的實際功率,在本實驗中不直接測量軸功率,而是用瓦特計測得電機的輸入功率,再由下式求得軸功率。

39、nn電?電?傳 (式2-6)式中:n電?電動機的輸入功率,kw; 電?電動機的效率,由電動機效率曲線求得,無因次; 傳?聯(lián)軸節(jié)或其他裝置的傳動效率,無因次,聯(lián)軸節(jié)取1。 泵的效率即為有效功率與其軸功率之比,由下式求得: (式2-7)式中:q?泵的流量,m3/s; h?泵的壓頭,m; ?水的密度,kg/m3; n ?泵的軸功率,kw 圖2-1 離心泵通用性能曲線3 系統(tǒng)設計3.1 實驗裝置的配置 實驗臺的主要配置如下: 多級泵,單級增壓泵,三相異步電動機,常壓水箱,水封式閘閥,壓力傳感器,轉矩轉速傳感器,流量計,流量調節(jié)閥,管道支架,試驗臺底座,各種組合管件,鋼管。3.2 管路的設計3.2.1

40、管路材料的選型 無縫鋼管的優(yōu)點是質量均勻強度高。其材質有碳鋼,優(yōu)質碳鋼,低合金鋼,不銹鋼和耐熱鉻鋼。因制造方法不同,分為熱軋無縫鋼管和冷拔無縫鋼管兩種。管道工程中,管徑超過57mm 時,常用熱軋管;57mm以下時常用冷拔管。 無縫鋼管常用于輸送各種受壓氣體、蒸汽和液體。能耐較高溫度435。合金鋼管用于輸送腐蝕性介質,其中耐熱合金管耐溫可達900?950。無縫鋼管的規(guī)格以外徑壁厚mm表示。冷拔管最大外徑為200mm,熱軋管最大外徑為730mm。無縫鋼管按用途分為一般無縫管與專用無縫管,如石油裂化用無縫管,鍋爐無縫管、化肥無縫管等。常用于輸送高溫油品、油氣及其它含油,含氫介質。 所以,選擇無縫鋼管

41、的冷拔式的20#,材料為gb8163。3.2.2 管路直徑和長度的確定 管子的選定應按化工生產工藝過程要求來進行。主要是確定管子的內徑大小,選取合適的管子材料,確定管子的壁厚兵選定標準的常用鋼管規(guī)格來滿足介質的耐溫,耐壓力,耐腐蝕和加工制作等方面的要求。 管子的內徑首先由工藝計算決定。通常流體介質在管內的流速是有規(guī)定范圍的,大致如表2-4所示。只要知道該管路中需要通過的流體的最大流量,就可以算出管子的內徑大小。 d18.8w/v*1/2 式(3-1)或者 d18.8(q/v)1/2 式(3-2)式中:d?管路直徑,mm; w?介質流量,m3/h; q?介質的容積流量,m3/h; ?介質密度,k

42、g/m3; v?介質的平均流速,m/s;表3-1 各介質的常用流速范圍流 體 的 類 別 及 情 況常 用 的 流 速 范 圍,m/s可壓縮性氣體(1-2個大氣壓)8-15飽和蒸汽壓20-40過熱蒸汽30-50低壓空氣12-15高壓空氣20-25排氣管20-50煤氣速度12-15s 根據(jù)計算所得的管子內徑來選相近的公稱直徑。通常都是向偏大的公稱直徑選取。由于該系統(tǒng)的流量為 :w3m3/h; 液體的流速:v0.44m/s (該速度屬于粘度較大的液體)把以上數(shù)據(jù)代入上式計算得:d18.8*50mm。 本實驗進出口管道設計管徑均為50mm。根據(jù)gb3216-89,對于標準實驗管路,從具有自由液面的水

43、池中飲水或者是在閉式回路中所設置的具有靜止液面的大容器中飲水,入口等徑直管段長度應是: 若入口節(jié)流閥一直保持全開狀態(tài),入口等徑直管段長度應不少于7d,即350mm; 若入口節(jié)流閥處于任意開度狀態(tài),入口等徑直管段長度應不少于12d,即600mm。根據(jù)本實驗的實際情況,不需要改變節(jié)流閥的開度,則入口等徑直管短應不少于350mm。而出口等徑直管段長度應不小于4d,即420mm。3.2.3 管子壁厚的確定 管子壁厚的確定還要根據(jù)管路介質和工藝條件,先確定管路材料,再根據(jù)介質壓力和溫度等參數(shù)校核管子的壁厚。最后按管子的標準規(guī)格選定常用的管子規(guī)格。 對于中低壓碳鋼,合金鋼管子壁厚計算看可按下式: 式(3-

44、3) 式中?管壁厚度,mm; p?管內介質工作壓力,公斤/厘米2;在壓力不高時,式中分母中的p可取p0,以簡化計算。 d?管子外徑,mm; ?焊縫系數(shù),無縫鋼管1;直接焊縫鋼管0.8;螺旋縫焊接鋼管0.6; ?管子材料的許用應力 ,公斤/毫米2,參照表1-5; c?管子壁厚附加量,毫米;附加量應包括管子的負公差,加工時的減薄量以及介質腐蝕余量等。(取2mm) 由于 管子的工作壓力0.5-5mpa。 管子外徑57mm。 焊縫系數(shù)1。 常溫下20#(材料為gb8163)的許用應力是130mpa。把以上數(shù)據(jù)代入公式得: 3.3.經(jīng)查化工機械手冊, 則管子的壁厚3.5mm。3.3 泵和電動機的選型設計

45、3.3.1 泵的選型設計3.3.1.1 泵選型的一般程序 (1)根據(jù)裝置的布置、地形條件、水位條件、運轉條件、經(jīng)濟方案比較等多方面因素進行首要考慮; (2)考慮選擇泵的立位方式,例如臥式、立式或其它型式(管道式、直角式、變角式、轉角式、平行式、垂直式、直立式、潛水式、便拆式、液下式、無堵塞式、自吸式、齒輪式、充油式、充水溫式); (3)根據(jù)液體介質屬性,確定清水泵,熱水泵、油泵、化工泵、耐腐蝕泵、雜質泵,或者是采用不堵塞泵。這里需要注意的是,安裝在爆炸區(qū)域的泵,應根據(jù)爆炸區(qū)域等級,采用防爆電動機。 (4)考慮振動量。振動量分為:氣動、電動(電動分為220v電壓和380v電壓)。 (5)根據(jù)流量

46、大小,考慮選單吸泵還是雙吸泵:根據(jù)揚程高低,考慮選擇單吸泵還是多吸泵、高轉速泵還是低轉速泵(空調泵)、多級泵還是單級泵。其中,多級泵效率比單級泵低,當選單級泵和多級泵同樣都能用時,宜選用單級泵。 (6)確定泵的具體型號,采用什么系列的泵選定后,就可按最大流量,放大5%?10%余量后的揚程這兩個性能主要參數(shù),在型譜圖或系列特性曲線上確定具體型號。 利用泵特性曲線,在橫坐標上找到所需流量值,在縱坐標上找到所需揚程值,從兩值分別向上和向右引垂線或水平線,兩線交點正好落在特性曲線上,則該泵就是要選的泵,但是這種理想情況一般不會很多,通常會碰上下列兩種情況: 第一種是交點在特性曲線上方,這說明流量滿足要

47、求,但揚程不夠,此時,若揚程相差不多,或相差5%左右,仍可選用,若揚程相差很多,則選揚程較大的泵。或設法減小管路阻力損失。 第二種是交點在特性曲線下方,在泵特性曲線扇狀梯形范圍內,就初步定下此型號,然后根據(jù)揚程相差多少,來決定是否切割葉輪直徑,若揚程相差很小,就不切割,若揚程相差很大,就按所需q、h、,根據(jù)其ns 和切割公式,切割葉輪直徑,若交點不落在扇狀梯形范圍內,應選揚程較小的泵。 選泵時,有時須考慮生產工藝要求,選用不同形狀q-h特性曲線。 (7)泵型號確定后,對水泵或輸送介質的物理化學介質近似水的泵,需再到有關產品目錄或樣本上,根據(jù)該型號性能表或性能曲線進行校改,看正常工作點是否落在該

48、泵優(yōu)先工作區(qū),有效npsh是否大于(npsh)。也可反過來以npsh校改幾何安裝高度。 (8)對于輸送粘度大于20/s的液體泵,一定要把以水實驗泵特性曲線換算成該粘度的性能曲線,特別要對吸如性能進行認真計算或較核。 (9)確定泵的臺數(shù)和備用率: 對正常運轉的泵,一般只用一臺,因為一臺大泵與并聯(lián)工作的兩臺小泵相當,(指揚程、流量相同),大泵效率高于小泵,故從節(jié)能角度講寧可選一臺大泵,而不用兩臺小泵,但遇有下列情況時,可考慮兩臺泵并聯(lián)合作: 1)流量很大,一臺泵達不到此流量。 2)對于需要有50%的備用率大型泵,可改兩臺較小的泵工作,兩臺備用(共三臺)。對某些大型泵,可選用70%流量要求的泵并聯(lián)操

49、作,不用備用泵,在一臺泵檢修時,另一臺泵仍然承擔生產上70%的輸送。 3)對需24小時連續(xù)不停運轉的泵,應備用三臺泵,一臺運轉,一臺備用,一臺維修。 設計院在設計裝置設備時,要確定泵的用途和性能并選擇泵型。這種選擇首先得從選擇泵的種類和形式開始,那么以什么原則來選泵呢?依據(jù)又是什么? 3.3.1.2 泵選型原則 (1)使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚程、壓力、溫度、汽蝕流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。 (2)必須滿足介質特性的要求。 (3)機械方面可靠性高、噪聲低、振動小。(4)經(jīng)濟上要綜合考慮到設備費、運轉費、維修費和管理費的總成本最低。 (5離心泵具有轉速高、體積小、重量輕、效率高、流量大

50、、結構簡單、輸液無脈動、性能平穩(wěn)、容易操作和維修方便等特點。 因此除以下情況外,應盡可能選用離心泵: (1)有計量要求時,選用計量泵 (2)揚程要求很高,流量很小且無合適小流量高揚程離心泵可選用時,可選用往復泵,如汽蝕要求不高時也可選用旋渦泵 (3)揚程很低,流量很大時,可選用軸流泵和混流泵 (4)介質粘度較大(大于6501000/s)時,可考慮選用轉子泵或往復泵(齒輪泵、螺桿泵)。 (5)介質含氣量75%,流量較小且粘度小于37.4/s時,可選用旋渦泵 (6)對啟動頻繁或灌泵不便的場合,應選用具有自吸性能的泵,如自吸式離心泵、自吸式旋渦泵、氣動(電動)隔膜泵3.3.1.3 泵的選型依據(jù) 泵選型依據(jù),應根據(jù)工藝流程,給排水要求,從五個方面加以考慮,既液體輸送量、裝置揚程、液體性質、管路布置以及操作運轉條件等。 (1)流量是選泵的重要性能數(shù)據(jù)之一,它直接關系到整個裝置的的生產能力和輸送能力。如設計院工藝設計中能算出泵正常、最小、最大三種流量。選擇泵時,以最大流量為依據(jù),兼顧正常流量,在沒有最大流量時,