Как определяется давление на нагнетании насоса
Насосы тепловых электростанций характеризуются следующими параметрами:
· объемной производительностью (подачей) Q, м 3 /с;
· давлением на стороне нагнетания рн, Па;
· плотностью перемещаемой среды r, кг/м 3 .
В расчетах тепловой схемы ТЭС расход воды определяется как массовый D, кг/с. Между объемным и массовым расходами выполняется соотношение
Напор насоса Dр, Па, определяется как разность давлений на стороне нагнетания рн и на стороне всасывания рв
Мощность, потребляемая насосом, Nн, Вт,
где uср – среднее значение удельного объема среды, м 3 /кг; hн – КПД насоса, учитывающий суммарные гидравлические, объемные и механические потери в насосе. Современные насосы электростанций имеют КПД 0,83 – 0,85.
Давление нагнетания рн, развиваемое насосом, определяется заданным давлением в конечной точке тракта рк, суммарными гидравлическими сопротивлениями тракта SDрс и разницей геометрических отметок Н между точками перемещения среды
где g = 9,81 м/с 2 .
Давление на стороне всасывания рассчитывается из условия недопущения вскипания воды при падении её на быстровращающиеся лопасти колеса насоса (условие обеспечения бескавитационной работы). Оно выражается в обеспечении определенного давления, зависящего от температуры среды,
где р 1 – давление насыщения, соответствующее температуре воды; Dр – запас по давлению.
Допустимое давление на всасывающей стороне (называемое кавитационным запасом) указывается в справочниках для большинства типов насосов или рассчитывается по формуле (3).
Питательные насосы
Давление нагнетания питательных насосов определяется в соответствии с формулой (2), схема рис. 1.
Для барабанных котлов с естественной циркуляцией максимальное давление питательной воды рпв, МПа, которое должен создать питательный насос, определяется давлением в барабане рб с запасом по давлению на открытие предохранительных клапанов Dрпк:
Для котлов на давление пара на выходе рпе = 13,8 МПа правилами Котлонадзора устанавливается значение Dрпк = (0,05 – 0,08) рпе. Для котлов на давление выше 22,5 МПа Dрпк = 0,10 рпе.
Давление в барабане котла рб определяется через рпв и потери давления в перегревателе Dрпп = 1,0 – 1,5 МПа.
С учетом запаса по давлению на срабатывание предохранительных клапанов
Суммарное гидравлическое сопротивление тракта от барабана до питательного насоса имеет следующие составляющие:
где Dрвэ = 0,35 – 0,75 МПа –сопротивление экономайзера; Dррпк = 0,1 МПа – сопротивление регулирующего клапана питания котла; Dрпвд = 0,8 – 1,2 МПа – суммарное гидравлическое сопротивление ПВД (более точно определяется по справочнику [5] для выбранных типов подогревателей); Dртр = 0,15 – 0,35 МПа – сопротивление трубопроводов от насоса до экономайзера котла.
При определении геодезического напора учитывают высоту Нк, м, подъема воды от оси насоса до верхнего коллектора испарительного контура котла (см. характеристики котлов). Определение средней плотности воды проводится аналогично котлам барабанного типа.
Давление воды на входе в насос рассчитывается по формуле (5), как и для барабанных котлов. Однако при установке питательных насосов к блокам мощностью 250 МВт и более применяют быстроходные насосы с турбо- и электроприводом, для обеспечения бескавитационной работы которых недостаточно подъема деаэратора на высоту 22 – 25 м. Для создания давления на всасе питательного насоса устанавливают предвключенные бустерные насосы; давление нагнетания бустерного насоса (рн = 2 – 5 МПа) является давлением на всасывающей стороне питательного насоса, достаточным для предотвращения кавитации.
При установке бустерных насосов их необходимо выбирать так же, как основные питательные насосы.
Бустерные насосы энергоблоков 500, 800 и 1200 МВт являются встроенными в главный питательный насос, имея с ним общий привод от турбины через понижающий редуктор.
Выбрав число насосов, рассчитав производительность, давление нагнетания и напор, по справочным данным определяют типоразмер насоса и рассчитывают потребляемую мощность по формуле (1).
В случае установки насосов с турбо- и электроприводом выбирают оба типа насосов. Для насоса с турбо приводом определяется мощность и тип приводной турбины.
Конденсатные насосы
Конденсатные насосы входят в оборудование, поставляемое комплектно с турбиной, наряду с конденсатором и эжекторами. Тип и количество насосов, хотя они и указаны в комплектующем оборудовании, должны быть выбраны, поскольку технические решения по выбору этих насосов зависят от конкретных условий тепловой схемы.
Число насосов в зависимости от мощности турбоагрегата может быть равно двум, трем и четырем. Конденсатные насосы всегда устанавливаются с резервом. По возможности число наосов должно быть минимальным: 2 по 100 % или 3 по 50 % производительности.
Общая подача Dкн рассчитывается по максимальному расходу пара в конденсатор D max , известному из расчета тепловой схемы, или определяется по справочнику [6]. Кроме того, учитываются дренажи подогревателей и турбоприводов, добавочная обессоленная вода и т.п:
Производительность конденсатных насосов теплофикационных турбин выбирается по конденсационному режиму с выключенными теплофикационными отборами при работе с максимальной электрической нагрузкой.
Давление конденсатных насосов рн зависит от схемы установки насосов в тракте конденсата. При одноподъемной схеме, применяемой на блоках с барабанными котлами, давление нагнетания рассчитывается, исходя из давления в деаэраторе рд, суммарного сопротивления тракта от конденсатора до деаэратора и разности уровней воды в деаэраторе Нд и насосов:
Суммарное сопротивление тракта
где Dрпнд – сопротивление всех ПНД (определяется по справочнику, или принимается равным 0,07 – 0,1 МПа на каждый подогреватель); Dроэ = 0,05 –
0,07 МПа – сопротивление охладителя пара эжекторов; Dррпк = 0,04 МПа – сопротивление регулятора питания (уровня) конденсата; Dртр – суммарное гидравлическое сопротивление трубопроводов.
Давление перед конденсатным насосом рв должно быть достаточным для предотвращения кавитации. Необходимый подпор указывается в справочных данных, для конденсатных насосов с частотой вращения 960 – 1500 об/мин он составляет 0,02 – 0,04 МПа.
Для блоков с прямоточными котлами применяют двух подъемную схему установки конденсатных насосов. Это вызвано тем, что конденсат турбин необходимо пропускать через обессоливающую установку (БОУ), которая может работать при давлении не более 0,8 МПа. При двухподъемной схеме конденсатные насосы разделяют на две ступени; насосы первой ступени устанавливают после конденсатора; они создают давление, достаточное для преодоления гидравлического сопротивления БОУ, трубопроводов и обеспечения необходимого подпора перед конденсатным насосом второй ступени. Конденсатные насосы второй ступени развивают давление, необходимое для подачи конденсата через ПНД в деаэратор.
Давление нагнетания насосов первой ступени, КН I:
Гидравлическое сопротивление БОУ является переменной величиной, увеличивающейся по мере загрязнения фильтров. Максимальное значение
Dрбоу = 0,55 – 0,65 МПа. Сопротивление участка трубопроводов от КН I до БОУ должно быть не более 0,1 МПа; величина необходимого подпора на входе в КН II Dрпод указывается в характеристике насосов и составляет около 0,15 МПа.
Давление нагнетания КН II рассчитывается так же, как и при одноподъемной схеме, с учетом сопротивления тракта от насоса до деаэратора и высоты установки деаэратора.
Применение ПНД смешивающего типа может потребовать установки дополнительного перекачивающего (конденсатного) насоса, что усложнит
схему. Если использовать гравитационный принцип включения двух смешивающих ПНД, то насос между ними на требуется. Высота Н, м, на которую должен быть поднят подогреватель более низкого давления р1 над подогревателем с большим давлением р2, определяется из расчета геодезического напора столба жидкости, расходуемого на преодоление разности давлений между подогревателями и гидравлического сопротивления участка трубопроводов Dртр (0,01 МПа):
Производительность конденсатных насосов второго подъема известна из расчета тепловой схемы. Выбор типоразмера насосов проводится так же, как питательных насосов – по давлению нагнетания и производительности. Мощность насосов каждой ступени определяется по формуле (1).
Циркуляционные насосы
По условиям работы циркуляционные насосы перекачивают большое количество воды при относительно невысоком давлении. Расход воды на конденсатор рассчитывается по летнему режиму работы при условии обеспечения номинальной электрической мощности и покрытия летних тепловых нагрузок [1].
Для электростанций с турбинами типа ПТ расход охлаждающей воды принимается с учетом среднего летнего отбора пара на производство, но не ниже 60 % от расхода воды на конденсационном режиме. Для первых двух турбин ПТ, устанавливаемых на электростанции, расход воды принимается по конденсационному режиму.
Расход охлаждающей воды Dов, кг/с, при конденсационном режиме приводится в данных завода — изготовителя конденсатора или рассчитывается по формуле
где Dк п – максимальный расход пара в конденсатор, кг/с, определяемый в
расчете тепловой схемы; m – кратность охлаждения, кг/кг. Оптимальное значение m принимается в зависимости от системы водоснабжения и конструкции конденсатора (m = 45 – 100).
Расчетный расход охлаждающей воды, D р ов, кг/с,
выбирается с учетом подачи части воды на газо- и воздухоохладители генератора, маслоохладители, водяные эжекторы, водоподготовку и прочие нужды.
На электростанциях блочного типа принята блочная схема водоснабжения. Устанавливаются два циркуляционных насоса по 50% производительности без резерва. Каждый насос работает на свою систему, включающую напорный водовод, половину конденсатора и сливной водовод.
На неблочных ТЭС устанавливают не менее четырех насосов (без резерва).Резервные насосы предусматривают только на электростанциях, использующих для охлаждения морскую воду.
Давление циркуляционного насоса зависит от выбранной системы водоснабжения и размещения оборудования на территории ТЭС. Наиболее приемлемой во всех отношениях является прямоточная система водоснабжения (см. рис. 2), но условия ее применения ограничены. Давление нагнетания насоса рн при прямоточной системе должно преодолевать гидравлическое сопротивление тракта и геодезический напор (подъем) воды от уровня в приемном колодце до верха конденсатора Нп. Для равнинных местностей высота подъема Нп не превышает 10 – 15 м. Уменьшение расчетной величины подъема при перетекании воды с одного уровня на другой можно достичь, используя свойство сифона. Реальная величина сифона Нс меньше теоретической (10 м) из-за сопротивления сливной линии и составляет 6,5- 8 м. При использовании сифона давление нагнетания насоса рн, кПа,
где Dрвх, Dрсп – сопротивление входного и сливного трактов; каждое из них не должно превышать 20 – 25 кПа; Dрк – сопротивление конденсатора, Dрк
40 – 60 кПа (точное значение указано в справочниках для выбранного типа конденсатора).
Давление во всасывающем патрубке циркуляционного насоса Dрвх определяется допустимым кавитационным запасом, указываемом в типоразмере насоса; в среднем оно составляет 20 – 80 кПа.
На насосных станциях блочного типа применяются преимущественно вертикальные осевые насосы с поворотными лопастями (тип ОПВ) производительностью до 120000 м 3 /ч и давлении нагнетания от 70 до 220 кПа.
При оборотной системе водоснабжения с прудами-охладителями давление определяется так же, как в прямоточной схеме. В системах охлаждения с градирнями расчетное давление насосов существенно выше, чем при прямоточной схеме за счет подачи воды к оросительному устройству градирни на высоту 10 – 20 м и составляет 220 – 250 кПа.
Сетевые насосы
Сетевые насосы устанавливаются на ТЭС индивидуально (на каждую турбоустановку) или как групповые. Число насосов регламентируется следующим образом: при индивидуальной установке ставят два насоса по 50% производительности каждый; на складе предусматривается один резервный насос для всей ТЭЦ или один на каждый тип насосов.
При групповой установке сетевых насосов, если число их не более трех, устанавливается один резервный насос; при четырех насосах и более – резерва не устанавливают.
Подача насосов рассчитывается по расходу сетевой воды Dсв, определяемому при расчете тепловой схемы.
Подогреватели сетевой воды современных турбин (от ПТ – 60/80 – 130 до Т – 250/300 — 240) допускают давление воды до 0,8 МПа; сопротивление трубопроводов теплосети значительно выше. Это приводит к необходимости
применять две ступени сетевых насосов: первая ступень (СН I) устанавливается до сетевых подогревателей, вторая (СН II) – перед ПВК.
Давление нагнетания СН I, Рн I , МПа, рассчитывается на преодоление сопротивления подогревателей и создания допустимого кавитационного запаса на входе в насос второй ступени:
Кавитационный запас Рв I I указан в справочнике [6] и составляет в зависимости от производительности насоса 0,05 – 0,40 МПа. Входное давление насосов первой ступени Рв I определяется давлением обратной сетевой воды (0,3 – 0,5 МПа). Давление нагнетания сетевых насосов второй ступени Рв II в зависимости от сопротивления внешних трубопроводов теплосети составляет 1,5 – 2,2 МПа. Электропитание сетевых насосов производится от двух независимых источников.
Конденсат сетевых подогревателей СП1 и СП2 составляет основную часть потока питательной воды котлов. Конденсатные насосы подогревателя второй ступени СП2 устанавливают без резерва; насосы подогревателя первой ступени СП1 имеют резервный насос.
Расчет давления нагнетания в буровых насосах
,
где 
— коэффициент запаса, равный
;
— давление на преодоление гидравлических сопротивлений:
— бурильных труб;
— соединения бурильных труб;
— в кольцевом пространстве;
— в колонковой трубе и коронке.
где 
— скорость нисходящего потока, равная:
,
где 
— диаметр бурильных труб, м;
— плотность бурового раствора,
;
— эквивалентных диаметр каналопотока, равный
, м;
— длина бурильных труб, м;
— эквивалентная длина бурильных труб,
;
— безразмерный коэффициент гидравлических сопротивлений, зависящий от типа жидкости.
Формула расчета 
для:
,
где 
— гидравлическая шероховатость, равная:
— число Рейнольдса, равное:
,
где 
— кинематическая вязкость, равная
.
, при
, при
, при
Число Рейнольдса равно:
,
где 
— эффективная вязкость, которая равна:
,
где 
— коэффициент структурной вязкости, равный
;
— динамическое сопротивление сдвигу, равное
.
где 
— коэффициент местного сопротивления, равный:
,
где 
— опытный коэффициент, равный 2 – для АБТН и 1,5 – для ТБСУ;
— наименьший диаметр соединений, м;
— число соединений, равное:
,
где 
— длина бурильных труб;
— длина 1 трубы.
где 
— плотность раствора, обогащенного шламом, равная
;
— скорость восходящего потока раствора, равная:
где 
,
— диаметр скважины, м;
— диаметр бурильных труб, м.
— коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом канале, равный:
для глинистого раствора:
, при
, при
При расчете давления на насос, в качестве бурового раствора была взята техническая вода, так как породы, в которых производится бурение алмазными коронками, являются монолитными.(немного не корректно. Мы не берём раствор только для забоя, а просто рассчитываем для него. Поидее у тебя до этого должен быть глинистый, но его нт т.к. мы условно берем по забою)
Расчет давления 
— 0,055, м;
;
= 0,055, м;
— 105, м;
;
,
Расчет давления 
;
— 0,016 м (диаметр соединений замка);
Расчет давления 
;
м;
Общее давление нагнетания 
на насос составляет:
В соответствии со справочной литературой, был выбран буровой насос: НБ-4 320/ 63, который обеспечивает необходимое давление нагнетания и расход промывочной жидкости.
Таблица №7.Техническая характеристика насосной установки НБ 4 320/63
32, 55, 105, 125, 180, 320
Давление нагнетания, МПа
6,3; 6,3; 6,3; 6,3; 5,5; 3,0
Частота вращения коленвала, об/мин
Диаметр плунжера, мм
Длина хода плунжера, мм
Двигатель привода насоса:
Диаметр шлангов, мм
Габариты насоса, мм
Масса насоса, кг
Определение мощности бурового станка
Мощность бурового агрегата рассчитывается по формуле:
кВт,
где 
— мощность, затрачиваемая на забое, кВт;
— мощность, затрачиваемая на вращение бурильных труб, кВт;
— мощность расхода трансмиссии и в других узлах бурового агрегата, кВт.
При бурении алмазной коронкой:
При бурении твердосплавной коронкой:
,
где 
— коэффициент трения коронки о горные породы, равный 0,3.
кВт,
где 
— мощность на холостое вращение, равная:
,
где 
— коэффициент, учитывающий влияние промывной жидкости, равный 1 – для воды (1,2 – для глинистого раствора);
— коэфф., учитывающий трещиноватость, равный 1 – для монолитных пород, 2- для трещиноватых;
— материал труб, для стальных труб -1, для легкосплавных – 0,75;
— соединение труб, равный 1;
— кривизну бурильных труб, равный 1;
— радиальный зазор, равный:
,
где 
— диаметр скважины, м;
— диаметр бурильных труб, м;
— масса 1 м бурильных труб;
— жесткость материала труб:
Па – для стальных труб;
Па – для легкосплавных труб;
— сила инерции, равная:
,
где 
— внутренний диаметр бурильных труб, м;
— глубина скважины, м;
— частота вращения.
— мощность на вращение сжатой части, равная:
, кВт
, кВт
кВт
кВт
кВт
=7,47 кг;
=
Па;
кВт
кВт
Итак, необходимая мощность бурового агрегата равна:
кВт,
Мощность двигателя, выбранного бурового агрегата равна 13 кВт, что достаточно для обеспечения необходимой мощности для бурения.
Таблица 8. Техническая характеристика буровой установки УКБ-3 200/300
Давление насоса
Многие очень смутно представляют практическую работу того или иного типа насосов в зависимости от их классификации. Но это дело вполне разрешимое, если ознакомиться со статьями, расположенными в подразделе сайта интернет-гипермаркета NASOSOV.BY «Статьи», которые конкретно рассказывают, на каком принципе работают те или иные типы насосов: « Классификация насосов согласно их конструкции », «Насос. Объемные насосы», «Насос. Динамические насосы (продолжение)».
Теперь попробуем рассказать, что такое давление, создаваемое насосом. Практически, объясним, что такое напор, который может создать агрегат на выходе и на что он влияет.
Что такое давление и напор, которые может создать насос
При своей работе насос создает прирост удельной энергии жидкости, которую он перекачивает, другими словами потенциальную энергию, относительно к 1 кГ массы воды.
Полная ее величина для полного объема раствора при входе в агрегат зависит от входного сечения трубопровода приемника «S1», удельной плотности потока «p» и скорости прохождения потока «v». Тогда, если сечение взять за величину центра сечения трубопровода Z1формулу удельной энергии на входе в насос: Э1 = Z1g + p1/q +v12/2 .
Теперь выведем формулу удельной энергии потока на выходе из насоса при сечении трубопровода S2, тогда при аналогичных данных, как для сечения 1-1 получим: Э2 = Z2g + p2/q +v22/2 , соответственно легко вычислить прирост энергии потока при работе насоса:
Э2 – Э1 = p/q = (Z2 – Z1)g + (p2 – p1)/q + (v22 – v12)/2 и вот получаем формулу давления насоса «Р»: p = (Z2 – Z1)gq + (p2 – p1) + q(v22 – v12)/2
Теперь можем показать формулу от понятия «напор жидкости», в каждом сечении трубы (на входе в насос и на выходе из него): Н = (Z2 – Z1) + (p2 – p1)/qg + (v22 – v12)/2g.
Если верить этой формуле, то напорные возможности насоса состоят из суммарной величины манометрического напора + разность квадратов скоростей потока жидкости во всасывающем и напорном патрубках агрегата.
Проектировщики насосов рассчитывают величину напора будущего агрегата по формуле:
Н = Нг.в. + Нг.н. + hп.в. + hп.н ., где уже Нг.в и Нг.н — геометрические высоты соответственных патрубков – всасывания и нагнетания, а hп.в. и hп.н – потери напора в соответствующих трубопроводах – всасывающем и напорном (нагнетающем).
Отсюда видно, что напор, который может развить насос равняется суммарной величине геометрических высот всасывающего и нагнетающего патрубков + суммарное значение потерь напора жидкости при ее движении от приемного резервуара (емкости) до места вытекания струи из нагнетательной магистральной трубы.
Практическое использование возможности насоса по созданию определенной величины давления, напора
На практике, когда мы выбираем насос, то сразу обращаем внимание, на какую высоту он может поднять столб воды определенного давления, чтобы примерно знать, сможет агрегат доставить воду к расходным кранам на втором (примерно) этаже вашего автономного дома. Или как справится насос с поднятием воды со скважины глубиной в 100 метров.
Мы уже все давно видели такие графики в инструкциях по эксплуатации того или иного насоса и не хотели понять, что на них изображен процесс изменения напора насоса в зависимости, например, от производительности.
Оказывается, чем больше воды насос выдает в нагнетающий патрубок, тем будет меньше величина напора струи воды при открытых кранах расхода. Напор можно измерить на выходе из насоса, а с увеличением высоты подачи воды (а так же при увеличении длины горизонтальных участков), напор от насоса будет пропорционально уменьшаться на определенную величину.
Если и без особых вычислений, параметры насоса по возможности создать определенное давление на выходе (напор в метрах высоты подачи воды) не совпадают с вашими желаниями, а по иному магистраль никак не провести в вашем конкретном случае, попробуйте применить промежуточные насосы повышения давления в водной магистрали или покупайте несколько насосов разного предназначения, которые в суммарной работе помогут обеспечить ваш дом и все хозяйство живительной влагой.
ДАВЛЕНИЕ ИЛИ НАПОР, В ЧЕМ РАЗНИЦА?
Выбор насоса зависит от следующих основных параметров:
– Характеристики жидкости (ρ, γ, T….)
Иногда при выборе насоса напор можно спутать с давлением. На самом деле между ними существует строгая зависимость, определяемая удельным весом жидкости. Так в чем же разница между давлением и напором?
Определение напора и давления
Напор — это высота столба жидкости, подаваемая насосом, измеряется в метрах водяного столба [м.в.ст] или просто указывается в метрах [м]. Данный напор не зависит от жидкости: различные жидкости с разным удельным весом поднимаются на одинаковую высоту.
Давление зависит от типа жидкости и ее плотности. Так что один и тот же напор создает разное давление.
Измерения: давление или напор?
Напор напрямую не измеряется. Манометры на линии всасывания и нагнетания измеряют давление. Измерения, полученные с помощью манометров, показывают перепад давления, создаваемый насосом между всасыванием и нагнетанием. Эти измерения читаются в [барах] [атм] [фунтах на кв. дюйм] [футах водяного столба] и т. д. Для оценки соответствующего напора необходимо учитывать удельный вес γ.
Пересчет и практический пример
Как указывалось ранее, один и тот же насос в одной и той же рабочей точке будет всегда давать один и тот же напор при разном давлении в соответствии с плотностью γ рабочей жидкости.
Например, центробежный насос с магнитным приводом НТМ 10, работающий в данной точке: Q= 7,5 м3/ч H = 10 мл с водой и концентрированной серной кислотой (H2SO4), дает один и тот же напор (H=10 м) на воде (γ= 1 кг/дм3) и серной кислоте (γ = 1,8 кг/дм3), а измерения перепада давления между всасыванием и нагнетанием составят:
Математическая связь представлена в следующем уравнении:
– Предыдущие соотношения действительны для жидкостей с низкой вязкостью (водный эквивалент), наряду с увеличением вязкости производительность насоса должна быть снижена в соответствии с правилами снижения номинальных характеристик насоса.
– При фиксированной частоте вращения центробежный насос создает напор, связанный с расходом, согласно его характеристической кривой.