Proiectarea Unei Pompe Centrifuge

CUPRINS

TEMA DE PROIECTARE

1. Generalitati

1.1. Titlul temei: Proiectarea unei pompe centrifuge.

1.2. Beneficiar:

1.3. Termen de predare:

1.4. Faza de proiectare: Proiect tehnic.

1.5. Forul de avizare: Sef lucrari.

1.6. Caracterul lucrarii: Produs nou

2. Obiectul lucrarii

2.1. Destinatie

2.2. Necesitatea lucrarii

2.3. Avantaje

2.4. Implicatii economice

2.5. Continutul lucrarii

3. Caracteristici tehnice

4. Diverse

1.Introducere

2.1. Stabilirea parametrilor functionali (de proiectare), pornind de la caracteristica retelei hidraulice:

2.1.1. Determinarea diametrelor optime ale conductelor de aspiratie si refulare:

2.2 Dimensionarea functionala a pompei.

2.2.1 Alegerea motorului pentru actionarea pompei:

2.3.2. Trasarea curbei randamentului hidraulic:

2.3.5. Calculul fortei radiale

3.2. Indicatii privind abaterile de forma si pozitie:

3.3.4. Alegerea cuplajului

3.3.6. Calculul la oboseala al arborelui

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

Pagini 12

=== Proiectarea unei pompe centrifuge ===

TEMA DE PROIECTARE

1. Generalitati

1.1. Titlul temei: Proiectarea unei pompe centrifuge.

1.2. Beneficiar:

1.3. Termen de predare:

1.4. Faza de proiectare: Proiect tehnic.

1.5. Forul de avizare: Sef lucrari.

1.6. Caracterul lucrarii: Produs nou

2. Obiectul lucrarii

2.1. Destinatie

Pompa centrifuga asigura vehicularea petrolului intr-o retea hidraulica, cuprinsa intre rezervoarele R1 si R2, in cadrul unei instalatii tehnologice. Configuratia instalatiei de pompare este prezentata in figura de mai jos:

2.2. Necesitatea lucrarii

Se justifica prin cerintele procesului tehnologic deservit, a carui desfasurare optima necesita transportul fluidului la paramatrii de stare impusi, intre cele doua rezervoare.

2.3. Avantaje

Introducerea unui generator hidraulic de tip centrifugal se constituie intr-o solutie care asigura:

– reducerea complexitatii srtructurale si constructive a instalatiei tehnologice;

– posibilitati largi de reglare si adaptare la modificarea parametrilor de lucru;

– antrenare directa a arborelui pompei, fara transmisii intermediare.

2.4. Implicatii economice

Se regasesc in reducerea consumului de energie, a costurilor si personalului de deservire, precum si in cresterea gradului de valorificare a materialelor.

2.5. Continutul lucrarii

Lucrarea va contine documentatia corespunzatoare fazei de proiectare proiect tehnic, in conformitate cu normele in vigoare.

3. Caracteristici tehnice

Fluidul vehiculat: petrol

Debitul de lucru: Q = (100 + 2.2 . 1) = 102.2m3/h = 0.02838/m3/s

Temperatura de lucru: t = 400C

Densitatea petrolului la 150C: ρ150C = 870kg/m3 => ρ40ºC= 853kg/m3

Vascozitatea cinematica la 150C: υ150C = 25 ∙ 10-6m/s2

Presiunea fluidului in rezervorul R1: p1 = 0.10MPa = 0.1 ∙ 106 Pa

4. Diverse

-Parametrii de proiectare ai pompei se stabilesc pe baza conditiilor impuse de procesul tehnologic deservit.

-La elaborarea solutiei functionale vor fi respectate conditiile prin care sa se asigure functionarea in zona

Continutul proiectului

Partea scrisa

1. Introducere

1.1. Functiile de definire ale pompei centrifuge si locul lor in activitatea petroliera si petrochimica;

1.2. Avantajele introduse de utilizarea PC in instalatiile tehnologice;

1.3. Obiectivele lucrarii.

2. Proiectarea functional-tehnologica a pompei centrifuge

2.1. Stabilirea parametrilor functionali (de proiectare), pornind de la caracteristicile retelei hidraulice:

2.1.1. Determinarea diametrelor optime ale conductelor circuitelor de aspiratie si de refulare.

2.1.2. Recalcularea vitezei de curgere.

2.1.3. Trasarea caracteristicii retelei, cu determinarea inaltimii de pompare.

2.2. Dimensionarea functionala a pompei centrifuge:

2.2.1. Alegerea motorului pentru actionarea pompei.

2.2.2. Stabilirea tipului de pompa centrifuga.

2.2.3. Determinarea elementelor geometrice si cinematice la intrarea in rotor.

2.2.4. Determinarea elementelor geometrice si cinematice la iesirea din rotor.

2.2.5. Trasarea palei rotorice.

2.2.6. Dimensionarea functionala a statorului.

2.3. Determinarea performantelor pompei

2.3.1. trasarea caracteristicii interioare a P.C.

2.3.2. Trasarea curbei randamentului hidraulic

2.3.3. Corectarea caracteristicii interioare la vehicularea produsului petrolier

2.3.4. Verificarea riscului functionarii in cavitatie

2.3.5. Calculul fortei radiale

2.3.6. Calculul fortei axiale

3. Proiectarea mecanica a principalelor elemente ale pompei centrifuge

3.1. Consideratii privind alegerea materialelor si proiectarea formei constructive.

3.2. Indicatii privind abaterile de forma si pozitie.

3.3. Calculul de verificare al arborelui.

3.3.1. Calculul greutatii rotorului.

3.3.2. Calculul greutatii arborelui.

3.3.3. Schema de incarcare a arborelui.

3.3.4. Alegerea cuplajului.

3.3.5. Calculul de verificare a penelor.

3.3.6. Calculul la oboseala al pompei centrifuge.

3.4. Calculul la vibratii al arborelui.

3.5. Calculul discurilor rotorice si al diafragmei.

3.6. Calculul de alegere a rulmentilor.

4. Norme de tehnica a securitatii muncii.

5. Concluzii generale.

6. Bibliografie

Partea desenata

– desenul de ansamblu al pompei;

– desenul unui reper;

– scheme de functionare de principiu;

– diagrame rezultate din calcul.

1.Introducere

Pompele centrifuge sunt masini hidraulice rotative care creeaza energie hidraulica pe baza centrifugarii lichidului, care se afla in trecere prin rotorul pompei. Pompele centrifuge au o larga utilizare in aplicatiile tehnice, in general, iar in activitatea petroliera si petrochimica, in special.

Utilizarea pompelor centrifuge in exploatarile petroliere se extinde mereu, in detrimentul pompelor cu piston, datorita avantajelor pe care le prezinta fata de acestea. In prezent ele se gasesc peste tot in instalatiile de prelucrare a titeiului, la extragerea titeiului din sondele fara presiune, la conductele petroliere de transport si se studiaza introducerea lor in instalatiile de foraj.

Fata de pompele cu piston, pompele centrifuge au urmatoarele avantaje:

– constructie simpla;

– a functional tehnologica a pompei centrifuge (n=1)

2.1. Stabilirea parametrilor functionali (de proiectare), pornind de la caracteristica retelei hidraulice:

Fluidul vehiculat: petrol

Debitul de lucru: Q = (100 + 2.2 . 1) = 102.2m3/h = 0.02838/m3/s

Temperatura de lucru: t = 400C

Densitatea petrolului la 150C: ρ150C = 870kg/m3 => ρ40ºC= 852kg/m3

Vascozitatea cinematica la 150C: υ150C = 25 ∙ 10-6m/s2

Vascozitatea cinematica la 400C: υ400C = 21.5 ∙ 10-6m/s2

Presiunea fluidului in rezervorul R1: p1 = 0.10MPa = 0.1 ∙ 106 Pa

Presiunea fluidului in rezervorul R2: p2 = 0.13MPa = 0.13 ∙ 106 Pa

Inaltimea geodezica: Hg = (7+0.7n)=7.7 mcol H2O

Lungimile tronsoanelor:

l1 = (0.3· n) = 0.3 m

l2 = l3 = l4 = (0.45· l1)= 0.135 m

l5 = 1.2 m

L1 = 500 m

L2 = 600 m

L3 = (180+90· n)=270 m

L4 = 700m

L5 = 350m

L6 = 200m, unde n=1.

2.1.1. Determinarea diametrelor optime ale conductelor de aspiratie si refulare:

Vitezele de circulatie ale fluidului in conducte sunt:

va = 0.9 m/s -aspiratie

vr = 1.

Σζa = 4ζ1 +ζ2 +4ζ3 =4∙0.81 + 0.5 + 4∙0.985 = 7.68

Lungimea traseului de aspiratie la = Σ l :

la = l1 + l2 + l3 + l4 + l5 =0.3 + 0.135 +1.2+ 0.135+0.135 = 1.90 m

Folosind relatia lui Darcy-Weissbach, rezulta :

Refulare:

in care: vref = vef -viteza recalculata pe conducta de refulare

g –acceleratia gravitationala

λr –coeficientul de pierderi liniare de sarcina

2.2 Dimensionarea functionala a pompei.

2.2.1 Alegerea motorului pentru actionarea pompei:

Tipul motorului de actionare a pompei se stabileste functie de:

-debitul de fluid vehiculat,

-inaltimea de pompare.

Puterea utila a pompei centrifuge este:

Pu = ρ40 ∙ g ∙ Hp ∙ Q unde:

Q = 0.02838 m3/s

Hp = 106.175 m col petrol

g = 9.81 m3/s

ρ40 = 853

d = ; stiind ca : ω =

= (200-50000)N/cm2 = 30 ∙ 106 N/cm2

In care Mt =

d =

Diametrul arborelui se majoreaza cu 4% pentru a tine seama de slabirea produsa de canalul de pana: d = 1.04 ∙ 26.54 = 27.6mm

Se adopta d=28 mm.

Din STAS 1005 – 71 se alege canalul de pana cu urmatoarele dimensiuni:

b = 8 mm

h = 7 mm

l = 20 mm

t1 = 4 mm

t2 = 3.3mm

Tinand cont ca imbinarea rotorului pe arbore se face prin pana putem scrie:

da =d + t1 = 28+4 = 32mm

Atunci Wp =

Tinand cont de coeficientul de reducere a sectiunii din cauza prezentei palei:

Grosimea palei rotorice se adopta: s = 4 ∙ 10-3m

Coeficientul de strangulare se recalculeaza:

Stiind ca: u1 = 19.24m/s

viteza de intrare meridionala este:

cm1 = co ∙ τ1 = 3.41 ∙ 1.056 =3.6m/s

unghiul de intrare al fluidului in pala rotorica este:

numarul de pale rotorice va fi:

=> Z = 7 pale

eda lichidul la iesirea din rotor , in energie de presiune.

In interstitial dintre rotor si stator, in imediata iesire din rotor, avem:

Cm3 = => Cm3=Cm2.

Cu3 = g

Viteza absoluta se calculeaza cu relatia:

Calculul carcasei spirale:

2.3.2. Trasarea curbei randamentului hidraulic:

Randamentul hidraulic se poate determina din diagrama caracteristicii interioare a pompei, astfel: ηhx =

Hnec =4.756 m col petrol

Se cunosc:

patm – presiunea barometrica: patm=1.01325· 105 N/mm2

pvap – presiunea vaporilor de petrol: pvap= 17865.14 N/mm2

Hga – Se recomanda Hga = (-2.5…-3). Se adopta: Hga=-3 m

Hdisp=10.272 m

Datorita faptului ca Hdisp > Hnec, se poate trage concluzia ca nu exista riscul functionarii in cavitatie.

2.3.5. Calculul fortei radiale

Datorita neuniformitatii debitului, asupra ansamblului rotoric actioneaza o forta orientata dupa directia radiala. Aceasta pompa are valoarea maxima la pornire, atunci cand robinetul de pe conducta de refulare este inchis si deci valoarea debitului la un moment dat este: Qx=0.

Qp:=0,0298

kP=0.36.

Se adopta a torsiune, dupa un ciclu alternant simetric: k-1τ=4.8.

– rezistenta admisibila la solicitarea alternant simetrica de torsiune: τa-1= τ-1/ k-1τ

– rezistenta admisibila la solicitarea pulsatorie de torsiune: τa=(2· τa+1+ τa-1)/ (τa+1+τa-1).

Pentru constructia arborelui pompei centrifuge alegem ca material conform STAS 880 – 80 , un otel OLC 35, care are urmatoarele caracteristici mecanice:

σc = 310 N/mm2

σr = 500 N/mm2

Hb = 138…166

σ-1 = 0.5 σc = 250 N/mm2

σa = 625da N/cm2

τ-1 = 1000da N/mm2

Carcasa pompei centrifuge se realizeaza din OT 40 , conform STAS SR ISO 3755-95, care are urmatoarele caracteristici mecanice:

σc = 20 daN/mm2

σr = 40 daN/mm2

σ-1 = 16 daN/mm2

τ-1 = 9 daN/mm2

τc = 16 daN/mm2

Rotorul pompei centrifuge se executa din otel turnat OT 60 STAS SR ISO 3755-95 cu urmatoarele caracteristici mecanice :

σc = 34 daN/mm2

σr = 60 daN/mm2

σ-1 = 24 daN/mm2

τ-1 = 13.5 daN/mm2

τc = 19.5 daN/mm2

Reziztenta admisibila a rotorului este :

σa =

σa = 19.33daN / mm2

3.2. Indicatii privind abaterile de forma si pozitie:

▪ Abaterea de forma este valoarea maxima a abaterii de forma

Toleranta de forma este zona determinata de abaterile limita de forma . Toleranta de forma este egala cu abaterea limita superioara de forma daca abaterea limita inferioara este nula. Abaterea de la rectinilitate este distanta dintre profilul real si dreapta adiacenta , considerata in limitele lungimii de referinta. Toleranta de forma data a profilului este valoarea maxima admisa a abaterii de la forma data profilului.

Gt6=

Gt7=

Masele tronsoanelor:

m1=

m2=

m3=

m4=

m5=

τf=18.22 N/mm2<72 N/mm2

3.3.4. Alegerea cuplajului

Se alege un cuplaj dintat, conform STAS 6589/2 – 81. Se definesc urmatorii parametri:

– k1=1.8- factor de importanta al transmisiei;

– k2=2- factor al regimului de functionare;

– cs= k1· k2= 3.6

– Mc=Pu/ω= 110.206 Nm – momentul de torsiune pe care il poate furniza motorul;

-Mt=cs·Mc= 396.74 Nm- momentul de torsiune ce actioneaza la capatul arborelui, la care este legat semicuplajul;

Se adopta un cuplaj dintat cu urmatoarele caracteristici:

Mn=800 Nm

WiA=1.227·104 mm3

Se recomanda α0=0.6..0.8; α0=0.7

σech=10.707 N/mm2< σa=62.5 N/mm2.

3.3.6. Calculul la oboseala al arborelui

Calculul la oboseala se efectueaza pentru sectiunile in care s-au prevazut canale de pana. Verificarea coeficientului de siguranta la oboseala se face pentru solicitarea compusa de incovoiere cu torsiune. Se considera ca incovoierea are loc dupa un ciclu alternant simetric iar torsiunea dupa un ciclu pulsator.

Vom avea:

coeficientul de siguranta partial pentru solicitarea de incovoiere: cσ

coeficientul de siguranta partial pentru solicitarea de torsiune: cτ

coeficientul de concentrare dinamica a eforturilor σ: βkσ=1.81

coeficientul de concentarre dinamica a eforturilor τ: βkτ=1.76

factorul dimensional: εm=0.88

CONCLUZII

La pompele centrifuge, transformarea energiei mecanice in energie hidraulica este rezultatul actiunii fortei centrifuge asupra lichidului vehiculat, la trecerea acestuia prin pompa.

Aceasta lucrare a urmarit proiectarea unei pompe centrifuge pentru vehicularea unui produs petrolier intr-o instalatie tehnologica data.

Datorita faptului ca, in functionarea unei masini hidraulice intervin mai multe surse de vibratii, iar transferul undei elastice se poate face pe mai multe cai, este evident faptul ca raspunsul in vibratie la diversele solicitari aparute, poate deveni destul de complicat.

Interpretarea tuturor datelor care intervin in acest caz cere atat experienta cat si informatii

BIBLIOGRAFIE

1. Berzanescu A. – Calculul si constructia utilajului petrolier. Masini hidraulice petroliere. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1961;

2. Vlad I. – Masini si utilaj petrolier pentru foraj si extractie.Partea I, vol. 2. I.P.G. Ploiesti, 1982;

3. Preda I. – Actionari hidraulice si pneumatice. I.P.G. Ploiesti, 1978;

4. Chimion G. s.a. – Pompe centrifugale. Bucuresti, Editura Tehnica, 1964;

5. Dobrinescu D. – Procese de transfer termic. Bucuresti, editura Didactica si Pedagogica, 1983;

6. Draghici N.N. – Conducte pentru transportul fluidelor. Bucuresti, editura Tehnica, 1971;

7. Ionel I.I. – Instalatii de pompare reglabile. Bucuresti, Editura Tehnica, 1976;

8. Idelcik I.E. – Indrumator pentru calculul rezistentelor hidraulice. Bucuresti, editura Tehnica, 1984;

9. Ganea N.- Alegerea, exploatarea, intretinerea si repararea pompelor. Bucuresti, Editura Tehnica, 1981;

10. Posea N. – Calculul dinamic al structurilor. Bucuresti, Editura Tehnica, 1981;

11. Posea N.s.a. – Probleme de dinamica structurilor. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1994;

12. Soare Al. – Transportul si depozitarea fluidelor. Vol. I.Editura Universitatii din Ploiesti, 2002;

13. Cataloagele firmelor producatoare de pompe centrifuge;

14. Culegere de standarde.