1 Включить лабораторный стенд. Повернуть ключ на центральной стойке в положение ВКЛ. В случае, если индикатор рядом с ключом загорелся зеленым - лабораторный стенд включен.
2 Включить компьютер.
3 Запустить программу управления лабораторным стендом; найти соответствие всех объектов и обозначений на технологической схеме в программе диспетчера и реальных объектов на стенде.
4. Открыть заслонки регуляторов давления РД1 и РД2 на полное сечение (значение 100).
5. Установить максимальную частоту вращения роторов для насосов Н1, Н3, Н5, оборудованными ЧРП (значение 100).
6. Убедиться, что задвижки лупинга, линии сброса и линии слива рабочей жидкости закрыты.
Методика проведения работы
1 Запустить последовательно все насосы в порядке следования перекачиваемого продукта. Ожидайте примерно 5-10 минут для удаления из системы пузырьков воздуха и наступления установившегося режима перекачки.
2 Изменяя режимы работы и гидравлическое сопротивление трубопровода с помощью регуляторов давления РД1 и РД2 установить 13 значений напоров, развиваемые насосами, и соответствующих значений подачи, измеряемой расходомером Р1 (Р2). При регулировании не допускайте давления меньше нуля перед перекачивающими станциями (условие имитации безкавитационной работы насосов). Для этого начинайте регулирование закрывая заслонку РД2, тем самым создавая подпор перед станцией НС2, затем, закрывая заслонку РД1, уменьшайте полученный подпор. Степень открытия РД1 и РД2 не должна быть ниже 30 и 20 соответственно! Показания датчиков давления и датчика расхода необходимо занести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Экспериментальные данные
| № п/п | Показания датчика давления ДД2, кПа | Показания датчика давления ДД3, кПа | Показания датчика давления ДД4, кПа | Показания датчика давления ДД5, кПа | Показания датчиков расхода, л/мин |
| Режим 2-2-2 с лупингом (максимальный расход) | |||||
| 7,0 [max] | |||||
| Режим 2-2-2 без лупинга (3,0 – 6,8 л/мин) | |||||
| 6,7 [max] | |||||
| 4,7 | |||||
| 3,0 | |||||
| Режим 2-2-1 (2,0 – 6,0 л/мин) | |||||
| | | 6,1[max] | |||
| | | 4,2 | |||
| | | 2,4 | |||
| Режим 2-2-0 (1,0 – 5,5 л/мин) | |||||
| | | 5,5 [max] | |||
| | | 3,6 | |||
| | | 1,3 | |||
| Режим 2-1-0 (0,7 – 5,0 л/мин) | |||||
| | | 5,0 [max] | |||
| | | 1,8 | |||
| | | 0,7 |
3 По полученным экспериментальным данным определить напор, развиваемый одним насосом, H:
Для режима 2-2-2, в числителе необходимо взять средний перепад давления на НС2 и НС3
Подобрать параметры системы уравнений (2.4) для нахождения коэффициентов A и 
и записать результаты в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 – Расчет напора, развиваемого насосами.
| № п/п | Кол-во работающих насосов, 
| Расход Q, л/мин | Развиваемый одним насосом напор,  , м
| 
| 
|
| 
| ||||
| | | | ||
| | | |
4 Решить полученную систему уравнений (2.4) и найти коэффициенты A и .
5 Рассчитать коэффициенты a и 
для одного насоса:
Содержание отчета
1 Записать цель работы.
2 Зарисовать схему установки.
3 Записать основные теоретические сведения.
4 Заполнить экспериментальные данные в таблицу 2.1.
5 Записать расчетные формулы и результаты расчетов в таблицу 2.2.
6 Решить полученную систему уравнений и найти коэффициенты A и , соответствующие суммарной характеристике 6 работающих насосов, и коэффициенты a и , соответствующие характеристике 1 работающего насоса.
7 По полученным коэффициентам a и построить напорную характеристику для 6, 5, 4, 3, 2, и 1 работающих насосов. Расставить экспериментальные точки на полученном графике. Пример построения графика представлен на рисунке 2.2.
8 Сделать выводы по лабораторной работе.
Рисунок 2.2- Суммарная характеристика центробежных насосов при последовательном соединении и результаты экспериментальных данных
Контрольные вопросы
1 Из каких основных элементов состоит лабораторная установка?
2 Что понимается под напорной характеристикой центробежного насоса?
3 Как определяется напор насоса?
4 Запишите общепринятый вид функции для аппроксимации напорной характеристики насоса.
5 Расскажите о методике проведения лабораторной работы.
6 Почему при определении напорной характеристики насосов на стенде не рекомендуется использовать показания датчика ДД1 для определения напора, развиваемого насосной станцией НС1?
3 Лабораторная работа №2
Снятие напорной характеристики трубопровода
Цель работы
Определение расчетной зависимости потерь напора на трубопроводе от расхода и ее изменение при подключении к трубопроводу лупинга.
Теоретическая часть
При перекачке жидкости по трубопроводу напор, развиваемый насосами перекачивающих станций, расходуется на трение жидкости о стенку трубы 
, преодоление местных сопротивлений 
, статического сопротивления из-за разности геодезических (нивелирных) отметок 
, а также создания требуемого остаточного напора в конце трубопровода 
для преодоления сопротивления технологических коммуникаций и заполнения резервуаров конечного пункта.
Напорной характеристикой трубопровода (рисунок 3.1) называется зависимость потерь напора в трубопроводе от подачи насоса, которая определяется следующим выражением:
| (3.1) |
Рисунок 3.1 – Напорная характеристика трубопровода
На лабораторном стенде 
и 
, так для откачки и закачки жидкости используется одна и та же ёмкость.
В условиях магистрального транспорта потери напора на местные сопротивления составляют 1…3% от линейных потерь. В рамках лабораторной работы необходимо их учитывать по формуле Вейсбаха:
| (3.2) |
где 
– коэффициент местного сопротивления (зависит от вида сопротивления: поворот, задвижка, тройник и т.д.);
– скорость перекачиваемого продукта;
– ускорение свободного падения.
Скорость перекачиваемого продукта определяется по формуле:
| (3.3) |
где 
– расход перекачиваемого продукта;
– внутренний диаметр трубопровода.
Значения коэффициентов местных сопротивлений представлены в таблице 1.2
Потери напора на трение в трубопроводе определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:
| (3.4) |
где 
– длина трубопровода,
– внутренний диаметр трубопровода;
– коэффициент гидравлического сопротивления.
Значение зависят от режима течения жидкости и шероховатости внутренней поверхности трубы. Режим течения жидкости характеризуется безразмерным параметром Рейнольдса:
| (3.5) |
При ламинарном режиме 
коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле:
| (3.6) |
При турбулентном режиме 
в зоне гладкого трения коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле:
| (3.7) |
Турбулентные зоны смешанного и квадратичного трения в условиях лабораторного стенда не достигаются.
При проведении гидравлических расчетов магистральных трубопроводов важным параметром перекачки является понятие гидравлического уклона. Гидравлическим уклоном называют потери напора на трение, отнесенные к единице длины трубопровода:
| (3.8) |
С геометрической точки зрения гидравлический уклон равен тангенсу угла α, характеризующего наклон линии изменения напора по длине трубопровода.
Рисунок 3.2 – Графическое представление линии гидравлического уклона
С учетом (3.8) уравнение (3.1) для условий лабораторного стенда принимает вид:
| (3.9) |
Линия гидравлического уклона показывает распределение остаточного напора по длине трубопровода. В любой точке трассы величина напора определяется вертикальным отрезком, отложенным от линии профиля трассы до пересечения с линией гидравлического уклона.
На практике для увеличения объемов перекачки трубопроводы оборудуются параллельными участками (лупингами), снижающими потери на трение и величину гидравлического уклона на данном участке, в итоге делая напорную характеристику трубопровода более пологой.
Рисунок 3.3 – Смещение напорной характеристики трубопровода при подключении лупинга
Для участка с лупингом гидравлический уклон определяется по формуле:
| (3.10) |
где – поправка, учитывающая изменение гидравлического уклона на участке трубопровода с лупингом.
Если диаметр лупинга совпадает с диаметром основной линии, то при ламинарном режиме 
, при турбулентном режиме в зоне гидравлически гладких труб 
.
Тогда с учетом (3.10) выражение (3.1) для трубопровода с лупингом принимает вид:
| (3.11) |
где 
– длина участка трубопровода с лупингом.
Зная напорные характеристики трубопровода и подключенных насосов, можно определить установившийся расход в системе трубопровод-насосы из закона сохранения энергии, носящий название в трубопроводном транспорте как уравнение баланса напоров. Уравнение показывает, какой расход устанавливается сам собой (автоматически) таким образом, чтобы суммарный напор, развиваемый всеми работающими насосами, был равен потерям напора на трубопроводе, необходимым для ведения перекачки.
Графической интерпретацией уравнения баланса напоров является совмещенная характеристика нефтепровода и работающих насосов (рисунок 3.4). Точка пересечения характеристик называется рабочей точкой (А), которая характеризует требуемый напор HA пропускную способность QA трубопровода при заданных условиях перекачки.
Рисунок 3.4 – Совмещенная характеристика трубопровода с подключенным и отключенным лупингом и суммарной напорной характеристики работающих насосов
Равенство создаваемого и затраченного напоров, а также равенство подачи насосов и расхода нефти в трубопроводе приводят к важному выводу: трубопровод и работающие насосы составляют единую гидравлическую систему. Изменение режима работы перекачивающей станции (отключение части насосов или станций) приведет к изменению режима нефтепровода в целом. Изменение гидравлического сопротивления трубопровода или отдельного его перегона (изменение вязкости, включение лупинга (точка B), резервных ниток, замена труб на отдельных участках трассы и т. п.) в свою очередь окажет влияние на режим работы всех перекачивающих станций.
В условиях лабораторного стенда уравнение баланса напоров с учетом (2.3) и (3.11) принимает следующий вид:
| (3.12) |
Таким образом, теоретическую напорную характеристику трубопровода можно построить, рассчитав правую сторону уравнения (3.12) для различных расходов:
| (3.13) |
Для проверки правильности построения напорной характеристики трубопровода на основе опытных данных рассчитаем левую сторону уравнения (3.12), представляющую собой напор, создаваемый насосами. Коэффициенты 
и 
были получены на предыдущей лабораторной работе.
Изменяя число включенных насосов s (от 1 до 6), или изменяя частоту вращения рабочих колес насосов Н1, Н3 и Н5, можно получить различные значения расхода, соответствующие напорной характеристике трубопровода. Для насоса, у которого поменялась частота вращения рабочего колеса, по теории подобия коэффициент изменится на a’:
| (3.14) |
где 
– отношение измененной частоты вращения рабочего колеса на максимальную частоту.
Тогда напор, создаваемый насосами можно определить по формуле:
| (3.15) |
Частота вращения приводов насосов с ЧРП зависит от величины тока и напряжения в обмотках двигателя.
Так как при изменении гидравлической нагрузки на выходе и входе в насос меняется его частота вращения, то для получения характеристики насоса необходимо знать частоту вращения его вала при каждом измерении напоров и подач (расходов).
Так как привод насоса осуществляется от двигателя постоянного тока, то частоту его вращения можно определить по формуле
ng w:val="EN-US"/></w:rPr><m:t>,</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000" wsp:rsidRPr="00CC56EC"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>"> 
| (3.16) |
где 
– напряжение на обмотках электродвигателя, В;
– ток в обмотках электродвигателя, А;
– сопротивление обмоток электродвигателя, Ом;
Cном - номинальный коэффициент ЭДС и электромагнитного потока, Вб.
Число оборотов в минуту можно найти из выражения
| (3.17) |
Для насосов, используемых в стенде, зная вольт-амперную характеристику, соотношение для расчета числа оборотов в минуту можно привести к виду:
| (3.18) |
Максимальному напряжению соответствует значение – 24 В. На стенде для насосов Н1, Н3 и Н5 отображается отношение напряжения в обмотках двигателя к максимальному, выраженное в процентах.
Примечание: Следует иметь ввиду, что при снятии напорной характеристики с помощью отключения насосов без соответствующих переключений задвижек, перекрывающих движение потока через насос, на трубопроводе будут возникать дополнительные местные сопротивления в виде рабочего колеса отключенного насоса.
Поскольку при изменении расхода колесо будет раскручиваться по-разному, значение коэффициента местного сопротивления в общем случае будет зависеть от числа Рейнольдса. Поэтому перед проведением испытаний необходимо рассчитать экспериментально зависимость, используя показания датчиков давления ДД2-ДД5 для возможных режимов с отключением станций НС2 и/или НС3: 2-2-0; 2-1-0; 2-0-1; 1-2-0; 2-0-0; 1-1-0; 1-0-1; 1-0-0:
| (3.19) |