Гидравлика расчет насосной установки. Контрольная работа: Расчет насосной установки

1. Определение основных параметров насоса

1.1 Определение производительности насоса

Производительность насоса определяется по следующей формуле:

где Q max. сут. - максимальный суточный расход воды потребителями поселка (исключая расход на противопожарные нужды), м 3 ;

Т - продолжительность работы насосной установки (берется с графика водопотребления), ч.

1.2 Определение напора

Напор насосной установки зависит от выбранной схемы подачи воды.

Рис.1. Схема насосной установки: 1 - колодец; 2 - приемный клапан с сеткой; 3 - колено; 4 - насос; 5 - обратный клапан; 6 - регулировочная задвижка; 7 - водонапорная башня

Поскольку вода в ВБ находится под атмосферным давлением, то напор определим по следующей зависимости:

где Н 0 - геометрическая высота подъемы воды, м;

h - потери напора на линиях всасывания и нагнетания, м.

Геометрическая высота подъема определяется по формуле:

где Z к - геодезическая отметка уровня воды в колодце, м;

Z б - геодезическая отметка уровня ВБ, м.

Потери напора определяются как сумма потерь напора на линиях всасывания и нагнетания:

2. Определение потерь напора

Поскольку на трубопроводе имеются местные сопротивления, то, согласно принципу наложения потерь, общие потери напора на нем являются алгебраической суммой потерь по длине и потерь напора в местных сопротивлениях и определяются по следующей зависимости:

где - коэффициент гидравлического сопротивления трения; l - длина трубопровода, м; d - диаметр трубопровода, м; i - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Выбираем скорость движения для всасывающих линий 1 м/с для диаметров труб от250 до 800 мм.

По выбранной скорости и расходу определяем диаметр трубопровода по формуле:

Коэффициент гидравлического сопротивления трения определяем по следующей методике:

Находим число Рейнольдса по формуле:

Коэффициент кинематической вязкости, м 2 /с., при

Т. к. R e > 2320 (режим турбулентный), определяем составной критерий:

Где - абсолютная шероховатость, м

При = 10…500, коэффициент определяют по формуле Альтшуля (переходная зона):

Колено () - 0,8 м. Приемный клапан с сеткой - 39 м.

Потери напора на линии нагнетания:

Vнаг=1,3…2, 0 м/с

По выбранной скорости и расходу определяем диаметр трубопровода по формуле:

м. А=6,959

Т.к. R e > 2320 (режим турбулентный), определяем составной критерий:

Где - абсолютная шероховатость, м, (м.2, стр16, приложение 2)

При = 10…500, коэффициент определяют по формуле Альтшуля (переходная зона):

обратный клапан 32 м .

регулировочная задвижка на линии нагнетания: lэкв=0,6 м

Потери напора: м

Напор: м

3. Выбор насоса для насосной установки

На сводный график полей насосов типа К и КМ (К - насос консольный, КМ - насос консольно-моноблочный) наносим координаты Q и H и находим точку их пересечения. Данная точка лежит в поле насоса К160/30 с частотой вращения n = 1450

4. Определение рабочей точки насоса

Для определения рабочей точки строим совместный график характеристики выбранного насоса и суммарной характеристики всасывающего и нагнетающего трубопроводов насосной станции. Характеристику насоса строим по данным насоса, а суммарную характеристику трубопроводов по следующей зависимости:

где А Н - удельное сопротивление трубопроводов (характеристика) насосной станции, с 2 /м 5 ;

где Н а - напор в т. А, м;

Q а - расход в точке А, м 3 /с.

5. Определение параметров обточки колеса и мощности насоса

Рабочая точка насоса очень редко совпадает с расчетной. Для того, чтобы обеспечить перевод работы насоса из т. Р в т. А существует несколько способов.

Изменение крутизны характеристики трубопроводов за счет дросселирования потока воды на выходе из насоса задвижкой. При закрытии задвижки кривая Н с пойдет круче.

Изменение заводской характеристики насоса:

а) изменение частоты вращения;

б) подрезание диаметра рабочего колеса

Первый способ наиболее простой, но менее эффективный, т.к снижается к. п. д. установки. Второй способ (а) применяется редко из-за сложности систем регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей, используемых для привода центробежных насосов. В случае 2 (б) сохраняется высокий к. п. д. установки при минимальных издержках на переоборудование установки, следовательно воспользуемся им.

Для расчета параметров насоса при обточке колеса воспользуемся теорией подобия. Если соотношение действительного диаметра к подрезанному обозначить через (коэффициент обточки), т.е. то математическая зависимость между основными показателями насоса будет выглядеть следующим образом:

Из данной формулы следует, что с уменьшением диаметра колеса, характеристики насоса будут проходить ниже заводских. При определенном значении одна из характеристик пройдет через т.А. Задача сводится к нахождению значения. Также следует учитывать, что чрезмерная обточка колеса не допускается из-за снижения к. п. д. Пределы обточки принимают в зависимости от коэффициента быстроходности насоса n S:

Где n - число оборотов рабочего колеса

Q - расход насоса, м 3 /с;

Н - напор насоса, м

Поскольку n S получилось в пределе 120 … 200, то выбираем пределы обточки 11 … 15%.

Для определения значения коэффициента обточки задаемся максимальным значением коэффициента, равным 1,2. Определяем координаты т.2:

Значение Х можно определить через Н 1 и Q 1:

Искомую величину коэффициента обточки получаем, как среднее арифметическое значений Х 1 и Х 2:

6. Выбор электродвигателя

Мощность электродвигателя для привода насоса с подрезанным колесом определяется по формуле:

Где k - коэффициент запаса мощности, принимаемый равным 1,3;

Плотность воды, кг/мі;

пер - к. п. д. передачи от двигателя к насосу (0,98-1);

об - к. п. д. насоса с обточенным колесом, определяемый по формуле:

где р - к. п. д. насоса с нормальным колесом в рабочей точке (Мет2 Приложение 5).

Где р - к. п. д. насоса с нормальным колесом в рабочей точке.

Значения Q, N и Н для насоса с обточенным колесом.

По мощности и частоте вращения из каталога подбираем асинхронный двигатель: АИР 100 S2 Nдв=4 кВт n = 3000 об/мин

Работа насосов характеризуется рядом параметров, основными из которых являются подача, напор (давление), потребляемая мощность, полезная мощность, КПД.

Рассмотрим каждый из основных параметров подробнее.

1. Подача насоса Q – количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени.

Считая, что в насосе жидкость практически не сжимается, чаще всего пользуются объёмной подачей (м 3 /с), реже – массовой подачей (кг/с).

2. Напор насоса H – разность энергий единицы веса жидкости в сечении потока после насоса и перед ним (или приращение удельной энергии перекачиваемой жидкости на участке от входа в насос до выхода из него). (см. фрагмент № 1Г, рис. 1).

где z 1 – расстояние от оси всасывающего патрубка до плоскости сравнения, м;

z 2 – расстояние от оси нагнетательного патрубка до плоскости сравнения, м;

р 1 и р 2 – абсолютные давления жидкости на входе и выходе насоса, Па;

V 1 и V 2 – скорости жидкости на входе и выходе насоса, м/с.

Напор насоса выражается в метрах водяного столба.

Давление насоса р и его напор Н связаны соотношением р = ρgH , где ρg – удельный вес рабочей жидкости.

3. Мощность насоса N – энергия, подводимая от двигателя к насосу в единицу времени (Вт). N = М кр ·n , где М кр – крутящий момент на валу двигателя; n – частота вращения вала.

4. Полезная мощность N п – мощность, сообщаемая насосом жидкости (Вт). N п = р Q , где р – давление, Па; Q – объёмная подача, м 3 /с.

5. Мощность насоса N больше полезной мощности N п на величину потерь. Эти потери оцениваются КПД насоса η = .

Каждый насос снабжён паспортом, в котором приведена характеристика насоса, то есть зависимость основных параметров от подачи (для динамических насосов) или от давления (для объёмных насосов).

Подробнее о характеристике центробежного насоса см. Фрагмент № 3Г, о характеристике поршневого насоса см. Фрагмент № 4Г.

ПРИМЕЧАНИЕ.

Для любителей точных формулировок приводим выдержки из ГОСТ 17398 – 72:

ОБЪЁМНАЯ ПОДАЧА НАСОСА – отношение объёма подаваемой жидкой среды ко времени.

НАПОР НАСОСА – величина, определяемая зависимостью.

МОЩНОСТЬ НАСОСА – мощность, потребляемая насосом.

ПОЛЕЗНАЯ МОЩНОСТЬ НАСОСА – мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкой среде и определяемая зависимостью N п = р Q.

КПД НАСОСА – отношение полезной мощности к мощности насоса.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра « Процессы и аппараты химической технологии»

Расчетное задание

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

РАСЧЕТ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Задание выполнила

студентка С.С. Ковальчук

Преподаватель

канд. техн. наук, доцент

А.В. Сугак

Введение

Насосные установки широко применяются во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Это предусматривает знание теоретических основ гидравлики и умение выполнять практические гидравлические расчеты для широкого курса специалистов.

Задание охватывает «Расчет насосной установки» охватывает комплекс наиболее важных прикладных расчетов в области гидравлики и рекомендуется для выполнения студентами, изучающими курс «Процессы и аппараты химической технологии».

Приступая к выполнению задания, следует внимательно изучить его содержание, ознакомиться с научно - технической и учебной литературой.

При выполнении расчетного задания необходимо руководиться следующей методикой:

1) Изобразить схему насосной установки в соответствии с принятым вариантом;

2) выполнить расчет трубопровода, построить расчетную характеристику сети в координатах: потребный напор Н, расход жидкости V;

3) Осуществить подбор насоса и нанести характеристики насоса на график с изображением характеристики сети;

1. Расчетное задание

Начальные данные:

жидкость вода;

температура t - 40 С о;

расход V ж - 10 л/с - 0,01 м 3 /с;

геометрический напор Н г - 25 м;

давление в резервуарах - Р 1 = 0,1 МПа, Р 2 = 0,15 МПа;

общая длина трубопровода L - 150 м.

Местные сопротивления на трубопроводе?:

На всасывающей линии:

заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) 1 шт.=4,3;

плавный поворот (отвод) 2 шт.=0,14*2=0,28;

На напорной линии:

задвижка (или вентиль) 1 шт. = 0,5;

плавный поворот (отвод) 2 шт. = 0,14*2 = 0,28;

выход из трубы (в аппарат Б) 1 шт. = 1.

Число оборотов рабочего колеса n = 3000 об/мин.

Рисунок 1. Схема насосной установки.

2. Гидравлический расчет трубопровода

2.1 Выбор диаметра трубы

Диаметр трубы рассчитывают по формуле

гдеd - диаметр трубы (расчетный), м;

V - заданный расход жидкости, м 3 / с;

W - средняя скорость жидкости, м/с.

Расчет по (1) выполняют отдельно для всасывающей линии и напорной, при этом W принимают для всасывающей линии 0,8 м/с, для напорной 1,5 м/с.

Действительный диаметр трубы равен

d 1 =159 x 5.0 мм

d 2 =108 x 5.0 мм

По принятому действительному диаметру трубы уточняют среднюю скорость жидкости

2.2 Определение высоты установки насоса (высота всасывания)

Допустимую высоту всасывания рассчитывают по формуле

где- допустимая высота всасывания, м;

Р 1 - заданное давление в расходном резервуаре, Па;

Р н.п. - давление насыщенных паров жидкости при заданной температуре, Па;

Потери напора во всасывающей линии, м;

Допустимый кавитационный запас, м.

Определение допустимого кавитационного запаса

Критический запас

где V - производительность насоса (заданный расход жидкости), м 3 /с;

n - частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин.

Допустимый кавитационный запас увеличивают по сравнению с критическим на 20…30 %

Расчет потерь напора во всасывающей линии

Расчет выполняется по принципу сложения потерь напора

где? - коэффициент трения;

l 1 - длина всасывания линии, м;

d 1 - диаметр всасывающей трубы, м;

Обр.кл. ? п.п. - коэффициенты местных сопротивлений;

w 1 - скорость жидкости во всасывающей линии, м/с.

Коэффициент трения зависит от критерия Рейнольдса Re и относительной шероховатостью

Критерий Ренольдса вычисляют по формуле

где? - плотность жидкости, кг/м 3 ;

Коэффициенты динамической вязкости, Па.с.

Относительная шероховатость (гладкость) вычисляют по формуле

где е - величина эквивалентной шероховатости.

При расчете критерия Ренольдса мы показали что режим турбулентный, а значит коэффициент трения выбирается по графику Г.А. Мурина

Рассчитываем потери напора по формуле (5)

насос трубопровод мощность электродвигатель

Величина l 1 по заданию связана с определенной величиной h вс. . Поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений. Для этого необходимо:

Задаться величиной l 1 с м;

Определить h п.вс. ;

Вычислить h вс;

Проверить условие l 1 =h dc +3 м

Отклонение меньше чем 10% поэтому расчет верный.

2.3. Построение кривой потребного напора (характеристики сети)

Потребный напор Н потр - напор в начале трубопровода, обеспечивающий заданный расход жидкости. Зависимость потребного напора от расхода Н потр =f(V) называется кривой потребного напора, или характеристикой сети. Потребный напор вычисляют по формуле

гдеН г - геометрическая высота подъема жидкости, м;

Р 1, Р 2 - давление в резервуарах соответственно напорном и расходном, Па;

Сумма коэффициентов местных сопротивлений на всем трубопроводе.

Сумма местных сопротивлений

где? об.кл - заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) ;

П.п - плавный поворот (отвод);

Зд - задвижка (или вентиль);

Вых - выход из трубы (в аппарат Б).

Первые два слагаемых в (1.9.) не зависят от расхода. Их сумма называется статическим напором Н ст

В случае турбулентного режима, допуская квадратичный закон сопротивления (?=const), можно считать постоянной величиной следующие выражение:

С учетом предыдущих формул, выражение для потребного напора можно представить как

Для построения кривой потребного напора необходимо задаться несколькими значениями расхода жидкости, причем как меньше заданного расхода, так и большего его, а так же равным заданному.

Таблица 1 Характеристика сети

3. Подбор насоса

Исходными параметрами для подбора насоса являются его производительность, соответствующая заданному расходу жидкости и потребный напор Н потр. Вычисляют удельную частоту вращения по формуле:

где n - частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин

По удельной частоте вращения n у определяют тип насоса

13…25 - центробежный тихоходный

Пользуясь сводным графиком подачи и напоров для данного типа насоса, определяем марку насоса. Для этого на график наносят точку с координатами V зад, Н потр.

Для расхода V=0,01м 3 /с и напора Н потр =33,49, марка насоса 3К9 n=2900 об/мин.

После выбора марки насоса главную характеристику необходимо перенести на график с характеристической сети. На поле того же графика переносят кривую КПД? = f(V).По полученным параметрам вычисляют мощность на валу насоса [кВт]

гдеN в - мощность на валу, кВт;

Плотность жидкости, кг/м 3 ;

V - производительность насоса (заданный расход жидкости) м 3 /с;

Н - напор насоса, м;

КПД насоса.

Полагая, что для лопастных насосов промежуточная передача между двигателями и насосом отсутствует, а КПД соединительной муфты можно принять равным 0,96, определяют номинальную мощность двигателя

где? дв - КПД.

Для предварительной оценки N дв можно приближенно принять? дв =0,8.

С учетом возможности пусковых перегрузок при включении насоса в работу установочную мощность двигателя принимают больше номинальной

где - коэффициент запаса мощности.

1. В результате расчета был вычислен диаметр трубопровода на всасывающей линии d 1 = 159 x 5.0 мм и на напорной линии d 2 = 108 x 5.0 мм;

2. была построена характеристическая сеть;

3. вычислили удельную частоту вращения;

4. выбрали тип насоса по удельной частоте;

5. выбрали марку насоса 3К9, число оборотов рабочего n = 2900 об/мин.

Список использованных источников

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. - Л.: Химия, 1981. - 560 с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - Москва 2005. - 750 с.

3. Туркин В.В. Расчет насосной установки. - Ярослав. политехн. ин-т. Ярославль, 1991. - 19 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Определение скорости движения среды в нагнетательном трубопроводе. Расчет полного гидравлического сопротивления сети и напора насосной установки. Определение мощности центробежного насоса и стандартного диаметра трубопровода. Выбор марки насоса.

контрольная работа , добавлен 03.01.2016


Расчет внутреннего диаметра трубопровода, скорость движения жидкости. Коэффициент гидравлического трения, зависящий от режима движения жидкости. Определение величины потерь. Расчет потребного напора. Построение рабочей характеристики насосной установки.

контрольная работа , добавлен 04.11.2013


Составление принципиальной схемы насосной установки. Гидравлический расчет трубопроводной системы. Потери напора в трубопроводах всасывания и нагнетания. Подбор марки насоса. Определение рабочей точки и параметров режима работы насосной установки.

контрольная работа , добавлен 22.10.2013


Проведение гидравлического расчета трубопровода: выбор диаметра трубы, определение допустимого кавитационного запаса, расчет потерь со всасывающей линии и графическое построение кривой потребного напора. Выбор оптимальных параметров насосной установки.

курсовая работа , добавлен 23.09.2011


Консольные насосы: устройство, принцип работы и разновидности. Определение параметров рабочей точки насосной установки. Определение минимального диаметра всасывающего трубопровода из условия отсутствия кавитации. Регулирование подачи насосной установки.

курсовая работа , добавлен 23.01.2013


Выбор подземного и наземного оборудования ШСНУ для скважин. Установление параметров работы штанговой скважинной насосной установки. Определение ее объемной производительности, глубины спуска насоса. Выбор типа электродвигателя и расчет его мощности.

контрольная работа , добавлен 28.04.2016


Общие потери напора в трубопроводе. Определение высоты всасывания из резервуара, расхода циркуляции жидкости, диаметра самотечного трубопровода и показаний дифманометра расходометра. Необходимое давление насоса и мощность. Построение характеристики сети.

курсовая работа , добавлен 23.04.2014


Напорная характеристика насоса (напор, подача, мощность на валу). График потребного напора гидравлической сети. Расчет стандартного гидроцилиндра, диаметра трубопровода и потери давления в гидроприводе. Выбор насоса по расходу жидкости и данному давлению.

контрольная работа , добавлен 08.12.2010


Расчет водопроводной сети, определение расчетных расходов воды и диаметров трубопровода. Потери напора на участках нагнетательного трубопровода, характеристика водопроводной сети, выбор рабочей точки насоса. Измерение расчетной мощности электродвигателя.

контрольная работа , добавлен 27.09.2009


Подбор оптимального варианта насоса для подачи орошения колонны К-1 из емкости Е-1. Теплофизические параметры перекачиваемой жидкости. Схема насосной установки. Расчет напора насоса, построение "рабочей точки". Конструкция и принцип действия насоса.

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет» Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

РАСЧЕТ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Учебное пособие

Составители: канд. техн. наук, доцент В. К. Леонтьев, ассистент М. А. Барашева

Ярославль 2013

АННОТАЦИЯ

В учебном пособии рассмотрены краткие теоретические сведения по расчету простых и сложных трубопроводов, расчету основных параметров работы насосов. Приведены примеры расчетов трубопроводов и подбора насосов. Разработаны многовариантные задания для выполнения расчетнографических работ.

Особое внимание в пособии уделено конструкциям динамических насосов и насосов объемного действия.

Учебное пособие предназначено для студентов, выполняющих расчетные работы и курсовые проекты по курсам «Гидравлика», «Механика жидкости и газа» и «Процессы и аппараты химической технологии».

ВВЕДЕНИЕ

В химических производствах большинство технологических процессов осуществляется с участием жидких веществ. Это и сырьё, которое подают со склада на технологическую установку, это и промежуточные продукты, перемещаемые между аппаратами, установками, цехами завода, это и конечные продукты, доставляемые в ёмкости склада готовой продукции.

На все перемещения жидкостей, как по горизонтали, так и по вертикали, необходимо затратить энергию. Наиболее распространённым источником энергии потока жидкости является насос. Другими словами, насос создает напорный поток жидкости.

Насос является составной частью насосной установки, которая включает в себя всасывающий и нагнетательный (напорный) трубопроводы; исходный и приемный резервуары (или технологические аппараты); регулирующую трубопроводную арматуру (краны, вентили, задвижки); измерительные приборы.

Правильно выбранный насос должен обеспечивать заданный расход жидкости в данной насосной установке, при этом работать в экономичном режиме, т.е. в области максимальных КПД.

При выборе насоса необходимо учитывать коррозионные и другие свойства перекачиваемой жидкости.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1. Классификация трубопроводов

Роль трубопроводных систем в хозяйстве любой страны, отдельной корпорации или просто отдельного хозяйства трудно переоценить. Системы трубопроводов в настоящее время являются самым эффективным, надёжным и экологически чистым транспортом для жидких и газообразных продуктов. Со временем их роль в развитии научно-технического прогресса возрастает. Только с помощью трубопроводов достигается возможность объединения стран производителей углеводородного сырья со странами потребителями. Большая доля в перекачке жидкостей и газов по праву принадлежит системам газопроводов и нефтепроводов. Практически в каждой машине и механизме значительная роль принадлежит трубопроводам.

По своему назначению трубопроводы принято различать по виду транспортируемой по ним продукции:

– газопроводы;

– нефтепроводы;

– водопроводы;

– воздухопроводы;

– продуктопроводы.

По виду движения по ним жидкостей трубопроводы можно разделить на две категории:

– напорные трубопроводы;

– безнапорные (самотёчные) трубопроводы.

В напорном трубопроводе внутреннее абсолютное давление транспортируемой среды более 0,1 МПa. Безнапорные трубопроводы работают без избыточного давления, движение среды в них обеспечивается естественным геодезическим уклоном.

По величине потерь напора на местные сопротивления трубопроводы делятся на короткие и длинные .

В коротких трубопроводах потери напора на местные сопротивления превышают либо равны 10 % от потерь напора по длине. При расчетах таких трубопроводов обязательно учитывают потери напора на местные сопротивления. К ним относят, например, маслопроводы объемных передач.

К длинным трубопроводам относятся трубопроводы, в которых местные потери меньше 10 % от потерь напора по длине. Их расчет ведется без учета потерь на местные сопротивления. К таким трубопроводам относятся, например, магистральные водоводы, нефтепроводы.

По схеме работы трубопроводов их можно разделить также на простые

и сложные.

Простые трубопроводы – это последовательно соединенные трубопроводы одного или различных сечений, не имеющие никаких ответвлений. К сложным трубопроводам относятся системы труб с одним или несколькими ответвлениями, параллельными ветвями и т.д.

По изменению расхода транспортируемой среды трубопроводы бывают:

– транзитные;

– с путевым расходом.

В транзитных трубопроводах отбора жидкости по мере её движения не производится, расход потока остается постоянным, в трубопроводах с путевым расходом расход потока изменяется по длине трубопровода.

Также трубопроводы можно подразделить по виду сечения: на трубопроводы круглого и не круглого сечения (прямоугольные, квадратные и другого профиля). Трубопроводы можно разделить и по материалу, из которого они изготовлены: стальные трубопроводы, бетонные, пластиковые и др.

1.2. Простой трубопровод постоянного сечения

Основным элементом любой трубопроводной системы, какой бы сложной она ни была, является простой трубопровод. Простым трубопроводом, согласно классическому определению, является трубопровод, собранный из труб одинакового диаметра и качества его внутренних стенок, в котором движется транзитный поток жидкости, и на котором нет местных гидравлических сопротивлений. Рассмотрим простой трубопровод постоянного сечения, имеющий общую длину l и диаметр d, а также ряд местных сопротивлений (вентиль, фильтр, обратный клапан).

Рис. 1.1 Схема простого трубопровода

Размер сечения трубопровода (диаметр или размер гидравлического радиуса), а также его протяженность (длина) трубопровода (l , L) являются основными геометрическими характеристиками трубопровода. Основными технологическими характеристиками трубопровода являются расход жидкости в трубопроводе Q и напор Н (на головных сооружениях трубопровода, т.е. в его начале). Большинство других характеристик простого трубопровода являются, не смотря на их важность, производными характеристиками. Поскольку в простом трубопроводе расход жидкости транзитный (одинаковый в начале и конце трубопровода), то средняя скорость движения жидкости в трубопроводе постоянна ν = cons’t.

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2.

где z 1 , z 2 – расстояние от плоскости сравнения до центров тяжести выделенных сечений – геометрический напор, м;

Так как сечение трубопровода постоянно, то скорость движения потока одинакова по всей длине трубопровода, а соответственно и скоростные напоры в сечениях 1-1 и 2-2 равны. Тогда уравнение Бернулли принимает следующий вид:

Потери напора в трубопроводе складываются из потерь напора на трение и местные сопротивления, согласно принципу сложения потери напора в трубопроводе могут быть определены как:

где – коэффициент трения; l – длина трубопровода, м;

d – внутренний диаметр трубопровода, м:

– сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Размер потерь напора напрямую связан с расходом жидкости в трубопроводе.

Таким образом, потери напора в трубопроводе могут быть определены

Зависимость суммарных потерь напора в трубопроводе от объемного расхода жидкости h п f (Q ) называется характеристикой трубопровода.

В случае турбулентного режима движения, допуская квадратичный закон сопротивления (= cons’t), можно считать постоянной величиной следующее выражение:

Рис. 1.2 Характеристика трубопровода

1 – характеристика трубопровода при ламинарном режиме движения жидкости; 2 – характеристика трубопровода при турбулентном режиме движения

Потребный напор – это пьезометрический напор вначале трубопровода, согласно уравнению Бернулли:

Таким образом, потребный напор расходуется на подъем жидкости на высоту z z 2 z 1 , преодоления давления на конце трубопровода и на преодоление сопротивлений трубопровода.

Сумма двух первых слагаемых в формуле (1.9) величина постоянная, она носит название статический напор:

Зависимость потребного напора трубопровода от объемного расхода жидкости H потр f (Q ) называется характеристикой сети . При ламинарном течении кривая потребного напора прямая линия, при турбулентном имеет

1.3. Сложные трубопроводы

К сложным трубопроводам следует относить те трубопроводы, которые не подходят к категории простых, т.е. к сложным трубопроводам следует отнести: трубопроводы, собранные из труб разного диаметра (последовательное соединение трубопроводов), трубопроводы, имеющие разветвления: параллельное соединение трубопроводов, сети трубопроводов, трубопроводы

с непрерывной раздачей жидкости.

1.3.1. Последовательное соединение трубопроводов

При последовательном соединении трубопроводов конец предыдущего простого трубопровода одновременно является началом следующего простого трубопровода.

Рассмотрим несколько труб разной длины, разного диаметра и содержащих разные местные сопротивления, которые соединены последовательно (рисунок 1.4).

Рис. 1.4 Схема последовательного трубопровода

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра « Процессы и аппараты химической технологии»

Расчетное задание

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

РАСЧЕТ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Задание выполнила

студентка С.С. Ковальчук

Преподаватель

канд. техн. наук, доцент

А.В. Сугак

Введение

Насосные установки широко применяются во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Это предусматривает знание теоретических основ гидравлики и умение выполнять практические гидравлические расчеты для широкого курса специалистов.

Задание охватывает «Расчет насосной установки» охватывает комплекс наиболее важных прикладных расчетов в области гидравлики и рекомендуется для выполнения студентами, изучающими курс «Процессы и аппараты химической технологии».

Приступая к выполнению задания, следует внимательно изучить его содержание, ознакомиться с научно – технической и учебной литературой.

При выполнении расчетного задания необходимо руководиться следующей методикой:

1) Изобразить схему насосной установки в соответствии с принятым вариантом;

2) выполнить расчет трубопровода, построить расчетную характеристику сети в координатах: потребный напор Н, расход жидкости V;

3) Осуществить подбор насоса и нанести характеристики насоса на график с изображением характеристики сети;

1. Расчетное задание

Начальные данные:

жидкость вода;

температура t – 40 С о;

расход V ж – 10 л/с – 0,01 м 3 /с;

геометрический напор Н г – 25 м;

давление в резервуарах – Р 1 = 0,1 МПа, Р 2 = 0,15 МПа;

общая длина трубопровода L – 150 м.

Местные сопротивления на трубопроводе ξ:

На всасывающей линии:

заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) 1 шт.=4,3;

плавный поворот (отвод) 2 шт.=0,14*2=0,28;

На напорной линии:

задвижка (или вентиль) 1 шт. = 0,5;

плавный поворот (отвод) 2 шт. = 0,14*2 = 0,28;

выход из трубы (в аппарат Б) 1 шт. = 1.

Число оборотов рабочего колеса n = 3000 об/мин.

Рисунок 1. Схема насосной установки.

2. Гидравлический расчет трубопровода

2.1 Выбор диаметра трубы

Диаметр трубы рассчитывают по формуле

(1)

гдеd – диаметр трубы (расчетный), м;

V – заданный расход жидкости, м 3 / с;

W – средняя скорость жидкости, м/с.

Расчет по (1) выполняют отдельно для всасывающей линии и напорной, при этом W принимают для всасывающей линии 0,8 м/с, для напорной 1,5 м/с.

Действительный диаметр трубы равен

d 1 =159 x 5.0 мм

d 2 =108 x 5.0 мм

По принятому действительному диаметру трубы уточняют среднюю скорость жидкости

2.2 Определение высоты установки насоса (высота всасывания)

Допустимую высоту всасывания рассчитывают по формуле

где- допустимая высота всасывания, м;

Р 1 – заданное давление в расходном резервуаре, Па;

Р н.п. – давление насыщенных паров жидкости при заданной температуре, Па;

Ƿ - плотность жидкости, кг/м 3 ;

Потери напора во всасывающей линии, м;

Допустимый кавитационный запас, м.

Определение допустимого кавитационного запаса

Критический запас

где V – производительность насоса (заданный расход жидкости), м 3 /с;

n – частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин.

Допустимый кавитационный запас увеличивают по сравнению с критическим на 20…30 %

Расчет потерь напора во всасывающей линии

Расчет выполняется по принципу сложения потерь напора

(5)

гдеλ – коэффициент трения;

l 1 – длина всасывания линии, м;

d 1 – диаметр всасывающей трубы, м;

ξ обр.кл. ξ п.п. – коэффициенты местных сопротивлений;

w 1 – скорость жидкости во всасывающей линии, м/с.

Коэффициент трения зависит от критерия Рейнольдса Re и относительной шероховатостью

λ = f(Re,E) (6)

Критерий Ренольдса вычисляют по формуле

(7)

гдеρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

μ – коэффициенты динамической вязкости, Па.с.

Относительная шероховатость (гладкость) вычисляют по формуле

где е – величина эквивалентной шероховатости.

При расчете критерия Ренольдса мы показали что режим турбулентный, а значит коэффициент трения выбирается по графику Г.А. Мурина

Рассчитываем потери напора по формуле (5)

насос трубопровод мощность электродвигатель

Величина l 1 по заданию связана с определенной величиной h вс. . Поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений. Для этого необходимо:

Задаться величиной l 1с м;

Определить h п.вс. ;

Вычислить h вс;

Проверить условие l 1 =h dc +3 м

Отклонение меньше чем 10% поэтому расчет верный.

2.3. Построение кривой потребного напора (характеристики сети)

Потребный напор Н потр – напор в начале трубопровода, обеспечивающий заданный расход жидкости. Зависимость потребного напора от расхода Н потр =f(V) называется кривой потребного напора, или характеристикой сети. Потребный напор вычисляют по формуле

гдеН г – геометрическая высота подъема жидкости, м;

Р 1, Р 2 – давление в резервуарах соответственно напорном и расходном, Па;

Сумма коэффициентов местных сопротивлений на всем трубопроводе.

Сумма местных сопротивлений

где ξ об.кл – заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) ;

ξ п.п – плавный поворот (отвод);

ξ зд – задвижка (или вентиль);

ξ вых – выход из трубы (в аппарат Б).

Первые два слагаемых в (1.9.) не зависят от расхода. Их сумма называется статическим напором Н ст

(10)

В случае турбулентного режима, допуская квадратичный закон сопротивления (λ=const), можно считать постоянной величиной следующие выражение:

(11)

С учетом предыдущих формул, выражение для потребного напора можно представить как

Для построения кривой потребного напора необходимо задаться несколькими значениями расхода жидкости, причем как меньше заданного расхода, так и большего его, а так же равным заданному.

Таблица 1 Характеристика сети

3. Подбор насоса

Исходными параметрами для подбора насоса являются его производительность, соответствующая заданному расходу жидкости и потребный напор Н потр. Вычисляют удельную частоту вращения по формуле:

где n – частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин

По удельной частоте вращения n у определяют тип насоса

13…25 – центробежный тихоходный

Пользуясь сводным графиком подачи и напоров для данного типа насоса, определяем марку насоса. Для этого на график наносят точку с координатами V зад, Н потр.

Для расхода V=0,01м 3 /с и напора Н потр =33,49, марка насоса 3К9 n=2900 об/мин.

После выбора марки насоса главную характеристику необходимо перенести на график с характеристической сети. На поле того же графика переносят кривую КПД ή = f(V).По полученным параметрам вычисляют мощность на валу насоса [кВт]

кВт,

гдеN в – мощность на валу, кВт;

ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

V – производительность насоса (заданный расход жидкости) м 3 /с;

2. была построена характеристическая сеть;

3. вычислили удельную частоту вращения;

4. выбрали тип насоса по удельной частоте;

5. выбрали марку насоса 3К9, число оборотов рабочего n = 2900 об/мин.

Список использованных источников

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. – Л.: Химия, 1981. – 560 с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – Москва 2005. – 750 с.

3. Туркин В.В. Расчет насосной установки. – Ярослав. политехн. ин-т. Ярославль, 1991. – 19 с.