Схема насосной установки. Выполнение гидравлического расчета трубопровода. Подбор насоса и нанесение характеристики насоса на график с изображением характеристики сети. Расчет мощности на валу и номинальной мощности электродвигателя выбранной установки.
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». 2) выполнить расчет трубопровода, построить расчетную характеристику сети в координатах: потребный напор Н, расход жидкости V; 4) Рассчитать мощность на валу насоса, номинальную мощность электродвигателя насосной установки [1]. 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. Далее рассчитываем допустимую высоту всасывания по формуле (3) насос трубопровод мощность электродвигательВ результате расчета был вычислен диаметр трубопровода на всасывающей линии d1 = 159 x 5.0 мм и на напорной линии d2 = 108 x 5.
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;
4) Рассчитать мощность на валу насоса, номинальную мощность электродвигателя насосной установки [1].
1. Расчетное задание
Начальные данные : жидкость вода;
температура t - 40 Со;
расход Vж - 10 л/с - 0,01 м3/с;
геометрический напор Нг - 25 м;
давление в резервуарах - Р1= 0,1 МПА, Р2= 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
(1) гдеd - диаметр трубы (расчетный), м;
V - заданный расход жидкости, м3 / 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.
Расчет
Действительный диаметр трубы равен d1=159 x 5.0 мм d2=108 x 5.0 мм
По принятому действительному диаметру трубы уточняют среднюю скорость жидкости
(2)
2.2 Определение высоты установки насоса (высота всасывания)
Допустимую высоту всасывания рассчитывают по формуле
(3) где - допустимая высота всасывания, м;
Р1 - заданное давление в расходном резервуаре, Па;
Рн.п. - давление насыщенных паров жидкости при заданной температуре, Па;
? - плотность жидкости, кг/м3;
- потери напора во всасывающей линии, м;
- допустимый кавитационный запас, м.
Определение допустимого кавитационного запаса
Критический запас
(4) где V - производительность насоса (заданный расход жидкости), м3/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) где? - коэффициент трения;
l1 - длина всасывания линии, м;
d1 - диаметр всасывающей трубы, м;
?обр.кл. ?п.п. - коэффициенты местных сопротивлений;
w1 - скорость жидкости во всасывающей линии, м/с.
Коэффициент трения зависит от критерия Рейнольдса Re и относительной шероховатостью ? = f(Re,E) (6)
Критерий Ренольдса вычисляют по формуле
(7) где? - плотность жидкости, кг/м3;
? - коэффициенты динамической вязкости, Па.с.
Относительная шероховатость (гладкость) вычисляют по формуле
(8) где е - величина эквивалентной шероховатости.
При расчете критерия Ренольдса мы показали что режим турбулентный, а значит коэффициент трения выбирается по графику Г.А. Мурина ?=0,0215
Рассчитываем потери напора по формуле (5)
Далее рассчитываем допустимую высоту всасывания по формуле (3)
насос трубопровод мощность электродвигатель
Величина l1 по заданию связана с определенной величиной hвс.. Поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений. Для этого необходимо: - задаться величиной l1с м;
Потребный напор Нпотр - напор в начале трубопровода, обеспечивающий заданный расход жидкости. Зависимость потребного напора от расхода Нпотр=f(V) называется кривой потребного напора, или характеристикой сети. Потребный напор вычисляют по формуле
(9)
ГДЕНГ - геометрическая высота подъема жидкости, м;
Р1, Р2 - 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 Нст
(10)
В случае турбулентного режима, допуская квадратичный закон сопротивления (?=const), можно считать постоянной величиной следующие выражение:
(11) м
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
V1 V2 V3 V4 V5 V6
V2 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025
Нпотр 30 30.87 33.498 37.87 43.99 51.86
3. Подбор насоса
Исходными параметрами для подбора насоса являются его производительность, соответствующая заданному расходу жидкости и потребный напор Нпотр . Вычисляют удельную частоту вращения по формуле: , где n - частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин
По удельной частоте вращения ny определяют тип насоса
13…25 - центробежный тихоходный
Пользуясь сводным графиком [3] подачи и напоров для данного типа насоса, определяем марку насоса. Для этого на график наносят точку с координатами Vзад, Нпотр .
Для расхода V=0,01м3/с и напора Нпотр=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] КВТ, ГДЕNВ - мощность на валу, КВТ;
? - плотность жидкости, кг/м3;
V - производительность насоса (заданный расход жидкости) м3/с;
Н - напор насоса, м;
? - КПД насоса.
КВТ
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 КВТ
КВТ где ?дв - КПД.
Для предварительной оценки Nдв можно приближенно принять ?дв=0,8.
С учетом возможности пусковых перегрузок при включении насоса в работу установочную мощность двигателя принимают больше номинальной КВТ, где - коэффициент запаса мощности.
КВТ
Вывод
1. В результате расчета был вычислен диаметр трубопровода на всасывающей линии d1 = 159 x 5.0 мм и на напорной линии d2 = 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 литературы
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.
