Расчет характеристик трубопровода. Построение графиков, определение рабочей точки системы и затрачиваемой мощности. Определение новой рабочей точки и характеристик трубопровода при условии регулирования: переливным клапаном, числом оборотов двигателя.
Что включает в себя: расчет характеристик трубопровода, построение графиков этих характеристик, определение рабочей точки системы, определение затрачиваемой мощности, определение влияния изменения расхода на изменение мощности насоса, а также изучение различных методов регулирования системы (дроссельное регулирование, регулирование числом оборотов двигателя, регулирование переливным клапаном). Определить: Рабочую точку системы, расход, напор и затрачиваемую насосом мощность. Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек: Для первой точки коэффициент l не существует, так как Re1 = 0; Определяем потери напора для каждой точки: Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0. Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек: Для первой точки коэффициент l не существует, так как Re1 = 0;При выполнении работы были получены навыки расчета гидравлических систем, а также различные методы регулирования системы (дроссельное регулирование, регулирование числом оборотов двигателя, регулирование переливным клапаном).Размещено на .
Введение
В современном технологическом оборудовании машиностроения широко применяются гидравлические приводы, где носителем энергии являются жидкости. Это обусловлено целым рядом их преимуществ по сравнению с другими типами приводов. Так, например, гидравлические приводы обеспечивают получение больших усилий при малой металлоемкости, нечувствительность к перегрузкам, простоту получения любого вида перемещения, простоту управления и т.д.
Целью данной курсовой работы является расчет насосной установки. Что включает в себя: расчет характеристик трубопровода, построение графиков этих характеристик, определение рабочей точки системы, определение затрачиваемой мощности, определение влияния изменения расхода на изменение мощности насоса, а также изучение различных методов регулирования системы (дроссельное регулирование, регулирование числом оборотов двигателя, регулирование переливным клапаном).
Исходные данные
4
3
2
1
Рис. 1 - Схема насосной установки
Для гидравлической системы (рис. 1), состоящей из резервуара 1, центробежного насоса 2, дросселя 3, переливного клапана 4, приемного резервуара 5, системы трубопроводов с параметрами l1, d1, l2, d2 и l3, d3.
Перекачиваемая жидкость - вода с температурой Т = 20ОС и плотностью r = 998,2 кг/м3.
Геометрическая разность уровней НГ =7 м.
Эквивалентная шероховатость труб DЭ = 0,1 мм.
Число оборотов двигателя n = 1200 об/мин.
При построении насосной установки учесть местные сопротивления напора в виде двух главных поворотов, для которых коэффициент сопротивления x = 1,19 и на дросселе x = 0,75 и выхода трубопроводов в приемный резервуар.
Определить: Рабочую точку системы, расход, напор и затрачиваемую насосом мощность.
Найти новую рабочую точку для расхода Q, увеличенного на 20%, при условии дроссельного регулирования.
Найти новую рабочую точку для расхода Q при условии регулирования числом оборотов двигателя.
Найти новую рабочую точку для расхода Q, увеличенного на 20%, при условии регулирования переливным клапаном: Q=0л/с при Н=10м и Q=7л/с при Н=25м.
Таблица 1 - Числовые значения параметров l1, м l2, м l3, м d1, мм d2, мм d3, мм НГ, м Тип насоса
Проводим расчет для трех участков трубопровода, имеющих разные диаметры. Для этого необходимо определить напор, развиваемый насосом на этих участках. При расчете используются следующие формулы.
Напор насоса: , где: Нг - напор геометрический;
(P1-P2) - разность давлений в системе;
g - удельный вес;
hw - потери напора.
, где: d - диаметр трубопровода;
Q - расход жидкости;
z -коэффициент, учитывающий потери на местные сопротивления;
l - гидравлический коэффициент.
, где: Re - число Рейнольдса;
Dэ - эквивалентная шероховатость.
, где: n - коэффициент кинематической вязкости.
Коэффициент кинематической вязкости равен: ,
Для воды m = 0,5*10-3 Па, r = 998,2 кг/м3 м2/с
Таким образом, получаем три характеристики для трех участков трубопровода, отличающихся диаметром труб. Каждая характеристика будет иметь пять точек.
Рассчитаем характеристику для участка с параметрами d1 = 0,036 м, l1 = 18 м.
Определим числа Рейнольдса для каждой из пяти точек: ;
;
;
;
.
Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек: Для первой точки коэффициент l не существует, так как Re1 = 0;
;
;
;
.
Определяем потери напора для каждой точки: Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.
;
;
;
.
Определяем напор насоса для всех этих точек: Нн1 = 0 = 8,021 м;
Нн2 = 8,021 6,082 = 14,104 м;
Нн3 = 8,021 20,213 = 28,234 м;
Нн4 = 8,021 24,829 = 32,850 м;
Нн5 = 8,021 32,643 = 40,664 м.
Таблица 3 - Результаты расчета
Q, л/с 0 3,0 5,5 6,1 7,0
Re 0 212206,591 389045,416 431486,735 495148,712 l - 0,02595 0,02564 0,02560 0,02556 hw, м 0 6,082 20,213 24,829 32,643
Нн, м 8,021 14,104 28,234 32,850 40,664
Рассчитываем характеристику для участка с параметрами d2 = 0,038 м, l2 = 20 м.
Определяем числа Рейнольдса для каждой из пяти точек: ;
;
;
;
.
Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек: Для первой точки коэффициент l не существует, так как Re1 = 0;
;
;
;
.
Определяем потери напора для каждой точки: Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.
;
;
;
.
Определяем напор насоса для всех этих точек: Нн1 = 8,021 м;
Нн2 = 8,021 5,249 = 16,780 м;
Нн3 = 8,021 17,429 = 34,529 м;
Нн4 = 8,021 21,407 = 40,311 м;
Нн5 = 8,021 28,140 = 50,090 м.
Таблица 4 - Результаты расчета
Q, л/с 0 3,0 5,5 6,1 7,0
Re 0 201037,823 368569,342 408776,906 469088,253 l - 0,02568 0,02534 0,02530 0,02525 hw, м 0 5,249 17,429 21,407 28,140
Нн, м 8,021 13,270 25,450 29,428 36,161 трубопровод расчет двигатель клапан
Рассчитаем характеристику для участка с параметрами d3 = 0,040 м, l3 = 20 м.
Определим числа Рейнольдса для каждой из пяти точек: ;
;
;
;
.
Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек: Для первой точки коэффициент l не существует, так как Re1 = 0;
;
;
;
.
Определяем потери напора для каждой точки: Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.
; ; ;
.
Определяем напор насоса для всех этих точек: Нн1 = 8,021 м;
Нн2 = 8,021 4,043 = 12,064 м;
Нн3 = 8,021 13,408 = 21,429 м;
Нн4 = 8,021 16,466 = 24,487 м;
Нн5 = 8,021 21,642 = 29,663 м.
Таблица 5 - Результаты расчета
Q, л/с 0 3,0 5,5 6,1 7,0
Re 0 190985,932 350140,875 388338,061 445633,841 l - 0,02543 0,02506 0,02502 0,02496 hw, м 0 4,043 13,408 16,466 21,642
Нн, м 8,021 12,064 21,429 24,487 29,663
Построение графиков, определение рабочей точки системы и затрачиваемой мощности
Исходя из исходных данных, строим на графике характеристику насоса НН.
По данным, рассчитанным в предыдущем пункте, строим три графика (по пять точек для каждого графика) для трех участков трубопровода - HW1, HW2, HW3 (рис. 1).
Графики HW2 и HW3 представляют собой характеристики параллельных участков. Сложим их графически. При параллельном соединении расходы в каждой точке графиков суммируются, а напор остается неизменным. Сложив эти два графика, получили график эквивалентный параллельным участкам трубопровода - HW2 3.
Теперь графики HW2 3 и h1 представляют собой характеристики двух участков трубопровода, соединенных последовательно. Их можно сложить, используя следующие правила: расход остается неизменным, а напоры в каждой точке графиков суммируются.
Таким образом, получаем эквивалентный график данного трубопровода HЭКВ, который в пересечении с графиком НН дает рабочую точку системы (точка А) (рис. 2).
Произведя замеры, определяем, что расход и напор в рабочей точке системы: QA = 2,565 л/с, а напор НА = 21,121 м.
Для того чтобы определить коэффициент полезного данной рабочей установки, строим график КПД - h. В пересечении с характеристикой насоса получаем точку, которая соответствует номинальному КПД, HA = 50,218 %.
Имея эти значения, можем рассчитать затрачиваемую мощность насоса по формуле: КВТ.
Определение величины изменения мощности насоса при увеличении расхода на 20%
Для определения увеличения мощности насоса при увеличении расхода на 20% необходимо построить новый график характеристики трубопровода, затем подсчитать увеличенное значение Q, и по характеристике насоса и расходу определить соответствующие значения h, Н (рис. 3).
Этот график в пересечении с графиком НН дает рабочую точку А1 при увеличенном напоре. Значение расхода в этой точке QA1 = 3,077 л/с, значение напора НА1 = 20,969 м, а значение КПД HA1 = 56,979 %.
Получив эти значения, можем рассчитать мощность насоса для этого случая: КВТ.
Сравнив это значение мощности (NH1) с предыдущим (NH), видим, что при увеличении напора на 20% затрачиваемая мощность насоса увеличивается на: .
Определение новой рабочей точки и характеристик трубопровода при условии регулирования переливным клапаном
Для получения характеристик насоса при регулировании переливным клапаном строим параболу (характеристику трубопровода), характеристику насоса, а затем в соответствие с заданием характеристику клапана, которая представляет собой прямую (рис. 4).
Далее строим обобщенную характеристику насоса и клапана: HH-КЛ=НН-НКЛ (вычитанием соответствующих координат).
Точка пересечения характеристик трубопровода hэкв и насоса-клапана НН-КЛ является рабочей точкой системы (точка А/).
Восстанавливая параметры рабочей точки до кривой h и соответствующих осей координат, получаем следующие значения: HA? =42,715 %;
QA? =2,011 л/с;
НА? =18,058 м;
КВТ.
Определение новой рабочей точки и характеристик трубопровода при условии регулирования числом оборотов двигателя
Путем регулирования числа оборотов двигателя можно добиться оптимизации работы насоса, а также всей системы.
Для определения характеристик трубопровода при использовании данного метода используют понятие параболы подобных режимов.
По заданному изменению подачи находим на характеристике трубопровода при Q1=(1±(m/100))QH новую рабочую точку системы - В. Через эту точку должна проходить характеристика насоса при искомой частоте вращения. Чтобы определить n проводим предварительно через точку В параболу подобных режимов и находим точку Е - точку пересечения этой кривой с заданной характеристикой насоса (рис. 5).
QB =3,077 л/с; НВ =24,091 м; HB =56,979 %;
Парабола подобных режимов строится следующим образом: из соотношения H1/Q12=H2/Q22=const=C определяем постоянную С= НВ/QB2.
Затем строим параболу подобных режимов по уравнению H=C*Q2, задаваясь значениями расходов.
Используя формулу пересчета nx=n*Q1/Q2, определяем новую частоту вращения.
Из рисунка 5 получаем следующие данные: QE =2,875 л/с;
НЕ =21,044 м;
nx=n*QB/QE=1200*3,077/2,875=1284,3 об/мин;
HE=54,351 %;
КВТ.
Вывод
При выполнении работы были получены навыки расчета гидравлических систем, а также различные методы регулирования системы (дроссельное регулирование, регулирование числом оборотов двигателя, регулирование переливным клапаном). В ходе работы были рассчитаны характеристики трубопровода, изучено влияние материала труб, диаметра труб и их длины на характеристики трубопровода. Так же была определена графическим методом рабочая точка системы, найден коэффициент полезного действия насоса и определена затрачиваемая мощность насоса при различных методах регулирования системы.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
