Гидравлический расчет системы водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Из канала I по самотечной трубе АВ (снабженной фильтром и обратным клапаном) длиной l₁ и диаметромd₁ вода под напором h₁ перетекает в прибрежный колодец II.

Из прибрежного колодца II центробежный насос V перекачивает воду в открытый резервуар. Всасывающая труба насоса длиной l_вс снабжена фильтром с обратным клапаном и имеет два поворота с отношением радиуса поворота к диаметру трубы R/ d_вс =6,0. Давление во всасывающем трубопроводе на входе в насос h_вак.

Далее по напорному трубопроводу длиной l_н и диаметром d_н вода поступает в резервуар III. Материал трубопроводов - сталь.

Из резервуара III вода перетекает в резервуар IVчерез внешний цилиндрический насадок диаметром d под действием напора h₃ .

Рисунок 1 Расчетная схема напорных трубопроводов самотечным водозабором

Таблица 1 Данные для расчета напорного трубопровода с самотечной трубой

Вариант	Q, л/c	lвс, м	h2, м	h1, м	l1, м	lн, м	dн, мм	H, м	d, мм	pвак, ат
19	67	61	4,2	0,53	47	195	250	33	130	0,2

Q ? производительность насоса;

l_BC - длина всасывающей трубы насоса;

h₂ - высота установки центра насоса над линией свободной поверхности;

h₁ - разность горизонтов в канале I и колодце II;

l₁ - длина самотечной трубы;

lн - длина напорного трубопровода;

d_H- диаметр напорного трубопровода;

H - отметка горизонта воды в резервуаре III над центром насоса;

d- диаметр внешнего цилиндрического насадка ;

p_вак- давление на входе в насос.

Определить:

· диаметр самотечной трубы;

· разность уровней в канале I и колодце II;

· определить высоту установки центра насоса;

· вычислить разность горизонтов резервуаров III и IV и определить мощность насосной установки;

· построить напорную и пьезометрическую линии для всех участков напорных трубопроводов.



1 Подбор диаметра самотёчной трубы

Диаметр трубопровода подбираем по таблице II,ориентируясь при этом на величину заданного расхода воды Q=67л/с и ближайшее меньшее значение среднего гидравлического уклона, определяемого по формуле:

i_ср= h₁/l₁= 0,53/47=0,0113. (1)

Имеем: d₁=250 мм, =1,26 м/с, i=9,82(для труб стальных)

2 Определение действительного перепада уровней в I и II резервуаре

Считая уровень воды вканале I постоянным, определим разность уровней для выбранного диаметра трубопровода. Для определения разности уровней воды используем уравнением Д.Бернулли. Сечения 1-1 и К-К расположим на уровнях свободной поверхности в I и II резервуаре соответственно, проведя линию сравнения по уровню свободной поверхности в первом резервуаре и считая равной 0 скорость в первом сечении.

, (2)

где z₁, z_k - ординаты, определяющие высоту положения центра выбранного сечения над горизонтальной плоскостью сравнения 0-0;

- пьезометрический напор в сечениях 1-1 и К-К;

- скоростной напор в сечениях 1-1 и К-К;

- коэффициенты Кориолиса, учитывающие неравномерность распределения скоростей в соответствующих живых сечениях потока;

- сумма потерь напора.

После решения уравнения, получим

h_{действ.}=h_м + h_{l. ,}

где - потери напора по длине;

- местные потери.

Потери напора по длине рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха:

(3)

где л - коэффициент гидравлического трения;

l - длина трубопровода;

d - внутренний диаметр трубопровода;

- скоростной напор в рассматриваемом участке трубопровода,

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

Коэффициент гидравлического трения л зависит от числа РейнольдсаRe и относительной шероховатости Д_э/d, где Д_э - эквивалентная шероховатость. По таблице А3 (ПРИЛОЖЕНИЕ А) для стального трубопровода выбираем Д_э=0,1 мм=1*10^-4м.

Число Рейнольдса определяется по формуле:

(4)

где н - кинематический коэффициент вязкости. Для воды при t = 15 єC:

н =0,0114 см²/с= 0,014•10-⁴ м²/с (таблица А1, ПРИЛОЖЕНИЕ А).

Так как Re= >Re_кр= 2320 (для круглых труб), значит режим течения жидкости в трубопроводе турбулентный; коэффициент гидравлического трения л определятся по формуле Шипренсона.

(5)

где Д_э - эквивалентная абсолютная шероховатость, м ; принимаем Д_э=0,1мм (для стальных труб) по ПРИЛОЖЕНИЮ А.

Имеем:

; (6)

Потери напора на местные сопротивления определяются в зависимости от вида местного сопротивления по общему уравнению Вейсбаха.

(7)

0,32+0,38=0,7 (8)

м (9)

h₁=0,53 м <м



3 Определение диаметра всасывающего трубопровода насосной установки

Всасывающая труба представляет собой водовод от места забора воды до насоса.

(10)

трубопровод напорный установка насосный

Диаметр всасывающего трубопровода насоса d_вс принимаем d_вс=200 мм, считая поток воды из прибрежного резервуара I до напорного резервуара III непрерывным, т.е. во всех напорных трубопроводах системы Q= const.

4 Определение высоты установки центра насоса над линией свободной поверхности

Для определения высоты расположения центра насоса над линией свободной поверхности во II резервуаре h₂ = h_вс. свяжем уравнением Бернулли сечения 1-1 и 2-2, расположенные по линии свободной поверхности в резервуаре и на входе всасывающего трубопровода в насос.

Далее рассмотрим местные сопротивления во всасывающем трубопроводе. К ним можно отнести два поворота трубопровода на 90⁰, сопротивление сетки фильтра.

Решим уравнение относительно искомого значения высоты установки центра насоса над линией свободной поверхности h_вс.

, (11)

где р_а=10⁵Па - нормальное атмосферное давление, р_вак=0.1*10⁵Па (по заданию).

Скорость во всасывающем трубопроводе определим по формуле:

=. (12)

Теперь определим режим движения по формуле (5):

(13)

Следовательно, режим турбулентный(лам.<2320<).

Для турбулентного режима движения коэффициент Дарси определяется по формуле Шипринсона:

==0,011. (14)

Для отводов круглого сечения с R/d_вс = 6 при турбулентном течении можно воспользоваться эмпирической формулой :

(15)

Теперь определим:

= 6,79 м.

Определение высоты установки центра насоса над линией свободной поверхности позволяет определить геометрический напор, который является расстоянием от уровня свободной поверхности в резервуаре I до уровня свободной поверхности в резервуаре III.

H_г = h_вс. + H, (16)

Н_г=6,79+33=39,79 м.

5 Определение потерь напора во всасывающем трубопроводе

Потери во всасывающем трубопроводе при турбулентном движении жидкости можно определить уравнением :

?= + , (17)

(18)

(19)

?=0,78+0,35=1,13 м. (20)

6 Определение диаметра нагнетательного трубопровода насосной установки

При выборе диаметра нагнетательного трубопровода d_ндопускается соотношение

d_вс.?d_н. (21)

Принимаем d_н=0.25 м( по заданию).

7 Определение потерь напора в нагнетательном трубопроводе

Нагнетательный трубопровод - длинный трубопровод. Скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе

, (22)

=.

Число Рейнольдса для нагнетательного трубопровода и определим режим движения жидкости в нем

, (23)

.

Определим режим движения жидкости по трубопроводу. Полученные значения числа Рейнольдса трубопровода больше критического значения числа Рейнольдса, значит режим движения турбулентный.

лам.<2320<

Для турбулентного режима движения коэффициент Дарси определяется по формуле (14):

==0,016.

Для длинного нагнетательного трубопровода производим расчет потерь по длине для диаметра напорного трубопроводаd_н и длины l_н. Далее рассмотрим местные сопротивления в нагнетательном трубопроводе, которые представляют собой потери по длине и потери на местные сопротивления , которые составляют около 10% от потерь по длине h_l в длинном трубопроводе. Тогда общие потери в напорном трубопроводе определим, согласно уравнению:

?=(л?+, (24)

?=(0.016•+= 1,3 м.

?

8 Определение потребного напора насосной установки

Потребным напором насосной установки называется энергия, необходимая для перемещения единицы веса жидкости от самого нижнего уровня (в месте забора) до самого верхнего (центра тяжести выходного сечения или верхнего уровня в приемном резервуаре). Потребный напор определяется по формуле

Н_потр. = Н_ст +Н_дин. , (25)

где-Н_ст статический напор, учитывающий затраты энергии для подъема жидкости на высоту H_г;

Н_ст= H_г, (26)

где Н _дин.- гидравлические потери, учитывающие потери в местных сопротивлениях и потери напора по длине.

Н_стм.

Так как диаметры всасывающего и нагнетательного трубопровода не одинаковы, то

Н_дин. = + ? + ?h_н (27)

Н _дин. =м _;

Н_потр. = 39,79 +2,76= 42,55 м_.



9 Определение разности горизонтов в резервуарах III и IV

Указанную разность можно вычислить из формулы для определения расхода жидкости:

, (28)

где -расход жидкости, проходящий из резервуара III в резервуар IV, равный производительности насоса;

-коэффициент расхода;

-площадь поперечного сечения;

-ускорение силы тяжести;

-разность уровней в резервуарах.

=м² (29)

=м. (30)

10 Определение мощности насосной установки

Различают полезную мощность N_p,кВт, которая определяется работой насоса, совершаемой им при подъеме жидкости в единицу времени на высоту Н и мощность, необходимая для приведения в действие насосной установки N_уст.

N_p=кВт. (31)

Размещено на Allbest.ru