Расчёт насосной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Расчётно-пояснительная записка

к курсовой работе по гидравлике

Тема

Расчёт насосной установки

Разработал Бойко С.А.

Руководитель Бубнов В.Б.

Иваново 2004.

Содержание

1. Задание

1.1 Схема насосной установки

1.2.Исходные данные

2. Введение

3. Основные разделы

3.1 Расчёт линии «А»

3.2 Расчёт линии «В»

3.3 Расчёт линии «С»

3.4 Расчёт всасывающей линии

3.5 Гидравлический расчёт рабочего колеса

3.6 Построение графика «Характеристика сети»

3.7 Подбор насоса по каталогу

3.8 Расчёт времени опорожнения

4.Заключение

5. Приложение

Список используемой литературы

насосная установка напор расчет

1. Задание

Насосная установка состоит из центробежного насоса и разветвлённой трубопроводной сети. По линии «А» жидкость подаётся в напорный бак с избыточным давлением Р_м, откуда при постоянном уровне Н вытесняется по горизонтальному трубопроводу ступенчатого диаметра в ёмкость с атмосферным давлением.

По линии «В» жидкость подаётся в кольцевое пространство теплообменника «труба в трубе» ( две параллельные секции по n элементов в каждом, d_вн, d_н, ).

По горизонтальной линии «С» жидкость перекачивается в ёмкость с атмосферным давлением, причём расходы в линиях «В» и «С» примерно одинаковы.

Определить:

1.Напор, необходимый для подачи жидкости по линии «А».

2.Расход жидкости в линии «В».

3.Диаметр трубопровода в линии «С».

4.Выполнить расчёт рабочего колеса насоса.

5.Подобрать насос по каталогу.

6.Определить абсолютное давление во всасывающей полости насоса, кавитационный запас, критический кавитационный запас и предельную допустимую высоту всасывания, если задана высота всасывания, длина и диаметр всасывающей линии. На всасывающей линии имеется обратный клапан с фильтром, «р» вентилей и «q» поворотов с углом 90⁰.

7.Построить график работы насоса на сеть.

8.Заменить насос двумя менее производительными насосами, соединёнными последовательно или параллельно. Построить график их совместной работы на сеть.

9.Рассчитать время опорожнения напорного бака через отверстие в днище (жидкость по линии «А» при этом не поступает). Диаметр бака D, диаметр отверстия d.

Примечание: в линиях «А» и «С» потери на местных сопротивлениях составляют 10% от потерь на трении.

1.2 Исходные данные

Таблица 1.

Жидкость	Материал труб	Температура, К	Характеристика всасывающей линии	Длина линии
			вс	dвс	p	q	1	2	3	4
Вода	Чугунные новые	293	14	0.224	1	3	40	2	2	2

Высота подъёма жидкости	D	d
H	Hвс	Z1
4.4	1.5	15	1.8	0.021

Таблица 2.

Pм, мПа	Характеристика теплообменника	Диаметры	5	6	z2
0,04		Dвн	dн	n	d1	d2	d3	d5	28	135	16
	6.5	0.075	0.05	12	0.074	0.068	0.070	0.052

2. Введение

Инженеру любой специальности, связанной с химической технологией, приходится иметь дело с перемещением жидкости. Насосные установки, применяемые для этой цели, получили широкое распространение во многих отраслях промышленности, особенно химической, в строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве.

Среди многих типов насосов, таких как насосы вытеснения, струйные, пневматические, наибольшее применение получили центробежные.

Этот тип насосов имеет простую конструкцию, простоту изготовления, эксплуатации, сравнительно небольшой вес, небольшие габариты по сравнению с насосами других типов. Этот насос обеспечивает плавность подачи, равномерность подачи. Также у него отсутствует клапанная головка, как у насосов вытеснения.

Насос имеет свои недостатки: низкий напор, небольшой КПД, малую всасывающую способность.

Правильная эксплуатация установок и их проектирование не возможны без знания основных теоретических положений гидравлики и навыка выполнения гидравлических расчётов.

Целью данной курсовой работы является закрепление теоретических знаний в области гидравлических машин, освоения навыков, инженерных расчётов насосных установок, освоения работы со справочной литературой.

3. Основные разделы

3.1 Расчёт линии «А»

Подача жидкости по линии «А» равна её расходу через трубопровод, присоединённый к напорной ёмкости. Этот расход можно рассчитать по способу сложного трубопровода с напорным баком. Истечение происходит под действием располагаемого напора . Необходимо найти расход через сложный трубопровод ступенчатого диаметра, при котором потери напора в нём будут равны располагаемому напору.

, м

-удельный вес рабочей жидкости.

, Н/м³

g-ускорение свободного падения, м/с² .

g=9.81 м/с²

-плотность рабочей жидкости, кг/м³.

=998 кг/м³

м

Общие потери напора равны сумме потерь на участках, т.е. трубопроводах 2 и 3. Расход Q определим из уравнения

где

-числовой коэффициент

d₂ и d₃-диаметры участков два и три;

₂ и ₃-коэффициенты внешнего трения участков второго и третьего ступенчатого трубопровода.

Коэффициент рассчитаем по формуле:

-абсолютная шероховатость стенок труб.

Для новых чугунных труб =0,3 1 стр.519 Таблица

, м³/с

м³/с

Определим режим течения жидкости в линии «А»

, м/с

, м/с

м/с

, м/с

м/с

, м/с

м/с

Определим критерии Рейнольдса

где

-динамический коэффициент вязкости, Пас

=110^-3 Пас 1 стр.512 Таблица

-движение происходит в автомодельной области.

Напор, необходимый для подачи жидкости по линии «А», определим из уравнения

где

h_пот -потери напора в линии «А»



м

м

Статический напор в линии «А»

м

Потери на трение

, где

м³/с

3.2 Расчёт линии «В»

Подача жидкости по линии «В» рассчитывается исходя из условия H_A=H_B

м

h_пот - потери напора от точки разветвления до теплообменника;

h_пот -потери напора в теплообменнике.

Они складываются из потерь по длине трубопровода и потерь на местные сопротивления.

-длина одной трубы теплообменника, м

= 6,5 м

n-число труб в каждой секции

12

-сумма коэффициентов местных сопротивлений

=(_{входа в трубу} + _{сужения} + 2_{поворот на 90}⁰ + _{расширения} + _вых)n

_{входа в трубу}= 0,5 1 стр.494 Таблица

_{сужения}= 0,35 1 стр.497 Таблица

_{поворот на 90}⁰= 1,1 1 стр.496 Таблица

_{расширения}= 0,5 1 стр.497 Таблица

_вых= 1 1 стр.495 Таблица

= (0,5+0,35+21,1+0,5+1)12=54,6

Определим потери напора в теплообменнике

Определим подачу жидкости в линию «В»

16 м

м³/с

Проверка:

Определим скорость движения жидкости в линии «В»

м/с

Определим коэффициент Рейнольдса

-движение жидкости происходит в квадратичной автомодельной области.

м³/с

3.3 Расчёт линии «С»

При расчёте учитывают, что H_C=H_A и Q_CQ_B.

Коэффициент трения ₆ принимаем равным ₁.

Диаметр трубопровода определим из условия:

м

Q_C=Q_B= 0,0091 м³/с

₆ =₁= 0,0278

м

По ГОСТ 8734-75 принимаем d₆= 0,056 м

Уточним коэффициент трения ₆

Уточним расход в линии «С»

М³/с

, м

м³/с

3.4 Расчёт всасывающей линии

Целью расчёта всасывающей линии насоса является определение кавитационного запаса и сопоставление его с критическим кавитационным запасом, а также расчёт допустимой высоты всасывания.

, м

, Па

P₁-барометрическое давление.

Принимаем Р₂=760 мм. рт. ст.=101308 Па

-геометрическая высота всасывания, м.

-потери напора во всасывающей линии

м³/с

м/с

Определим критерий Рейнольдса

область гидравлически шероховатых труб.

Определим по формуле:

Сумма местных сопротивлений во всасывающей линии равна:

= _входа + _сетки + _{обр. клапан} + р_вент+ q_{поворот на 90}⁰ + _вых

_входа= 0,5 1 стр.494 Таблица

_сетки= 4,55, принимаем _сетки= 5

_{обр. клапан}= 1,4

_вент= 5,3 1 стр.496 Таблица

_{поворот на 90}⁰= 1,1 1 стр.496 Таблица

_вых= 1 1 стр.495 Таблица

р=1

q=3

()_вс= 0,5+5+1,4+5,3+31,1+1=16,5

м

, Па

Па

Па

, м

м

Допустимая высота всасывания, т.е. высота расположения насоса под уровнем жидкости в приёмном резервуаре, определяется по формуле:

, м

- кавитационная поправка, м

Принимаем n= 4500 об/мин

м

Р_н.п - давление насыщенного пара рабочей жидкости, Па

При t=20⁰С, Р_н.п=2380 Па 1 стр.511 Таблица XXXVIII

м

Кавитационный запас или превышение полного напора жидкости во входном патрубке насоса под давлением её насыщенного пара равен

, м

-скорость жидкости во всасывающей линии, м/с

-давление насыщенного пара рабочей жидкости, Па

-давление во всасывающей полости насоса, Па

м

Критический кавитационный запас или уменьшение высоты всасывания, необходимое для предотвращения кавитации, определим по формуле:

-критерий кавитационного подобия

Принимаем

м

2,13 < 7,38

3.5 Гидравлический расчёт рабочего колеса

Целью расчёта является определение размеров основных элементов рабочего колеса. Исходными данными являются: подача, Q (м²/с); напор, Н (м); частота вращения, n (об/мин).

Определим конструктивный тип насоса по коэффициенту быстроходности

Принимаем 4500 об/мин

Определим объёмный К.П.Д.

Коэффициент Q зависит от отношения между диаметром D₁ и диаметром D₂.

Принимаем Q=0,68

Определим гидравлический К.П.Д.

где

-приведённый диаметр на входе, м

-диаметр рабочего колеса на входе, м

, м

-диаметр ступицы, м

Приближённый диаметр определим по формуле:

, м

м

Общий К.П.Д. насоса

где

-механический К.П.Д. насоса

Принимаем

Мощность на валу

, кВт

-плотность воды.

кг/м³

КВт

Крутящий момент на валу насоса

кгссм

Из условия скручивания определяем диаметр вала:

, м

Вал насоса работает в основном на скручивание моментом, но частично нагружен поперечными силами, поэтому допускаемое напряжение кручения принимаем пониженным.

кгс/см²

Принимаем кгс/см²

м

Определим диаметр ступицы:

, м

принимаем

м

Длина ступицы:

, м

принимаем

м

Определим диаметр рабочего колеса

, м

м

Окружная скорость на входе в каналы рабочего колеса:

, м/с

м/с

Скорость жидкости на входе в рабочее колесо

, м/с т.к.

,

м/с

Из параллелограмма скоростей на входе в межлопастные каналы находим:

25,4⁰

Принимаем значение угла атаки 6 и определяем угол лопасти на входе:

Ширина лопасти на входе:

,

где

-коэффициент стеснения входного сечения кромками лопастей

м

Расчёт выходных элементов рабочего колеса.

Окружная скорость на выходе:

, м/с

-радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе

принимаем

м/с

Внешний диаметр рабочего колеса равен

, м

, м

Отношение диаметров должно лежать в пределах

Ширина лопасти на выходе

м

Определим число лопастей рабочего колеса

Здесь: ;

принимаем

Принимаем 10 лопастей

3.6 Построение графика работы насоса

Исходными данными являются:

43,710^-3 м³/с; 55,27 м

Действительный напор , создаваемый насосом , равен:

, м

где

-теоретический напор, м

-коэффициент Проскуры

, м

м

м

3.7 Подбор насоса по каталогу

Для подбора насоса по каталогу пересчитывают расход и полный напор на число оборотов об/мин.

0,0437 м³/с

л/с

4500 об/мин

2900 об/мин

55,27 м

м

Для подачи воды выбираем насос 4К-12.

Параметры насоса:

расход 33,3 л/с

полный напор 28 м

число оборотов об/мин.

мощность на валу 12,4 КВт

мощность электродвигателя 1,1 КВт

К.П.Д.=74,5

допустимая вакуумметрическая высота всасывания 3,3 м

диаметр рабочего колеса 174 мм

3.8 Расчёт времени опорожнения.

, с

=0,62 - коэффициент расхода

, м²

м²

, м²

, м²

с

4. Заключение

В ходе курсовой работы определили: напор в линии «А», расход жидкости в линии «В», диаметр трубопровода в линии «С». Также произвели расчёт рабочего колеса насоса, времени опорожнения рабочего бака и построили график работы насоса на сеть.

После завершения расчёта по каталогу подобрали насос с необходимым напором и подачей.

Т.к. расчётная мощность на валу насоса (КВт) больше, чем у выбранного насоса (КВт), то следует заменить двигатель более мощным.

Список используемой литературы

1.Павлов К.Ф., Романов П.Г., Носков А.А. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Учебное пособие для Вузов, 10-е изд. Переработанное и дополненное - Л., Химия, 1987г. 576с.

2.Идельчик И.С. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям». Государственное энергетическое Издательство, Москва, 1960г. 552с.

3. «Краткий справочник физико-химических величин». Изд.7, испр. под ред. Мищенко К.П., и Равделя А.А. Химия, Л., 1974г. 200с.

Размещено на Allbest