Гидравлический расчет трубопровода с насосной подачей жидкости
Определение рабочей точки насоса при его работе в заданную гидравлическую сеть. Расчет минимального диаметра всасывающего трубопровода из условия его бескавитационной работы. Сравнение способов регулирования расхода исследуемой насосной установки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.10.2011 |
| Размер файла | 1,8 M |
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/
1
Расчетная часть
1. Определение рабочих параметров (Qр - Hр) системы насосная станция - трубопровод
Для решения задачи необходимо :
1. Составить уравнение гидравлической сети.
2. Построить графическое изображение этого уравнения в координатах Q- H.
3. Нанести на этот график характеристику насоса и определить координаты точки пересечения напорной характеристики насоса и характеристики сети (координаты рабочей точки).
Последовательность решения задачи.
1). Выбираем два сечения - н-н и к-к, перпендикулярные направлению движения жидкости и ограничивающие поток жидкости (Рис. 1).
Сечение н-н проходит по свободной поверхности жидкости в резервуаре 2, а сечение к-к - под поршнем в цилиндре 3.
Рис.1. Схема установки
2). Применяем в общем виде закон сохранения энергии для сечений н-н и к-к с учетом того, что жидкости добавляется энергия в насосе, равная потребному в данной сети напору Hпотр:
(1)
где - - скорость движения жидкости в трубопроводе;
i - коэффициенты местных сопротивлений;
рн и рк - абсолютные давления в центрах тяжести сечений;
zн и zк - вертикальные отметки центров тяжести сечений;
н и к - коэффициенты Кориолиса.
3). Раскрываем содержание слагаемых уравнения (1) для нашей задачи.
Для определения величин zн и zк выбираем горизонтальную плоскость сравнения 0-0. Для удобства ее обычно проводят через центр тяжести одного из сечений. В нашем случае плоскость 0-0 совпадает с сечением н-н.
Если сечение расположено выше плоскости 0-0, отметка берется со знаком плюс, если ниже - со знаком минус.
zн=0; zk=H1+H2.
Давление на поверхности открытых резервуаров равно атмосферному, а в закрытых резервуарах или в трубе - сумме атмосферного давления и показания прибора (манометрическое давление берется со знаком плюс, вакуумметрическое - со знаком минус). Вакуумметрическое давление - это отрицательное манометрическое.
рн = рат+ рм ;
Если на жидкость в сечении действует сила, передаваемая через поршень, то давление определяется из условия равновесия поршня и равно:
рк = R/S + рат .,
где S=D2/4 - площадь сечения поршня.
Согласно закону сохранения количества вещества через любое сечение потока проходит один и тот же расход жидкости:
Qн = Q1 = Q2 = Qк. (2)
Здесь Q1 и Q2 - расходы в сечениях всасывающего и напорного трубопроводов. Учитывая, что Q = , вместо (2) получим:
нн =11 = 22=.......= кк, (3)
где н, 1, 2, к - площади соответствующих сечений.
Поскольку площади сечений резервуаров значительно больше площадей сечений труб, скорость н очень мала по сравнению со скоростями в трубах 1 и 2 и величиной нн2/2g можно пренебречь. Скорость к= Q/к.
н и к - коэффициенты Кориолиса ;
= 2 при ламинарном режиме движения,
=1 при турбулентном режиме.
Принимаем: н 0; к = Q/к==Q/(D2/4).
Потери напора hн-к при движении жидкости от сечения н-н к сечению к-к складываются из потерь во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, причем в каждом трубопроводе потери разделяются на потери по длине и местные:
hн-к = h1 + h2= hдл.1 + hф + hпов.1 +hдл.2 + hкр. +2hпов.+ hвых. (4)
|
|
- потери по длине на всасывающем трубопроводе. |
|
|
|
- потери в приемной коробке (фильтре). ф зависит от диаметра всасывающего трубопровода (при d=130мм ф = 6,4, приложение 5). |
|
|
|
- потери на поворот во всасывающем трубопроводе, пов. - коэффициент сопротивления при резком повороте на угол 90 (пов =1,32 - приложение 5). |
|
|
|
- потери по длине на нагнетательном трубопроводе. |
|
|
|
кр. =0 - задается по условию. |
|
|
|
- потери на поворот в нагнетательном трубопроводе, пов. - коэффициент сопротивления при резком повороте на угол 90(пов =1,32 - приложение 5). |
|
|
|
- потери при выходе из трубы в резервуар (вых =1 - приложение 5). |
- безразмерный коэффициент, зависит от вида и конструктивного выполнения местного сопротивления, приводится в справочной литературе (Приложение 5);
С учетом вышеприведенных зависимостей, вместо (4) можно записать:
(5)
- коэффициент гидравлического трения
4). Подставляем в уравнение (1) определенные выше значения слагаемых:
;
В этом уравнении атмосферное давление сокращается, рм, R, hвс, hн, dвс, dн, lвс, lн известны по условию;
вс = вх+пов.=6,4+1,32=7,74;
нагн. = кр+2пов+вых..=0+21,32+1=3,64.
(6)
5). Выражаем в уравнении (6) скорости 1 и 2 через расход жидкости:
1 = Q / 1=4Q/d12; 2 = Q / 2=4Q/d22;
6). Упрощаем уравнение (6) и определяем потребный напор Hпотр. :
(7)
Зависимость (7) и представляет собой уравнение (характеристику) гидравлической сети. Это уравнение показывает, что в данной сети напор насоса расходуется на подъем жидкости на высоту (H1+H2), на преодоление противодавления R/S - рм и на преодоление гидравлических сопротивлений.
7) Строим характеристику насоса Д-320 и наносим на нее графическое изображение характеристики сети (7).
Для построения характеристики сети задаемся несколькими значениями расхода жидкости из рабочего диапазона насоса Д-320 и вычисляем по уравнению (7) значение потребного напора Hпотр. Перед вычислением определяем при температуре t = 25С плотность и вязкость жидкости по справочным данным.
Плотность жидкости при другой температуре можно определить по формуле:
t = 0 / (1+t),
где t - плотность жидкости при температуре t=t0 +t;
t - изменение температуры;
t0 - температура, при которой плотность жидкости равна 0;
- коэф-нт температурного расширения (в среднем для воды =0,0003 1/ C)
Вязкость при любой температуре определяется по формуле:
е = 20уе-20ж 1.(е2 - е1)дт (е2.е1)ю - приложение 3
- кинематический коэффициент вязкости.
Для нашей задачи (вода):
t0=20, t=25, t=25-20=5, 0=998, =0,0003 1/ C, 20=0,01см2/c, t1=20, t2=40, t1=0,01см2/c, t2=0,065см2/c.
Все вычисления производятся в Excel.
Анализ формулы (7) показывает, что при задании расхода Q все величины в правой части уравнения известны, кроме коэффициента трения .
Последовательность вычисления :
Re < 2300 =64 / Re
Re > 2300 = 0,11(68/Re + э/d)0,25
Принимаем величину абсолютной шероховатости трубопровода э = 0,07 мм (трубы стальные, сварные, новые, приложение 4).
Вычисления и построение графиков выполняем на ЭВМ с помощью электронных таблиц (Microsoft Excel).
Рис.2. Определение рабочей точки насоса.
Согласно рис.2, рабочая точка насоса имеет следующие параметры:
Q = 44 10-3м3/с, H = 80м, =0,68
н - коэффициент полезного действия насоса.
8) Определяем мощность приводного двигателя:
Nдв.=gHQ/=996,59,8804410-3/0,68= 51 кВт.
2. Кавитационный расчет всасывающей линии насосной установки
Для решения задачи необходимо
1. Определение минимального диаметра всасывающего трубопровода, при котором будет отсутствовать кавитация.
2. Составить уравнение гидравлической сети при диаметре трубопровода обеспечивающем отсутствие кавитации, построить графическое изображение этого уравнения, определить координаты точки пересечения напорной характеристики насоса и характеристики сети (координаты рабочей точки).
Дано:
Подача насоса Q=4410-3м3/с ; длина трубопровода l1=15м; высота всасывания h1= 4,5 м; коэффициент сопротивления фильтра ф= 6,4; коэффициент сопротивления поворота пов = 1,32; давление насыщенного пара воды (приложение 6) при температуре 25С - рн.п. = 3273 Па; абсолютная шероховатость поверхности трубопровода э = 0,07 мм; атмосферное давление равно 105Па, манометрическое давление на поверхности жидкости во всасывающем резервуаре равно 0,02 МПа.
Последовательность решения задачи
Рис.3. К определению минимального диаметра трубопровода.
Минимальный диаметр определяем из условия, что давление в сечении 2-2 равно давлению насыщенного пара. Тогда уравнение Бернулли для сечений 1-1 и
2-2 имеет вид:
(8)
Преобразуем уравнение Бернулли следующим образом: в левой части сгруппируем слагаемые, не зависящие от диаметра, а в правой части - зависящие от диаметра.
(9)
Задача заключается в определении диаметра из уравнения (9). Поскольку при разных значениях диаметра может быть различный режим движения в трубопроводе (Re=d/), и коэффициент гидравлического трения зависит от диаметра сложным образом: =64/Re при ламинарном режиме и =0,11(68/Re+ э /d)0,25 при турбулентном режиме, уравнение (9) в общем случае является трансцендентным. Трансцендентным называется уравнение, которое не решается алгебраическими методами.
Такие уравнения решаются графическим способом или численными методами с помощью ЭВМ.
Графический метод решения уравнения (9).
Обозначим:
Задается несколькими значениями диаметра d, вычисляем значение функции f (d) и строим график этой функции. Далее определяем диаметр в точке пересечения графика функции с осью х.
Рис.4. Определение минимального диаметра всасывающего трубопровода.
На пересечении графика функции f(d) с осью диаметров получаем точку, абсцисса которой равна 127 мм. Это и есть искомое минимальное значение диаметра трубопровода из условия отсутствия кавитации: dmin = 127 мм. Поскольку заданное значение диаметра равно 130мм, в насосе не имеет место кавитация.
Заданный в задаче диаметр является оптимальным. Принимаем d=130мм.
3. Расчет сравнительной энергоэффективности регулирования производительности насоса
Изменить подачу насоса можно двумя способами: изменяя характеристику сети путем дросселирования на клапане, установленном на напорном трубопроводе при неизменной характеристике насоса или изменяя скорость вращения вала электродвигателя насоса при неизменной характеристике сети.
Определение рабочих параметров (Qр - Hр) системы насосная станция - трубопровод при дросселирование на клапане
Постановка задачи
Исходная рабочая точка насоса (рис.2) характеризуется следующими параметрами :
Q = 44,4 10-3м3/с, H = 80м, =0,68
Определить:
Рабочие параметры системы, при снижении расхода на 20% путем дросселирования на клапане.
Последовательность решения задачи.
1) Определяем необходимую подачу насоса:
Q= Q2 =44,410-3 0,8 =35,510-3 м3/с.
2) Определяем необходимый расход жидкости в системе и отмечаем на характеристике насоса новую рабочую точку при расходе Q2 = 35,510-3 м3/с .
Рис. 5. Определение рабочей точки при дросселировании.
Согласно рис.5 расход жидкости при дросселировании на клапане, установленном на напорном трубопроводе
H2=87м, =0,575.
Определение рабочих параметров (Qр - Hр) системы насосная станция - трубопровод при изменение скорости вращения вала электродвигателя насоса
Изменение частоты вращения вала насоса вызывает изменение его характеристики и следовательно, изменение рабочего режима. Для осуществления регулирования изменением частоты вращения для привода насоса необходимо использовать двигатели с переменным числом оборотов. Такими двигателями являются двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины и электродвигатели постоянного тока. Наиболее распространенные в технике электродвигатели с короткозамкнутым ротором практически не допускают изменения частоты вращения.
Регулирование работы насоса изменением частоты вращения более экономично, чем регулирование с помощью задвижки (крана). Даже применение сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя, связанное с дополнительной потерей мощности, экономичнее, чем регулирование с помощью крана.
Постановка задачи
Исходная рабочая точка насоса (рис.2) характеризуется следующими параметрами :
Q = 44,4 10-3м3/с, H = 80м, =0,68
Определить:
Рабочие параметры системы, при снижении расхода на 20% путем изменения скорости вращения вала электродвигателя насоса.
Последовательность решения задачи
1). Определяем необходимую подачу насоса:
Q= Q2 =44,410-3 0,8 =35,510-3 м3/с.
2) Поскольку характеристика сети не меняется, графическим способом получаем на характеристике сети новую рабочую точку насоса. Через эту точку должна пройти характеристика насоса.
Координаты новой рабочей точки :
Q2 =35,510-3 м3/с, H2 =65м, 2=0,575
(напор и к.п.д. можно определить по рис. 5).
Строим кривую характеристики насоса при условии снижения скорости вращения вала электродвигателя насоса на 20%
2). Строим кривую подобных режимов по уравнению:
H = H2 Q2 /Q 22=65 Q2 / (35,510-3)2
Рис.6. Определение рабочей точки при регулировании насоса.
Сравнение способов регулирования
1) При регулировании степенью открытия крана (рабочая точка располагается на исходной характеристике насоса):
Q =35,510-3 м3/с, H=87м, =0,575.
2) При регулировании оборотами (рабочая точка располагается на исходной характеристике сети):
Q =35,510-3 м3/с, H=65м, =0,575 .
Определяем мощность приводного двигателя.
· При регулировании степенью открытия крана:
N = 996,59,88735,510-3/0,575 = 52кВт
· При регулировании оборотами:
N = 996,59,86535,510-3/0,575 = 39кВт
При регулировании оборотами снижение мощности составляет:
N/N =(52 - 39)/ 52=25%.
ВЫВОДЫ
насос гидравлический трубопровод
Определена рабочая точка насоса D-320 при его работе в заданную гидравлическую сеть. Её параметры: Q=4410-3 м3/с, H=80м, = 0,68.
Определен минимальный диаметр всасывающего трубопровода из условия бескавитационной работы. Он равен 12710-3 м. Поскольку этот диаметр меньше заданного (130мм). Заданный диаметр всасывающего трубопровода является оптимальным.
Произведен расчет характеристики системы насосная станция - трубопровод при дросселирование на клапане - 0,8Q. Параметры рабочей точки системы: Q =35,510-3 м3/с, H=87м, =0,575.
Произведен расчет характеристики системы насосная станция - трубопровод при изменение скорости вращения вала электродвигателя насоса - 0,8Q. Параметры рабочей точки системы: Q =35,510-3 м3/с, H=65м, =0,575.
Сравнение способов регулирования расхода насосной установки показало, что при регулировании изменением скорости вращения вала электродвигателя насоса выигрыш в мощности составляет 25 %.
Библиографический список
1. Рабинович Е.З., Евгеньев А.Е. Гидравлика.- M.: Недра, 1987.-234с.
2. Раинкина Л.Н. Гидромеханические расчеты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости.- Ухта: УИИ, 1997.- 79с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Характеристика насосов; гидравлическая сеть, определение потерь энергии на преодоление сопротивлений. Расчет трубопроводов с насосной подачей: параметры рабочей точки, всасывающей линии при безкавитационной работе, подбор двигателя, подача насоса в сеть.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 26.10.2011Консольные 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 [1,1 M], добавлен 23.01.2013Определение рабочих параметров гидравлической сети с насосной системой подачи жидкости. Исследование эффективности дроссельного и частотного способов регулирования подачи и напора. Расчет диаметра всасывающего, напорного трубопровода и глубины всасывания.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.12.2013Расчет 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 [187,7 K], добавлен 04.11.2013Расчет 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.
контрольная работа [391,9 K], добавлен 01.12.2011Составление 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 [876,4 K], добавлен 22.10.2013Определение 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 [38,8 K], добавлен 03.01.2016Расчет трубопровода, выбор центробежного насоса. Методы регулировки его работы в схеме циркуляционной мойки резервуаров и трубопроводов. Расчет сопротивлений трубопровода и включенных в него аппаратов. Разбивка трубопровода насосной установкой на участки.
курсовая работа [258,3 K], добавлен 10.04.2012Общие 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 [695,9 K], добавлен 23.04.2014Схема 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.
контрольная работа [53,6 K], добавлен 22.03.2011
