Разветвленный тупиковый сельскохозяйственный водопровод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Донской государственный технический университет

ВЕЧЕРНИЙ ФАКУЛЬТЕТ (ЗАОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По гидравлике

Тема: Разветвленный тупиковый сельскохозяйственный водопровод

Содержание

Введение

1. Расчет разветвленной тупиковой сети хозяйственного водопровода

2. Расчет всасывающей и нагнетательной линий

3. Определение основных размеров рабочего колеса центробежного насоса и допустимой высоты всасывания

4. Профилирование лопатки рабочего колеса по дуге окружности (приближенный способ)

5. Расчет и построение спирального отвода центробежного насоса

Спроектировать хозяйственный водопровод по схеме разветвленной тупиковой сети для подачи воды в коммунальный и производственный секторы отделения сельскохозяйственного объекта, если задано:

1) План водоснабжения объектов (рис.1) с разбивкой сети на отдельные отрезки.

Таблица 1. - Длины участков и ответвлений расчетной водопроводной сети.

Участки ответвления трубопровода, узловые и тупиковые точки	Длины участков, ответвлений и глубины заложения трубопровода.
Б	21
Б-2	415
2	23
2-3	300
3	23
3-4	210
4	24
4-6	300
6	23
6-8	290
8	21
6-7	560
7	19
4-5	290
5	21
3-11	215
11	22
3-10	330
10	21
2-9	210
9	20

2) Тип водоисточника (водохранилище), отметка уровня уреза воды в источнике, длина всасывающего и нагнетательного трубопроводов.

Таблица 2.- Параметры.

Отметка уровня уреза воды, м.	9
Длина всасывающей трубы, м.	60
Длина нагнетательной трубы, м.	520
Температура воды,	30

3) Перспективное количество и состав водопотребителей, а также нормы водоснабжения.

Таблица 3.-Расчетное количество водопотребителей и суточные нормы водопотребления.

Водопотребители	Расчетное количество водопотребителей	Среднесуточные нормы водопотребления, л/сут.
1. коммунальный сектор:
Население	1100 чел.	50
Подсобное хозяйство	500 ед.	27
2. производственное хозяйство:
1 - й сектор	650 ед.	49.6
2 - й сектор	450	19,5
3 - й сектор	21500 ед.	0.67
4 - й сектор	85 ед.	65

4) Нормы свободных напоров в месте потребления (менее 8 м.).

5) Коэффициенты неравномерности потребления воды принять: суточный = 1,3 и часовой - = 2,5.

тупиковый водопровод насос

Введение

Обеспечение водой населенных пунктов, производственных и других объектов для удовлетворения хозяйственно-питьевых, производственных и противопожарных нужд называется водоснабжением.

Централизованная система водоснабжения, в которой подача распределения воды осуществляется по трубам, называется водопроводом.

Различают два основных типа водопроводной сети:

1) разветвленная или тупиковая, особенно распространенная в сельскохозяйственном водоснабжении;

2) кольцевая или замкнутая, представляющая собой систему смежных колец.

Разветвленная сеть состоит из отдельных линий, в каждую из которых вода поступает только с одной стороны.

Кольцевая сеть состоит из одной или нескольких замкнутых магистралей (контуров), к которым присоединяются ответвления, служащие для подачи воды потребителям.

Водопроводную сеть проектируют на основе плана архитектурной планировке поселка. При этом принимают во внимание: конфигурацию поселка, расположение улиц, кварталов, общественных и производственных зданий; расположение наиболее крупных потребителей - ферм, заводов и других предприятий, к которым необходимо подводить водопроводные магистрали; рельеф местности, от которого зависит место установки водонапорной башни и расположение главных водопроводных магистралей, прокладываемых по повышенным отметкам; расположение источника водоснабжения, что определяет место подвода воды к сети; искусственные препятствия - водные преграды, дороги и овраги, пересечение трубопроводов, с которыми желательно привязывать к существующим мостам. Под зданиями магистральные трубопроводы не укладываются. Трассы водопроводной сети не должны проходить по свалкам, скотомогильникам, кладбищам, вблизи дворовых уборных и т.д.

Так как требуется спроектировать хозяйственный водопровод для подачи воды в коммунальный и производственный секторы отделения сельскохозяйственного комплекса, поэтому применена разветвленная (тупиковая) водопроводная сеть. Линии водопроводной сети разделяют на магистральные - линия Б-8 и распределительные - линии 2-9; 3-10; 3-11; 4-5; 6-7.

Узлы сети - (узловые точки) - Б; 2; 3; 4; 6, участки сети - Б-2; 2-3; 3-4; 4-6; 6-8.

1. Расчет разветвленной тупиковой сети хозяйственного водопровода

Водоисточником является водохранилище с доброкачественной водой, которая перед употреблением не требует очистки.

Перспективное количество и состав водопотребления, а также среднесуточные нормы водопотребления приведены в табл.3

Коэффициенты неравномерности потребления воды при предварительном расчете примем: суточный = 1,3 и часовой

В конечных пунктах водозабора должен быть обеспечен остаточный напор Н не менее 8 м. трубы водопровода новые - чугунные.

2.1 Для определения среднесуточной потребности в воде отдельных водопотребителей необходимо норму водопотребления умножить на число потребителей .

=Ч .

Максимальный секундный расход (л/с) вычисляется по формуле

где: 86400 - число секунд в сутках.

Результаты заносим табл. 4.

Таблица 4. - среднесуточная потребность в воде и расчетные расходы.

Водопотребители	Среднесуточная потребность в воде, л/сут.	Максимальный секундный расход, л/с
1. коммунальный сектор: Население Подсобное хозяйство	55000 13500	2,069 0,508
2. производственное хозяйство: 1-й сектор 2-й сектор 3-й сектор 4-й сектор	32240 16965 14405 5525	1,213 0,638 0,542 0,208
Итого по всему хозкомплексу суммарное суточное водопотребление	137635	5,177

Из табл. 4 следует, что для обеспечения водой всех потребителей начальный участок водопровода должен быть рассчитан на пропуск воды в количестве 5,177 л/с, а среднесуточное водопотребление составляет

137635 Ч 1,3 = 178926 л/с = 179 м³/с.

Водоисточник должен обеспечить это максимальное среднесуточное водопотребление.

Согласно генеральному плану агропромышленного комплекса, увязанному с местностью, предполагаемая водопроводная сеть разбивается на участки (рис.1).

Длина каждого участка должна быть не более 600...800 м. На рис.1 представлена расчетная распределительная сеть.

2.2 Для подбора диаметров труб и определения потерь напора необходимо вначале рассчитать расходы на каждом участке водопроводной сети.

На участках 2-9, 3-10, 3-11, 4-5 расчетный расход воды для обеспечения сосредоточенных точек водоразбора 9, 11, 5, 10 производственных секторов 1, 2, 3 и 4, составляет соответственно: 1,213, 0,638, 0,542, 0,207 л/с (см. табл. 4).

Для определения расчетных расходов на участках 4-6, 6-8, и 6-7 коммунального сектора, где вода разбирается равномерно по всей длине трубопровода, необходимо сначала найти удельный и путевые расходы.

Удельный расход - расход, приходящийся на 1 м. длины трубопровода . Путевой расход - расход, забираемый на каждом расчетном участке.

Для трубопроводов коммунального сектора удельный расход (л/с на 1 м.) равен

= = = 0,0022409,

где - расход коммунального сектора;

- длины участков коммунального сектора.

Путевой расход равен произведению удельного расхода на длину расчетного участка.

Путевые расходы (л/с) отдельных участков:

= 0,0022409 300 = 0,67226,

= 0,0022409 290 = 0,64985,

= 0,0022409 560 = 1,25488,

Расчетный расход каждого участка вычисляется по формуле

= 0.5+ ,

где - транзитный расход (например, на участке 4-6 транзитным расходом являются путевые расходы 6-8 и 6-7 участков).

Расчетные расходы (л/с) на участках:

= 0.5+ + = 0,5 0,67226 0,64985 = 2,2409;

= 0.5 0,64985 = 0,32492;

= 0.5 = 0,62744;

= + ++ = 5,111.

После определения расчетных расходов на участках магистрального трубопровода переходим к расчету водопроводной магистрали. Вычисления выполняем в табличной форме - табл. 5.

Путевой расход равен произведению удельного расхода на длину участка, а удельный расход считается только для коммунального сектора (равномерный разбор).

Таблица 5 - длина участков трубопровода и расход на них.

Участок трубопровода	Длина i-го участка , м.	Расход, л/с
		путевой	расчетный
Б-2	415	------	5,178
2-9	210	------	1,213
2-3	300	------	3,965
3-10	330	------	0,208
3-11	215	------	0,638
3-4	210	------	3,119
4-5	290	------	0,542
4-6	300	0,67226	2,2409
6-7	560	1,25488	0,62744
6-8	290	0,64985	0,32492

2.3 Проведем расчет водопроводной магистрали. Вычисления выполним в табличной форме - табл.6.

Таблица 6 - расчет магистральной линии.

Узловая точка или участок трубо-провода	, км.	л/с	, м.	, м/с	, м/с			, м.	Отметка Пьезо-линии	Отметка Пьезолинии скорректи- рованная
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
8									29	30,53
8-6	0,290	0,32492	0,050	0,166	2,5	1,51	10,111	0,47
6									29,47	31
6-4	0,300	2,2409	0,075	0,507	2,65	1,44	1,167	2,53
4									32	33,53
4-3	0,210	3,119	0,075	0,706	2,65	1,30	1,167	3,1
3									35,10	36,63
3-2	0,300	3,965	0,100	0,505	2,8	1,44	0.253	1,72
2									36,82	38,35
2-Б	0,415	5,178	0,100	0,660	2,8	1,34	0,253	3,77
Б									40,59	42,12

Примечания:

а) значение определяем по расчетным расходам на участках магистрали на основании приложения 4 методических указаний;

б) значение скорости течения воды на отдельном участке магистрали

= ;

где - /с.

Т.к. 1 л/с = /с., получим формулу:

= .

в) значение квадратичной скорости находим из приложения 2 методических указаний.

г) значение потери напора на расчетном участке определяется по формуле

= ,

но т.к. на всех участках , то в эту формулу вводится поправочный коэффициент, формула примет вид:

= ,

Численное значение находим из приложения 1 .

д) отметка пьезолинии определяется по формуле:

= +

В связи с тем, что в узле 6 свободный напор равен:

29,47м - 23м = 6,47м, что меньше допустимого свободного напора 8м, внесем в таблицу 6 скорректированные отметки пьезолинии, приняв в узле 6

= 23 + 8 = 31м.

2.4 Расчет отдельных ветвей, отходящих от основной магистрали, производим в табличной форме - таблица 7.

Таблица 7 - расчет отдельных ветвей.

Ветви	Длина ветви , м	Расход л/с	Отметка, м	Потери , м	=	=	, м.
			начало	конец
2-9	210	0,213	38,35	28	10,35	0,049	5,48	0,05
3-10	330	0,208	36,63	29	7,63	0,023	1,37	0,05
3-11	215	0,638	36,63	30	6,63	0,031	3,62	0,05
4-5	290	0,542	33,53	29	4,53	0,016	4,28	0,05
6-7	560	0,627	31	27	4	0,007	7,49	0,05

По коэффициенту из приложения 1 находим диаметр труб В результате расчета получена пьезометрическая отметка в начальной точке Б, равная = 42,15м, то есть уровень воды на напорном баке Б должен быть выше отметки заложения трубы на 42,15 - 21 = 21,15 м. По полученным в расчете данным построим пьезометрическую линию расчетной водопроводной распределительной сети (рис 2.).

2. Расчет всасывающей и нагнетательной линий

Рис. 3 - принципиальная схема всасывающей и нагнетательной линии расчетного водопровода.

Всасывающая линия

В начале расчета примем скорость течения жидкости во всасывающей трубе = 0,8 м/с. Производительность насоса равна суммарному расходу производительной сети = 5,178 л/с.

Определяем диаметр трубопровода всасывающей линии

= = = 0,0908 0,1м.

Принимаем = 0,1м = 100мм.

Уточняем скорость воды во всасывающем трубопроводе, м/с.

= = = 0,67.

Для определения высоты установки насоса () составим уравнение Бернулли для сечения 1-1 по урезу воды в водоисточнике и сечения 2-2 на входе в насос (рис.3).

+ + = + + + ,

Потери напора во всасывающем трубопроводе составляют:

= ( + ) = ( + + ) ,

где = 0, = 0, = , = = 1, = , = , = , = 10, = 0,2.

Введем обозначение

= ,

где - атмосферное давление;

- давление на входе в насос.

Тогда

= + ( + + + 1)

Для определения коэффициента вначале найдем число Рейнольдса и по нему режим течения жидкости

Re = ,

где = 1,01 /с при температуре 20.

Следовательно,

Re = = 79207,9

то режим турбулентный т.к. Re Rе кр = 2320,

для турбулентного режима течения коэффициент определяется по формуле Альтшуля

= 0,11( +

Для расчетных труб величину шероховатости принимаем равной 0,45.

= 0,11( + = 0,03.

Принимая = 6, а из таблицы 2 = 60 м, находим

() = 6 - (0,03 1 + 10 + 0,2) = 5,33м.

Нагнетательная линия

Принимаем при подаче насоса = 5,178 л/с, = 100мм и v = 0,8м/с.

Для расчетного случая среднеквадратичная скорость = 2,8м/с (приложение 2) т.е. v = 0,8м/с = 2,8м/с. Течение воды в нагнетательном трубопроводе происходит в переходной области. Потери напора в данном трубопроводе определяем по формуле

= ,

где при = 100мм отношение = 0,2532, а = 1,28

=1,28 0,2532 0,52 = 4,52м.

Определяем напор насоса

= (42,15-21) + 5,33 + 5,261 = 31м.

По напору = 31м. и подаче = 5,178 л/с проводится гидравлический расчет центробежного насоса.

3. Определение основных размеров рабочего колеса центробежного насоса и допустимой высоты всасывания

Рис. 4. - основные размеры рабочего колеса.

Определение основных размеров рабочего колеса центробежного насоса и допустимой высоты всасывания ведется в табличной форме

Таблица 8 - расчет характеристик рабочего колеса центробежного насоса.

№ п/п	Определяемая величина	Обозначение	Размерность	Расчетная формула	Числовое значение
1	Напор насоса	H	м	Задан	30
2	Подача насоса	Q	м/с	Задана	0,005178
3	Частота вращения рабочего колеса насоса		Об/мин	Согласно прототипу	2900
4	Температура воды	t		Задана	30
5	Плотность воды		Кг/	Задана	995,7
6	Кинематический коэффициент вязкости		/с	Задан	0,80
7	Давление на входе в насос		МПа	Задано	0,01
8	Давление насыщенных паров воды		МПа	Задано	0,004
9	Кавитационный коэффициент быстроходности	С	-	Задается в пределах 800...1200	1000
10	Максимально допустимая частота вращения рабочего колеса насоса		Об/мин		28126
11	Проверка условия			?	Соблюд.
12	Коэффициент быстроходности насоса			3,65	58,43
13	Полезная мощность насоса		кВт		1,57
14	Объемный КПД насоса		-	Принимается в пределах0,96...0,98	0,96
15	Механический КПД насоса			Принимается в пределах0,92...0,96	0,92
16	Гидравлический КПД насоса			Принимается в пределах0,85...0,91	0,85
17	Полный КПД насоса			=	0,75
18	Номинальная мощность насоса		кВт		2,1
19	Крутящий момент на валу насоса		Нм	9554	6,88
20	Допускаемое напряжение на кручение	[]	Па	Принимается для стального вала в пределах(15...20)	15
21	Диаметр вала насоса		м		0,013
22	Диаметр ступицы		м	1,2	0,0156
23	Длина ступицы		м	1,5	0,0234
24	Приведенный диаметр на входе в колесо		м	5	0,06
25	Истинный диаметр на входе в колесо		м		0,061
26	Средний диаметр входных кромок лопаток		м	(0,8...1,0)	0,061
27	Абсолютная скорость потока на входе в колесо		м/с		1,86
28	Коэффициент стеснения лопаток на входе в колесо			Принимается в пределах 1,0..1,3	1,0
29	Абсолютная скорость потока на входе в колесо с учетом стеснения		м/с		1,86
30	Угол входа потока на лопатки колеса		град	Принимается	90
31	Меридиональная составляющая абсолютной скорости на входе в колесо		м/с		1,86
32	Окружная скорость потока на входе в колесо		м/с		9,2
33	Относительная скорость потока на входе в колесо		м/с		9,4
34	Угол направления относительной скорости потока на входе		град	arctg	11,5
35	Угол атаки входных кромок лопаток		град	Принимается в пределах 5...15?	10
36	Угол установки лопаток на входе в колесо		град	(в пределах12...22?)	21,5
37	Толщина лопаток на входе в колесо		м	Принимается в пределах 0,003...0,005	0,003
38	Ширина лопаток на входе в колесо		м		0,0145
39	Коэффициент влияния числа лопаток		-	Принимается ориентировочно 0,77...0,8	0,78
40	Теоретический напор при бесконечном числе лопаток		м		46,8
41	Угол между отрицательным направлением окружной скорости и вектором относительной скорости на входе в колесо		град	Принимается в пределах 20...40	32
42	Угол установки лопаток на выходе колеса		град	=	32
43	Окружная скорость на выходе из колеса		м/с	+ +	22,97
44	Диаметр рабочего колеса на выходе		м		0,15
45	Число лопаток рабочего колеса	Z	-	6,5sin	7
46	Ширина лопаток рабочего колеса на выходе		м	Из условия	0,0059
47	Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса		м/с	-ctg	19,42
48	Абсолютная скорость на выходе рабочего колеса		м/с		19,5
49	Угол между векторами абсолютной и окружной скоростей на выходе из рабочего колеса		град	arctg	5,47
50	Атмосферное (барометрическое) давление		МПа	Задано	0,1
51	Потери напора во всасывающем трубопроводе	?	м	Из расчета всасывающего трубопровода	0,66
52	Коэффициент запаса	ц	-	Задается в пределах 1,15...1,3	1,3
53	Кавитационный запас энергии всасывания	Д	м	10	1,238
54	Допустимый кавитационный запас	Д	м	ц Д	1,609
55	Допустимая высота всасывания		м	- ? - Д	7,46

По полученным данным строятся треугольники скоростей на входе и выходе рабочего колеса, профилируется меридиональное сечение рабочего колеса и профилируется лопатка колеса, а так же рассчитывается и строится спиральный отвод насоса.

Построение треугольников скоростей на входе и выходе рабочего колеса

Профилирование меридионального сечения рабочего колеса

Форма средней линии сечения задается схожей со средней линией рабочего колеса с одинаковым значением . По расчету = 58,43, из приложения 8 выбираем тихоходное колесо = 40...80; 2,5.

По расчету получили = = 0,245 2,5.

Ширина меридионального сечения на входе и на входе рабочего колеса известны из расчета = 0,0145м; = 0,0059м. Т.к. принято, что скорости = , то = .

Определим несколько значений, зная, что = 0,061м. = 0,15м.

Рис. 7. - Профилирование меридионального сечения.

Расчет занесем в таблицу 9.

Таблица 9.

	0,061	0,078	0,096	0,114	0,132	0,15
	0,0145	0,0113	0,0092	0,0078	0,0067	0,0059

Далее профилируем боковые стенки канала как огибающие окружностей радиусом 0,5 с центром на средней линии.

4. Профилирование лопатки рабочего колеса по дуге окружности (приближенный способ)

Порядок профилирования лопаток по дуге окружности состоит в следующем. В начале проводятся окружности диаметром и . Затем из точки А под углом по отношению к той же осевой линии проводится прямая АК, а из точки О под углом и по отношению к той же осевой линии проводится прямая до пересечения с окружностью диаметра в точке Г. из точки А через точку Г проводится прямая до нового пересечения с окружностью в точке Б и точка О соединяется с точкой Б. Из точки Б под углом проводится прямая до пересечения с прямой АК в точке В.

Из точки В радиусом , равным отрезку АВ (АВ=ВБ), проводится дуга АБ. Полученная при этом есть рабочий профиль лопатки.

Из точки В радиусом = - очерчивается внутренний профиль лопатки. Выходные кромки лопатки утоняем, чтобы поток при сходе с лопатки был меньше подвержен завихрению. Обычно = 1...2 мм. Выходная кромка лопатки делается острой с радиусом закругления

r = 0,3...0,8мм по всей высоте выходной кромки.

5. Расчет и построение спирального отвода центробежного насоса

В одноступенчатых центробежных насосах наибольшее распространение получили спиральные отводы.

Спиральный отвод (улитка) представляет собой канал, расположенный по окружности выхода из рабочего колеса, из которого вода уходит в напорный патрубок. Осевые сечения спирального канала, начиная от языка, увеличиваются соответственно изменению расхода воды, протекающей через сечение отвода. Спиральный канал плавно переходит в прямоосный конический диффузор (напорный патрубок).

Расчет основных геометрических размеров спирального отвода центробежного насоса выполняется в табличной форме (табл.10).

Таблица 10. - расчет спирального отвода центробежного насоса.

№	Определяемая величина	Обозна чение	Размер ность	Расчетная формула	, град
					0	45	90	135	180	225	270	360
1	Скорость потока в сечениях улитки		м/с	(0,65...0,75)	14,57
2	Радиус конца щелевого диффузора		мм	(1,01...1,02)	76,5
3	Расход воды в сечениях диффузора		мі/с		0	6,5	12,9	19,4	25,9	32,4	38,8	51,8
4	Радиус сечений улитки		мм		0	3,8	5,3	6,5	7,52	8,41	9,2	10,6
5	Средний радиус улитки		мм		76,5	80,3	81,8	83,2	84	84,9	85,7	87,1
6	Радиус наружного контура улитки		мм		76,5	84,1	87,1	89,5	91,5	93,3	94,9	97,7
7	Скорость воды на выходе диффузора		м/с	Принимается 6...15		6,0
8	Радиус диффузора на выходе		мм			16,5
9	Длина диффузора		мм	(5…9)	100

Размещено на Allbest.ru