Расчет насоса для перемещения изопентана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Рассчитать и подобрать насос для перемещения изопентана при температуре , из емкости в аппарат, работающий под избыточным давлением при следующих данных:

-расход продукта G = 62000 кг/ч

-геометрическая высота подъема продукта

-длина трубопровода на линии нагнетания

на линии всасывания

-на всасывающем участке трубопровода установлено 2 прямоточных вентиля. Имеется n=4 отводов под углом 120⁰ с радиусом поворота равным 6d трубы

-на линии нагнетания установлено к=2 отводов под углом 90⁰ с радиусом поворота равным 4d трубы, ф=4 отводов с радиусом поворота равным 6d трубы, 2 нормальных вентиля и диафрагма m=0,4

1.Область применения и назначение центробежных насосов

Жидкости, применяемые в химических производствах, приходится перемещать по вертикальным и горизонтальным трубопроводам, соединяющим отдельные последовательно расположенные аппараты и установки, а также цехи, склады и различные вспомогательные службы. Энергия (напор, давление), необходимая для перемещения жидкости (создание требуемой скорости потока и преодоление гидравлических сопротивлений), сообщается гидравлическими машинами, носящими название насосов. Широкое использование насосов в разнообразных рабочих условиях привело к созданию многочисленных типов этих машин, отличающихся как по принципу действия, так и конструктивными особенностями. Их можно, однако, разделить на две большие группы:

а) поршневые насосы, непосредственно сообщающие жидкости требуемое давление путем вытеснения ее поршнем;

б) центробежные насосы, сообщающие жидкости кинетическую энергию, далее переходящую в энергию давления.

2. Устройство и принцип действия центробежных насосов

Рис. 1. Схемы центробежных насосов:

а -- схема установки насоса;

б -- рабочее колесо насоса с односторонним всасыванием;

в -- одноколесный насос с двухсторонним всасыванием;

г -- насос с двухсторонним всасыванием и направляющим аппаратом

В простейшем виде центробежный насос (рис. 1, а) состоит из колеса с лопатками в форме изогнутых цилиндрических поверхностей, сидящего на валу 2 внутри улиткообразного корпуса 3.

Последний имеет два патрубка -- центральный 4 и тангенциальный 5; первый присоединяется к всасывающему трубопроводу б, а второй -- к нагнетательному 7. Отверстия 8 в корпусе, через которые проходит вал, уплотняются при помощи сальников; в малых насосах колесо иногда сидит на консольном валу и корпус имеет лишь одно сальниковое уплотнение. Рабочее колесо (рис. 1, б) образуют два диска, соединенные между собою загнутыми назад лопатками , разделяющими пространство между дисками на ряд криволинейных каналов. Правый диск 2 -- сплошной, левый 3 -- с отверстием для входа перекачиваемой жидкости внутрь колеса. Вал насоса соединяется при помощи муфты с валом электродвигателя.

Перед пуском корпус насоса (следовательно, также колесо) и всасывающий трубопровод, снабженный на нижнем конце обратным клапаном, заливают жидкостью. После включения электродвигателя жидкость в каналах между лопатками благодаря быстрому вращению рабочего колеса отбрасывается под действием центробежной силы от центра и вытекает с большой скоростью в улиткообразный корпус, а оттуда -- в нагнетательный трубопровод. При этом в центральной части насоса создается разрежение и жидкость из расходного сосуда под действием внешнего давления на ее свободную поверхность устремляется непрерывным потоком по всасывающему трубопроводу внутрь насоса. Таким образом, в отличие от поршневого насоса центробежный насос производит непрерывное всасывание и нагнетание жидкости в приемный сосуд.

Насос, изображенный на рис. 1, а, б имеет одностороннее всасывание жидкости (слева). Для увеличения производительности (пропускной способности рабочего колеса) применяют насосы с двухсторонним всасыванием (рис. 1, б).

Спиральная форма корпуса способствует плавному отводу жидкости из каналов между лопатками рабочего колеса в нагнетательный трубопровод, а также постепенному понижению скорости жидкости с целью повышения ее давления за счет уменьшения кинетической энергии. Для завершения перехода кинетической энергии жидкости в потенциальную (давления) нагнетательный патрубок насоса часто выполнен в форме диффузора. В некоторых конструкциях насосов для плавного перехода жидкости из колеса в спиральную камеру предусмотрен направляющий аппарат в виде неподвижного кольцевого канала (рис. 1, г) с лопатками, охватывающего рабочее колесо. Эти лопатки изогнуты в сторону, обратную лопаткам колеса и совпадающую с направлением потока к нагнетательному патрубку.

Для контроля работы насоса к всасывающему патрубку присоединяется вакуумметр, а к нагнетательному -- манометр. Кроме того, на нагнетательной линии устанавливается задвижка, которая служит для отключения насоса и регулирования подачи жидкости. Для защиты насоса от гидравлического удара при внезапной остановке нагнетательный трубопровод снабжается часто обратным клапаном.

Пуск центробежного насоса производится обязательно при закрытой задвижке на нагнетательном трубопроводе -- во избежание перегрузки двигателя. Затем медленным открыванием задвижки постепенно переводят насос на подачу жидкости в нагнетательный трубопровод. Чем длиннее последний, т. е. чем больше Масса жидкости, которую нужно привести в движение, тем медленнее должны открывать задвижку, добиваясь при этом установления нормального рабочего режима, характеризующегося отсутствием ударов и резкого шума в трубопроводе.

Рассмотренные насосы, где требуемый манометрический напор Достигается при прохождении жидкости через одно рабочее колесо, называются одноступенчатыми. Этот напор обычно не превышает 50 м и редко бывает более 70 м. Для создания более высоких напоров применяют многоступенчатые насосы, состоящие из нескольких одинаковых колес, вращающихся на общем валу (рис. 2). Жидкость, последовательно пройдя через все колеса, получает напор, равный сумме напоров, создаваемых каждым колесом. Теоретически, увеличивая число колес, можно достигнуть любого напора; практически он не превышает в настоящее время 20 МПа.

Рис. 2. Схемы многоступенчатых центробежных насосов:

а -- четырехступенчатый насос с односторонним всасыванием: 1 -- рабочее колесо;2-- направляющий аппарат;

б -- двухступенчатый насос с двухсторонним всасыванием.

Центробежные насосы изготовляют из разнообразных конструкционных материалов -- металлических (чугуны, стали, специальные сплавы, цветные металлы) и неметаллических (вплоть до керамических и фарфоровых) -- в зависимости от химической агрессивности перекачиваемой жидкости.

Разновидностью центробежных насосов являются пропеллерные (осевые) насосы, применяемые для перемещения больших количеств жидкости (до 25 м³/с и более) при малых напорах (15 м). Рабочее колесо пропеллерного насоса (рис. 3) состоит из втулки с несколькими (обычно четырьмя) радиально расположенными лопатками винтового профиля 2, закрепленной на валу 1.

При вращении колеса лопатки сообщают жидкости движение не в радиальном направлении, как у центробежных насосов, а в осевом. Для устранения вращательного движения жидкости на выходе из колеса она проходит через направляющий аппарат 3, а оттуда поступает в нагнетательный патрубок 4.Всасывающая линия примыкает снизу к корпусу насоса 5.

Достоинствами пропеллерных насосов являются простота устройства, компактность и нечувствительность к загрязнениям жидкости, а их недостатком -- малая высота напора.

Расположение валов центробежных и пропеллерных насосов бывает горизонтальное и вертикальное.

Рис. 3. Схема пропеллерного насоса.

3.Правила включения и выключения центробежного насоса

1. Чтобы впустить центробежный насос в работу необходимо задвижку на линии нагнетания.

2. Заполнить корпус насоса перекачиваемой жидкостью.

3. Затем включить электродвигатель. Когда наберется соответствующее давление в линии нагнетания (на манометре) открывают задвижку на линии нагнетания.

4. Вручную повернуть лопастное колесо.

5. Визуально посмотреть нет ли утечек или убедиться в герметичности насоса.

6. Отключение насоса производится в обратном порядке.

4. Достоинства и недостатки центробежных насосов

Центробежные насосы получили в настоящее время большое распространение, а во многих химических производствах полностью вытеснили поршневые насосы. Это объясняется их большими достоинствами, к числу которых относятся: а) малая металлоемкость, сравнительно небольшой вес, легкий фундамент и небольшая занимаемая площадь, а также более низкая стоимость, в сравнении с поршневыми насосами; б) высокая производительность при плавной и непрерывной подаче жидкости без помощи, воздушных колпаков; в) непосредственное соединение с электродвигателями (отсутствие передаточного механизма); г) простота пуска и регулирования, ремонта и обслуживания; д) отсутствие всасывающих и нагнетательных клапанов и, следовательно, меньшая чувствительность к загрязнениям перекачиваемых жидкостей; е) высокая надежность в работе и долговечность.

Существенным недостатком центробежных насосов является низкий коэффициент полезного действия при малой производительности (ниже 0,25--0,30 м³/с) вследствие сужения проточных каналов и сопряженного роста гидравлических сопротивлений. Этот недостаток усугубляется в случаях, когда наряду с низкой производительностью требуется создать высокий напор. Если добиваться низкой подачи уменьшением числа оборотов, то для одновременного достижения высокого напора придется прибегать к увеличению числа ступеней, что вызовет усложнение насоса при одновременном падении его коэффициента полезного действия. По этой причине в случае малой производительности и особенно при ее сочетании с высоким напором предпочтительно применение поршневых (плунжерных) насосов.

Большим достоинством центробежных насосов является присущее им свойство саморегулирования, т. е. самостоятельного изменения рабочего режима соответственно изменению сопротивления нагнетательного трубопровода. Большей частью, однако, приходится на практике прибегать к принудительным методам регулирования, среди которых наиболее простыми, но и наименее экономичными являются перепуск части жидкости из нагнетательного трубопровода во всасывающий и изменение открытия задвижки на нагнетательном патрубке. В первом случае, естественно, теряется энергия, затраченная на сообщение неиспользуемого напора перепускаемому количеству жидкости. Во втором случае уменьшение подачи обусловлено изменением характеристики трубопровода и влечет за собой падение коэффициента полезного действия насоса и бесполезное увеличение манометрического напора на величину АН.

Уменьшение производительности насоса путем изменения степени открытия задвижки на всасывающем трубопроводе влечет за собой увеличение разрежения при входе жидкости в рабочее колесо и опасность возникновения кавитации. Этот прием, однако, допустим в насосах, работающих с подпором на всасывании.

Наиболее экономичным методом регулирования производительности насоса является изменение его числа оборотов, легко осуществимое в случае привода от тепловых двигателей и электромоторов постоянного тока. Подавляющее количество насосов при-

водится, однако, в движение электродвигателями переменного тока, допускающими варьирования числа оборотов только при наличии очень сложных дополнительных устройств.

5. Расчет и подбор центробежного центробежного насоса

5.1 Выбор трубопровода

5.1.1 Принимаем скорость толуола во всасывающем и нагнетательном трубопроводах одинаковой [1,стр.16]

5.1.2 Определяем диаметр трубопровода

=0,14 м

где - массовый расход изопентана , кг/ч

с_ж - плотность жидкости при температуре 15⁰С

5.1.3 Принимаем стальную трубу, тогда мм

мм = 0,15 м

5.1.4 Принимаем что коррозия трубопровода незначительна

5.1.5 Уточняем скорость жидкости в трубопроводе

5.2 Определение потерь напора на трение и местное сопротивление

5.2.1 Определение потерь напора во всасывающем трубопроводе

5.2.1.1 Принимаем абсолютную шероховатость е=0,1 мм [1,стр.14]

5.2.1.2 Находим отношение

5.2.1.3 Определяем гидродинамический режим движения жидкости

5.2.1.4 По графику определяем коэффициент гидравлического сопротивления

5.2.1.5 Определяем потери напора на преодоление местных сопротивлений

Таб.1 Коэффициент местных сопротивлений всасывающей линии

5.2.1.6 Определим потерянный напор во всасывающей линии

, м столба жидкости

м ст. ж.

5.2.2 Определение потерь напора в нагнетательном трубопроводе

5.2.2.1 Так как диаметры трубопровода одинаковы, то

5.2.2.2 Определяем потери напора на преодоление местных сопротивлений

Таб.2 Коэффициент местных сопротивлений нагнетательной линии

5.2.2.3 Определим потери напора в нагнетательной линии

, м ст.ж.

м ст.ж.

5.2.3 Определим общие потери напора

м ст.ж.

5.3 Развивающий напор

, м

где - абсолютное давление в аппарате, в котором нагнетается жидкость, Па;

- абсолютное давление в емкости, Па;

- геометрическая высота подъема жидкости.

МПа

м

Такой напор при заданной производительности(V_с=0,028 м/с) обеспечивает одноступенчатый центробежный насос марки Х20/53

5.3.1 Полезная мощность насоса

кВт

кВт

5.3.2 Мощность на валу электродвигателя

, кВт

Где - коэффициент полезного действия насоса.

=0,6 для насосов средней производительности [1,стр.20]

5.3.3 Мощность установочная

, кВт

где в - коэффициент запаса [2,стр.67]

кВт

Из таблицы 2.5 [2,стр.92] видно, что заданным подаче и напору соответствует насос марки Х90/85 серии А02-82-2, для которого при оптимальных условиях работы:V_c=2,5·10^-2 м³/с; Н=85 м; ?_п.=0,65.

Насос обеспечен электродвигателем =0,89, номинальной мощностью кВт и частотой вращения вала n=48,3 об/с.

5.4 Предельная высота всасывания насоса

, м

где Р_нас. - давление насыщенного пара жидкости при температуре перекачки, Па;

- гидравлическое сопротивление всасывающей линии с учетом затрат энергии на

сообщение скорости потоку жидкости;

- запас напора на кавитацию.

, м

м

, м

м

м

центробежный насос давление

Схема рассчитанной насосной установки

Размещено на Allbest.ru