Расчетно-графическая работа по дисциплине: «Гидравлика» Центробежные насосы Наименование работы Оглавление Содержание задания .......................................................................................... 3 Выбор варианта задания ................................................................................... 4 Порядок выполнения работы........................................................................... 5 Исходные данные:............................................................................................. 5 Выполним эксплуатационные расчеты: ............................................................ 8 ПРИЛОЖЕНИЕ А............................................................................................ 19 Содержание задания 1. Для заданных условий работы составить принципиальную схему насосной установки. 2. По каталогам и ГОСТам подобрать необходимый насос и определить его марку. 3. Построить характеристику сети и определить параметры рабочей точки. 4. Выполнить эксплуатационные расчеты. а) определить напор и мощность при уменьшении подачи на 20% при регулировании следующими способами: - дросселированнием; - байпасированием; - изменением частоты вращения; - обточкой колеса; b) определить параметры рабочей точки при параллельном и последовательном соединении двух одинаковых (выбранных) насосов; c) пересчитать параметры насоса, работающего на воде, на параметры насоса, перекачивающего вязкую жидкость; d) определить пропускную способность трубопроводов через 10-50 лет эксплуатации; e) произвести кавитационный расчет насоса. Выбор варианта задания Выбор варианта задания соответствует порядковому номеру, под которым фамилия студента значится в журнале группы. Исходный вариант – 12 (по табл.1) Порядок выполнения работы Исходные данные: Геометрическая высота подачи: 𝑧2 − 𝑧1 = 2 м Абсолютное давление на свободной поверхности: 𝑝1 = 100 кПа Абсолютное давление в полном резервуаре: 𝑝2 = 150 кПа Подача воды: 𝑄 = 0,027 м3 с Диаметр всасывающего трубопровода: 𝑑вс = 150 мм Длина линии всасывания: 𝐿вс = 7 м Диаметр напорного трубопровода: 𝑑н = 100 мм Длина линии нагнетания: 𝐿н = 135 м Количество отводов: всасывание - 2; нагнетания – 2 Температуры воды: 𝑡 = 20 ℃ Шероховатость труб: ∆э = 0,1 мм Местные сопротивления на всасывающем трубопроводе: приёмный клапан - 𝜉п.к = 6 два отвода (колена) - 2𝜉отв = 2 ∗ 0,4 = 0,8 монтажная задвижка: 𝜉задв = 0,1 выход в бак под уровень - 𝜉вых = 1 водомерная диафрагма внутри трубы - 𝜉диаф = 2 1. Произведем гидравлический расчет трубопроводной системы: a) Определим потери напора в трубопроводах: Средние скорости составляют: на линии всасывания: 𝜐вс = 𝑄 0,027 м =𝜋 = 1,527 𝜔вс с ∗ 0,152 4 на линии нагнетания: 𝑄 0,04 м =𝜋 = 3,439 𝜔н с ∗ 0,12 4 Определим режим движения: 𝜐н = 𝑅𝑒вс = 𝜐вс 𝑑вс 1,527 ∗ 0,15 = = 3,42 ∗ 105 −6 𝜈 1,006 ∗ 10 𝑅𝑒н = 𝜐н 𝑑н 3,439 ∗ 0,1 = = 2,28 ∗ 105 𝜈 1,006 ∗ 10−6 Режим течения на линии всасывания и нагнетания – турбулентный. Определим коэф. трения по длине: 𝜆вс ∆э 68 𝜆 = 0,11( + )0,25 𝑑 𝑅𝑒 0,1 68 = 0,11( + )0,25 = 0,0194 5 150 3,42 ∗ 10 𝜆н = 0,11( 0,1 68 + )0,25 = 0,0205 100 2,28 ∗ 105 Суммарные гидравлические потери в системе: 𝜆вс 𝐿вс 𝜐вс 2 𝜐вс 2 𝜆н 𝐿вс 𝜐н 2 ∗ + (𝜉п.к + 2𝜉отв + 𝜉задв ) + ∗ + ∑ ℎ𝑤 = 𝑑вс 2𝑔 2𝑔 𝑑н 2𝑔 𝜐н 2 +(𝜉диаф + 1𝜉отв + 𝜉задв + 𝜉вых ) 2𝑔 𝜐вс 2 𝜐н 2 7,805𝑄2 5,335𝑄2 + 5,335 = + = 27486,65𝑄2 ∑ ℎ𝑤 = 7,805 2 2 2𝑔 2𝑔 2𝑔𝜔вс 2𝑔𝜔н Уравнение характеристики сети: Нсети = Нст + 27486,65𝑄2 = (𝑧2 − 𝑧1 ) + 𝑝2 − 𝑝1 + 27486,65𝑄2 = 𝛾 = 7,097 + 27486,65𝑄2 b) Определим потребный напор насоса: При требуемой подаче 𝑄 = 0,027 м3 с = 97,2 м3 ч потребный напор составит: Нпотр = Нст + 27486,65𝑄2 = 7,097 + 27486,65 ∗ 0,0272 = 27,13 м вод. ст. c) Подберем марку насоса: На сайте Wilo подберем насос удовлетворяющий рассчитанному значению напора и значению расхода воды. Насосом, удовлетворяющим параметрам является насос IL 100/350-15/4. При расходе Q = 0,027 насоса составляет Нсети = 29,8 м ст. ж. d) Построим характеристику сети: Данные для построения характеристики сети м3 с напор e) Определим рабочую точку и параметры режима работы насосной установки: Наносим характеристику сети на график с характеристикой насоса. Точка А – рабочая точка данной насосной установки (пересечение характеристики сети с характеристикой насоса). 𝐻𝐴 = 29,8; 𝑄𝐴 = 0,028 м3 /ч 2. Выполним эксплуатационные расчеты: a) Определим напор и мощность при уменьшении подачи на 20% при регулировании следующими способами: Дроссельное регулирование Во время монтажа центробежного насоса на напорной его стороне устанавливают задвижку для выполнения запорно-регулирующих функций. С ее помощью изменяют подачу насоса. По своему назначению и конструкции она служит как запорное устройство и регулятор. К тому же регулирование дросселированием оказывается энергетически невыгодным: часть напора расходуется на преодоление искусственно созданного сопротивления в задвижке. Однако в ряде случаев дросселирование является эффективным, особенно при необходимости снижения напоров в трубопроводах на больших уклонах, когда напор не удается использовать и возникает необходимость в увеличении его. Нпотр = Нст + 10069,08𝑄2 Увеличиваем Bт на 20% получаем: Нпотр = Нст + 32983,98𝑄2 = 7,097 + 32983,98 ∗ 0,0272 = 31,14 м вод. ст. Построим характеристику сети: Данные для построения характеристики сети при дросселировании 𝐻𝐵 = 29,95 м; 𝑄𝐵 = 0,0264 м3 /𝑐 – параметры рабочей точки B Регулирование байпасом Байпасное регулирование способ изменения расхода в сети, который заключается в том, что часть жидкости, подаваемая насосом, перепускается обратно на вход насоса и сбрасывается в приемный резервуар. Задвижка байпасного (перепускного) трубопровода устанавливается параллельно с насосом и используется для регулирования его параметров. 𝐻𝐶 = 26,9 м; 𝑄𝐶 = 0,0307м3 /с – параметры рабочей точки С 𝐻𝐷 = 37,5 м; 𝑄𝐶 = 0,0038м3 /с – параметры рабочей точки D Изменение частоты вращения n1 = 1450 об/мин, n2 примем за 1000 об/мин 𝐻𝐸 = 14,5 м; 𝑄𝐸 = 0,0165 м3 /с – параметры рабочей точки E Обточка колеса Начальный диаметр рабочего колеса EN-GJL-200, соответственно 200мм. Обточим колесо до диаметра 160мм. 𝐻𝐹 = 18,8 м; 𝑄𝐹 = 0,0215 м3 /с – параметры рабочей точки F Перерасчет параметров насоса, при перекачивании вязкой жидкости Возьмем для перерасчета бензин с кинематической вязкостью 𝜗 = 5 ∗ 105 и плотностью 𝜌 = 750 кг м2 с м3 Коэффициент быстроходности: 𝑛б = 3,65 ∗ 𝑛∗√𝑄 3 = 77,18 ℎ4 𝐻𝐺 = 17 м; 𝑄𝐺 = 0,008 м3 /с – параметры рабочей точки G b) Определим параметры рабочей точки при параллельном и последовательном соединении двух одинаковых (выбранных) насосов: Параллельно: Суммарная характеристика двух одинаковых параллельно соединенных насосов строится путем удвоения подач индивидуальной характеристики одного насоса при одних и тех же напорах. 𝐻𝐻 = 34 м; 𝑄𝐻 = 0,0307 м3 /с Последовательно: Суммарная характеристика двух одинаковых последовательно соединенных насосов строится путем удвоения напоров индивидуальной характеристики одного насоса при одних и тех же подачах. 𝐻𝐼 = 47,5 м; 𝑄𝐼 = 0,0375 м3 /с c) Определим пропускную способность трубопроводов через 10-50 лет эксплуатации (с ростом ржавчины в год на 0,1 мм): Через 10 лет диаметры будут соответственно: 𝑑вс = 150 − 0,1 ∗ 10 = 149 мм ; 𝑑н = 100 − 0,1 ∗ 10 = 99 мм Нсети = Нст + 28876,61𝑄2 = 7,097 + 28876,61𝑄2 Через 30 лет диаметры будут соответственно: 𝑑вс = 150 − 0,1 ∗ 30 = 147 мм ; 𝑑н = 100 − 0,1 ∗ 30 = 97 мм Нсети = Нст + 31923,76𝑄2 = 7,097 + 31923,76𝑄2 Через 50 лет диаметры будут соответственно: 𝑑вс = 150 − 0,1 ∗ 50 = 145 мм ; 𝑑н = 100 − 0,1 ∗ 50 = 95 мм Нсети = Нст + 35373,15𝑄2 = 7,097 + 35373,15𝑄2 Данные для построения характеристик сети Построим характеристики сети: 𝐻𝐽 = 28,9 м; 𝑄𝐽 = 0,0276 м3 /𝑐 – параметры рабочей точки I (10 лет) 𝐻𝐾 = 29,6 м; 𝑄𝐾 = 0,0269 м3 /𝑐 – параметры рабочей точки J (30 лет) 𝐻𝐿 = 30 м; 𝑄𝐿 = 0,026 м3 /𝑐 – параметры рабочей точки K (50 лет) d) Произведем кавитационный расчет: доп Допускаемый кавитационный запас: ∆ℎкав = 2,04 м Определим потери напора во всасывающем трубопроводе: ∑ ℎвс 𝜆вс 𝐿вс 𝜐вс 2 𝜐вс 2 𝜐вс 2 = ∗ + (𝜉п.к + 2𝜉отв + 𝜉задв ) = 7,097 = 𝑑вс 2𝑔 2𝑔 2𝑔 1,5292 = 7,097 = 1,355м 2 ∗ 9,81 Определим допустимую геометрическую высоту всасывания из открытого резервуара: доп 𝐻вс 𝑝1 − 𝑝н.п. 150 ∗ 103 − 2,34 ∗ 103 доп = − ∑ ℎвс − ∆ℎкав = − 1,355 − 2,0 = 𝜌𝑔 103 ∗ 9,81 = 6,56 м Определим допустимую вакуумметрическую высоту всасывания при бескавитационной работе насоса: доп 𝐻вс 𝑝1 − 𝑝н.п. 𝜐вс 2 150 ∗ 103 − 2,34 ∗ 103 1,5292 доп = − ∆ℎкав + = − 2,04 + = 𝜌𝑔 2𝑔 103 ∗ 9,81 2 ∗ 9,81 = 19,38 м ПРИЛОЖЕНИЕ А
