Расчет насосной установки
Федеральное
агентство по образованию
Государственное
образовательное учреждение высшего
профессионального
образования
«Ярославский
государственный технический университет»
Кафедра «
Процессы и аппараты химической технологии»
Расчетное
задание
по дисциплине
«Процессы и аппараты химической технологии»
РАСЧЕТ
НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ
Задание выполнила
студентка С.С. Ковальчук
Преподаватель
канд. техн. наук, доцент
А.В. Сугак
2010
Введение
Насосные установки широко
применяются во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в
строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Это предусматривает знание
теоретических основ гидравлики и умение выполнять практические гидравлические
расчеты для широкого курса специалистов.
Задание охватывает
«Расчет насосной установки» охватывает комплекс наиболее важных прикладных
расчетов в области гидравлики и рекомендуется для выполнения студентами,
изучающими курс «Процессы и аппараты химической технологии».
Приступая к выполнению
задания, следует внимательно изучить его содержание, ознакомиться с научно –
технической и учебной литературой.
При выполнении расчетного
задания необходимо руководиться следующей методикой:
1)
Изобразить схему
насосной установки в соответствии с принятым вариантом;
2)
выполнить расчет
трубопровода, построить расчетную характеристику сети в координатах: потребный
напор Н, расход жидкости V;
3)
Осуществить
подбор насоса и нанести характеристики насоса на график с изображением
характеристики сети;
4)
Рассчитать
мощность на валу насоса, номинальную мощность электродвигателя насосной
установки [1].
1. Расчетное задание
Начальные данные :
жидкость вода;
температура t – 40 Со;
расход Vж – 10 л/с – 0,01 м3/с;
геометрический напор Нг
– 25 м;
давление в резервуарах –
Р1= 0,1 МПа, Р2= 0,15 МПа;
общая длина трубопровода L – 150 м.
Местные сопротивления на
трубопроводе ξ:
На всасывающей линии:
заборное устройство
(обратный клапан с защитной сеткой) 1 шт.=4,3;
плавный поворот (отвод) 2
шт.=0,14*2=0,28;
На напорной линии:
задвижка (или вентиль) 1
шт. = 0,5;
плавный поворот (отвод) 2
шт. = 0,14*2 = 0,28;
выход из трубы (в аппарат
Б) 1 шт. = 1.
Число оборотов рабочего
колеса n = 3000 об/мин.
Рисунок 1. Схема насосной
установки.
2. Гидравлический расчет
трубопровода
2.1 Выбор диаметра трубы
Диаметр трубы рассчитывают
по формуле
(1)
гдеd – диаметр трубы (расчетный), м;
V – заданный расход жидкости, м3 /
с;
W – средняя скорость жидкости, м/с.
Расчет по (1) выполняют
отдельно для всасывающей линии и напорной, при этом W принимают для всасывающей линии 0,8 м/с, для напорной 1,5
м/с.
Расчет
Действительный диаметр
трубы равен
d1=159 x 5.0 мм
d2=108 x 5.0
мм
По принятому
действительному диаметру трубы уточняют среднюю скорость жидкости
(2)
2.2 Определение высоты
установки насоса (высота всасывания)
Допустимую высоту
всасывания рассчитывают по формуле
(3)
где- допустимая высота всасывания, м;
Р1 – заданное
давление в расходном резервуаре, Па;
Рн.п. –
давление насыщенных паров жидкости при заданной температуре, Па;
Ƿ - плотность жидкости, кг/м3;
- потери напора во всасывающей линии, м;
-
допустимый кавитационный запас, м.
Определение допустимого
кавитационного запаса
Критический запас
где V – производительность насоса
(заданный расход жидкости), м3/с;
n – частота вращения рабочего колеса
насоса, об/мин.
Допустимый кавитационный
запас увеличивают по сравнению с критическим на 20…30 %
Расчет потерь напора во
всасывающей линии
Расчет выполняется по
принципу сложения потерь напора
(5)
гдеλ – коэффициент
трения;
l1 – длина всасывания линии, м;
d1 – диаметр всасывающей трубы, м;
ξобр.кл. ξп.п.
– коэффициенты местных сопротивлений;
w1 – скорость жидкости во всасывающей линии, м/с.
Коэффициент трения
зависит от критерия Рейнольдса Re и
относительной шероховатостью
λ = f(Re,E)
(6)
Критерий Ренольдса
вычисляют по формуле
(7)
гдеρ – плотность
жидкости, кг/м3;
μ – коэффициенты
динамической вязкости, Па.с.
Относительная
шероховатость (гладкость) вычисляют по формуле
(8)
где е – величина
эквивалентной шероховатости.
При расчете критерия
Ренольдса мы показали что режим турбулентный, а значит коэффициент трения
выбирается по графику Г.А. Мурина
λ=0,0215
Рассчитываем потери
напора по формуле (5)
Далее рассчитываем
допустимую высоту всасывания по формуле (3)
насос
трубопровод мощность электродвигатель
Величина l1 по заданию связана с определенной
величиной hвс.. Поэтому расчет выполняют методом
последовательных приближений. Для этого необходимо:
- задаться величиной l1с м;
- определить hп.вс.;
- вычислить hвс ;
- проверить условие l1=hdc+3 м
9=6.214+3 м
9=9.2 м
Отклонение меньше чем 10%
поэтому расчет верный.
2.3. Построение кривой
потребного напора (характеристики сети)
Потребный напор Нпотр
– напор в начале трубопровода, обеспечивающий заданный расход жидкости.
Зависимость потребного напора от расхода Нпотр=f(V) называется кривой потребного напора, или характеристикой
сети. Потребный напор вычисляют по формуле
(9)
гдеНг –
геометрическая высота подъема жидкости, м;
Р1, Р2 –
давление в резервуарах соответственно напорном и расходном, Па;
-
сумма коэффициентов местных сопротивлений на всем трубопроводе.
Сумма местных
сопротивлений
где ξоб.кл
– заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) ;
ξп.п
– плавный поворот (отвод);
ξзд
– задвижка (или вентиль);
ξвых
– выход из трубы (в аппарат Б).
Первые два слагаемых в
(1.9.) не зависят от расхода. Их сумма называется статическим напором Нст
(10)
В случае турбулентного
режима, допуская квадратичный закон сопротивления (λ=const), можно считать постоянной величиной
следующие выражение:
(11)
м
С учетом предыдущих
формул, выражение для потребного напора можно представить как
Для построения кривой
потребного напора необходимо задаться несколькими значениями расхода жидкости,
причем как меньше заданного расхода, так и большего его, а так же равным
заданному.
Таблица 1 Характеристика
сети
|
V1
|
V2
|
V3
|
V4
|
V5
|
V6
|
0
|
0.005
|
0.01
|
0.015
|
0.02
|
0.025
|
Нпотр
|
30
|
30.87
|
33.498
|
37.87
|
43.99
|
51.86
|
3. Подбор насоса
Исходными параметрами для
подбора насоса являются его производительность, соответствующая заданному
расходу жидкости и потребный напор Нпотр . Вычисляют удельную
частоту вращения по формуле:
,
где n – частота вращения рабочего колеса
насоса, об/мин
По удельной частоте
вращения nу определяют тип насоса
13…25 – центробежный
тихоходный
Пользуясь сводным
графиком [3] подачи и напоров для данного типа насоса, определяем марку насоса.
Для этого на график наносят точку с координатами Vзад, Нпотр .
Для расхода V=0,01м3/с и напора Нпотр=33,49,
марка насоса 3К9 n=2900 об/мин.
После выбора марки насоса
главную характеристику необходимо перенести на график с характеристической
сети. На поле того же графика переносят кривую КПД ή = f(V).По полученным параметрам вычисляют мощность на валу насоса [кВт]
кВт,
гдеNв – мощность на валу, кВт;
ρ – плотность
жидкости, кг/м3;
V – производительность насоса
(заданный расход жидкости) м3/с;
Н – напор насоса, м;
ή - КПД
насоса.
кВт
Полагая, что для
лопастных насосов промежуточная передача между двигателями и насосом
отсутствует, а КПД соединительной муфты можно принять равным 0,96, определяют
номинальную мощность двигателя
кВт
кВт
где ήдв –
КПД.
Для предварительной
оценки Nдв можно приближенно принять Ƞдв=0,8.
С учетом возможности
пусковых перегрузок при включении насоса в работу установочную мощность
двигателя принимают больше номинальной
кВт,
где - коэффициент запаса мощности.
кВт
Вывод
1.
В результате
расчета был вычислен диаметр трубопровода на всасывающей линии d1 = 159 x 5.0
мм и на напорной линии d2 = 108 x 5.0 мм;
2.
была построена
характеристическая сеть;
3.
вычислили
удельную частоту вращения;
4.
выбрали тип
насоса по удельной частоте;
5.
выбрали марку
насоса 3К9, число оборотов рабочего n = 2900 об/мин.
Список использованных
источников
1.
Павлов К.Ф.,
Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. –
Л.: Химия, 1981. – 560 с.
2.
Касаткин А.Г.
Основные процессы и аппараты химической технологии. – Москва 2005. – 750 с.
3.
Туркин В.В.
Расчет насосной установки. – Ярослав. политехн. ин-т. Ярославль, 1991. – 19 с.