Расчёт химического трубопровода, подбор насоса и режимов его работы. 5. 1 Определение режима работы насоса на один нагнетательный трубопровод

• Название: 5. 1 Определение режима работы насоса на один нагнетательный трубопровод
• Анкор: Расчёт химического трубопровода, подбор насоса и режимов его работы
• Дата: 06.09.2022
• Размер: 89.84 Kb.
• Имя файла: 5_1,2,3_Podbor_tsentrobezhnogo_nasosa.docx
• Тип: Задача; #663982

5.1 Определение режима работы насоса на один нагнетательный трубопровод

Схема работы насоса на один нагнетательный трубопровод приведена на рисунке 5.2.



Рисунок 5.2 — Схема работы насоса на один нагнетательный трубопровод
Эта задача решается графоаналитическим методом, необходимо определить рабочую точку 1, которая является точкой пересечения характеристики выбраного насоса Н = f(Q) с гидравлической характеристикой трубопровода Н_п = f(Q), который состоит из всасывающего и нагнетательного.

Расчёт характеристики необходимо провести для обоих трубопроводов согласно с методикой приведеной в разделе 3, при разных значениях Q в пределях характеристики насоса. Все расчёты ведутся в табличной форме.

Расчёт режима работы насоса на один нагнетательный трубопровод:

1) определяем настоящую (при стандартных диаметрах) скорость движения жидкости по формуле 3.3 [1]

, (3.3)

Пример расчёта:

Q= 0.008 м /с

,

;
2) определяем число Рейнольдса по формуле 3.4 [1] и с его помощью режим движения жидкости

Re = , (3.4)

где ν – кинематическая вязкость заданной жидкости, при t = 40ºC для метилового спирта 100%, которую необходимо определить по зависимости 3.5 [1]:

, (3.5)

где μ и ρ – соответственно динамическая вязкость и плотность, которые принимаются по приложению [15,16] с.129-130 - в зависимости от заданной жидкости и её температуры.

Re_вс = ,

Re_нагн = .

Режим турбулентный как в всасывающем так и в нагнетательном трубопроводах;

3) при турбулентном режиме определяем зону сопротивления, для чего используем следующие соотношения [1];

если 2320 < Rе < 20 d/Δ_э - зона гидравлически гладких труб,

если 20 d/Δ_э < Rе < 500 d/Δ_э - зона смешанного сопротивления (переходная зона),

если Rе > 500 d/Δ_э - шероховатая (квадратическая) зона.

где Δ_э – эквивалентная шероховатость выбранного для труб материала, которая принимается по справочным данным [17] с.130.

Для стальной бесшовной стальной трубы эквивалентная шероховатость стенки Δ_э= 0.035 мм.

Так как 20dвc/∆ < Re< 500dвс/∆ ,λ вычисляется по формуле [3.7]

4) в зависимости от режима и зоны сопротивления выбираем соответствующую формулу для определения коэффициента потерь напора по длине λ:

для зоны смешанного сопротивления по формуле 3.7.

, (3.7)

0,019,

;
5) принимаем значения всех местных сопративлений ζ, которые заданы на схеме трубопровода [13] с.126

6. 
   ζ_кл.с = 7; ζ_{к. 90} = 1.1; ζ_з = 0.1; ζ_к.пл. =0.15; ζ_вых = 1;
   
7. 
   определяем суммарные потери напора в трубопроводе по формуле 3.8
   

Σh = (λ +Σξ) , (3.8)

<sub>,

,</sub>
Σh = Σh_вс + Σh_нагн = 0.06 + 0.64 = 0.7м.
Определяем величину потребного напора по формуле 3.1 [1]
H=H_п=11+0.7=11,07 м.


Расчёт характеристик для всасывающего и нагнетательного трубопровода приведены в таблице 5.2.

Q,л/с	8	9	10	11	12	13	14	15
Vвс,м/с	0,35	0,39	0,44	0,48	0,52	0,57	0,61	0,65
Vн,м/с	0,57	0,64	0,71	0,78	0,85	0,92	0,99	1,06
Reвс	102942	114706	129412	141177	152942	167648	179413	191178
Reн	131373	147507	163640	179774	195908	212041	228175	244308
	0,019	0,019	0,018	0,018	0,018	0,017	0.017	0,017
	0,018	0,018	0,018	0,018	0,017	0,017	0.017	0,017
∑ζвс	8,1
∑ζн	1,25
Σhвс	0,06	0,074	0,093	0,11	0,13	0,16	0.18	0,20
Σhн	0,64	0,81	0,995	1,20	1,35	1,58	1.83	2,10
Σh	0,7	0,88	1,088	1,31	1,48	1,74	2,01	2,30
Hп	11,07	11,88	12,088	12,31	12,48	12,74	13,01	13,30

Таблица 5.2— Характеристики трупопровода

В конце таблицы 5.2 добавляем ещё строку Н_п, которая определяется по формуле 3.1[1].

Полученые значения Н_п и Q наносим в том же масштабе на график характеристики насоса, приведённом на рисунке 5.1 и вычертим зависимость Н_п = f(Q). Точка пересечения характеристики насоса = f(Q) и характеристики трубопровода Н_п = f(Q) является рабочей точкой 1 совместной работы насоса на один нагнетательный трубопровод. На графике находим соответствующие точке 1 значения:

Н₁= 13,01 м, Q₁ = 14·10^-3 , N₁ = 2,8 кВт, η₁ = 47 %.

Определяем показатель оптимального режима работы насоса по формуле 5.1[1].

Δη = η_max - η₁, (5.1)

Δη = 47-46,5 = 0,5 %.

Так как получили Δη = 0,5% < 5 % , то необходимо сделать вывод, что этот режим работы насоса экономичный и значит оптимальный.

5.2 Определение режима работы насоса на два нагнетательных трубопровода

При выполнении технологических процессов часто возникает необходимость в разделении потоков жидкости, которая транспортируется по трубопроводу. Рассмотрим работу насоса на два нагнетательные трубопровода с одинаковыми гидравлическими сопротивлениями в каждом. При решении данной задачи необходимо вычертить принципиальную схему насосной установки, которая приведена на рисунке 5.3

Рисунок 5.4— Схема работы насоса на два нагнетательных трубопровода

Эта задача решается графоаналитическим методом, необходимо определить рабочую точку 2, которая является точкой пересечения характеристики выбраного насоса Н = f(Q) с гидравлической характеристикой трубопровода Н_п = f(Q).

Но необходимо учитывать, что при двух нагнетательных трубопроводах с одинаковыми гидравлическими сопротивлениями (параллельное соединение трубопроводов) расчётная гидравлическая система состоит из одного всасывающего, по которому проходит расход Q, и одного нагнетательного, по которому проходит расход 0,5·Q. Все расчёты проводим согласно с методикой раздела 3 и подраздела 5.1.

Так как на всасывающем трубопроводе проходит расход Q, то значения Σh_вс можно принять с раздела 5.1, а расчёт нагнетательной линии провести для того же количества расходов, но их величина должна составлять 0,5·Q для каждого из них. Все расчёты приводим в таблицу 5.4. По данным таблицы раздела 5 на милиметровой бумаге строим характеристику насоса, а затем в этом же масштабе строим характеристику системы с двумя нагнетательными линиями.

Таблица 5.4— Характеристики нагнетательного трубопровода

Q, л/с	8	9	10	11	12	13	14	15
V,м/с	0.29	0.32	0.36	0.39	0.43	0.46	0.5	0.53
Re	65687	73754	81820	89887	97954	106020	114087	122154
λ	0.018	0.02	0.02	0.02	0.019	0.019	0.019	0.019
Σhнагн,м	0.17	0.22	0.28	0.33	0.39	0.44	0.52	0,57
Σhвс,м	0,06	0,074	0,093	0,11	0,13	0,16	0.18	0,20
Hп , м	11,23	11,29	11,37	11,44	11,52	11,6	11,7	11,77

Расчёт режима работы насоса на два нагнетательные трубопровода:

1) определяем настоящую (при стандартных диаметрах) скорость движения жидкости по формуле 3.3 [1]

, (3.3)

;

2) определяем число Рейнольдса по формуле 3.4 [1] и с его помощую режим движения жидкости

Re = , (3.4)

Re_нагн = ,

(3.6)

;

Определяем суммарные потери напора (по длине и местные) в трубопроведе по формуле 3.8 [1]

Σh = (λ +Σξ) , (3.8)

Σh_нагн=

_,

Σh = Σh_вс + Σh_нагн =0,17+0,06=0,23 м.

Определяем величину потребного напора по формуле 3.1[1]

H = H_п = 11+0,23 = 11,23 м.

Полученые значения Н_п и Q наносим в том же масштабе на график характеристики насоса, приведённом на рисунке 5.1 и вычерчиваем зависимость Н_п = f(Q). Точка пересечения характеристики насоса Н= f(Q) и характеристики трубопровода Н_п = f(Q) является рабочей точкой 2 совместной работы насоса на два нагнетательных трубопровода. На графике находим соответствующие точке 2 значения:

Определяем показатель оптимального режима работы насоса по

формуле 5.1 [1]

Δη = η_max - η₁, (5.1)

Δη =

Так как получили Δη = 0,5 % < 5 % , то необходимо сделать вывод, что этот режим работы насоса экономичный и значит оптимальный.

При сравнении Н₁, Q₁ и Н₂, Q₂ получаем, что при работе на два нагнетательных трубопровода необходим больший расход но меньший нопор, это значит что более оптимальный и экономичный режим работы на один нагнетательный трубопровод.

5.3. Последовательная работа двух насосов

В том случае, если с помощью одного насоса невозможно обеспечить необходимый напор, применяют последовательную работу двух насосов, схема соединения представлена на рисунке 5.5.



Рисунок 5.5— Схема последовательного соединения двух насосов

При этом подача насоса не увеличивается (остаётся без изменения), а напор увеличивается. Для этого необходимо подобрать два насоса, для которых Q является одинаковым, а необходимый напор Н_п = 0,5 Н_п (где Н_п - напор, который высчитан в раздзеле 3). Выбор насосов проводим таким же образом, как и в разделе 5, и заполняем такие же таблицы соответственно для двух насосов. При Н_п = 0.5·Н_п = 0.5·29,127 = 14,564 м, Q = 21·10^-3 м³/с выбираем из каталога [2] с.117 2 насосы типа АХ 90/19 (5АХ-9), n = 1450 мин^-1. По полученым значениям, которые представлены в таблице 5.5, на милиметровой бумаге на одном листе строим графические характеристики (Н=f(Q)) выбраных насосов и проводим их графическое сложение, результатом которого будет суммарная характеристика двух насосов, которые совместно работают на трубопроводную систему, рисунок 5.6.

Такое сложение проводим следующим образом: задаемся промежуточным значением Q на характеристиках насосов и складываем значения Н, которые соответствуют выбранному Q для каждого насоса.

Характеристики насоса типа АХ 90/19 (5АХ-9), n = 1450 мин^-1 приведены в таблице 5.5.
Таблица 5.5— Характеристики выбранного насоса

Q, л/с	0	4	8	12	16	20	24	28
Н, м	17,5	17	16,8	16,2	15,5	14,2	12,8	10,5
N, кВт	1	1,5	2	2,7	3	3,5	4	4,4
η, %	0	25	46	58	60	62	60	58

Затем на этот же график наносим в этом же масштабе характеристику трубопроводной системы, которая была расчитана в разделе 5.1. Характеристики последовательной работы двух насосов приведены на рисунке 5.6. Точка пересечения её с общей характеристикой двух насосов даёт рабочую точку 3 с соответствующими параметрами Q₃, Н₃, которые сравниваем с величинами Q₁, Н₁.

Q₃=20·10^-3 м³/с, H₃=28,2 м, N₃=3,8 кВт, η₃ = 58%.

Q₁ = 28,8·10^-3 , Н₁= 21,2 м, N₁ = 8,8 кВт, η₁ = 79 %.

Напор кождого насоса при таком соединении равен: H₃ = 14,1 м,

Из сравнения характеристик можно сделать вывод, что при последовательной работе двух насосов уменьшается напор жидкости, а так же расход по сравнению с работой одного насоса на рассматриваемый трубопровод. Следовательно, для данного трубопровода рассматриваемая схема соединения насосов будет нецелесообразной.