Модернизация землесоса. Анализ технических решений повышения производительности землесосов

• Название: Анализ технических решений повышения производительности землесосов
• Анкор: Модернизация землесоса
• Дата: 07.05.2023
• Размер: 0.7 Mb.
• Имя файла: 766589.doc
• Тип: Анализ; #1113225
• страница: 2 из 10

1.1. Расчёт и построение характеристик грунтонасосной установки
Исходные данные:

Производительность- Q = 1000 м³/ч.

Глубина извлечения грунта- H_I = 8 м.

Длина плавучего грунтопровода- L_пл = 427,6 м.

Длина всасывающего грунтопровода- L_вс = 64,0 м.

Длина корпусного грунтопровода- L_корп = 43,0 м.

Диаметр грунтопровод- D = 0,7 м.
Потери напора в грунтопроводе .
H = H_гр + H_n1 + H_n2 + H_т + H_м +H_u,

Где,

H_гр - потери в грунтоприёмнике, м.

H_n1 - затраты напора на подъём грунта, до уровня воды, м.

H_n2 - затраты напора на подъём смеси, до уровня сброса, м.

H_т - потери напора на трение, м.

H_м - потери напора в местных сопротивлениях, м.

H_u - затраты напора на создание скорости в входном сечении грунтопровода, м.
Значение Н_гр зависит от многих случайных факторов и не поддаётся строгому учёту. Его можно принять равным 1 м.
Величины H_n1 и H_n2 определяются по формуле:
H_n1 = H_I×  ρв/ρ_см); H_n2 = H_еб,

Где,

ρв,ρ_см – плотность воды и плотность гидросмеси соответственно

H_I - глубина, разработки грунта.

H_еб - возвышение выкидного патрубка грунтопровода, над уровнем воды, м.
H_n1 = 8×(1  1000/1200) = 1,36 м.

H_n2 = 1 м.
Потери напора на трение.
Н_т = H₀×[1+109×(Fr²×√С_хср)^-1,5×( ρ_см/ρ_в -1)]×ρ_в/ρ_см,

Где,

H₀ – потери напора на трение при движении воды, м

C_хср – коэффициент, зависящий от крупности твёрдых частиц

Fr – число Фруда для трубы
Fr = U_кр/√gD = 2,21

Где,

U_кр – критическая скорость движения смеси
Потери напора на трение при движении воды.
Н₀ = λ × U²L/2gD,

Где,

λ – коэффициент трения

U – скорость движения смеси

L - длина грунтопровода, м

L = L_пл + L_вс + L_корп = 534,6 м.

g – ускорение свободного падения, м/с²

g = 9,81 м/с²

D – диаметр грунтопровода. Значение является функцией числа Рейнольдса Re;

Re = UD/ν,

Где,

v – коэффициент кинематической вязкости, м²/с. При температуре воды t°C = 15°; ν = 0,114 × 10^-5 м²/с
U_кр = 2,21√gD = 5,8 м/с

Re = U_крD/ν = 5,8×0,7/0,114×10^-5 = 3561403,5
Т.к. (Re > 10⁶) рассчитываем по формуле Никурадзе.
λ = 0,0032 + 0,221×Re^-0,237 = 9,3×10^-3_.

При движении смеси в режиме с залипанием грунтопровода, т.е. при Uкр, скорость в свободном от слоя осадка сечении устанавливается такой, что число Фруда сохраняется примерно постоянным независимо от высоты слоя осадка, т.е. при Uкр можно принять;

Fr = U_кр/√gD = const
H₀ = λ_кр × U_кр²L/ 2gD = const,

Где,

λ_кр – коэффициент трения, при Re = U_крD/v.
Потери напора H_м в местных сопротивлениях при движении смеси со скоростью U≤U_кр.
H_м = (1-α)/α × H₀ × [1 + 1,6α × (ρ_в/ρ_см – 1)]

Где,

α = 0,625
H₀ = 9,3×10^-3×(5,8²×536,6/2×9,8×10,7) = 12,18 м
H_м = 0,6×12,18×[1+1,6×0,625×(1000/1200 – 1)] = 6,06 м
H_т=12,18×[1+109(2,21²×2)^-1,5×(1200/1000–1)]×1000/1200=17,16 м
Затраты напора на создание скорости.
H_u = U_кр²/Zg = 5,8²/2 × 9,81 = 1,72 м
Для построения характеристики грунтопровода необходимо определить потери напора для скорости движения смеси U при U = 1,25U_кр, U = 0,85U_кр, U = 0,7U_кр, U = 0,35U_кр, U = 0,2U_кр.
а) при U = 1,25U_кр = 7,25 м/с, ρ_см = 1200 кг/м³
Re = UD/ν = 7,25×0,7/0,114×10^-5 = 4451754,4
λ = 0,0032 + 0,221 × Re^-0,237 = 9,07×10^-3

Fr = U_кр/√gD = 2,77
Н₀ = λ×U²L/2gD = 9,07×10^-3×7,25²×534,6/2×9,81×0,7 = 18,55 м
H_м = (1-α)/α×H₀×(1+1,6α×[(ρ_в/ρ_см–1)–3,33(ρ_в/ρ_см–1)(U/ U_кр–1)])
H_м = 0,6×18,55(1+1,6×0,625[(1000/12000–1)-3,33(0,83– 1)0,25]) =

= 10,68 м
H_u = U_кр²/Zg = 7,25²/2 × 9,81 = 2,68 м
Н_т = H₀×[1+109×(Fr²×√С_хср)^-1,5×( ρ_см/ρ_в -1)]×ρ_в/ρ_см
Н_т=18,55×[1+109(2,77²×2)^-1,5×(1200/1000–1)]×1000/1200 = 20,76 м

б) при U = 0,85U_кр = 4,93 м/с, ρ_см = 1200 кг/м³
Re = 4,93×0,7/0,114×10^-5 = 3027192,9
λ = 0,0032 + 0,221 ×_.3027192,9^-0,237 = 9,6×10^-3
Fr = U_кр/√gD = 2,21

Н₀ = 9,6×10^-3×4,93²×534,6/2×9,81×0,7 = 9,08 м
H_м = 0,6×9,08×[1+1,6×0,625×(1000/1200 – 1)] = 4,52 м
H_u = U_кр²/Zg = 4,93²/2 × 9,81 = 1,2 м
Н_т=9,08×[1+109(2,21²×2)^-1,5×(1200/1000–1)]×1000/1200 = 12,8 м

в) при U = 0,7U_кр =4,06 м/с, ρ_см = 1200 кг/м³
Re = 4,06×0,7/0,114×10^-5 = 2492982,5
λ = 0,0032 + 0,221 ×2492982,5^-0,237 = 9,9×10^-3
Fr = U_кр/√gD = 2,21
Н₀ = 9,9×10^-3×4,06²×534,6/2×9,81×0,7 = 6,35 м

H_м = 0,6×6,35×[1+1,6×0,625×(1000/1200 – 1)] = 3,16 м
H_u = U_кр²/Zg = 4,06²/2 × 9,81 = 0,84 м
Н_т = 6,35×[1+109(2,21²×2)^-1,5×(1200/1000–1)]×1000/1200 = 8,95 м

1.2. Расчёт потерь для всасывающего грунтопровода.

Длина всасывающего грунтопровода L_вс = 64,0 м.
а) U_кр = 5,8 м/с, ρ_см = 1200 кг/м³.
Re = U_крD/ν = 5,8×0,7/0,114×10^-5 = 3561403,5
λ_кр = 0,0032 + 0,221×Re^-0,237 = 9,3×10^-3_.
Fr = U_кр/√gD = 2,21
H₀ = 9,3×10^-3×(5,8²×64/2×9,8×10,7) = 1,5 м
H_м = 0,6×1,5×[1+1,6×0,625×(1000/1200 – 1)] = 0,74 м
H_u = U_кр²/Zg = 5,8²/2 × 9,81 = 1,72 м
Н_т = 1,5×[1+109(2,21²×2)^-1,5×(1200/1000–1)]×1000/1200 = 2,1 м

б) при U = 1,25U_кр = 7,25 м/с, ρ_см = 1200 кг/м³
Re = UD/ν = 7,25×0,7/0,114×10^-5 = 4451754,4
λ = 0,0032 + 0,221 × Re^-0,237 = 9,07×10^-3

Fr = U_кр/√gD = 2,77
Н₀ = λ×U²L/2gD = 9,07×10^-3×7,25²×64/2×9,81×0,7 = 2,2 м
H_м = (1-α)/α×H₀×(1+1,6α×[(ρ_в/ρ_см–1)–3,33(ρ_в/ρ_см–1)(U/ U_кр–1)])
H_м=0,6×2,2(1+1,6×0,625[(1000/12000–1)-3,33(0,83– 1)0,25]) = 1,1м
H_u = U_кр²/Zg = 7,25²/2 × 9,81 = 2,68 м
Н_т=2,2×[1+109(2,77²×2)^-1,5×(1200/1000–1)]×1000/1200 = 2,46 м

в) при U = 0,85U_кр = 4,93 м/с, ρ_см = 1200 кг/м³
Re = 4,93×0,7/0,114×10^-5 = 3027192,9
λ = 0,0032 + 0,221 ×_.3027192,9^-0,237 = 9,6×10^-3
Fr = U_кр/√gD = 2,21

Н₀ = 9,6×10^-3×4,93²×64/2×9,81×0,7 = 1,08 м
H_м = 0,6×1,08×[1+1,6×0,625×(1000/1200 – 1)] = 0,54 м
H_u = U_кр²/Zg = 4,93²/2 × 9,81 = 1,2 м
Н_т=1,08×[1+109(2,21²×2)^-1,5×(1200/1000–1)]×1000/1200 = 1,52 м

г) при U = 0,7U_кр =4,06 м/с, ρ_см = 1200 кг/м³
Re = 4,06×0,7/0,114×10^-5 = 2492982,5
λ = 0,0032 + 0,221 ×2492982,5^-0,237 = 9,9×10^-3
Fr = U_кр/√gD = 2,21
Н₀ = 9,9×10^-3×4,06²×64/2×9,81×0,7 = 0,7 м
H_м = 0,6×0,7×[1+1,6×0,625×(1000/1200 – 1)] = 0,38 м
H_u = U_кр²/Zg = 4,06²/2 × 9,81 = 0,84 м
Н_т = 0,38×[1+109(2,21²×2)^-1,5×(1200/1000–1)]×1000/1200 = 0,99 м
Дальнейший расчёт потерь грунтопровода сведён в таблицы.
Таблица 1.

Расчёт потерь грунтопровода при ρ_см = 1000 кг/м³

Скорость движения, м/с.	Подача, м3/с.	Значения потерь напора, м.
		Hгр,Hn1,Hn2	Нт	Hм	Hu	H
Uкр=5,8	Qкр=2,2	2	12,18	7,3	1,72	23,2
U=1,25Uкр=7,25	Q=1,25Qкр=2,75	2	18,55	11,13	2,68	34,36
U=0,85Uкр=4,93	Q=0,85Qкр=1,87	2	9,08	5,44	1,2	17,72
U=0,7Uкр=4,06	Q=0,7Qкр=1,54	2	6,35	3,81	0,84	13
U=0,35Uкр=2,03	Q=0,35Qкр=0,77	2	1,8	1,08	0,21	5,09
U=0,2Uкр=1,16	Q=0,2Qкр=0,44	2	0,58	0,35	0,06	2,99

Таблица 2.

Расчёт потерь грунтопровода при ρ_см = 1100 кг/м³

Скорость движения, м/с.	Подача, м3/с.	Значения потерь напора, м.
		Hгр,Hn1,Hn2	Нт	Hм	Hu	H
Uкр=5,8	Qкр=2,2	2,8	14,7	6,6	1,72	25,8
U=1,25Uкр=7,25	Q=1,25Qкр=2,75	2,8	19,6	10,9	2,68	35,98
U=0,85Uкр=4,93	Q=0,85Qкр=1,87	2,8	11,22	4,9	1,2	20,12
U=0,7Uкр=4,06	Q=0,7Qкр=1,54	2,8	7,7	3,43	0,84	14,77
U=0,35Uкр=2,03	Q=0,35Qкр=0,77	2,8	2,2	0,97	0,21	6,18
U=0,2Uкр=1,16	Q=0,2Qкр=0,44	2,8	0,7	0,3	0,06	3,9