Модернизация землесоса. Анализ технических решений повышения производительности землесосов
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
Таблица 8. Расчёт потерь всасывающего грунтопровода при ρсм = 1300 кг/м3
1.3. Расчёт подачи грунтового насоса. Определяется по формуле: Qкр = Uкр × πR2, Где, Uкр – критическая скорость движения смеси R – радиус грунтопровода Qкр = 5,8 × 3,14 × 0,352 = 2,2 м3/с Для построения характеристики грунтопровода необходимо определить подачу Q для скорости движения смеси U при U = 1,25Uкр, U = 0,85Uкр, U = 0,7Uкр, U = 0,35Uкр, U = 0,2Uкр. Q = 1,25Qкр = 1,25 × 2,2 = 2,75 м3/с Q = 0,85Qкр = 0,85 × 2,2 = 1,87 м3/с Q = 0,7Qкр = 0,7 × 2,2 = 1,54 м3/с Q = 0,35Qкр = 0,35 × 2,2 = 0,77 м3/с Q = 0,2Qкр = 0,2 × 2,2 = 0,44 м3/с 1.4. Пересчёт характеристики грунтового насоса с воды на гидросмесь. H = Hв × ηсм/ηв, Где, ηсм/ηв = r + (1 – r) × ρв/ρсм, Где, ηсм и ηв – гидравлический КПД соответственно для гидросмеси и воды r – степень реактивности насоса ρв и ρсм – плотность воды и гидросмеси соответственно, кг/м3 Значение r для грунтовых насосов возрастает от 0,7 до 0,8 с увеличением nбот 80 до 200 nб = 3,65×n√Q/H¾, Где, nб – коэффициент быстроходности n – частота вращения Q – подача, м3/с. H – напор, м. nб = 3,65×375×√2,2/25¾ = 175,8, Откуда следует, что r = 0,755 а) при ρсм = 1100 кг/м3, Q = 2,2 м3/с,Q = 1,6 м3/с. H = 25×(0,755 + (1 – 0,755)×1000/1100) = 24,4 м H = 13×(0,755 + (1 – 0,755)×1000/1100) = 12,68 м б) при ρсм = 1200 кг/м3, Q = 2,2 м3/с,Q = 1,6 м3/с. H = 25×(0,755 + (1 – 0,755)×1000/1100) = 23,9 м H = 13×(0,755 + (1 – 0,755)×1000/1100) = 12,45 м в) при ρсм = 1300 кг/м3, Q = 2,2 м3/с,Q = 1,6 м3/с. H = 25×(0,755 + (1 – 0,755)×1000/1100) = 23,5м H = 13×(0,755 + (1 – 0,755)×1000/1100) = 12,2 м 1.5. Пересчёт кавитационной характеристики с воды на гидросмесь. Hвакдоп = Hваквдоп + (Ра – Рп)/gρв × (ρв/ρсм – 1), Где, Ра – атмосферное давление, Па Рп – давление насыщенных паров, Па а) при ρсм = 1100 кг/м3, Q = 1,6 м3/с и Q = 2,2 м3/с, Hвакдоп = 7,2+(100000–2330)/9,81×1000×(1000/1100–1) = 6,3 м Hвакдоп = 6,5+(100000–2330)/9,81×1000×(1000/1100–1) = 5,6 м б) при ρсм = 1,2 т/м3, Q = 1,6 м3/с и Q = 2,2 м3/с, Hвакдоп = 7,2+(100000–2330)/9,81×1000×(1000/1200–1) = 5,6 м Hвакдоп = 6,5+(100000–2330)/9,81×1000×(1000/1200–1) = 4,85 м в) при ρсм = 1,3 т/м3, Q = 1,6 м3/с и Q = 2,2 м3/с, Hвакдоп = 7,2+(100000–2330)/9,81×1000×(1000/1200–1) = 4,9 м Hвакдоп = 6,5+(100000–2330)/9,81×1000×(1000/1200–1) = 4,2 м В результате выше приведённых расчётов мы получили, что предел по работе всасывающего грунтопровода землесоса пр. Р-161 производительностью 1000 м3/ч наступит при плотности гидросмеси ρсм = 1,16 т/м3, при дальнейшем повышении плотности произойдёт срыв характеристики насоса из-за кавитации. При ρсм = 1,16 т/м3 производительность по грунту: Qгр = 0,93×Qсм(ρсм/ρв – 1), Qгр = 0,93×6530×(1,2/1 – 1) = 971,6 м3/ч. Для повышения производительности рекомендуется использовать бустерный насос, с напором равным: Нб = Нвспом – Нвакдоп, при Q = 6530 м3/ч Нб = 6,5 – 5,4 = 1,1 м (см. характеристики насоса). В данном случае в качестве бустерного насоса мы будем использовать эжектор. 2. Расчёт грунтового эжектора. 2.1. Расчёт коэффициента инжекции. Коэффициент инжекции представляет собой сумму двух частных коэффициентов инжекции по твёрдому телу и жидкости: И = Ит + Ив, Где, Ит – коэффициент инжекции по твёрдому телу Ив – коэффициент инжекции по жидкости Ит = σт/σр, Где, σт – расход инжектируемого твёрдого тела, т/ч σр – расход рабочей жидкости через сопло, т/ч Ив = σив/σр, Где, σив – расход инжектируемой жидкости, т/ч Расход рабочей жидкости: σр = Qр × ρр, Где, Qр – подача насоса рабочей жидкости, м3/ч ρр – плотность рабочей воды, т/м3 В качестве насоса служащего для подачи рабочей жидкости мы берём двухсторонний насос марки Д 1600 – 90 (14 НДС). Технические характеристики
σр = 1000 × 1 = 1000 т/ч. Расход инжектируемого твёрдого тела. σт = Qгр × ρгр, Где, Qгр – расчётная производительность землесоса по грунту, м3/ч. ρгр – плотность грунта в естественном сложении ρгр = 2,1 т/м3 σт = 971,6 × 2,1 = 2040,36 т/ч Расход инжектируемой жидкости. σив = Qсмвых × ρсмвых – Qр × ρр – Qгр × ρгр, Где, Qсмвых – расчётная подача по смеси, м3/ч ρсмвых – расчётная плотность смеси, т/м3 ρсмвых = 1,16 т/м3 σив = 6530 × 1,16 – 1000 × 1 – 971,6 × 2,1 = 3534,4 т/ч Подача по смеси на входе в грунтоприёмник. Qсмвх = Qсмвых – Qр = 6530 – 2000 = 4530 м3/ч Плотность смеси на входе в грунтоприёмник. ρсмвх = (Qгр/0,93×Qсмвх +1)× ρв = (941,6/0,93×4530+1)×1 = 1,23 т/м3 ρсмвх >ρсмвых Ит = 2040,36/2000 = 1,02 Ив = 3534,4/2000 = 1,77 И = 1,02 + 1,77 = 2,79 Qсмвх = 6530 м3/ч Qсмвых = 4530 м3/ч ρсмвых = 1,16 т/м3 ρсмвх = 1,23 т/м3 Qр = 2000 м3/ч ρр = 1 т/м3 2.2. Расчёт удельного объёма инжектируемой среды. Uн = Uн.в × Uв/ (Uв + Uт) + Uт × Uт/ (Uв + Uт) Где, Uн.в – удельный объём инжектируемой среды (жидкости) м3/кг Uт – удельный объём инжектируемого твёрдого тела м3/кг Uт = 1/ ρр = 0,005 м3/кг Uн.в = 1/ ρв = 10-3 м3/кг Удельный объём смешанной среды (гидросмеси) на выходе из аппарата: Uс = Uс.в × (1 + Uв)/ (1 + Uв + Uт) + Uт × Uт/ (Uв + Uт) Где, Uс.в – Удельный объём жидкости на выходе из аппарата, м3/кг В данном случае удельный объём рабочей, инжектируемой и смешанной жидкости равны, то есть. Uр = Uс.в = Uн.в = 10-3 м3/кг Uн = 1×(10-3 × 1,77/2,79 + 0,0005 × 1,02/2,79) = 0,000815 м3/кг Uс = 10-3×(1+1,77)/(1+2,79) + 0,0005×1,02/1+2,79 = 0,0008 м3/кг 2.3. Уравнение характеристики струйного аппарата для гидротранспорта.  ΔРс = Ч12×fp1/f3×{2Ч2 + (2Ч2 – 1/Ч42)×fp1/f3× n ×Ит2×(1 + α)× ×(Uн.в/Uр × α + Uт/Uр) – (2 – И32)× fp1/f3×[1 + Ит(1 + α)]×[ Uсв/Uр× ×(1 + α × Ит) + Uт/Uр× Ит]} Где, f3 – площадь выходного сечения камеры смешения, м2 fp1 – площадь выходного сечения рабочего сопла, м2 Ч1 = 0,95 коэффициент скорости сопла Ч2 = 0,875 коэффициент скорости камеры смешения Ч3 = 0,81 коэффициент скорости диффузора Ч4 = 0,83 коэффициент скорости входного участка камеры смешения α = Uв/Uт = 1,77/1,02 = 1,73 n = f3/fp1/(f3/fp1 – 1) = 16,67/15,67 = 1,06 Оптимальное отношение f3/fp1 определяется по уравнению f3/fp1 = (в + √в2 – 4×α×с)/2×α в = – {И3 + (2 – И32)×[1 + И1(1 + α)]×[Uсв/Uр(1 + α×И1) + Uв/Uр× ×Ит] – (2×И2 – 1/Ч4 )×( α×Uпв/Uр + Uт/Uр)×(1 + α)×Ит2} = {0,875 + (2 – 0,812)[1 +1.02(1 + 1,73)]×[10-3/10-3((1 + 1,73)×1,02) + + 0,0005×1,02]–[2×0.875 – 1/0,832](1,73 + 0,0005/0,001)( 1 + 1,73)× ×1,022} = – 10,665 с = (2 – И32) [1 + И1(1 + α)] [Uсв/Uр(1 + α×И1) + Uт/Uр] = = (2 – 0,812)[1 +1,02(1 + 1,73)][(( 1 + 1,73)×1,02) + 0,5×1,02] = 11,56 f3/fp1 = (10,665 + √10,6652 – 4×0,875×11,56)/2×0,875 =10,98 Рс – перепад давлений создаваемый струйным насосом ΔРс = Рс – Рн Где, ΔРс – давление смешанного потока на выходе из диффузора Рн – давление инжектируемого потока перед струйным аппаратом Рн = 0 ΔРр – перепад давлений рабочего потока ΔРр = Рр – Рн Где, Рр – давление рабочего потока перед струйным аппаратом Определение давления рабочего потока перед струйным аппаратом. Потери напора в трубопроводе перед струйным аппаратом: H = 0,0827×Q2/d4×(λ×L/d + ΣИ3), Где, Q – подача насоса, м3/с d – диаметр трубопровода, м λ – коэффициент сопротивления трения. L – длина трубопровода L = 16 м. Суммарный коэффициент местных сопротивлений. Значения коэффициента сопротивления трения λ могут быть определены по формуле Альтшуля применимой для всех областей турбулентного режима (Re > 2300) λ = 0,1(1,46×Δ/Dт + 100/Re)0,25, Где, Δ – значение эквивалентной шероховатости Δ = 0,1 мм Re = 1,27×0,27/Dт×ν = 1,27×0,27/0,7×0,114×10-3 = 429699 λ = 0,1(1,46×0,0001/0,7 + 100/429699)0,25 = 0,014 H = 0,0827×0,282/0,74×(0,014×16/0,7 + 2) = 0,063 м Нр = Нн + Н, Где, Нн – напор насоса, м Н – потери напора в трубопроводе, м Нр = 26 – 0,063 = 25,94 м Рр = ρgНр = 1000×9,81×25,94 = 254471,4 ΔРр = 254471,4 – 0 = 254471,4 Определяем перепад давлений создаваемый струйным насосом. После определения (f3/fp1) и ΔРс характеристики струйного аппарата находим Рс. Рс = 254471,4×0,952×(10,1)-1×((2×0,875 + (2×0,875 – 1/0,832)× ×10,1)-1×1,06×1,022×(1 + 1,73)×(10-3/10-3×1,73 + 0,0005/10-3) – (2 – 0,812)×(10,1)-1×(1 + 1,021×(1 + 1,73))×(10-3/10-3×(1 + 1,73)×1,02+ + 0,0005/10-3×1,02)) = 11960,2 ΔРс = Рс = 11960,2 После нахождения давления смешанного потока на выходе из диффузора Рс , мы находим напор бустерного насоса. Рс = ρgНр Нр = Рс/ρg = 11960,2/1000×9,81 = 1,22 м. 2.4. Расчёт геометрических размеров струйного насоса. Площадь выходного сечения рабочего сопла, м2 fp1 = σ1/Ч1√Vр/2ΔРр = 555,6/0,95√10-3/2×254471,4 = 0,03 м2 По площади fp1 определяем диаметр рабочего сопла, м2 fp1 = πd2/4 d = √4×fp1/π = √4×0,03/3,14 = 0,195 м Из отношения d3 = f3/fp1 определяем d3 f3 = 10,1×fp1 = 10,1×0,03 = 0,3 м2 d3 = √4×f3/π = √4×0,3/3,14 = 0,62 м Длина камеры смешения Lк = 3d3 = 3×0,62 = 1,85 м Длина диффузора при учёте раскрытия Lg = 6,5(dгр – d3) = 6,5(0,7 – 0,62) = 0,52 м | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||