РГР2. Гидродинамика
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Задача 2.25. Определить расход жидкости (ρ=800кг/м3), вытекающей из бака через отверстие площадью S0=l см2. Показание ртутного прибора, измеряющего давление воздуха,h = 268 мм, высота Н = 2 м, коэффициент расхода отверстия μ = 0,60. Задача 2.26. Определить скорость перемещения поршня вниз, если к его штоку приложена силаF=10 кН. Поршень диаметром D = 50 мм имеет пять отверстий диаметром d0=2 мм каждое. Отверстия рассматривать как внешние цилиндрические насадки с коэффициентом расхода μ = 0,82; ρ = 900 кг/м3. Задача 2.27. Определить направление истечения жидкости (ρ = 900 кг/м3) через отверстиеd0=5мм и расход, если разность уровней Н = 2 м, показание вакуумметра рвак соответствует 147 мм рт. ст., показание манометра рм = 0,25 МПа, коэффициент расхода μ = 0,62.    Рис. 2.25 Рис. 2.26 Рис. 2.27 Задача 2.28. Определить коэффициент сопротивления многоступенчатого дросселя, отнесенный к скорости в трубке диаметром d =20 мм, если дроссель состоит из пяти ступеней. Каждая ступень представляет собой отверстие диаметром d0=2 мм в стенке толщиной δ=1,0 мм. Принять коэффициент расхода такого отверстия равным μ = 0,62 и считать, что взаимное влияние ступеней дросселя отсутствует (скорость в промежутках между стенками гасится до нуля), а полная потеря напора распределяется между ступенями поровну. Определить полную потерю давления в дросселе при скорости течения в трубке v = 2 м/с, если плотность жидкости ρ = 900 кг/м3. Задача 2.29. Из резервуара, установленного на полу и заполненного жидкостью до высоты H, происходит истечение жидкости через отверстие в стенке. На какой высоте у должно быть отверстие, чтобы расстояние x до места падения струи на пол было максимальным? Определить это расстояние. Жидкость считать идеальной.   Рис. 2.28 Рис. 2.29 НАСОСЫ Насосы служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости. Напором насоса называют энергию передаваемую насосом единице веса жидкости. Он равен разности напоров на выходе и на входе в насос. Элементарную гидросистему для перемещения жидкости насосом называют насосной установкой. Она в основном состоит из приемного резервуара, всасывающего трубопровода, насоса, нагнетательного трубопровода и напорного резервуара. Потребным напором Hпотр установки называют энергию, которую необходимо сообщить единице веса жидкости для ее перемещения из приемного резервуара в напорный по трубопроводу установки при заданном расходе:  где  — геометрическая высота нагнетания;  — геометрическая высота всасывания;  — разность давлений в напорном и приемном резервуарах;  — сумма потерь напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах;  — статический напор установки.При установившемся режиме работы установки развиваемый насосом напор равен потребному напору установки:  Следует отличать потребный напор установки от напора насоса. Потребный напор определяется самой насосной установкой (высотой подъема жидкости, давлениями в напорном и приемном резервуарах, гидравлическими потерями во всасывающем и нагнетательном трубопроводах), т. е. давлениями у насоса во всасывающем и в нагнетательном трубопроводах. Напор насоса определяется прочностью его корпуса, частотой вращения, иногда объемным к.п.д. Режим работы насоса (подбор насоса) определяют совмещением на одном и том же графике в одинаковых масштабах рабочей характеристики насоса с характеристикой насосной установки. Последняя представляет собой параболу (при турбулентном режиме течения), смещенную вдоль оси напоров на численное значение статического напора установки. Насос в этой установке работает в таком режиме, при котором потребный напор равен напору насоса. Точку пересечения указанных двух характеристик называют рабочей точкой. Если рабочая точка отвечает оптимальному режиму работы насоса, то насос считается подобранным правильно. Однако требуемую подачу насоса можно изменять. Для этого необходимо изменить либо характеристику насоса (путем изменения частоты вращения насоса), либо характеристику насосной установки (дросселированием). Наиболее экономичный метод регулирования подачи и напора — изменение частоты вращения. Он в основном осуществляется применением электродвигателей постоянного тока или специальных передач. Из-за чрезмерного падения давления на всасывающей стороне насоса может возникнуть кавитация (пустотообразование), вследствие которой резко падает к.п.д. насоса, снижается его подача и напор. Кроме того, появляются сильная вибрация и толчки, сопровождаемые характерным шумом. Для избегания кавитации насос необходимо установить таким образом, чтобы давление жидкости в нем было больше давления насыщенного пара жидкости при данной температуре. Это обеспечивается ограничением высоты всасывания насоса. Допустимая высота всасывания определяется следующим соотношением:  где рп—давление насыщенного пара;  — потеря напора во всасывающем трубопроводе при полной подаче; σ — коэффициент кавитации, часто определяемый по формуле С. С. Руднева; Н — полный напор насоса.Допустимая высота всасывания в насосах чаще всего определяется по допустимой вакуумметрической высоте всасывания, которая обозначается на характеристиках всех типов насосов как функция расхода. Необходимо помнить, что при изменении частоты вращения изменяется и допустимая вакуумметрическая высота всасывания. Разрушительному действию кавитации подвергаются также гидравлические турбины, а также золотники, клапаны и другие аппараты объемного гидропривода. Задача 3.1. Центробежный насос подает воду в количестве Q = 60 м3/ч из колодца глубиной h1 = 2 м в водонапорный бак, расположенный на высоте h2 = 38 м. Определить необходимую мощность на валу насоса, если полный КПД насоса η = 0,7, а гидравлическое сопротивление трубопровода характеризуется Δh = 8 м. Задача 3.2. Насос производительностью Q = 10 л/с забирает воду при t = 5 ℃ из колодца по стальной всасывающей трубе, бывшей в употреблении, диаметром d и длинной L = 20 м. Труба снабжена сеткой и обратным клапаном, а скорость движения воды в ней не должна превышать vр = 0,8 м/сек. Определить высоту установки оси насоса над уровнем воды в колодце при условии, что давление у входа в насос было не менее 4 мм рт. ст.  Задача 3.3. Вода перекачивается насосом из открытого бака A в расположенный ниже резервуар B, где поддерживается давления pB = 0,075 МПа (избыточное), по трубопроводу общей длинной l = 112 м и диаметром d = 125 мм. Разность уровней воды в баках h = 2,5 м. Определить напор, создаваемый насосом для подачи в бак B, расход воды Q = 25 л/с. Принять суммарный коэффициент местных сопротивлений ζ = 6,5. Эквивалентная шероховатость стенок трубопроводов Δ = 0,15 мм.  Задача 3.4. Определить максимально возможную высоту установки насосаh, если его подача Q=50 л/с, показания вакуумметра на входе в насос pV=80 кПа. Длина всасывающей линии l=10 м, диаметр d=150 мм, жидкость - масло АМГ-10, tмас=40оС. Материал трубы - сталь, коэффициент сопротивления фильтра ζФ=1,6. Учесть все потери напора. Задача 3.5. Определить разрежение перед входом в насос, если его подачаQ=40 л/с, высота установкиh=3,5м, длина всасывающей линии l=6 м, d=160 мм, коэффициент сопротивления фильтра ζФ =2, температура воды t=25оС, труба стальная. Учесть все потери напора. Задача 3.6. Определить подачу насоса, если высота установкиh=4 м, показание вакуумметра, установленного на входе в насос pV=70 кПа, длина трубы l=5 м, d=155 мм, t=25оС. Труба цементная. Коэффициенты сопротивления фильтра ζФ =2,5. Учесть все потери.  Рис. 3.4-3.6 Задача 3.7. Дано: dв = 0,05 м; dн = 0,04 м; Δ = 0,4 мм; lв = 5 м; lн = 10 м; pвак = 0,6 кгс/см3 = 58860 Па; H = 10 м; жидкость вода (плотность ρ = 1000 кг/м3), область сопротивления – квадратичная. Найти рабочую точку насоса и его мощность.  Характеристика насоса:
Задача 3.8. С целью выяснения, сможет ли насос A обеспечить нормальное функционирование представленной на рисунке гидравлической системы, определите: 1) Скорость v1 и расход Q потока воды в трубопроводе Т, при которых высота фонтанирования воды, изливающейся из брандспойта Б, будет равна hф = 2,5 м; 2) Давление которое должен развивать насос, работающий в данных условиях; 3) Удовлетворяет ли условием задачи насос, обладающий полезной мощностью Nпол = 0,35 кВт.  Задача 3.9. Стрелка вакуумметра B стоит на нуле (pвак = 0). Требуется определить подачу Q насоса и развиваемое им давление при работе в показанных на рисунке условиях.( ζФ =2)  Задача 3.10. Определить предельную высоту установки насоса h для всасывания масла вязкостью ν = 0,000075 м2/с при подаче Q = 6 л/с, считая что абсолютное давление перед входом в насос p = 0,05 МПа. Размеры трубопровода l = 28 м, d = 40 мм. Сопротивлением фильтра пренебречь, плотность масла ρ = 906 кг/м3, эквивалентная шероховатость Δ = 0,02 мм.  Задача 3.12. Центробежный насос перекачивает воду по сифонному трубопроводу диаметром d=50 мм и общей длиной 2l=75 м из резервуара А в резервуар В. Разность уровней Н=8 м. Определить, пренебрегая местными сопротивлениями и принимая коэффициент трения ��=0,025, подачу, напор и КПД насоса, если характеристика насоса при n=1450 об/мин задана (см. табл. ). Таблица
Задача 3.13. Центробежный насос (Q=75 м3/ч) подает из резервуара, абсолютное давление на поверхности которого ро=1 МПа, воду, нагретую до температуры t=60°С (рис. 139). Диаметр всасывающего трубопровода d=50 мм, длина 1=8 м. На трубопроводе установлены задвижка, коэффициент сопротивления которой ζЗ=3,5, и всасывающий клапан с сеткой, ζс=4,8. Коэффициент трения ��=0,04. Рассчитать предельное значение высоты всасыванияhBC, при которой обеспечивается бескавитационный режим работы насоса. Задача 3.14. Центробежный насос подает воду из нижнего заборного резервуара, на свободной поверхности которого давление равно атмосферному, в верхний напорный бак, где поддерживается манометрическое давление М=2-105 Па. Диаметр трубопроводаd=100 мм, длина линии всасывания lВС=5 м, длина линии нагнетания lН=25 м, Н2=10 м. Коэффициенты сопротивления: задвижки ζЗ=4, всасывающего клапана ζВс=5, эквивалентная шероховатость Δ=0,1 мм. Определить напор и полную мощность насоса при подаче Qн=32 л/с.    Рис. 3.12 Рис. 3.13. Рис. 3.14 Задача 3.15. Определить подачу центробежного насоса при следующих размерах сети; d=160 мм, l=130 м, z=8 м. Характеристика насоса задана таблично (см. табл. 2). Материал труб - сталь. Местные сопротивления учитывать только в сетке фильтра и задвижке. Жидкость - вода при температуре 20оС. Таблица 2
Задача 3.16. Центробежный насос подает воду (t=20°C) из реки в плавательный бассейн, расположенный на том же уровне. Длина напорной части трубопровода lн = 100 м, диаметр d=80 мм. Длина всасывающей линии lВС=100 м. Трубы стальные, оцинкованные. Определить, пренебрегая местными сопротивлениями, подачу насоса, если его характеристика задана таблично (см. табл. 3). Таблица 3
Задача 3.17. Определить максимальную подачу центробежного насоса, перекачивающего воду в бассейн, если заданы: характеристика насоса |