курсовая Гидрогазодинамика. курсовая Гидрогазодинамика вар 6 (1). Курсовая работа выполнение расчета сети питательного или конденсатного насоса. Вариант 6 по дисциплине Гидрогазодинамика
 Скачать 436.64 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»  Институт электронного обучения 15.03.01 «Машиностроение» (впишите ваше направление) КУРСОВАЯ РАБОТА Выполнение расчета сети питательного или конденсатного насоса. Вариант – 6 по дисциплине: Гидрогазодинамика
Томск – 2022 ЗАДАНИЕ на выполнение курсового проекта по дисциплине «Гидрогазодинамика» 1. ЗАДАЧА ПРОЕКТИРОВАНИЯ: выполнение расчета сети питательного или конденсатного насоса, по результатам расчета подобрать на сеть насос и разработка системы автоматизированного регулирования подачи этого насоса с помощью одного из известных способов регулирования, например, за счет изменения частоты вращения или с помощью задвижки. 2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 2.1 Давление в пароперегревателе атм. 2.2 Давление в деаэраторе атм. 2.3 Массовый расход т/ч 2.4 Температура в деаэраторе 0 С 2.5 Уровень размещения деаэратора м 2.6. Уровень размещения пароперегревателя м 2.7 Длина трубопровода от пароперегревателя до насоса м 2.8 Длина трубопровода от насоса до деаэратора м 2.9 Температура перегретого пара 0С 2.10 Потери гидродинамического напора на подогревателях высокого давления м вод.ст. 2.11 Потери гидродинамического напора на водяном экономайзере м вод.ст. 2.12 Потери гидродинамического напора на экранной поверхности м вод.ст. 2.13 Количество задвижек шт. 2.14 Количество обратных клапанов шт. 2.15 Количество поворотов шт. 4 3. ОБЪЕМ РАСЧЕТНОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА 3.1 Введение. Технические условия проектирования. 3.2 Расчет потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений (местные и трения), возникающих при перемещении жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам насосной установки (рис. 1) (потери напора в подогревателях, экономайзере и пароперегревателе заданы) [2, c. 49–54]. 3.3 Определение диаметров всасывающего и нагнетательного участков трубопровода, исходя из нормально допустимых скоростей С=1,5 ÷ 2,0 м/с, при заданной подаче насоса Q и стандартных диаметров труб (d = 50 мм, 75 мм, 100 мм, 125 мм, 150 мм, 200 мм, 250 мм, 300 мм, 400 мм и т.д.) [2, c. 79]. 3.4 Определение потерь напора на местные сопротивления и на трение во всасывающем и нагнетательном трубопроводах при заданном расходе Q [2, c. 49–54]. 3.5 Определение напора насосной установки (Нуст), коэффициента характеристики сети К, расчет и построение в масштабе характеристики сети Hc = Hуст + kQ2 насосной установки [4, 6]. 3.6 Расчет напора насоса, который равен, как известно, напору сети насосной установки Hр сч = Hc . Но подбирать насос (по каталогу) на сеть нужно так, чтобы его напор при заданной подаче Qзад на 5÷7 % превышал расчетны [4, 6]. 3.7 Определение действительного режима работы насоса по точке пересечения его характеристики (при частоте вращения ) с характеристикой сети [4, 6]. 3.8 Определение потребляемой мощности и коэффициента полезного действия данной насосной установки [4, 6]. 3.9 Заключение. 3.10 Использованная литература. 3.11Приложения. 4. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА. 4.1. Построенный в масштабе график, характеризующий работу на сеть питательного насоса при частоте вращения n. Оглавление Введение 4 3 5 1.Расчетная часть 6 2.1 Определение диаметров всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станции 6 2.2 Определение коэффициентов гидравлического трения 7 2.4 Выбор марки насоса 11 2.5 Построение характеристики сети и нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сети 14 2.6. Нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сети 15 Заключение 17 ВведениеЦель данной курсовой работы: научиться рассчитывать параметры заданной технологической схемы – трубопровода, выбор по расчетам центробежного насоса. Насос – машина, предназначенная для преобразования механической энергии приводного двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости. Важнейшие параметры работы насоса – напор H и подача Q. Напор насоса H – энергия, приходящаяся на единицу веса, которую получает жидкость, проходящая через насос. Подача насоса Q – объемное количество жидкости, которое за единицу времени проходит через насос. Подача насоса равна расходу жидкости в трубопроводе, присоединенном к насосу. Величины H и Q для каждого насоса между собой взаимосвязаны. Зависимость H= f(Q) называется напорной характеристикой насоса. Один и тот же насос может быть включен в различную гидравлическую сеть. Гидравлическая сеть – система трубопроводов, резервуаров, регулирующих устройств и других элементов, по которым перемещается жидкость. Дополнительная энергия, которая передается жидкости в насосе, расходуется в гидравлической сети на совершение работы по подъему жидкости, на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости и на другие цели. Величина энергии, необходимой для перемещения жидкости, зависит от вида и характеристик гидравлической сети. Зависимость потребной удельной энергии Hпотр. от расхода Q жидкости в системе называется характеристикой гидравлической сети. Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо совмещать параметры работы насоса и гидравлической сети, то есть решать систему уравнений. Решение этой системы уравнений представляет собой параметры рабочей точки А насоса (QА , HА ) в заданной гидравлической сети. Схема сети насосной установки представлена на рис. 1. 1. Определить диаметры всасывающего и нагнетательного участков трубопровода. 2. Определить потери напора на местные сопротивления и на трение во всасывающем и нагнетательном трубопроводах при заданном расходе Q. 3. Определить напор насосной установки (Нуст), коэффициент характеристики сети К, рассчитать и построить в масштабе характеристику сети  насосной установки 4. Подбирать насос (по каталогу) на сеть. 5. Определить действительный режим работы насоса. 6. Определить потребляемую мощность и коэффициент полезного действия данной насосной установки. Графическая часть курсовой работы включает построение в масштабе графика характеризующего работу на сеть питательного насоса при частоте вращения n. 
3Расчетная частьПеревод в СИ: 1атм=101325Па  Па Па2.1 Определение диаметров всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станцииОпределяем расход в трубопроводе:  м3/сДиаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станции определяем из уравнения неразрывности [3, с.57]:  где V – скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;  ‑ площадь живого сечения трубопровода, м2. для всасывающего трубопровода:  мпринимаем диаметр трубы для всасывающего трубопровода 400 мм (по ГОСТ 10704 – 75) [2, с.79]:  мдля напорного трубопровода:  мпринимаем диаметр трубы для напорного трубопровода 350 мм (по ГОСТ 10704 – 75) [2, с.79]:  мОпределяем реальные скорости выбранных трубопроводов: для всасывающего трубопровода:  м/сдля напорного трубопровода:  м/счто также незначительно отличается от допустимого значения. 2.2 Определение коэффициентов гидравлического тренияЗначение коэффициента гидравлического трения λ при движении жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах определяется по эмпирическим формулам в зависимости от значения числа Рейнольдса Re [3, с.60]:  где V – средняя скорость потока воды в трубопроводе, м/с; ν – коэффициент кинематической вязкости, при  м2/с [5, с.12];d- диаметр трубопровода, м. Эмпирические расчетные зависимости по определению коэффициента гидравлического трения в зависимости от режима движения и зоны сопротивления приведены в таблице 2. Таблица 2 – Сводная таблица расчетных соотношений для гидравлического коэффициента трения [3, с.82]
Выбираем трубы стальные сварные новые. По приложению A соответствует значение абсолютной шероховатости ∆=0,05 мм [5, с.72]. На нагнетательном участке:  Где  м2/с кинематическая вязкость воды. Т.к   мм – эквивалентная шероховатость трубЗначение  определяется по формуле Альтшуля (переходная область): Т.к Значение определяется по формуле Альтшуля (переходная область): 2.3 Определение потерь энергии на преодоление гидравлических сопротивлений Гидравлические потери энергии подразделяются на две группы. 1. Потери энергии по длине потока. Они наблюдаются в трубах и каналах постоянного сечения и увеличиваются пропорционально длине потока, так как при этом увеличивается поверхность трения. 2. Потери энергии в местных гидравлических сопротивлениях, возникающие при деформации потока. Потери напора на трение по длине hтр определяются по формуле Дарси- Вейсбаха [3, с.67]:  где λ ‑ безразмерный коэффициент сопротивления трения на рассматриваемом участке трубопровода; l – длина трубопровода, м; d – диаметр трубопровода, м; V – скорость движения жидкости, м\с;  м/с2 ‑ ускорение свободного падения.Так как скорости во всасывающем и нагнетательной трубопроводе одинаковы.  Местные потери напораhм определяются по формуле Вейсбаха [3, с.67]:  где  – безразмерный коэффициент, зависит от вида и конструктивного выполнения местного сопротивления;V – скорость движения жидкости в трубопроводе, где установлено местное сопротивление, м. Так как скорости во всасывающем и нагнетательной трубопроводе одинаковы. Потери напора на местные сопротивления определяем по формуле:  Общие потери составят    мгде  ‑ соответственно, гидравлический коэффициент трения (коэффициент Дарси) во всасывающем и нагнетательном трубопроводах; м,  м ‑ соответственно, длина всасывающего и нагнетательного трубопроводов; м; м ‑ соответственно, внутренний диаметр всасывающего и нагнетательного трубопроводов, м; м ‑ средняя по сечению скорость жидкости, соответственно, во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, м/с; - коэффициент сопротивления задвижки. - коэффициент сопротивления обратного клапана - коэффициент сопротивления поворота. м – потери напора в подогревателях. м – потери напора в экономайзере. м – потери напора в пароперегревателе.Определим напор насосной установки:   мρ – коэффициент кинематической вязкости, при  кг/м3 [5, с.12];Тогда потребный напор рассчитывается по формуле  Заменяя скорость через подачу и диаметр, требуемый напор запишем в следующем развернутом виде:   или    Определяем требуемый напор  м2.4 Выбор марки насосаПодбор нужного насоса и отыскание его марки осуществляется по графикам полей Q ‑ H насосов, приводимых обычно в каталогах насосов и ГОСТах. В качестве примера рисунке 2 приведены сводные графики подач каталогов одноступенчатых центробежных консольных насосов типа К. Верхняя часть криволинейного четырехугольника (поля насоса) соответствует нормальному диаметру рабочего колеса в рекомендуемых границах использования насоса, нижняя часть – колесу, максимально обточенному по внешней окружности. Показанная на поле насоса средняя линия соответствует промежуточной обточке рабочего колеса.  Рисунок 2 – Сводный график полей Q – H центробежных консольных насосов типа ЦНС Для подбора насоса по найденным значениям Q и Н на сводный график наносят режимную точку А по координатам: Q=608,4м3/ч Hтр=1696,2 м Насос - машина, предназначенная для преобразования механической энергии приводного двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости. Важнейшие параметры работы насоса - напор H и подача Q. Напор насоса H - энергия, приходящаяся на единицу веса, которую получает жидкость, проходящая через насос. Подача насоса Q - объемное количество жидкости, которое за единицу времени проходит через насос. Подача насоса равна расходу жидкости в трубопроводе, присоединенном к насосу. Величины H и Q для каждого насоса между собой взаимосвязаны. Зависимость H= f(Q) называется напорной характеристикой насоса. Один и тот же насос может быть включен в гидравлическую сеть. Гидравлическая сеть - система трубопроводов, резервуаров, регулирующих устройств и других элементов, по которым перемещается жидкость. Дополнительная энергия, которая передается жидкости в насосе, расходуется в гидравлической сети на совершение работы по подъему жидкости, на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости и на другие цели. Величина энергии, необходимой для перемещения жидкости, зависит от вида и характеристик гидравлической сети. Зависимость потребной удельной энергии Hпотр от расхода Q жидкости в системе называется характеристикой гидравлической сети: Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо совмещать параметры работы насоса и гидравлической сети, то есть решать систему уравнений: Решение этой системы уравнений представляет собой параметры рабочей точки К насоса (Qk, Hk ) в заданной гидравлической сети. Выбор центробежных насосов осуществляется по объемной подаче насоса (расходу воды) Q и требуемому напору Нтр. Принимаем центробежный консольный насос ЦНС-630-1700 с частотой вращения n=3000об/мин. 2.5 Построение характеристики сети и нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сетиНапор насоса расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений в сети трубопроводов, вызванных движением потока воды с расходом Q, и на остаточный напор, с которым выходит вода на конечном пункте из трубопровода, т.е.  где Н - напор насоса, м; Нw – гидравлические сопротивления, м; hост – остаточный напор, м. Гидравлические сопротивления Нw приводят к потерям напора hост. Нw=hост, при hост=0 имеем Н= Нw, т.е. весь напор насоса расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений в трубопроводе.  , где Q в м3/с.Характеристика трубопровода (сети) – графическое изображение зависимости гидравлического сопротивления трубопровода от пропускаемого им расхода жидкости, т.е. Нw=f(Q). Для построения характеристики трубопровода воспользуемся таблицей 3, и по заданным значениям Q определим величины Нw. Таблица 3 – Исходные данные для построения Нw=f(Q)= 
Строим характеристику насоса и трубопровода: 2.6. Нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сетиРабочая точка определяет единственно возможный режим совместной работы насоса с заданным трубопроводом. Она определяет основные рабочие данные (параметры) насоса: подачу Qp, напор Hp, мощность Np и коэффициент полезного действия ηр. При подборе насоса необходимо стремиться к тому, чтобы рабочая точка располагалась как можно ближе к максимальному значению КПД насоса. Как отмечено выше, проводим через рабочую точку вертикальную и горизонтальную линии и при пересечении их с соответствующими кривыми получаем рабочие значения величин. Характеристика насоса с наложенной характеристикой сети приведена на рисунке 4. Рабочая точка будет иметь параметры Q = 625 м3/ч=0,174 м3/с, Н = 1696 м, η = 69 %, Отметим, что в данном случае параметры рабочей точки (в частности подача) не совпадает с заданными в исходных данных. Определим полезную мощность по формуле [3, с.210]:  Определим мощность на валу насоса по формуле [3, с.210]:   Рисунок 4 – Совместная характеристика насоса и сети ЗаключениеВ результате выполнения настоящей курсовой работы был изучен порядок подбора насоса под заданную сеть с обеспечением расчетных параметров в рабочей точке. Подобраны внутренние диаметры всасывающего и напорного трубопроводов, которые затем округлены до стандартных значений: - для всасывающего принята труба 350 мм; - для напорного принята труба 350 мм. По полученным данным рассчитана и построена характеристика сети. Подобран центробежный насос типа ЦНС-630-1700, работа которого с данной сетью позволяет обеспечить расчетные параметры и осуществить при необходимости регулирование в заданных пределах. Список литературы 1. Крауиньш П.Я. Гидравлика и гидропневмопривод: учеб. пособие / П.Я. Крауиньш, С.А. Смайлов, Б.Б. Мойзес. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 223 с. 2. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика. – М.: Колос, 2006. 3. Спасский К.Н. Объёмный гидропривод: учебное пособие. – М.: Издательство МГОУ, 2010. – 106 с. 4. Ловкис З.В. Гидравлика и гидравлические машины.- М.: Колос, 1995. 5. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я.М. Вильнер, Я.Т. Ковалев, Б.В. Некраcови[др.]. – Минск, Вышейшая школа, 1985. – 382 с. 6. Каталог центробежных насосов типа К и КМ производства ОАО «Ливгидромаш». 7. Гальчак И.П, Салихова М.Н. Гидрогазодинамика. Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы. – Екатеринбург, УрГАУ, 2015. – 29 с. 8. Дячек П.И. Насосы, вентиляторы, компрессоры: учеб. пособие / П.И. Дячек. – М.: Изд-во АСВ, 2012. – 432 с. 9. Карелин В.Я. Насосы и насосные станции: учебник / В.Я. Карелин, А.В. Минаев. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Бастет, 2010. – 448 с. 10. Гидравлика и гидропривод: метод. указ. к лабораторным работам для студентов ИнЭО, обучающихся по направлению 151000 «Технологические машины и оборудование» / сост. Г.Г. Медведев; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – 24 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
