Отчет. Отчет по практическим заданиям. Расчет и подбор центробежного насоса

• Название: Расчет и подбор центробежного насоса
• Анкор: Отчет
• Дата: 19.01.2023
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Отчет по практическим заданиям.docx
• Тип: Документы; #894980

РАСЧЕТ И ПОДБОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Пример 1.1. Подобрать центробежный насос (рис. 1.1) для перекачивания воды при температуре t= 8 ºС из открытой емкости в аппарат, работающий под избыточным давлением
Р_ИЗБ = 0,1 МПа.



Рис. 1.1. Схема центробежного насоса:

1 – всасывающий трубопровод; 2 – рабочее колесо; 3 – корпус;

4 – лопатки; 5 – нагнетательный трубопровод

Объемный расход воды V= 1,2·10^-2 м³/с. Геометрическая высота подъема воды Н_Г = 12 м. Длина трубопровода на линии всасывания L_ВС = 10 м, на линии нагнетания L_НАГ = 32 м.

На линии нагнетания имеются n= 3 нормальных вентиля и m= 1 отвод под углом 120º и k= 4 отвода под углом 90º с одинаковым отношением R/d = 6.

На всасывающем участке трубопровода установлено n₁ = 2 прямоточных вентиля, имеется k₁ = 4 отвода под углом 90º с отношением R/d = 6.

Проверить возможность установки насоса на высоте h= 4 м над уровнем воды в емкости.

Решение.

1. Рассчитаем диаметр трубопроводов, принимая одинаковую скорость течения воды в них, равную w= 2 м/с:
= 0,087 м = 87 мм.
2. Определяем потери напора во всасывающей линии по формуле

Для нахождения значения коэффициента трения λ рассчитаем величину критерия Рейнольдса:

Примем, что трубопровод стальной с незначительной коррозией, тогда абсолютная шероховатость равна е=0,2 мм, а отношение d/e=87/0,2=435. По прил. 1 находим λ=0,025.

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии (прил. 2):

1) Вход в трубу с острыми краями ζ₁=0,5;

2) Для прямоточных вентилей экстраполяцией находим ζ=0,55 для d=0,088 м. Умножая на поправочный коэффициент k=0,925, получаем ζ₂=0,51.

3) Отводы: коэффициенты А=1, В=0,09, тогда ζ₃=0,09.

Следовательно, сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии составляет
Σ ζ = ζ₁ +2ζ₂ +4ζ₃ = 0,5 +1,02 + 0,36 = 1,88.
Тогда потерянный напор во всасывающей линии равен

3. Определяем потери напора в нагнетательной линии, для чего вначале определим значения коэффициентов местных сопротивлений (прил. 2):

1) Отводы под углом 120º – А=1,17; В=0,09; ζ₁=0,105.

2) Отводы под углом 90º – А=1, В=0,09; ζ₂=0,09.

3) Нормальные вентили: для d=0,087 м, интерполяцией находим ζ₃=4,04.

4) Выход из трубы: ζ₄=1.

Следовательно, сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии составляет
Σ ζ = 2ζ₁ +10ζ₂ +2ζ₃ + ζ₄= 0,21 +0,9 + 8,08 +1 = 10,19.
Тогда потери напора в нагнетательной линии равны

4. Общие потери напора составят
h_П = h_П.ВС + h_П,Н = 0,969 +3,95 = 4,919 м.
5. Выбор насоса.

Находим напор насоса по формуле

Определим полезную мощность насоса

Принимая η_ПЕР=1 и η_Н=0,6, найдем мощность на валу двигателя

По каталогу насосов центробежного типа (прил. 3) устанавливаем, что заданным подаче и напору больше всего соответствует насос марки Х 45/31, для которого V= 1,25·10^-2 м³/с, Н = 31 м, η_Н = 0,6. Насос снабжен электродвигателем АО2-52-2 номинальной мощностью N_Н=13 кВт, η_ДВ=0,89. Частота вращения вала n=48,3 с^-1.

6. Определение предельной высоты всасывания.

Рассчитаем запас напора на кавитацию:

По прил. 4 найдем, что при 8 ºС давление насыщенного водяного пара Р=1075 Па. Примем, что атмосферное давление равно 10⁵ Па, а диаметр всасывающего патрубка равен диаметру трубопровода. Тогда




РАСЧЕТ КРИСТАЛЛИЗАТОРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Пример 11.1. Определить требуемую площадь поверхности охлаждения и расход воды в кристаллизаторе непрерывного действия (рис. 11.1), в котором охлаждается G=6 т/ч водного раствора соли NaNO₃ от t₁=85 °С до t₂=35 °С, содержащий при 85 °С х₁ = 15 моль соли на 1000 г воды. Необходимо также учесть, что в кристаллизаторе при охлаждении раствора одновременно испаряется В = 4 % воды от его общего количества. Вода поступает в охлаждающую рубашку противотоком по отношению к раствору при t₁^В = 12 °С, а выходит при t₂^В = 22 °С. Коэффициент теплопередачи принять равным К = 110 Вт/(м²·К).


Рис. 11.1. Вальцовый кристаллизатор:

1 – барабан; 2 – корыто; 3 – полые вальцы; 4 – нож для съема кристаллов

Решение

1. Площадь поверхности охлаждения определяется по формуле

где Q – количество отводимой теплоты, Вт; ∆t_СР – средний температурный напор, К.

2. Количество теплоты, которое надо отводить, найдем по уравнению
Q = G·c(t₁ – t₂) + G_КР·q/М – W·r,
где с – удельная теплоемкость раствора, кДж/(кг·К); G_КР – количество выделяемых кристаллов, кг/с; q – удельная теплота кристаллизации, Дж/кмоль; М = 85 кг/кмоль – мольная масса NaNO₃; W= В·G/100 = 4·5000/100 = 200 кг/ч – расход испаряющейся воды, кг/с; r – удельная теплота парообразования воды при средней температуре раствора, Дж/кг.

Удельную теплоемкость раствора можно определить по формуле



где x₁ – начальная концентрация в массовых долях, кг/кг;
с_Т – удельная теплоемкость твердой соли, кДж/(кг·К).

Пересчитываем концентрации в массовые доли:


Здесь х₂ = 12,3 моль/г – концентрация насыщенного раствора при 35 °С, которая находится по кривой растворимости NaNO₃ (прил. 37).

Определяем удельную теплоемкость твердой соли из уравнения
М·с_Т = n₁· С₁ + n₂· С₂ + n₃· С₃ ,
где n₁, n₂, n₃ – число атомов элементов, входящих в соединение; С₁, С₂, С₃ – атомные теплоемкости, Дж/(кг·атом·К), определяются по прил. 38,



Тогда удельная теплоемкость раствора при x₁=57,6 % равна



Количество выделяемых кристаллов определяется из уравнения



Здесь х_КР = 1 – отношение мольных масс безводного растворенного вещества и кристаллогидрата, так как NaNO₃ кристаллизуется в безводной форме.

Удельную теплоту кристаллизации NaNO₃ q примем по прил. 39 равной 21080 кДж/кмоль.

Удельная теплота парообразования воды согласно прил. 40 при средней температуре раствора t_СР = (85+35)/2 = 60 °С составит r =2345·10³ Дж/кг.

Отсюда количество отводимой теплоты составит




= 289251 Вт.
3. Средний температурный напор определим, составив предварительно температурную схему процесса
85 → 35

22 ← 12,
откуда

4. Следовательно, площадь поверхности охлаждения равна

5. Расход воды найдем из уравнения


РАСЧЕТ БАТАРЕЙНОГО ЦИКЛОНА
И РУКАВНОГО ФИЛЬТРА

Пример 4.1. В батарейном циклоне (рис. 4.1) требуется очищать от пыли V=7000 м³/ч газа при температуре t=320 ºС. Плотность газа при н.у. ρ_Г=1,3 кг/м³. Барометрическое давление P_Б=740 мм рт. ст.


Рис. 4.1. Схема батарейного циклона:

1 – бункер; 2 – корпус циклонного элемента; 3 – выхлопная труба;
4 – входной патрубок; 5 – камера; 6 – выводной патрубок;
7 – трубные решетки; 8 – пылеотводящие отверстия
На входе в батарейный циклон газ находится под разрежением Р_Р=55 мм вод. ст. Пыль слабо слипающаяся, её плотность ρ_П=2250 кг/м³. Запыленность газа χ=30 г/м³. Гидравлическое сопротивление батарейного циклона равно ΔP=40 мм вод. ст.

Требуется подобрать батарейный циклон и рукавный фильтр (рис. 4.2), обеспечивающие двухступенчатую очистку запыленного газа.


Рис. 4.2. Схема рукавного фильтра:

1,4 – заслонки; 2 – трубопровод очищенного газа; 3 – трубопровод продувочного
воздуха; 5 – механизм встряхивания; 6 – рама; 7 – крышка; 8,11 – хомуты;
9 – корпус; 10 – рукава; 12 – перегородка; 13 – бункер; 14 – шнек;
15 – шлюзовый затвор; 16 – трубопровод запыленного газа
Решение

1. Учитывая запыленность газа, по прил. 11 выбираем циклонные элементы диаметром 150 мм с розеточным направляющим аппаратом. При этом диаметре и угле наклона лопастей к горизонтали в направляющем аппарате 25º коэффициент гидравлического сопротивления данного элемента составляет ζ₀=90.

Определяем плотность газа при рабочих условиях:



Скорость газа в цилиндрической части циклонного элемента составляет

Расход газа на один элемент батарейного циклона равен
V_Ц = 3600·0,785 D²w_Ц = 3600·0,785·0,150²·3,84=244 м³/ч.
Тогда требуемое число элементов
n = V/V_Ц = 7800 / 244 = 28.
По прил. 12 выбираем батарейный циклон типа БЦ-259, выпускаемый ООО «Кусинский литейно-машиностроительный завод», г. Новосибирск, с количеством элементов n = 30 шт.

В качестве второй ступени тонкой очистки отходящих газов применяем рукавный фильтр, расчет которого сводится к определению требуемой поверхности фильтрования по формуле
,
где V_уд – удельный объемный расход запыленного газа в расчете на 1 м² поверхности ткани, величина которого обычно принимается равной 0,2 – 1 м³/(м²∙мин).

Принимаем, что температура газа при проходе через батарейный циклон понизилась на 20 ºС, тогда ее величина на входе в фильтр составит 300 ºС. Найдем объемный расход газа при этой температуре:

Рассчитаем поверхность фильтрования при взятом удельном расходе V_уд=0,5 м³/(м²∙мин) и с учетом подсосов воздуха, которые принимаем равными 20 % от объемного расхода газа:

Выбираем по прил. 13 рукавный фильтр марки ФРКИ-180 с регенерацией импульсной продувкой сжатым воздухом.