ПР_1_Трофимова. Расчет насосной установки
 Скачать 1.29 Mb.
|
 МИНИСТЕРСТВО науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ)
Практическая работа №1 по дисциплине: Насосные и компрессорные станции на тему: «Расчет насосной установки»
г. Владивосток 2022 Задание При выполнении расчетного задания необходимо руководиться следующей методикой: Подобрать насос; Определить высоту установки насоса (допустимую высоту всасывания); Построить совместную характеристику насоса и характеристику сети, а также характеристику = f(Q); Определить установочную мощность двигателя насоса.  Рисунок 1 - Схема насосной установки Исходные данные Перекачиваемая жидкость – ацетон; Температура жидкости t = 20 °С; Расход жидкости 9 л/с; Геометрическая высота подъема жидкости 15 м; Давление в исходном резервуаре Р1 = 0,11 МПа; Давление в приемном резервуаре Р2 = 0,14 МПа; Длина всасывающей линии L1 = 10 м; Общая длина трубопровода L =125 м; Количество отводов на нагнетательной лилии - 7. Таблица 1 - Местные сопротивления на трубопроводе
Определение диаметра трубопровода всасывающей и нагнетательной линии  где d1 – внутренний диаметр трубопровода всасывающей линии, м; v1 – скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с. Скорость движения жидкость во всасывающем трубопроводе принимают равной 0,8 м/с, а скорость движения жидкость в нагнетательном трубопроводе – 1,5 м/с. Тогда внутренний диаметр всасывающего трубопровода составит:  расчетный диаметр нагнетательного трубопровода составит:  Действительный диаметр трубы выбирают из ряда размеров труб, выпускаемых промышленностью. Стандартные размеры труб, выпускаемых в промышленности: 14×2,0; 18×2,0; 20×2,0; 22×2,0; 25×3,0; 25×3,5; 38×2,0; 45×4,0; 48×4,0; 57×3,5; 70×3,5; 76×4,0; 80×4,0; 95×4,0; 108×5,0; 133×7,0; 159×5,0; 194×6,0; 219×6,0; 245×7,0; 273×9,0; 325×10,0; 377×10,0; 426×11,0 мм. Внутренний диаметр трубы определяется из размеров трубы по следующей формуле:  где d2 – внутренний диаметр нагнетательного трубопровода, м; dн2 – наружный диаметр нагнетательного трубопровода, м; 2 – толщина стенки нагнетательного трубопровода, м. Выбираем стандартный размер всасывающего трубопровода dн1×1 = =159×5,0 мм. Тогда внутренний диаметр всасывающего трубопровода будет равен:  Выбираем стандартный размер нагнетательного трубопровода dн2×2 = =108×5,0 мм. Тогда внутренний диаметр нагнетательного трубопровода будет равен:  Определение истинной скорости движения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводе Скорость движения жидкости в трубопроводе определяется по формуле:  По принятому действительному диаметру трубы пересчитаем скорость жидкости во всасывающей линии:  По принятому действительному диаметру трубы пересчитаем скорость жидкости в нагнетательной линии:  Определение режима движения жидкости в трубопроводах Режим движения жидкости определяется по значению критерия Рейнольдса:  где υ – скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с; d – внутренний диаметр трубопровода, м; – плотность перекачиваемой жидкости при заданной температуре, кг/м3; – динамический коэффициент вязкости перекачиваемой жидкости при заданной температуре, Пас. Плотность и динамический коэффициент вязкости ацетона определяют по таблице А.1, таблице А.2. Таблица А.1. Плотность жидких веществ и водных растворов в зависимости от температуры
Таблица А.2. Динамический коэффициент вязкости жидких веществ и водных растворов в зависимости от температуры  Плотность и динамический коэффициент вязкости ацетона при 20С составляет = 791 кг/м3 (таблица А.1), = 0,322 мПа∙с (таблица А.2), тогда для всасывающей линии:  Режим движения турбулентный. Для нагнетательной линии:  Режим движения турбулентный. Расчет коэффициента трения для нагнетательного и всасывающего трубопровода  где – коэффициент трения; – абсолютное значение эквивалентной шероховатости, м. Таблица А.4 – Средние значения шероховатости стенок труб
Выбираем для трубопровода стальные цельносварные трубы с незначительной коррозии, тогда, согласно справочным данным, абсолютная величина эквивалентной шероховатости составит = 0,2 мм (таблица А.4). Тогда коэффициент трения для всасывающего трубопровода равен:  для нагнетательного трубопровода:  Определение потерь напора во всасывающем трубопроводе Расчет потерь напора для всасывающего трубопровода ведется по принципу сложения потерь напора:  где  – длина всасывающего трубопровода, м; – сумма коэффициентов местных сопротивлений на всасывающей линии. На всасывающей линии имеются следующие местные сопротивления: 2 отвода под углом 90º; 1 обратный клапан; Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающего трубопровода:  где  – коэффициент местного сопротивления для отвода на 90º;  – коэффициент местного сопротивления для обратного клапана; Определим по справочным данным коэффициенты местных сопротивлений (таблица А.3). Коэффициент местного сопротивления для отвода:  ;где А – коэффициент, зависящий от угла поворота трубы  ;В – коэффициент, зависящий от отношения радиуса изгиба трубы  к внутреннему диаметру трубопровода  .Таблица А.3 – Справочные данные коэффициентов местных сопротивлений
Примем отношение радиуса изгиба трубы к диаметру трубопровода  , тогда: где  – коэффициент, зависящий от угла поворота трубопровода, для поворота на 90º; А = 1;  – коэффициент, зависящий от отношения  , для отношения  Для обратного клапана с диаметров проходного 149 мм (   .Таким образом, сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающего трубопровода будет равна:  Тогда потери напора на всасывающей линии составят:  Определение допустимого кавитационного запаса Допустимый кавитационный запас увеличивают по сравнению с критическим на 20-30 %. Тогда:  где  допустимый кавитационный запас, м;  критический кавитационный запас, м. где Q – подача насоса, м3/c; n– частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин. Частоту вращения n можно принимать из ряда синхронных частот вращения асинхронных электродвигателей: 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 об/мин. Для первоначального расчета предпочтительно принимать большие значения, в частности 3000 об/мин. Тогда критический кавитационный запас составит:  Допустимый кавитационный запас увеличим по сравнению с критическим на 25 %. Тогда:  Определение высоты установки насоса (допустимой высоты всасывания) Допустимая высота всасывания:  где  – допустимая высота всасывания, м; – давление в исходном резервуаре, Па;  – давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при заданной температуре, Па.Давление насыщенных паров ацетона при 20  определим по рисунку А.1  Рисунок 2 - Давление насыщенных паров некоторых органических жидкостей в зависимости от температуры Тогда высота установки насоса будет равна:  Определение потерь напора на нагнетательной линии На нагнетательной линии имеются следующие местные сопротивления: задвижка; 7 отводов под углом 90  ;выход из трубы. Суммы коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательного трубопровода:  где  – коэффициент местного сопротивления для задвижки; – коэффициент местного сопротивления для выхода из трубы.Определим по справочным данным коэффициенты местных сопротивлений (таблица А.3). Примем отношение радиуса изгиба трубы к диаметру трубопровода отношения  Тогда:  Для задвижки с диаметром проходного 98 мм (  Для выхода из трубы  Тогда:  Потери напора в нагнетательном трубопроводе:  Расчет потребного напора Потребный напор:  ;где  – потребный напор, м;  – геометрическая высота подъема жидкости, м;  – давление в напорном резервуаре, Па; – давление в исходном резервуаре, Па;  – потери напора во всасывающей линии, м;  - потери напора в нагнетательной линии, м.Потребный напор, обеспечивающий заданный расход:  Подбор насоса  Рисунок 3 - Сводный график подач и напоров насосов типа К и КМ  Рисунок 4 – Характеристика насоса Исходными параметрами для подбора насоса являются производительность (подача), соответствующая заданному расходу жидкости и потребный напор. Пользуясь, сводным графиком подач и напоров определяем марку насоса. Для этого на график наносим точку с координатами Qзадан, Нпотр. Насос, в поле которого попала точка, принимают для данного трубопровода. Точка с координатами (9 л/с, 21,12 м) попадает в рабочее поле насоса 3К-13 с частотой вращения рабочего колес n = 2900 об/с. Построение кривой потребного напора Потребный напор определяется по формуле:   Первые два слагаемых формулы не зависят от расхода. Их сумма называется статическим напором:  Нг Рассчитываем статический напор:  Потери напора в трубопроводе определяются по принципу сложения потерь напора с учетом формулы:
С учетом  и  , формула (4.25) приобретает вид:  A = constРассчитаем коэффициент А:    Данные для построения кривой потребного напора Таблица 2 – Данные для построения кривой потребного напора
По данным таблицы строят график зависимости Нпотр= f (Q).  Рисунок 4 – Кривая потребного напора Построение совместной характеристики сети и главной характеристики насоса, а также характеристики насоса η = f(Q) Данные для построения главной характеристики насоса Н = f(Q) и характеристики η = f(Q) берутся из характеристик насосов, приведенных в справочных материалах (таблицы 3 и 4). Обе эти зависимости строятся в тех же координатных осях, что и кривая потребного напора (рисунок 5). Таблица 3 – Данные для построения главной характеристики насоса 3К-13
Таблица 4 – Данные для построения характеристики η = f(Q) для насоса 3К-13
 Рисунок 5 – Совместная характеристика сети и главная характеристика насоса, а также характеристики насоса η = f(Q): 1 – характеристика сети; 2 – главная характеристика насоса; 3 – характеристика сети после регулирования (без расчета); 4 – характеристики насоса η = f(Q) Точка пересечения главной характеристики насоса и характеристики сети – рабочая точка А. Этой точке соответствует подача Q = 10 л/с. Для обеспечения заданной подачи Qзадан = 9 л/с необходимо осуществить регулирование подачи насоса. Наиболее простой способ регулирования – изменение характеристики сети. Изменить характеристику сети можно с помощью изменения местного сопротивления трубопровода (установку вентиля, задвижки, крана). При этом изменится значение коэффициента А в формуле Hпотр. На рисунке 5 кривая 3 – характеристика сети после регулирования. При этом точка А1 – новая рабочая точка, соответствующая заданной подаче Qзадан. При этой подаче напор насоса составит Н = 22 м, а коэффициент полезного действия насоса 65 %. Расчет установочной мощности насоса Мощность на валу насоса рассчитывается по формуле:  Полагая, что для лопастных насосов промежуточная передача между двигателем и насосом отсутствует, а коэффициент полезного действия передачи соединительной муфты можно принять равным пер 0,96, определяют номинальную мощность двигателя, принимая коэффициент полезного действия двигателя дв = 0,8:  С учетом возможности пусковых перегрузок при включении насоса в работу установочную мощность двигателя принимают больше номинальной:  где – коэффициент запаса мощности. Таблица 5 – Значение коэффициента запаса мощности в зависимости от номинальной мощности двигателя
Примем коэффициент запаса мощности 1,3 (таблица 5), тогда установочная мощность двигателя составит:  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
