Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Ярославский государственный технический университет»
Кафедра « Процессы и аппараты химической технологии»
Расчетное задание
по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»
РАСЧЕТ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ
Задание выполнила
студентка С.С. Ковальчук
Преподаватель
канд. техн. наук, доцент
А.В. Сугак
2010
Введение
Насосные установки широко применяются во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Это предусматривает знание теоретических основ гидравлики и умение выполнять практические гидравлические расчеты для широкого курса специалистов.
Задание охватывает «Расчет насосной установки» охватывает комплекс наиболее важных прикладных расчетов в области гидравлики и рекомендуется для выполнения студентами, изучающими курс «Процессы и аппараты химической технологии».
Приступая к выполнению задания, следует внимательно изучить его содержание, ознакомиться с научно – технической и учебной литературой.
При выполнении расчетного задания необходимо руководиться следующей методикой:
1) Изобразить схему насосной установки в соответствии с принятым вариантом;
2) выполнить расчет трубопровода, построить расчетную характеристику сети в координатах: потребный напор Н, расход жидкости V;
3) Осуществить подбор насоса и нанести характеристики насоса на график с изображением характеристики сети;
4) Рассчитать мощность на валу насоса, номинальную мощность электродвигателя насосной установки [1].
1. Расчетное задание
Начальные данные :
жидкость вода;
температура t – 40 Со
;
расход Vж
– 10 л/с – 0,01 м3
/с;
геометрический напор Нг
– 25 м;
давление в резервуарах – Р1
= 0,1 МПа, Р2
= 0,15 МПа;
общая длина трубопровода L – 150 м.
Местные сопротивления на трубопроводе ξ:
На всасывающей линии:
заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) 1 шт.=4,3;
плавный поворот (отвод) 2 шт.=0,14*2=0,28;
На напорной линии:
задвижка (или вентиль) 1 шт. = 0,5;
плавный поворот (отвод) 2 шт. = 0,14*2 = 0,28;
выход из трубы (в аппарат Б) 1 шт. = 1.
Число оборотов рабочего колеса n = 3000 об/мин.
Рисунок 1. Схема насосной установки.
2. Гидравлический расчет трубопровода
2.1 Выбор диаметра трубы
Диаметр трубы рассчитывают по формуле
(1)
гдеd – диаметр трубы (расчетный), м;
V – заданный расход жидкости, м3
/ с;
W – средняя скорость жидкости, м/с.
Расчет по (1) выполняют отдельно для всасывающей линии и напорной, при этом W принимают для всасывающей линии 0,8 м/с, для напорной 1,5 м/с.
Расчет
Действительный диаметр трубы равен
d1
=159 x 5.0 мм
d2
=108 x 5.0 мм
По принятому действительному диаметру трубы уточняют среднюю скорость жидкости
(2)
2.2 Определение высоты установки насоса (высота всасывания)
Допустимую высоту всасывания рассчитывают по формуле
(3)
где- допустимая высота всасывания, м;
Р1
– заданное давление в расходном резервуаре, Па;
Рн.п.
– давление насыщенных паров жидкости при заданной температуре, Па;
Ƿ - плотность жидкости, кг/м3
;
- потери напора во всасывающей линии, м;
- допустимый кавитационный запас, м.
Определение допустимого кавитационного запаса
Критический запас
(4)
где V – производительность насоса (заданный расход жидкости), м3
/с;
n – частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин.
Допустимый кавитационный запас увеличивают по сравнению с критическим на 20…30 %
Расчет потерь напора во всасывающей линии
Расчет выполняется по принципу сложения потерь напора
(5)
гдеλ – коэффициент трения;
l1
– длина всасывания линии, м;
d1
– диаметр всасывающей трубы, м;
ξобр.кл.
ξп.п.
– коэффициенты местных сопротивлений;
w1
– скорость жидкости во всасывающей линии, м/с.
Коэффициент трения зависит от критерия Рейнольдса Re и относительной шероховатостью
λ = f(Re,E) (6)
Критерий Ренольдса вычисляют по формуле
(7)
гдеρ – плотность жидкости, кг/м3
;
μ – коэффициенты динамической вязкости, Па.с.
Относительная шероховатость (гладкость) вычисляют по формуле
(8)
где е – величина эквивалентной шероховатости.
При расчете критерия Ренольдса мы показали что режим турбулентный, а значит коэффициент трения выбирается по графику Г.А. Мурина
λ=0,0215
Рассчитываем потери напора
Далее рассчитываем допустимую высоту всасывания по формуле (3)
насос трубопровод мощность электродвигатель
Величина l1
по заданию связана с определенной величиной hвс.
. Поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений. Для этого необходимо:
- задаться величиной l1с
м;
- определить hп.вс.
;
- вычислить hвс
;
- проверить условие l1
=hdc
+3 м
9=6.214+3 м
9=9.2 м
Отклонение меньше чем 10% поэтому расчет верный.
2.3. Построение кривой потребного напора (характеристики сети)
Потребный напор Нпотр
– напор в начале трубопровода, обеспечивающий заданный расход жидкости. Зависимость потребного напора от расхода Нпотр
=f(V) называется кривой потребного напора, или характеристикой сети. Потребный напор вычисляют по формуле
(9)
гдеНг
– геометрическая высота подъема жидкости, м;
Р1,
Р2
– давление в резервуарах соответственно напорном и расходном, Па;
- сумма коэффициентов местных сопротивлений на всем трубопроводе.
Сумма местных сопротивлений
где ξоб.кл
– заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) ;
ξп.п
– плавный поворот (отвод);
ξзд
– задвижка (или вентиль);
ξвых
– выход из трубы (в аппарат Б).
Первые два слагаемых в (1.9.) не зависят от расхода. Их сумма называется статическим напором Нст
(10)
В случае турбулентного режима, допуская квадратичный закон сопротивления (λ=const), можно считать постоянной величиной следующие выражение:
(11)
м
С учетом предыдущих формул, выражение для потребного напора можно представить как
Для построения кривой потребного напора необходимо задаться несколькими значениями расхода жидкости, причем как меньше заданного расхода, так и большего его, а так же равным заданному.
Таблица 1 Характеристика сети
| V1
|
V2
|
V3
|
V4
|
V5
|
V6
|
|
| V2
|
0 |
0.005 |
0.01 |
0.015 |
0.02 |
0.025 |
| Нпотр
|
30 |
30.87 |
33.498 |
37.87 |
43.99 |
51.86 |
3. Подбор насоса
Исходными параметрами для подбора насоса являются его производительность, соответствующая заданному расходу жидкости и потребный напор Нпотр
. Вычисляют удельную частоту вращения по формуле:
,
где n – частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин
По удельной частоте вращения nу
определяют тип насоса
13…25 – центробежный тихоходный
Пользуясь сводным графиком [3] подачи и напоров для данного типа насоса, определяем марку насоса. Для этого на график наносят точку с координатами Vзад
, Нпотр
.
Для расхода V=0,01м3
/с и напора Нпотр
=33,49, марка насоса 3К9 n=2900 об/мин.
После выбора марки насоса главную характеристику необходимо перенести на график с характеристической сети. На поле того же графика переносят кривую КПД ή = f(V).По полученным параметрам вычисляют мощность на валу насоса [кВт]
кВт,
гдеNв
– мощность на валу, кВт;
ρ – плотность жидкости, кг/м3
;
V – производительность насоса (заданный расход жидкости) м3
/с;
Н – напор насоса, м;
ή - КПД насоса.
кВт
Полагая, что для лопастных насосов промежуточная передача между двигателями и насосом отсутствует, а КПД соединительной муфты можно принять равным 0,96, определяют номинальную мощность двигателя
кВт
кВт
где ήдв
– КПД.
Для предварительной оценки Nдв
можно приближенно принять Ƞдв
=0,8.
С учетом возможности пусковых перегрузок при включении насоса в работу установочную мощность двигателя принимают больше номинальной
кВт,
где - коэффициент запаса мощности.
кВт
Вывод
1. В результате расчета был вычислен диаметр трубопровода на всасывающей линии d1
= 159 x 5.0 мм и на напорной линии d2
= 108 x 5.0 мм;
2. была построена характеристическая сеть;
3. вычислили удельную частоту вращения;
4. выбрали тип насоса по удельной частоте;
5. выбрали марку насоса 3К9, число оборотов рабочего n = 2900 об/мин.
Список использованных источников
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. – Л.: Химия, 1981. – 560 с.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – Москва 2005. – 750 с.
3. Туркин В.В. Расчет насосной установки. – Ярослав. политехн. ин-т. Ярославль, 1991. – 19 с.