Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение высшего
профессиональногообразования
«Ярославскийгосударственный технический университет»
Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»
Расчетноезадание
по дисциплине«Процессы и аппараты химической технологии»
РАСЧЕТНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ
Задание выполнила
студентка С.С. Ковальчук
Преподаватель
канд. техн. наук, доцент
А.В. Сугак
2010
Введение
Насосные установки широкоприменяются во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, встроительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Это предусматривает знаниетеоретических основ гидравлики и умение выполнять практические гидравлическиерасчеты для широкого курса специалистов.
Задание охватывает«Расчет насосной установки» охватывает комплекс наиболее важных прикладныхрасчетов в области гидравлики и рекомендуется для выполнения студентами,изучающими курс «Процессы и аппараты химической технологии».
Приступая к выполнениюзадания, следует внимательно изучить его содержание, ознакомиться с научно –технической и учебной литературой.
При выполнении расчетногозадания необходимо руководиться следующей методикой:
1) Изобразить схемунасосной установки в соответствии с принятым вариантом;
2) выполнить расчеттрубопровода, построить расчетную характеристику сети в координатах: потребныйнапор Н, расход жидкости V;
3) Осуществитьподбор насоса и нанести характеристики насоса на график с изображениемхарактеристики сети;
4) Рассчитатьмощность на валу насоса, номинальную мощность электродвигателя насоснойустановки [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 натрубопроводе ξ:
На всасывающей линии:
заборное устройство(обратный клапан с защитной сеткой) 1 шт.=4,3;
плавный поворот (отвод) 2шт.=0,14*2=0,28;
На напорной линии:
задвижка (или вентиль) 1шт. = 0,5;
плавный поворот (отвод) 2шт. = 0,14*2 = 0,28;
выход из трубы (в аппаратБ) 1 шт. = 1.
Число оборотов рабочегоколеса n = 3000 об/мин.
/>
Рисунок 1. Схема насоснойустановки.
2. Гидравлический расчеттрубопровода
2.1 Выбор диаметра трубы
Диаметр трубырассчитывают по формуле
/> (1)
гдеd – диаметр трубы (расчетный), м;
V – заданный расход жидкости, м3 /с;
W – средняя скорость жидкости, м/с.
Расчет по (1) выполняютотдельно для всасывающей линии и напорной, при этом W принимают для всасывающей линии 0,8 м/с, для напорной 1,5м/с.
Расчет
/>
Действительный диаметртрубы равен
d1=159 x 5.0 мм
d2=108 x 5.0мм
По принятомудействительному диаметру трубы уточняют среднюю скорость жидкости
/> (2)
/>
2.2 Определение высотыустановки насоса (высота всасывания)
Допустимую высотувсасывания рассчитывают по формуле
/> (3)
где/> — допустимая высотавсасывания, м;
Р1 – заданноедавление 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 допустимогокавитационного запаса
Критический запас
/> (4)
где V – производительность насоса(заданный расход жидкости), м3/с;
n – частота вращения рабочего колесанасоса, об/мин.
/>
Допустимый кавитационныйзапас увеличивают по сравнению с критическим на 20…30 %
/>
Расчет потерь напора вовсасывающей линии
Расчет выполняется попринципу сложения потерь напора
/> (5)
гдеλ – коэффициенттрения;
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 трениязависит от критерия Рейнольдса Re иотносительной шероховатостью
λ = f(Re,E) (6)
Критерий Ренольдсавычисляют по формуле
/> (7)
гдеρ – плотностьжидкости, кг/м3;
μ – коэффициентыдинамической вязкости, Па.с.
/>
Относительнаяшероховатость (гладкость) вычисляют по формуле
/> (8)
где е – величинаэквивалентной шероховатости.
/>
При расчете критерияРенольдса мы показали что режим турбулентный, а значит коэффициент трениявыбирается по графику Г.А. Мурина
λ=0,0215
Рассчитываем потеринапора по формуле (5)
/>
Далее рассчитываемдопустимую высоту всасывания по формуле (3)
/>
/>
насострубопровод мощность электродвигатель
Величина l1 по заданию связана с определеннойвеличиной hвс… Поэтому расчет выполняют методомпоследовательных 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 кривойпотребного 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 характеристикойсети. Потребный напор вычисляют по формуле
/> (9)
гдеНг –геометрическая высота подъема жидкости, м;
Р1, Р2 –давление в резервуарах соответственно напорном и расходном, Па;
/> - сумма коэффициентов местныхсопротивлений на всем трубопроводе.
Сумма местныхсопротивлений
/>
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 турбулентногорежима, допуская квадратичный закон сопротивления (λ=const), можно считать постоянной величинойследующие выражение:
/> (11)
/> м
С учетом предыдущихформул, выражение для потребного напора можно представить как
/>
/>
Для построения кривойпотребного напора необходимо задаться несколькими значениями расхода жидкости,причем как меньше заданного расхода, так и большего его, а так же равнымзаданному.
Таблица 1 Характеристикасети
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V2 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 дляподбора насоса являются его производительность, соответствующая заданномурасходу жидкости и потребный напор Нпотр. Вычисляют удельнуючастоту вращения по формуле:
/> ,
где n – частота вращения рабочего колесанасоса, об/мин
/>
По удельной частотевращения nу определяют тип насоса
13…25 – центробежныйтихоходный
Пользуясь своднымграфиком [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 насосаглавную характеристику необходимо перенести на график с характеристическойсети. 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 – плотностьжидкости, кг/м3;
V – производительность насоса(заданный расход жидкости) м3/с;
Н – напор насоса, м;
ή — КПДнасоса.
/>кВт
Полагая, что длялопастных насосов промежуточная передача между двигателями и насосомотсутствует, а КПД соединительной муфты можно принять равным 0,96, определяютноминальную мощность двигателя
/>кВт
/> кВт
где ήдв –КПД.
Для предварительнойоценки Nдв можно приближенно принять Ƞдв=0,8.
С учетом возможностипусковых перегрузок при включении насоса в работу установочную мощностьдвигателя принимают больше номинальной
/> кВт,
где/> - коэффициент запасамощности.
/> кВт
Вывод
1. В результатерасчета был вычислен диаметр трубопровода на всасывающей линии d1 = 159 x 5.0мм и на напорной линии d2 = 108 x 5.0 мм;
2. была построенахарактеристическая сеть;
3. вычислилиудельную частоту вращения;
4. выбрали типнасоса по удельной частоте;
5. выбрали маркунасоса 3К9, число оборотов рабочего n = 2900 об/мин.
Список использованныхисточников
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.