Федеральное государственноеобразовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный аграрныйуниверситет им. Н. И. Вавилова.»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«Механика жидкостей и газов»
Тема:
«Регулирование центробежных насосов»
Саратов
2011 г.
Цель работы
Освоение методики подбораи регулирование подачи центробежных насосов в схеме водоснабжения сводонапорной башней, которая обеспечивает наиболее экономичный режим работынасосной станции. Исследование параллельного и последовательного включенийодинаковых насосов и определение оптимальной схемы их соединения.
Задание
насосцентробежный водоснабжение башня
1. Рассмотреть схему насосной установки.
2. Для заданного расхода подобратьдиаметры всасывающего и напорного трубопроводов.
3. Построить характеристикутрубопровода. Определить потребный напор насоса
4. Используя сводный график полей центробежныхнасосов, подобрать центробежный насос типа К(КМ), обеспечив высокий КПД егоработы. Определить его рабочую точку.
5. При необходимости отрегулироватьподачу насоса с помощью задвижки. Определить новое значение коэффициентасопротивления прикрытой задвижки.
6. Определить мощность электродвигателяв схеме с открытой и прикрытой задвижкой.
7. С целью увеличения подачи, подключитьк основному насосу дополнительный той же марки. Рассмотреть последовательноесоединение и параллельное соединение дополнительного насоса.
8. Дать сравнительную оценку затратмощности на один литр воды в режимах работы:
· один насос с открытой задвижкой, одиннасос с прикрытой задвижкой;
· два насоса, соединенных параллельно;два насоса, соед. последовательно ( в пересчете на один насос).
9. Определить предельно допустимуювысоту всасывания в режиме с открытой задвижкой.
Задача №73
Исходные данные:
Qзад = 4л/с;
l вс = 40ь;
Lн = 600м;
Hг = 10м;
ζкл = 4,0;
ζпов = 0,7;
ζзад = 6,0;
t = 12 ºС.
Материал труб = стальныетрубы, б/у.
Технология изготовлениятруб = цельносварные.
Методика и решениеподбора центробежного насоса на заданное значение хозяйственного расхода.
2. По заданному расходу Qзад = 4л/с определим диаметрвсасывающего dвс и нагнетательного dн трубопроводов, принимая скоростьдвижения воды в трубах Vвс = Vн = 1,0 м/с:
d = √4Q/πV = √4*0.004/3.14*1 = 0.071м = 71 мм
Окончательно принимаемближайший больший стандартный диаметр труб dвс = dн =100мм.
3. Определяемхарактеристику трубопровода:
hтр. пот. = A*Q²
Для этого:
3.1 Определим потери наместное сопротивление по формуле Вейсбаха:
hм = ζм* V² / 2*g
∑ hм вс = ζкл * V²вс / 2*g + ζпов * V²вс / 2*g
3.2 Определим потери подлине, используя формулу Дарси-Вейсбаха:
hl = λ* l/d* V²/2g
3.3 Суммируем потеринапора во всасывающем и напорном трубопроводах:
hтр. пот = hвс.пот. + hн.пот. = hlвс +∑hм.вс + hlн + ∑hнм = λвс*lвс/dвс*V²вс/2g + ζкл* V²вс/2g +ζпов* V²вс/2g + λн*lн/dн*V²н/2g +ζзад* V²н/2g + ζпов* V²н/2g = V²/2g*(λ*lвс + lн / d +ζкл + ζзад + 2ζпов),
где Vвс = Vн = V; dвс = dн = d.
Выразив скорость черезнапор, получим :
Q = W * V
W =πd²/4
Q =πd²/4 * V
V = 4Q /πd²
Тогда
hтр.пот. = 8Q²/ π²gd4 * (λ*lвс + lн / d + ζкл + ζзад + 2ζпов) = AQ²
3.4 Определимгидравлический коэффициент трения λ, установив зону сопротивления по числуРейнольдса:
Re = Vd/U
где U – кинематический коэффициентвязкости жидкости.
V = 4*0.004/3.14*0.1² =0.016/0.0314 = 0,5 м/с
Re = 0,5*0,1/10-6 *1,24 =40322
Re = 40322 > 2300,
следовательно режимдвижения жидкости – турбулентный.
Определим область трения:
по условию эквивалентнаяабсолютная шероховатость Δ= 3,0 мм
d/Δ =0.1/0.003 = 33.3
20 d/Δ =667; 500 d/Δ = 16667.
Таким образом
Re = 40322 > 16677,
что соответствует областиквадратичного трения, поэтому λ= 0,11(Δ/d)0,25
Применим формулуАльтшуля:
λ =0,11*(68/40322+0,003/0,10)0,25 = 0,0473
3.5 Вычислим коэффициентА:
А = 8/3,14²*9,81*0,14*(0,0473*((40+600)/0,1)+4+2*,07+6)= 8/0,0097*416,72 = 343600
Имеем h тр.пот = 343600 * Q²
3.6 Сделаем таблицухарактеристики трубопровода с учетом геометрического напора
H = Hг + AQ²,
задаваясь произвольнымизначениями расхода:Q, л/с Q м³/с Hтр. пот., м Hг + hтр. пот., м 10 4 0,004 5,5 15,5 5 0,005 8,6 18,6 10 0,01 34,4 44,4 15 0,015 77,31 87,31
3.7 С учетомгеометрического напора Hгстроим характеристику трубопровода. По заданному расходу воды находим режимнуюточку 1. Определяем потребный напор Hпотр. = Hг + AQ² = 14,16 м.
4. Ориентируясь напараметры режимной точки 1 — Q = Qзад = 4л/с = 14,4 м³/ч
H = Hпотр = 14,16 м.,
По каталогу подбираемцентробежный насос, кривая подачи которого проходит через режимную точку иливыше нее. При отсутствии каталога (как в нашем случае) используем сводныйграфик полей центробежных насосов типа К(КМ):
Выбираем насос типаК20/18 с диаметром рабочего колеса = 200 мм. Используя технические данные насоса, строим кривую подачи насоса К20/18. Графически определяем рабочую точкунасоса 2: пересечение характеристики трубопровода с кривой подачи насоса.Находим параметры рабочей точки 2.
5. Расход Q2 = 4,3 л/с, напор = 16,4 м, КПД = 69%, полезная мощность n2 = γ*Q2*H2 = 9810*0,0043*16,4 = 0,7 кВт
Где γ – удельный весжидкости = 9810 н/м³.
Затраченная мощность Nзатр. = N2/η2*100% =0.7/69*100% = 1
Удельная мощность Nуд = Nзатр/Q2 = ¼,3= 0,23кВт*с/л = 0,06 кВт*ч/м³
Вакуумметрическая высотавсасывания hвак.вс. = hвс.вак.доп. = 7,0м.
Максимально допустимаягеометрическая высота всасывания насоса hг. вс.мах = hваквс доп — V²вс/2g – hвспот.,
где Hвак вс доп – допустимаявакуометрическая высота всасывания насоса, соответствующая рабочей точкенасоса, Vвс – скотрость во всасывающей трубе, hтр пот – потери напора во всасывающемтрубопроводе при конкретной подаче насоса(Q2).
hг мах вс = = hвак вс доп — V²вс/2g – hвс пот = hваквс доп — V²вс/2g*(λвс*lвс/dвс + ζкл + ζпов) = hвак вс доп – 8Q²/π²gd4 (λвс* lвс/dвс +ζкл + ζпов) = 7,0 – 8*0,0043²/3,14² * 9,81 * 0,14 (0,0473* 40/0,1 + 4 + 0,7) = 7,0-0,36 = 6,44 м.
Окончательно выбираемгеометрическую высоту всасывания насоса с учетом возможных колебаний уровняводы в источнике hг вс ‹ hг вс мах на 20% -30%. Тогда hг вс = 4,9м — 5,6м.
6. При необходимости можно произвестирегулирование подачи насоса одним из известных способов. Регулирование подачинасоса заключается в изменении положения рабочей точки. Это достигается двумяспособами:
· изменение характеристикитрубопровода
· изменение кривойподачи насоса.
Изменить характеристикутрубопровода можно изменяя коэффициент А в формуле. Наиболее просто этодостигается путем регулирования потерь напора при закрытии и открытии задвижки(дросселирование). Однако дросселирование является экономически не выгодным,так как при данном способе происходят дополнительные затраты энергии. Призакрытии задвижки изменяется значение коэффициента сопротивления задвижки.
Экономическицелесообразно регулировать подачу изменением кривой подачи насоса, котороедостигается путем изменения частоты вращения рабочего колеса насоса,уменьшением диаметра лопаток рабочего колеса.
7. Совместная работа насосовиспользуется при:
· неудаче подобрать один насос,обеспечивающий оптимальные условия работы;
· необходимости увеличения подачирабочей насосной станции;
· возникновении внештатного режимаработы насосной станции.
При совместной работеобычно используются одинаковые насосы, которые включаются последовательно илипараллельно в общий трубопровод. При последовательном соединении,нагнетательный патрубок первого насоса присоединяют ко всасывающему патрубкувторого насоса. При параллельной работе, каждый насос имеет свой всасывающийтрубопровод и общий нагнетательный трубопровод.
/>
Рассмотрим параллельное ипоследовательное соединение при подключении к основному насосу дополнительноготой же марки с целью увеличения подачи.
При параллельномвключении берем произвольные значения q на кривой подачи одного насоса и удваиваем их. Соединив полученные точкистроим суммарную кривую подачи и находим ее пересечение с характеристикойтрубопровода точка 3’. Данная точка определяет суммарную подачу насосов.
Подключениедополнительного насоса изменяет режим работы первоначально работавшего насоса.Образуется новая гидравлическая система. При крутой характеристики трубопроводавыигрыш в подаче, при параллельном соединении насосов, уменьшается, ипараллельное включение насосов становится неэффективным. Определим параметрыодного насоса в рабочей точке 3’ при совместной работе 2х насосов:Q3 = 7,2 л/с; напор = 71м; КПД = 65%;полезная мощность = 9810*0,0072*71 = 5014,8 кВт; затраченная мощность =5014,8/65*100% = 80кВт; удельная мощность = 0,0111кВт*ч/м³; вакуумметрическаявысота всасывания = 7,4м;
Максимально допустимаявысота всасывания насоса = 7,4-8*0,0072/3,14²*9,81*0,14*(0,0473*40/0,1+4+0,7)= 7,4-0,97 = 6,43м.
При последовательномсоединении одинаковых насосов производят аналогичное построение. В нашем случаерабочая точка при данном соединении выходит за рамки оптимальной работы.
Составим таблицу, котораявключает в себя значения подачи, напора, КПД, мощностит, удельной энергии длявсех рассматриваемых режимов:Режим работы насосов Qр, л/с Hр, м η р,% N, Вт Nзатр, Вт Nуд, Вт*с/л Hдоп вак, м Один насос с открытой задвижкой 4,3 16,4 69 700 1000 230 7,0 Два насоса, соединенных параллельно
(7,2)
14,4 71 65
(2507,4)
5014,8
(40)
80 11,1 7,4 Два насоса, соединенных последовательно Рабочая точка выходит за область оптимальной работы.
В скобках казаныпараметры одного насоса, работающего в совместном режиме.
8. Удельная мощность характеризуетзатраты на перекачку воды. Работа насосов с прикрытой задвижкой или в схемепараллельного и последовательного соединений, всегда приводит к росту затрат. Внашем случае, для увеличения подачи насосной станции необходимо использоватьсхему параллельного соединения насосов, так как при последовательном соединениирабочая точка выходит из области оптимальной работы на кривой подачи насоса.При этом резко снижается КПД насоса и допустимая вакуометрическая высотавсасывания.
9. Выбрав марку насоса, найдеммаксимально допустимую геометрическую высоту всасывания насоса для первогорежима работы – один насос с открытой задвижкой:
hг мах вс = = hвак вс доп — V²вс/2g – hвс пот = hваквс доп — V²вс/2g*(λвс*lвс/dвс + ζкл + ζпов) = hвак вс доп – 8Q²/π²gd4 (λвс* lвс/dвс +ζкл + ζпов) = 7,0 – 8*0,0043²/3,14² * 9,81 * 0,14 (0,0473* 40/0,1 + 4 + 0,7) = 7,0-0,36 = 6,44 м.
Окончательно выбираемгеометрическую высоту всасывания насоса с учетом возможных колебаний уровняводы в источнике hг вс ‹ hг вс мах на 20% -30%. Тогда hг вс = 4,9м — 5,6м.