Гидравлический расчет трубопроводной сети. Подбор центробежного насоса
Гидравлический расчет трубопроводной сети. Подбор центробежного насоса
1
Гидравлический расчет трубопроводной сети. Подбор центробежного насоса.
Вариант №5
Выполнил:
Проверил:
Краснодар 2008г.
Расчетно-графическая работа №1
Расчетная трасса водопроводной сети представлена на рисунке 1 приложения 1.
Расчетные расходы:
Q2=Q3=Q4
|
11
|
|
Q5=Q6=Q7
|
15,5
|
|
Q8=Q9=Q10=Q11=Q12
|
20,5
|
|
q3-4=q5-6
|
1
|
|
q8-9=q10-11
|
1,5
|
|
Длина участков
|
|
|
L1-2=L2-3
|
30,5
|
|
L3-4=L5-6
|
20,5
|
|
L I-
|
40
|
|
L II-
|
50
|
|
L6-7
|
50,5
|
|
L2-8=L10-11=L11-12
|
51
|
|
L8-9=L9-10
|
15,5
|
|
Длина всасывания Lвс=
|
8,05
|
|
Диаметр емкостей
|
|
|
Д2=Д3
|
10
|
|
Давление
|
|
|
Р1=Ратм
|
1
|
|
Р2
|
1,5
|
|
Р3
|
1
|
|
Высота столба
|
|
|
Н1
|
7
|
|
Н2
|
8
|
|
Геодезические отметки
|
|
|
Насоса
|
30
|
|
емкости 2
|
42
|
|
емкости3
|
35
|
|
Температура воды
|
20
|
|
|
1.Расчет водопроводной сети
1.1 Определение расчетных расходов воды
Расчетный расход для любого участка определяется по формуле:
Qpi = Qтi + 0‚5Qпi,
Путевой расход на участках 6-7, 2-3, 9-10, 10-11, определяется по формуле:
Qпi = qпi·L,
Данные расчётных расходов на участках водопроводной сети заносят в таблицу 1.1
Таблица 1.1 - Значения расчетных расходов, диаметров труб, скоростей, потерь напора на участках от диаметров труб по ГОСТу
№
Участка
|
Расход воды
|
Диаметр
|
скорость
|
Коэф. Скор
|
Удельное
сопротивление
|
Потери напора
|
|
|
М3/час
|
М3/с
|
м
|
Гост м
|
м/с
|
|
с2/м6
|
м
|
|
11.-12
|
20,5
|
0,005694
|
0,085171
|
0,08
|
1,133448
|
1
|
454
|
0,851002
|
|
10.-11
|
41
|
0,011389
|
0,12045
|
0,1
|
1,450814
|
1
|
173
|
0,504606
|
|
9.-10
|
73,125
|
0,020313
|
0,16086
|
0,15
|
1,150035
|
1
|
30,7
|
0,225792
|
|
8.-9
|
116,875
|
0,032465
|
0,203364
|
0,2
|
1,033926
|
1
|
6,96
|
0,117562
|
|
8.-2
|
149
|
0,041389
|
0,229619
|
0,25
|
0,843595
|
1
|
2,19
|
0,031648
|
|
6.-7
|
15,5
|
0,004306
|
0,074059
|
0,08
|
0,856998
|
1
|
454
|
0,364238
|
|
6.-5
|
41,25
|
0,011458
|
0,120816
|
0,125
|
0,934183
|
1
|
76,4
|
0,009371
|
|
I
|
35,44974
|
0,009847
|
0,112001
|
0,125
|
0,802825
|
1
|
76,4
|
0,2379
|
|
II
|
31,55026
|
0,008764
|
0,105661
|
0,1
|
1,116428
|
1
|
173
|
0,014835
|
|
3.-4
|
88,25
|
0,024514
|
0,176714
|
0,175
|
1,019686
|
1
|
20,8
|
0,637271
|
|
2.-3
|
109,5
|
0,030417
|
0,196843
|
0,2
|
0,968684
|
1
|
6,96
|
0,190245
|
|
1.-2
|
269,5
|
0,074861
|
0,308811
|
0,3
|
1,059605
|
1
|
0,85
|
0,153948
|
|
0.-1
|
269,5
|
0,074861
|
0,398674
|
0,4
|
0,596028
|
1
|
0,186
|
0,005001
|
|
|
1.2 Определение диаметров трубопровода
Зная расчётные расходы по участкам водопроводной сети, определяем расчетные диаметры по формуле:
,
где dpi - расчетный диаметр труб на расчетном участке, м;
Qpi- расчетный расход воды на этом участке, м3/с;
V - скорость движения воды в трубопроводе, принимается V = 1м/с, для расчетного участка 0-1 скорость равна V= 0,7 м/с.
Значение расчетных диаметров dpi и диаметров по ГОСТу dгост для участков сети заносят в таблицу 1.1
1.3 Определение расчетных скоростей
После подбора диаметра по ГОСТу уточняют реальную скорость движения воды в трубопроводе по формуле:
,
Значение Vpi заносят в таблицу 1.1
1.4 Определение потерь напора на участках
Потери напора на участках нагнетательного трубопровода находят по формуле:
,
где - потери напора по длине на данном участке водопровода, м;
- коэффициент, учитывающий скорость движения воды на расчетном участке
- коэффициент, учитывающий местные потери напора на расчетном участке (Км=1,05_1,10)
- удельное сопротивление на расчетном участке, определяемое в зависимости от dгост и материала стенок труб, .
Потери напора во всасывающем трубопроводе 0-1, определяется по формуле:
,= 0,005 м
Величины потерь напора на участках водопроводной сети заносим в таблицу 1.1
1.5 Определение потерь напора
Птери напора в нагнетательном
|
|
1,884558
|
|
Геометрический напор
|
|
20
|
|
Геометрическая высота = 7
|
6,845852
|
|
|
Абсолютное давление
|
|
2
|
|
Геометрический напор
|
|
26,84585
|
|
Стаический напор
|
|
36,84585
|
|
Напор насоса
|
|
38,88456
|
|
|
Потери напора на участке 12-2 определяются по формуле:
.= 1,73м
1.6 Подбор центробежного насоса
По номенклатуре центробежных насосов подбирается марка соответствующего насоса Д 320-50 с характеристиками =0,0748 м3/с и =38,88м.
1.7 Характеристика водопроводной сети. Выбор рабочей точки насоса
Коэффициент водопроводной сети примет вид:
= 363,7828
Задаваясь значениями расхода водопроводной сети Qi в пределах равных от (0.8 ч 1.4)·QH и подставляя в формулу (1.21) получим значения напора центробежного насоса Нi для каждого расхода воды. Полученные данные Нi и Qi занесем в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 - Характеристика трубопроводной сети
Q1
|
0
|
0,059889
|
0,074861
|
0,089833
|
0,104806
|
|
H1
|
36,84585
|
38,15062
|
38,88456
|
39,78159
|
40,84172
|
|
|
На характеристику центробежного насоса Н = f(Q) (рисунок 1.1), нанесем в том же масштабе характеристику водопроводной сети Н1=f(Q1) полученную в результате расчета из (таблицы 1.2).
Точка пересечения характеристик насоса Н=f(Q) и водопроводной сети Н1=f (Q1) является рабочей точкой насоса. Она показывает, что данный центробежный насос, работая на водопроводную сеть, развивает напор НН, создает подачу QH, затрачивая определенную мощность NH, при КПД насоса - .
Рисунок 1.1 - Характеристика марки центробежного насоса
1-характеристика водопроводной сети; А- рабочая точка насоса.
1.8 Расчет электродвигателя
Расчетная мощность электродвигателя находится по формуле:
=5 Квт
Зная , частоту вращения насоса - n, условия работы насоса, характеристику окружающей среды подбирается электродвигатель для данного центробежного насоса.
Исходные данные для РГР №2
Расчетный расход нефтепродукта: Q1 = 80+0,1.N.n, м3/ч;
Длина нагнетательного трубопровода: LH = L1-2 = 200+0.1.N.n, м;
Длина всасывающего трубопровода: LВС = 5+0,01.N.n, м;
Давление в емкостях: P1 = Ратм ; Р2 = 2·Ратм;
Высота столба жидкости в емкости 2: Н2 = 8м;
Вязкость нефтепродукта: н = 2. 10-4 м2/с;
Плотность нефтепродукта: с = 850 кг/м3;
Геометрические отметки: Насоса = 20м;
Емкости 2 = 35м.
Q1 = 80+0,1.N.n, м3/ч;
|
80,5
|
|
LH = L1-2 = 200+0.1.N.n, м;
|
200,5
|
|
LВС = 5+0,01.N.n, м;
|
5,05
|
|
P1 = Ратм ;
|
1
|
|
Р2 = 2·Ратм;
|
2
|
|
|
2. Трубопроводная сеть для перекачки вязкой жидкости
2.1 Гидравлический расчет трубопроводной сети
Расход жидкости определяется по формуле:
Qpi = Qтi, Данные расчетных расходов заносят в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Значения расчетных расходов, диаметров труб, скоростей, потерь напора на участках от диаметров труб по ГОСТу
№
Участка
|
Расход воды
|
Диаметр
|
скорость
|
Коэф. Скор
|
Удельное
сопротивление
|
Потери напора
|
|
|
М3/час
|
М3/с
|
м
|
Гост м
|
м/с
|
|
с2/м6
|
м
|
|
1.-2
|
80,5
|
0,022361111
|
0,168776455
|
0,2
|
0,712137297
|
0,9
|
6,96
|
0,560955411
|
|
0.-1
|
80,5
|
0,022361111
|
0,217889467
|
0,25
|
0,45576787
|
0,6
|
2,19
|
0,004378524
|
|
|
Потери напора на участках сети определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
где - коэффициент гидравлического трения по длине;
КМ- коэффициент, учитывающий местные потери напора
на расчетном участке (Км=1,05_1,10)
Li - длина данного участка, м.
Коэффициент гидравлического трения находится исходя из зоны гидравлического сопротивления. Для этого необходимо определить число Рейнольдса (Re) и абсолютную эквивалентную шероховатость стенок трубопровода.
Число Рейнольдса определяется по формуле:
Коэффициент гидравлического сопротивления для этого случая определяется по формуле Шифринсона:
.
Для нагнетательного трубопровода
|
|
|
Число Рейнольдса
|
1294795,085
|
|
Коэффициент гидравлического трения
|
0,021647886
|
|
Для всасывающего трубопровода
|
|
|
Число Рейнольдса
|
113941,9674
|
|
Коэффициент гидравлического трения
|
0,020473307
|
|
|
Полученные результаты заносятся в таблицу 2.1.
2.2 Определение напора насоса
Потери во всасывающем трубопроводе
|
0,004379
|
1 вариант
|
|
Птери напора в нагнетательном
|
|
0,560955
|
|
Геометрический напор
|
|
18
|
|
Геометрическая высота = 7
|
6,995621
|
|
|
Абсолютное давление
|
|
3
|
|
Геометрический напор
|
|
24,99562
|
|
Стаический напор
|
|
44,99562
|
|
Напор насоса
|
|
45,56096
|
|
Коэффициент водопроводной сети
|
|
1130,624
|
|
|
2.3 Подбор центробежного насоса
По номенклатуре центробежных насосов по таблице приложения подбирается марка соответствующего насоса с характеристиками =0,022 м3/с и =45,56 м. Зная марку насоса К 90-55 выбираются графические характеристики центробежного насоса (рисунок 2.1). Используя значения и , выбираем из рисунка 2.1 значения H, N, , где верхние линии для не обточенного рабочего колеса, средние линии частично обточенного и нижние линии для обточенного рабочего колеса.
Рисунок 2.1 - Характеристика марки центробежного насоса
2.3 Пересчет характеристик центробежного насоса
Так как вязкость перекачиваемой жидкости , больше вязкости воды, необходимо пересчитать характеристики насоса с воды на вязкую жидкость по формулам:
,
,
,
где - коэффициенты пересчета характеристик насоса с воды на вязкие жидкости. Принимаются по рисунку 2.2 в зависимости от числа Рейнольдса, которое определяется по формуле:
,
где - подача насоса при максимальном КПД на воде
(принимаются из рисунка 2.1), = 0,025м3/с;
- эквивалентный диаметр, м;
- кинематическая вязкость жидкости, м2/с.
Рисунок 2.2 - Коэффициенты пересчета характеристик насоса с воды на вязкие жидкости
Эквивалентный диаметр определяется по формуле:
где - внешний диаметр рабочего колеса (Д2 = 200 ч 300 мм), м
- ширина лопатки рабочего колеса на внешнем диаметре, принимается по паспортным данным насоса (=15ч20 мм), м;
- коэффициент стеснения, .
Число Re на вязкую жидкость
|
931,695
|
|
Дэ
|
0,134164
|
|
|
Пересчет характеристик ведется в табличной форме (таблица 2.2)
Потребная мощность определяется по соответствующим показателям работы насоса на вязкой жидкости таблица 2.2 по значениям расхода, напора и коэффициента полезного действия:
Результаты вычислений заносятся в таблицу 2.3
Расход при мах КПД
|
0,025
|
|
Напор при МАХ КПД
|
42
|
|
МАХ КПД
|
0,71
|
|
Коэффициент Kq
|
0,85
|
|
Коэффициент Kh
|
0,9
|
|
Коэффициент Kn
|
0,58
|
|
|
Таблица 2.2 - Показатели работы насоса на воде и вязкой жидкости
Подача насоса, м3/с
|
Напор насоса, м
|
КПД насоса
|
|
Q
|
KQ
|
Q
|
Hh
|
Kh
|
H
|
n
|
Kn
|
n
|
|
0,02
|
0,85
|
0,017
|
50,4
|
0,9
|
45,36
|
0,852
|
0,58
|
0,49416
|
|
0,025
|
0,85
|
0,02125
|
42
|
0,9
|
37,8
|
0,71
|
0,58
|
0,4118
|
|
0,03
|
0,85
|
0,0255
|
33,6
|
0,9
|
30,24
|
0,568
|
0,58
|
0,32944
|
|
|
Таблица 2.3 - Потребная мощность определяется по соответствующим показателям работы насоса на вязкой жидкости
Qi
|
0,017
|
0,02125
|
0,0255
|
|
Ni
|
1,560466
|
1,950583
|
2,340699
|
|
|
На характеристики насоса на воде наносятся пересчитанные характеристики этого насоса при работе на вязкой жидкости рисунок. 2.4.
Рисунок 2.4 - Характеристика трубопроводной сети и работы насоса на вязкой жидкости
2.4 Построение характеристики трубопроводной сети
Характеристика трубопроводной сети определяется по формуле:
,
Из уравнения коэффициент трубопроводной сети примет вид:
.
Задаваясь значениями расхода вязкой жидкости Qi в пределах равных от (0.8 ч 1.4)·QH и подставляя в формулу получим значения напора центробежного насоса Нi для каждого расхода вязкой жидкости. Полученные данные Нi и Qi занесем в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 - Характеристика трубопроводной сети на вязкую жидкость
Q1
|
0
|
0,017889
|
0,022361
|
0,026833
|
0,031306
|
|
H1
|
44,99562
|
45,35744
|
45,56096
|
45,8097
|
46,10368
|
|
|
На характеристику центробежного насоса Н = f(Q) (рисунок 2.4), нанесем в том же масштабе характеристику трубопроводной сети на вязкую жидкость Н1=f(Q1) полученную в результате расчета из (таблицы 2.4).
Точка пересечения характеристик насоса Н=f(Q) и трубопроводной сети на вязкую жидкость Н1=f (Q1) является рабочей точкой насоса. Она показывает, что данный центробежный насос, работая на трубопроводную сеть, развивает напор НН, создает подачу QH, затрачивая определенную мощность NH, при КПД насоса - .
2.5 Расчет электродвигателя
Расчетная мощность электродвигателя находится по формуле:
=4,9Квт
Зная , частоту вращения насоса - n, условия работы насоса, характеристику окружающей среды подбирается электродвигатель для данного центробежного насоса.
|
|