Выбор центробежного насоса

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

Введение

1 Исходные данные курсовой работы на тему «Выбор центробежного насоса»

2 Определение требуемого напора насоса Нтр

2.1 Расчетная формула определения Нтр

2.2 Определение диаметров всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станции

2.3 Уточнение диаметра труб и скорости движения воды

2.4 Определение коэффициента гидравлического трения л

2.5 Требуемый напор насоса Нтр

3 Выбор марки насоса по Q и Нтр и построение рабочей характеристики насоса

4 Построение характеристики сети и нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сети

5 Определение рабочих параметров насоса

Литература

Введение

В современном народном хозяйстве, в том числе и в системе образования, широко используется большой парк гидравлических машин, работа которых состоит в преобразовании механической энергии привода в механическую энергию жидкости.

Среди гидравлических машин особое место занимают лопастные машины, в которых изменение энергии, протекающей жидкости, происходит в результате динамического взаимодействия лопастей рабочего органа (колеса) с обтекающей их жидкостью.

Самой распространенной гидравлической лопастной машиной является центробежный насос.

Государственный стандарт (ГОСТ 17 398−72) определяет насос как гидравлическую машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого определения приводит к пониманию насоса как гидравлической машины, предназначенной для перемещения жидкости и увеличения ее энергии.

При работе насоса энергия, получаемая им от приводного двигателя, превращается в потенциальную, кинетическую и, в незначительной мере, в тепловую энергию потока жидкости.

С помощью насоса жидкость поднимается на заданную высоту (геометрическую высоту подъема жидкости Нг), преодолевает все гидравлические сопротивления Hw и приходит к потребителю с остаточным напором (hост).

Центробежные насосы находят широкое распространение в инженерном оборудовании зданий школ, мастерских, теплиц, бассейнов и др. объектов системы образования.

1 Исходные данные курсовой работы на тему «Выбор центробежного насоса»

Для поддержания постоянства уровня воды в водонапорной башне системы А. А. Рожновского (рис. 1), в неё из расположенного рядом шахтного колодца периодически подкачивается вода насосной станцией, оборудованной горизонтальным одноступенчатым центробежным насосом типа «К».

Расход воды из башни составляет Q.

Длина всасывающей линии насоса lвс и нагнетательной линии lн.

Суммарные коэффициенты местных сопротивлений для всасывающего трубопровода Уовс = 8 и для нагнетательного — Уон = 12.

Скорость воды во всасывающем трубопроводе принять vвс = 0,8 м/с, в нагнетательном — vн = 1,0 м/с.

Геометрическая высота подъёма воды Нг.

Требуется:

произвести выбор марки центробежного насоса;

определить рабочие параметры насоса, работающего на заданную водопроводную сеть;

начертить схему насосной установки.

Числовые исходные данные курсовой работы приведены в табл. 1 [4].

Примечание: трубы для всасывающего и нагнетательного трубопроводов принимать по ГОСТ 10 704–75 с внутренним диаметром в мм: 57; 63,5; 76; 89; 102; 108; 114; 130; 146; 159; 180; 219.

центробежный насос трубопровод

Рисунок 1 — Схема подъёма воды из шахтного колодца насосной установкой и подача её в водонапорную башню системы А. А. Рожновского:

1 — шахтный колодец; 2 — насосная установка, оборудованная центробежным горизонтальным одноступенчатым консольным насосом типа «К», 3 — здание насосной станции; 4 — всасывающий трубопровод; 5 — напорно-регулирующая задвижка; 6 — напорный трубопровод; 7 — смотровой колодец; 8 — задвижка; 9 — башня А. А. Рожновского; Ро — давление на свободную поверхность воды шахтного колодца, Н/м2; Рн — давление на свободную поверхность воды башни, Н/м2; Нг — геометрическая высота подъёма воды, м.

2 Определение требуемого напора насоса Нтp

2.1 Расчетная формула определения Нтр

Насос выбирается по заданному расходу (подаче) Q и требуемому напору Нтр, исходя из принятой схемы водоснабжения (рис. 1).

Расчетная формула определения требуемого напора запишется в виде

м; (1)

где — высота противодавления, м;

Рн — давление на свободную поверхность воды водонапорного бака, Н/м2;

Ро — давление на свободную поверхность воды шахтного колодца, Н/м2; для открытой водонапорной башни и открытого шахтного колодца Рн = Ро = Ратм и, соответственно, высота противодавления равна

л — удельный вес перекачиваемой воды, Н/м3;

Нг — геометрическая высота подъема воды, м;

hпот вс — потери напора во всасывающем трубопроводе насоса, м;

hпот н — потери напора в нагнетательном трубопроводе насосной установки, м.

В общем случае потери напора hпот слагаются из потерь напора по длине hl и местных потерь напора hм

hпот = hl + hм

Потери напора по длине hl определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

м; (2)

а местные потери напора hм — по формуле Вейсбаха

м; (3)

Отсюда потери напора hпот составят

м; (4)

Конкретно для трубопроводов рассматриваемого примера выражение (4) запишется в виде:

— для всасывающего трубопровода

м; (5)

— для нагнетательного трубопровода

m; (6)

где лвс, лн — коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси), соответственно, во всасывающем и нагнетательном трубопроводах;

vвс, vн — скорость, соответственно, во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, м/с

м/с; (7)

м/с; (8)

Заменяя скорость v через подачу Q и диаметр d, требуемый напор Нтр по формуле (1) запишется в следующем развернутом виде

м; (9)

или

Hтp = Hг + S · Q2 м; (10)

где S — коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода, с2/м5, равный

с2/м5 (11)

Для определения Нтр необходимо знать диаметры всасывающего dBC и нагнетательного dн трубопроводов, а также коэффициенты гидравлических трений, соответственно, для всасывающего лвс и нагнетательного лн трубопроводов.

2.2 Определение диаметров всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станции

Для выбора насоса, зададимся следующими числовыми исходными данными из табл. 1 [4]:

Q = 29 м3/ч;

Нг = 20 м;

lвс = 13 м;

lн = 67 м;

vвс = 0,8 м/с;

vн = 1,0 м/с;

Уовс = 8;

Уон = 12;

t =10 °С.

Из формулы неразрывности потока жидкости

Q = v · щ = const м3/с; (12)

где Q — подача, м3/с;

V — скорость, м/с;

щ — площадь живого сечения трубопровода, м2;

определяем значения диаметров трубопроводов.

Так как

м2; (13)

то диаметр трубопровода определяется по формуле

м; (14)

Для всасывающего трубопровода диаметр составляет

для нагнетательного трубопровода диаметр составляет

где Q = 29 м3/ч (0,81 · 10−2 м3/с).

2.3 Уточнение диаметра труб и скорости движения воды

Полученные диаметры трубопроводов dвс = 114 мм и dн = 102 мм уточняем по ГОСТ 10 704–75. Принимаем dвс = 114 мм и dн = 102 мм.

Уточняем скорость движения воды во всасывающем трубопроводе с dвс = 114 мм и нагнетательном трубопроводе с dн = 102 мм по формуле

м/с; (15)

— во всасывающем трубопроводе скорость движения воды

— в нагнетательном трубопроводе скорость движения воды

2.4 Определение коэффициента гидравлического трения л

Значение коэффициента гидравлического трения л при движении воды во всасывающем и нагнетательном трубопроводах определяется по эмпирическим формулам в зависимости от численной величины числа Рейнольдса Re

(16)

где v — средняя скорость потока воды в трубопроводе, м/с;

н — коэффициент кинематической вязкости воды, м2/с, по условию примера н = 131 · 10−8 м2/с при t = 10 °C;

d — диаметр трубопровода, м.

Конкретно для трубопроводов, рассматриваемого примера, выражение (16) запишется в виде:

— для всасывающего трубопровода

— для нагнетательного теплопровода

Так как Re > 2320, то режим движения жидкости будет турбулентный и определение коэффициента гидравлического трения (коэффициента Дарси) производим по формуле Блазиуса, которая рекомендуется при 2320? Re? 105

(17)

где Re — число Рейнольдса.

Значение коэффициента гидравлического трения л

— для всасывающего трубопровода

— для нагнетательного трубопровода

2.5 Требуемый напор насоса л

Требуемый напор насоса Нтр, как указывалось выше, определяется по формуле (10)

Hтp = Hг + S · Q2 м; (10)

где Нг — геометрическая высота подъёма воды (расстояние по вертикали от свободной поверхности воды в шахтном колодце до свободной поверхности водонапорной башни А. А. Рожновского), м;

Нг = 20 м;

S — коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода, определяемый по формуле (11), с2/м5

Q — подача насоса, м3/с; Q = 0,81 · 10−2 м3/с.

Численное значение величины требуемого напора насоса составит

Hтp = 20 + 23 600 · (0,81 · 10−2)2 = 21,55 м.

3. Выбор марки насоса по Q и Нтр и построение рабочей характеристики насоса

Выбранный центробежный насос должен обеспечить подачу Q = 29 м3/ч (8,1 л/с) и иметь напор Н не менее Нтр, т. е. не менее 21,55 м.

Рассматривая характеристики насосов на рис. 4 — 16 [4], этим условиям удовлетворяет центробежный горизонтальный одноступенчатый консольный насос типа К 45/30 (рис. 7 [4]).

Рабочая характеристика насоса К 45/30 изображена на рис. 2 (согласно рис. 7 [4]) без обточки рабочего колеса диаметром 143 мм и частоте его вращения 2900 об/мин.

4. Построение характеристики сети и нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сети

Напор насоса Н расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений в сети трубопроводов, вызванных движением потока воды с расходом Q, и на остаточный напор, с которым выходит вода на конечном пункте из трубопровода, т. е.

H = Hw + hоcт

где Н — напор насоса, м;

Hw — гидравлические сопротивления, м;

hocт — напор остаточный, м.

Гидравлические сопротивления Hw приводят к потерям напора hпот. Отсюда

Hw = hпот

при hоcт = 0

H = Hw м; (18)

т.е. весь напор насоса расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений в трубопроводе.

Следовательно, уравнение (10) можно представить в виде

Hw = Hг + S · Q2 м; (19)

Это выражение называется уравнением характеристики трубопровода и по нему строится характеристика трубопровода.

Характеристика трубопровода (сети) -- графическое изображение зависимости гидравлического сопротивления трубопровода Hw от пропускаемого им расхода жидкости Q, т. е.

Hw = f (Q).

Для построения характеристики трубопровода (рис. 2) воспользуемся табл. 2, в которой, задавшись значениями Q, определяем величины Нw.

Рисунок 2 — Характеристика совместной работы насоса К 45/30 и трубопровода: А — рабочая точка; Qp = 12,68 л/с (45,65 м3/ч); Нр = 23,8 м; Np = 3,6 кВт; зр = 70%.

Таблица 2 — Исходные данные для построения Нw = f (Q)

Q,

Q2,

S

S · Q2,

Нг,

Нw = Нг + S · Q2,

л/с

м3/с

(м3/с)2

с2/м5

м

м

м

0

0

0

23 600

0

20

20

4

4 · 10−3

0,16 · 10−4

23 600

0,38

20

20,38

8,1

0,81 · 10−2

0,67 · 10−4

23 600

1,55

20

21,55

12,5

1,25 · 10−2

1,56 · 10−4

23 600

3,68

20

23,68

16,0

1,6 · 10−2

2,56 · 10−4

23 600

6,04

20

26,04

Характеристику трубопровода Hw = f (Q) строим на том же графике, где приведена характеристика насоса (рис. 2) Точка пересечения кривой Hw = f (Q) с главной характеристикой насоса Н = f (Q) называется рабочей точкой насоса, которая обозначается буквой А.

Проведя через точку, А вертикальную и горизонтальную линии до пересечения с кривыми характеристики насоса, определяем численные значения рабочих параметров насоса при работе на данный трубопровод.

5. Определение рабочих параметров насоса

Рабочая точка определяет единственно возможный режим совместной работы насоса с заданным трубопроводом. Она определяет основные рабочие данные (параметры) насоса: подачу Qp, напор Нр, мощность Np и коэффициент полезного действия зр.

При подборе насоса необходимо стремиться к тому, чтобы рабочая точка, А располагалась как можно ближе к максимальному значению КПД насоса. Как отмечено выше, проведя через рабочую точку, А вертикальную и горизонтальную линии, при пересечении их с соответствующими кривыми, получаем для нашего случая значения рабочих величин:

Qp = 0,1 268 м3/с;

Нр = 23,8 м;

Np = 3,6 кВт;

зр = 70%.

Мощность на валу насоса для рабочей точки можно определить также по формуле

кВт; (20)

где г — удельный вес перекачиваемой жидкости, кН/м3;

для воды г = 9,81 кН/м3;

Qp — подача насоса, соответствующая рабочей точке А, м3/с;

Qp = 0,1 268 м3/с;

Нр — напор насоса, соответствующий рабочей точке А, м;

Нр = 23,8 м;

зр — КПД насоса, соответствующий рабочей точке А;

зр = 70%;

Расхождение в численных значениях по характеристике (3,6 кВт) и по расчету (4,23 кВт) объясняется неточностью построения характеристики сети на рис. 2.

Литература

1. Большаков В. А., Попов В. Н. Гидравлика. Общий курс. — К.: Высшая школа, Головное изд-во, 1989.

Вильнер Я. М., Ковалев Я. Т., Некрасов Б. Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под ред. Б. Б. Некрасова. — Минск: Высшая школа, 1985.

Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т. М. Башта, С. С. Руднев,
Б. Б. Некрасов и др. — М: Машиностроение, 1982.

Калекин А. А. Выбор центробежного насоса. — Орел, 2002.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой