Расчет насосной установки

Введение

Насосная установка состоит из насоса, приводного устройства, питающей емкости, приемных емкостей, системы трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой. Емкости и соединяющие их трубопроводы образуют внешнюю сеть. Режим работы насоса в установке характеризуется напором Нн, подачей Qн, потребляемой мощностью Nн. Рабочие характеристики насоса Нн = f(Q), Nн = f(Q), н = f(Q). Основная характеристика внешней сети выражается зависимостью напора от расхода перекачиваемой жидкости Hc = f(Qc):

Hc = Hст+ Hд , где

Hст –потребный статический напор, представляет собой разность высот положения пьезометрических поверхностей в приемной и питающей емкости;

Hд –потребный динамический напор во внешней сети.

При установившемся режиме работы насоса в сети Нн = Нс и Qн = Qс, что графически соответствует точке А пересечения характеристик Нн = Нс и Нс = f(Qс):

Таким образом параметры режима работы насоса во внешней сети возможно определить графически. Поэтому в основе выполнения курсовой работы лежит графоаналитический метод.

Определение режима работы насоса во внешней сети

Строим характеристики H = f(Q) участков внешней сети АД, ВД, ВС. Графики зависимости напора от расхода на этих участках строятся на основании энергетического и материального балансов. Характеристики строятся, задаваясь рядом значений расходов в интервале подач насоса при заданном числе оборотов.

Материальный баланс: Qав = Qвс + Qвд

Участок ВС.

Запишем уравнение энергетического баланса.

Hвс = Hст+ Hд, Нст = [(Р2 –Р1)/*g] + Н = Н, Нд = К*Q2, где

К = 0,0827* [i *(li /di5) + j *(1/dj4)] - коэффициент харак-ки внешней сети;

Н –разность высот положения свободных поверхностей жидкости в приемной и питающей емкостях (м);

Q –произвольно заданные значения расходов (м3/с).

К = 0,0827*[*(l2 /d25) +в*(1/d24)] =

= 0,0827*(0,025*10/0,065 + 4,5*1/0,064) = 55221,69

Уравнение энергетического баланса: Нвс = Н1 + Н2 + К * Q2

Нвс(Q1) = 25+15+55221,69*0,012 = 45,5 м

Аналогичным образом рассчитываем еще пять координат и заносим данные в таблицу.

Таблица 1

Q, м3/с	0	,01	,02	,03	,04	,05
Hвс, м	40	,5	,1	,8	,5	,3

Участок ВД.

Т.к. участок ВД аналогичен участку ВС, коэффициент К будет тот же.

Уравнение энергетического баланса: Нвд = Н2 + К * Q2

Нвд(Q1) = 15+55221,69*0,012 = 20,5 м

Рассчитываем еще пять координат и заносим в таблицу.

Таблица 2

Q, м3/с		,01	,02	,03	,04	,05
Hвд, м		,5	,1	,8	,5	,3

Участок АВ.

Рассчитаем потери напора на этом участке: h = K * Q2

K = 0,0827*[*(l1 /d15) +з*(1/d14)] =

= 0,0827*(0,025*20/0,075 + 0,2*1/0,074) = 25301,97

h(Q1) = 25.301.97*0.012 = 2.5

Рассчитываем остальное и заносим в таблицу.

Таблица 3

Q, м3/с		,01	,02	,03	,04	,05	,06	,07
h, м	0	,5	,1	,9	,5	,3		,9

Уравнение энергетического баланса: Нав = Нн - К * Q2 = Нн –h

Рассчитываем Нав и заносим в таблицу.

Нав(Q0) = 100 –= 100 м

Нав (Q1)= 98 –,5 = 95,5 м и т.д.

Таблица 4

Q, м3/с		,01	,02	,03	,04	,05
Hав, м		,5	,9	,1	,5	,7

Строим суммарную характеристику ветвей ВС и ВД путем сложения расходов Qвс и Qвд и характеристику всей сети путем сложения напоров суммарной характеристики ветвей ВС и ВД с потерями напоров на участке АД.

Графические построения характеристик участков сети и определение рабочей точки насоса см. в Приложении 1.

Кривая 1 –характеристика насоса Нн = f(Qн), построена по паспортным данным.

Кривая 2 – показывает изменение напора Нд в ветви АВ, построена по зависимости Нав = Нн - К * Q2.

Кривая 3 –показывает изменение напора Нд в ветви ВС, построена по зависимости Нвс = Н1 + Н2 + К * Q2.

Кривая 4 –показывает изменение напора Нд в ветви ВД, построена по зависимости Нвд = Н2 + К * Q2.

Кривая 5 –суммарная характеристика параллельных ветвей ВС и ВД, получена путем сложения расходов Qвс и Qвд, определенных по кривым 3 и 4 при постоянных напорах. Имеет функциональную зависимость Нд = f(Qвс + Qвд).

Кривая 6 –характеризует потери напора на участке АВ, h = K * Q2.

Кривая 7 –характеристика всей сети Нс = f(Qc), получена путем сложения напоров, определенных по кривым 6 и 5 при нескольких постоянных расходах.

Кривая 8 –характеристика н = f(Qн), КПД насоса.

Точка F пересечения кривой 5 с кривой 2, дает значение Нд, определяющее режим работы насосной установки. Этой точке соответствует подача Qвд в бак Д и Qвс бак С.

Точка G является точкой пересечения характеристики всей сети (кривая 7) с характеристикой насоса (кривая 1). Эта точка –рабочая точка насоса данной установки.

Точка Е на характеристике н = f(Qн) соответствующая подаче Qн = Qс, указывает на величину КПД насоса при работе в данной сети.

По графикам определяем:

Qвс = 0,014 м3/с; Qвд = 0,026 м3/с;

Qн = Qс = 0,038 м3/с; Hн = Hс = 88 м; н = 0,77

Находим мощность, потребляемую насосом:

N = Qн*Hн*g*/н = 0,038*88*9,81*998/0,77 = 42518 Вт

Где = 998кг/м3 –плотность воды при t = 20 °C; g = 9,81 м/с2.

Определение допустимой высоты всасывания

Для обеспечения надежной, безкавитационной работы установки, необходимо рассчитать допустимую высоту всасывания.

Ндоп – hвс – hкав ; где

Рат = 98066,5 Па –атмосферное давление;

Рнп = 2338,8 Па –давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей температуре;

hвс = K*Qн2 – потери напора во всасывающем трубопроводе.

К = 0,0827* *(l /d15) = 0,0827*0,025*(1/0,075) = 1230,65

hвс = 1230,65*0,0382 = 1,777 м

hкав = **Нн –кавитационный запас,

где = 1,2 –коэффициент запаса;

= (nc /C)4/3 –коэффициент кавитации;

С = 1000 –кавитационный коэффициент быстроходности;

nc –коэффициент быстроходности.

nc = 3,65*n* / Hн3/4 = 3,65*1480* /883/4 = 36,65

n = 1480 об/мин

= (36,65/1000)4/3 = 0,0122

hкав = 1,2*0,0122*88 = 1,285 м

Ндоп –1,777 –1,285 = 6,72 м.

Определение числа оборотов насоса, при котором прекращается подача в бак С

На новый график выносится характеристика насоса (кривая 1), суммарная характеристика всей внешней сети (кривая 7), суммарная характеристика ветвей ВС и ВД (кривая 5). Точка А на кривой 5 определяет подачу насоса, при которой прекращается подача в бак С. Этой подаче соответствует точка С на суммарной характеристике всей сети: Qа = Qс. Напор в этой точке определяется по графику и равен Нс = 51 м. Точка С соответствует новому режиму работы насоса при искомом числе оборотов nx. Через нее должна пройти парабола подобных режимов (ППР). Графические построения см. в Приложении 2.

ППР строится по зависимости Н = Кс*Q2 , где

Q –произвольно заданные значения расходов (м3/c);

Кс = Нс/ Qс2 –коэффициент параболы.

Qс = 0,021 м3/c ; Нс = 51 м –по графику.

Кс = 51/0,0212 = 115646,26

Рассчитываем координатные точки ППР и заносим в таблицу.

Н(Q1) = 115646,26*0,012 = 11,5 м

Н(Q2) = 115646,26*0,022 = 46,3 м

Н(Q3) = 115646,26*0,032 = 104,1 м

Таблица 5

Q, м3/с		,01	,02	,03
Н, м		,5	,3	,1

Строим ППР, которая проходит через точку С. ППР пересекает характеристику насоса при n = 1480 об/мин (кривая 1) в точке В, которой соответствует расход Qв = 0,028 м3/с.

Записываем соотношение: =

nx = = = 1110 об/мин

При числе оборотов насоса nx = 1110 об/мин вода перестает поступать в бак С.

Определение коэффициента сопротивления вентиля при одинаковой подаче в оба бака

На отдельный график (Приложение 3) выносится характеристика насоса (кривая 1), характеристики ветвей ВС, ВД, АВ (кривые 2, 3, 4), суммарная характеристика ветвей ВС и ВД (кривая 5).

Кривая 5 является суммарной характеристикой ветвей ВС и ВД при исходном коэффициенте сопротивления вентиля на участке ВД. Точка F пересечения кривых 5 и 2 соответствует подаче Qн = Qс. При частичном прикрытии вентиля на участке ВД характеристика ветви ВС не меняется, а характеристика ветви ВД при изменении коэффициента сопротивления вентиля должна пересечь характеристику ветви ВС (кривую 3) в точке, равноудаленной от оси напоров и новой предполагаемой суммарной характеристикой ветвей ВС и ВД.

Новая характеристика ветви ВД – кривая 4' –пересекает кривую 3 в точке К и строится по зависимости Н'вд = Н2+К'*Q'2.

К' = (Н'вд-Н2)/ Q'2, где

Н'вд –возьмем известную высоту точки К (м);

Q' –произвольно заданные значения расходов (м3/с).

К'= (58-15) /0,0182 =132716,05

Далее рассчитываем остальные координаты новой ветви ВД и заносим в таблицу.

Н'вд = 15+132716.05*0.012 = 28,3 м и т.д.

Таблица 6

Q, м3/с		,01	,02	,03
Н'вд, м		,3		,5

Строим новую характеристику ветви ВД и новую суммарную характеристику ветвей ВС и ВД путем сложения расходов Qвс и Q'вд. Новая суммарная характеристика ветвей ВС и ВД – кривая 5' – пересекает характеристику ветви АВ – кривую 2 –в точке R. Расход и напор насосной установки в этой точке определяются графически.

По графику видно, что QR < Qс, значит при увеличения сопротивления вентиля подача насоса уменьшилась. Изменение потерь напора h определяется графически при новом расходе через ветвь ВД как расстояние по вертикали между старой и новой характеристиками (кривыми 4 и 4'). Изменение потерь напора h пропорционально изменению коэффициента сопротивления B:

h = 0,0827* * Qвд2 ; h = 23 м – по графику.

B = = = 5,3

Коэффициент сопротивления вентиля на участке ВД после прикрытия: 'B = B + B = 5,3+4,5 = 9,8

Определяем по графику подачу насоса при новом положении вентиля на участке ВД: QR = 0,036 м3/c

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы графоаналитическим методом были решены поставленные задачи, а именно: определены подача воды в баки и мощность насоса, высота всасывания при заданной температуре воды, определены число оборотов насоса при прекращении подачи в бак С, и коэффициент сопротивления при одинаковой подаче воды в оба бака.

Литература

Катасонов И.В., Добровенко В.В., Мещеряков Г.В. Гидравлика и гидромашины. Методические указания и задания к курсовой работе./ ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И.Менделеева», 2009г.
Шарков А.В. Гидравлика. Методические указания к курсовой работе, 1991г.
Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидропривод. –М.: Машиностроение, 1982г.

Содержание

Введение 2

Исходные данные 3

Определение режима работы насоса во внешней сети 4

Определение допустимой высоты всасывания 7

Определение числа оборотов насоса, при котором прекращается

подача в бак С 8

Определение коэффициента сопротивления вентиля при одинаковой

подаче в оба бака 9

Заключение 11

Литература 12

Приложения

Расчет насосной установки