Гидравлический расчет технологического трубопровода, подбор насоса

Видно, что кривая требуемого напора и насоса пересекаются практически в рабочей области. Кроме того, насос обеспечивает небольшой дополнительный запас расхода и напора. Для повышения необходимого напора в сети, необходимо использовать запорно-регулирующее устройство (вентиль). При его частичном перекрытии уменьшается сечение потока и возрастает значение местного сопротивления, что приводит к смещению кривой напора против часовой стрелки.

Метод регулирования подачи насоса изменением числа оборотов вала наиболее эффективен с позиции экономии энергоресурсов. Вместе с тем, для привода насосов часто используются относительно дешевые, надежные и простые в эксплуатации асинхронные электродвигатели. Изменение числа оборотов таких двигателей сопряжено с необходимостью изменения частоты питающего переменного тока. Этот способ оказывается сложным и требующим значительных затрат. В связи с этим, для регулирования подачи насосов преимущественно используется дросселирование.

Изменение положения маховика вентиля сопровождается изменением коэффициента местного сопротивления. Если изменение числа оборотов - это воздействие на характеристику насоса, то дросселирование - это изменение характеристики сети.

Если, например, прикрыть вентиль, тем самым, увеличив потери напора в сети, как видно из уравнения для расчета местных потерь напора, рост коэффициента местного сопротивления приведет к росту потерь напора. Соответственно, потребный напор также вырастет. Новая характеристика сети пройдет круче. При этом рабочая точка сместится в сторону меньших расходов.

Рассчитаем полезную мощность, затрачиваемую насосом на сообщение жидкости энергии давления:

кВт;

Мощность на валу (с учетом КПД насоса ): кВт;

Мощность, потребляемая двигателем (номинальная), с учетом того, что КПД передачи равен единице: кВт;

Принимая коэффициент запаса мощности , найдем установочную мощность двигателя:

кВт;

Учитывая то, что паспортная мощность выбранного насоса немного больше рассчитанной, позволяет сделать вывод, что насос выбран наиболее подходящий.

Перепуск (байпассирование). При регулировании подачи насоса данным способом необходимый расход жидкости в системе обеспечивается за счет отвода части перекачиваемой насосом жидкости из напорного трубопровода во всасывающий, по перепускному трубопроводу. Если требуется уменьшить подачу в систему, открывают клапан на перепускном трубопроводе. Характеристика сети станет положе и общая подача насоса увеличивается.

Данный способ регулирования более экономичен для насосов, у которых потребляемая мощность снижается с увеличением подачи. У центробежных насосов регулирование перепуском приведет к возрастанию мощности насоса и может вызвать перегрузку электродвигателя.

Перепускаемый с напорной стороны во всасывающую, поток жидкости обладает некоторой энергией. Если при регулировании перепуском не происходит полезной передачи энергии перепускаемой жидкости потоку, подходящему к рабочему колесу, потери затраченной мощности можно определить по формуле:

,

где qН - подача насоса,

qП - перепускаемый расход,

Nуст - мощность, потребляемая насосным агрегатом.

Тогда кВт.

Энергию перепускаемого потока можно рационально использовать двумя способами:

1) Для увеличения давления во всасывающей полости насоса путем создания эжектирующего эффекта перепускаемым потоком; последовательно основному насосу включается в работу водоструйный насос, снимая часть преодолеваемого напора с основного насоса, так что основной насос работает при более низком напоре и улучшенной кавитационной обстановке.

2) Для закручивания потока перед рабочим колесом. Закручивание потока осуществляется по ходу вращения рабочего колеса, при этом происходит псевдоуменьшение частоты вращения рабочего колеса n на частоту вращения закрученного потока жидкости. Параметры насоса - напор, подача и потребляемая мощность изменятся.

4. Расчет допустимой высоты всасывания

При проектировании насосной установки выполняется проверка на допустимую высоту всасывания.

Причина этого в том, что напор (а чаще всего и давление) на входе во всасывающий трубопровод выше, чем на входе в насос на величину потерь во всасывающем трубопроводе. Обычно на входе в насос давление ниже атмосферного (вакуум). Величина вакуума, в свою очередь, ограничивается величиной атмосферного давления.

При достижении давления насыщенных паров жидкость начнет кипеть. Чем выше температура, тем больше давление насыщенных паров. Пар, попав в насос, нарушает его работу. В насосах динамического действия создаваемое давление зависит от плотности жидкости. Пар имеет плотность почти в 1000 раз меньше плотности жидкости. Соответственно падает и давление. В насосах объемного действия подача также снижается из-за малой плотности паров, увеличиваются перетечки через неплотности.

Другое явление, крайне нежелательное при работе насоса и вызванное понижением давления на всасывании - кавитация (вскипание жидкости в зоне пониженного давления (например за кромкой лопаток насоса) с последующим захлопыванием образовавшихся пузырьков в зоне повышения давления). При захлопывании парового пузырька жидкость движется к его центру. Жидкость при этом приобретает определенную скорость. В центре паровой полости происходит мгновенная остановка жидкости, т.к. жидкость практически несжимаема. Кинетическая энергия превращается в потенциальную (рост давления). Давления жидкости настолько велики, что в зоне кавитации происходит разрушение металла лопаток.

В связи с этим, расчет производится из условия безкавитационной работы насоса. На практике приходится учитывать еще одну величину - так называемый кавитационный запас.

Допустимая высота всасывания зависит от давления насыщенных паров. Чем ближе температура жидкости к температуре кипения, тем выше давление насыщенных паров, а, следовательно, на меньшую высоту можно поднять насос относительно поверхности жидкости. В результате расчетов может получиться даже отрицательная величина. Действительно, при перекачивании легкокипящих жидкостей насосы приходится заглублять (устанавливать ниже уровня поверхности жидкости).

Скорость движения жидкости также снижает допустимую высоту всасывания за счет скоростного напора и потерь напора во всасывающем трубопроводе. В связи с этим, при проектировании насосных установок диаметры всасывающих трубопроводов стараются делать большими. Любые местные сопротивления также крайне нежелательны. Различного рода фильтры, вентили или задвижки, по возможности устанавливаются не на всасывающем, а на нагнетательном трубопроводе.

Таким образом:

, где:

· pt=200 мм.рт.ст.= 26.66·103 Па - давление насыщенного пара

серной кислоты при рабочей температуре (25 °С);

· uBC==м/с - скорость жидкости во всасывающем патрубке насоса;

· Найдем hПОТ - потери напора во всасывающей линии:

, течение смешанное турбулентное, поэтому:

;

м.

м - кавитационный запас.

· p1=1.472·105 Па - давление во всасывающем трубопроводе.

Получим:

м.