Расчет насосной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Витебский государственный технологический университет

Кафедра технологии и оборудования машиностроительного производства

Контрольная работа

по предмету: «Детали машин»

г. Витебск

2011

Введение

В современном технологическом оборудовании машиностроения широко применяются гидравлические приводы, где носителем энергии являются жидкости. Это обусловлено целым рядом их преимуществ по сравнению с другими типами приводов. Так, например, гидравлические приводы обеспечивают получение больших усилий при малой металлоемкости, нечувствительность к перегрузкам, простоту получения любого вида перемещения, простоту управления и т.д.

Целью данной курсовой работы является расчет насосной установки. Что включает в себя: расчет характеристик трубопровода, построение графиков этих характеристик, определение рабочей точки системы, определение затрачиваемой мощности, определение влияния изменения расхода на изменение мощности насоса, а также изучение различных методов регулирования системы (дроссельное регулирование, регулирование числом оборотов двигателя, регулирование переливным клапаном).

Исходные данные

4

3

2

1

Рис. 1 - Схема насосной установки

Для гидравлической системы (рис. 1), состоящей из резервуара 1, центробежного насоса 2, дросселя 3, переливного клапана 4, приемного резервуара 5, системы трубопроводов с параметрами l1, d1, l2, d2 и l3, d3.

Перекачиваемая жидкость - вода с температурой Т = 20оС и плотностью = 998,2 кг/м3.

Геометрическая разность уровней НГ =7 м.

Эквивалентная шероховатость труб Э = 0,1 мм.

Число оборотов двигателя n = 1200 об/мин.

При построении насосной установки учесть местные сопротивления напора в виде двух главных поворотов, для которых коэффициент сопротивления = 1,19 и на дросселе = 0,75 и выхода трубопроводов в приемный резервуар.

Определить:

Рабочую точку системы, расход, напор и затрачиваемую насосом мощность.

Найти новую рабочую точку для расхода Q, увеличенного на 20%, при условии дроссельного регулирования.

Найти новую рабочую точку для расхода Q при условии регулирования числом оборотов двигателя.

Найти новую рабочую точку для расхода Q, увеличенного на 20%, при условии регулирования переливным клапаном: Q=0л/с при Н=10м и Q=7л/с при Н=25м.

Таблица 1 - Числовые значения параметров

l1, м	l2, м	l3, м	d1, мм	d2, мм	d3, мм	HГ, м	Тип насоса
18	20	20	36	38	40	7	3

Таблица 2 - Характеристики насоса

Q, л/с	0	3,0	5,5	6,1	7,0
Н, м	20,0	21,0	18,5	17,5	16,0
, %	0	56,0	68,0	66,0	60,0

Расчет характеристик трубопровода

Проводим расчет для трех участков трубопровода, имеющих разные диаметры. Для этого необходимо определить напор, развиваемый насосом на этих участках. При расчете используются следующие формулы.

Напор насоса:

,

где: Нг - напор геометрический;

(P1-P2) - разность давлений в системе;

- удельный вес;

hw - потери напора.

,

где: d - диаметр трубопровода;

Q - расход жидкости;

-коэффициент, учитывающий потери на местные сопротивления;

- гидравлический коэффициент.

,

где: Re - число Рейнольдса;

э - эквивалентная шероховатость.

,

где: - коэффициент кинематической вязкости.

Коэффициент кинематической вязкости равен:

,

Для воды = 0,5*10-3 Па, = 998,2 кг/м3 м2/с

Таким образом, получаем три характеристики для трёх участков трубопровода, отличающихся диаметром труб. Каждая характеристика будет иметь пять точек.

Рассчитаем характеристику для участка с параметрами d1 = 0,036 м, l1 = 18 м.

Определим числа Рейнольдса для каждой из пяти точек:

;

;

;

;

.

Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек:

Для первой точки коэффициент не существует, так как Re1 = 0;

;

;

;

.

Определяем потери напора для каждой точки:

Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.

;

;

;

.

Определяем напор насоса для всех этих точек:

Hн1 = + 0 = 8,021 м;

Hн2 = 8,021 + 6,082 = 14,104 м;

Hн3 = 8,021 + 20,213 = 28,234 м;

Hн4 = 8,021 + 24,829 = 32,850 м;

Hн5 = 8,021 + 32,643 = 40,664 м.

Таблица 3 - Результаты расчета

Q, л/с	0	3,0	5,5	6,1	7,0
Re	0	212206,591	389045,416	431486,735	495148,712
	-	0,02595	0,02564	0,02560	0,02556
hw, м	0	6,082	20,213	24,829	32,643
Нн, м	8,021	14,104	28,234	32,850	40,664

Рассчитываем характеристику для участка с параметрами d2 = 0,038 м, l2 = 20 м.

Определяем числа Рейнольдса для каждой из пяти точек:

;

;

;

;

.

Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек:

Для первой точки коэффициент не существует, так как Re1 = 0;

;

;

;

.

Определяем потери напора для каждой точки:

Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.

;

;

;

.

Определяем напор насоса для всех этих точек:

Hн1 = 8,021 м;

Hн2 = 8,021 + 5,249 = 16,780 м;

Hн3 = 8,021 + 17,429 = 34,529 м;

Hн4 = 8,021 + 21,407 = 40,311 м;

Hн5 = 8,021 + 28,140 = 50,090 м.

Таблица 4 - Результаты расчета

Q, л/с	0	3,0	5,5	6,1	7,0
Re	0	201037,823	368569,342	408776,906	469088,253
	-	0,02568	0,02534	0,02530	0,02525
hw, м	0	5,249	17,429	21,407	28,140
Нн, м	8,021	13,270	25,450	29,428	36,161

трубопровод расчет двигатель клапан

Рассчитаем характеристику для участка с параметрами d3 = 0,040 м, l3 = 20 м.

Определим числа Рейнольдса для каждой из пяти точек:

;

;

;

;

.

Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек:

Для первой точки коэффициент не существует, так как Re1 = 0;

;

;

;

.

Определяем потери напора для каждой точки:

Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.

;;;

.

Определяем напор насоса для всех этих точек:

Hн1 = 8,021 м;

Hн2 = 8,021 + 4,043 = 12,064 м;

Hн3 = 8,021 + 13,408 = 21,429 м;

Hн4 = 8,021 + 16,466 = 24,487 м;

Hн5 = 8,021 + 21,642 = 29,663 м.

Таблица 5 - Результаты расчета

Q, л/с	0	3,0	5,5	6,1	7,0
Re	0	190985,932	350140,875	388338,061	445633,841
	-	0,02543	0,02506	0,02502	0,02496
hw, м	0	4,043	13,408	16,466	21,642
Нн, м	8,021	12,064	21,429	24,487	29,663

Построение графиков, определение рабочей точки системы и затрачиваемой мощности

Исходя из исходных данных, строим на графике характеристику насоса НН.

По данным, рассчитанным в предыдущем пункте, строим три графика (по пять точек для каждого графика) для трех участков трубопровода - hW1, hW2, hW3 (рис. 1).

Графики hW2 и hW3 представляют собой характеристики параллельных участков. Сложим их графически. При параллельном соединении расходы в каждой точке графиков суммируются, а напор остается неизменным. Сложив эти два графика, получили график эквивалентный параллельным участкам трубопровода - hW2+3.

Теперь графики hW2+3 и h1 представляют собой характеристики двух участков трубопровода, соединенных последовательно. Их можно сложить, используя следующие правила: расход остается неизменным, а напоры в каждой точке графиков суммируются.

Таким образом, получаем эквивалентный график данного трубопровода hЭКВ, который в пересечении с графиком НН дает рабочую точку системы (точка А) (рис. 2).

Произведя замеры, определяем, что расход и напор в рабочей точке системы:

QА = 2,565 л/с, а напор НА = 21,121 м.

Для того чтобы определить коэффициент полезного данной рабочей установки, строим график КПД - . В пересечении с характеристикой насоса получаем точку, которая соответствует номинальному КПД, А = 50,218 %.

Имея эти значения, можем рассчитать затрачиваемую мощность насоса по формуле:

кВт.

Определение величины изменения мощности насоса при увеличении расхода на 20%

Для определения увеличения мощности насоса при увеличении расхода на 20% необходимо построить новый график характеристики трубопровода, затем подсчитать увеличенное значение Q, и по характеристике насоса и расходу определить соответствующие значения , Н (рис. 3).

Этот график в пересечении с графиком НН дает рабочую точку А1 при увеличенном напоре. Значение расхода в этой точке QА1 = 3,077 л/с, значение напора НА1 = 20,969 м, а значение КПД А1 = 56,979 %.

Получив эти значения, можем рассчитать мощность насоса для этого случая:

кВт.

Сравнив это значение мощности (NH1) с предыдущим (NH), видим, что при увеличении напора на 20% затрачиваемая мощность насоса увеличивается на:

.

Определение новой рабочей точки и характеристик трубопровода при условии регулирования переливным клапаном

Для получения характеристик насоса при регулировании переливным клапаном строим параболу (характеристику трубопровода), характеристику насоса, а затем в соответствие с заданием характеристику клапана, которая представляет собой прямую (рис. 4).

Далее строим обобщенную характеристику насоса и клапана: HH-КЛ=НН-НКЛ (вычитанием соответствующих координат).

Точка пересечения характеристик трубопровода hэкв и насоса-клапана НН-КЛ является рабочей точкой системы (точка А/).

Восстанавливая параметры рабочей точки до кривой и соответствующих осей координат, получаем следующие значения:

А =42,715 %;

QА =2,011 л/с;

HА =18,058 м;

кВт.

Определение новой рабочей точки и характеристик трубопровода при условии регулирования числом оборотов двигателя

Путем регулирования числа оборотов двигателя можно добиться оптимизации работы насоса, а также всей системы.

Для определения характеристик трубопровода при использовании данного метода используют понятие параболы подобных режимов.

По заданному изменению подачи находим на характеристике трубопровода при Q1=(1(m/100))QН новую рабочую точку системы - В. Через эту точку должна проходить характеристика насоса при искомой частоте вращения. Чтобы определить n проводим предварительно через точку В параболу подобных режимов и находим точку Е - точку пересечения этой кривой с заданной характеристикой насоса (рис. 5).

QВ =3,077 л/с; HВ =24,091 м; В =56,979 %;

Парабола подобных режимов строится следующим образом: из соотношения H1/Q12=H2/Q22=const=C определяем постоянную С= HВ/QВ2.

Затем строим параболу подобных режимов по уравнению H=C*Q2, задаваясь значениями расходов.

Используя формулу пересчета nx=n*Q1/Q2, определяем новую частоту вращения.

Из рисунка 5 получаем следующие данные:

QЕ =2,875 л/с;

HЕ =21,044 м;

nx=n*QВ/QЕ=1200*3,077/2,875=1284,3 об/мин;

Е=54,351 %;

кВт.

Вывод

При выполнении работы были получены навыки расчета гидравлических систем, а также различные методы регулирования системы (дроссельное регулирование, регулирование числом оборотов двигателя, регулирование переливным клапаном). В ходе работы были рассчитаны характеристики трубопровода, изучено влияние материала труб, диаметра труб и их длины на характеристики трубопровода. Так же была определена графическим методом рабочая точка системы, найден коэффициент полезного действия насоса и определена затрачиваемая мощность насоса при различных методах регулирования системы.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Размещено на Allbest.ru