Исследование работы центробежного насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОСЖЕЛДОР

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

ОПД. Р. 02. Гидравлика и гидропривод

Специальность 150700/190301 Локомотивы

Расчетно-графическая работа

на тему: «Исследование работы центробежного насоса»

Выполнила:

Збродова Ю.И.

Проверил:

Костоглотов А.И.

Ростов-на-Дону, 2010 г.

Содержание

Цель работы

1. Исходные данные

1.1 Расчетная схема гидравлической сети

1.2 Насос и его характеристики на частоте вращения

1.3 Геометрические характеристики гидравлической сети и положение на местности

1.4 Параметры жидкости

2. Расчет параметров всасывания

2.1 Кавитационный запас насоса

2.2 Расчет диаметра всасывающего трубопровода и глубины всасывания

3. Расчет параметров нагнетания

3.1 Расчет диаметра напорного трубопровода

3.2 Расчет оптимального гидравлического напора в сети

3.3 Расчет параметров рабочей точки сети

4. Исследование эффективности регулирования подачи

4.1 Дроссельное регулирование подачи и напора

4.2 Частотное регулирование подачи и напора

4.3 Применение параллельной работы насосов для регулирования подачи и напора

Заключение

Список используемой литературы

Цель работы:

· определение рабочих параметров гидравлической сети с насосной системой подачи жидкости;

· исследование эффективности дроссельного и частотного способов регулирования подачи жидкости одиночным насосом;

· исследование эффективности регулирования подачи и напора системой двух одинаковых насосов.

Задачи работы:

· составить расчетную схему гидравлической сети с насосной системой подачи жидкости;

· рассчитать диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов;

· определить предельную высоту всасывания насоса;

· найти параметры рабочей точки гидравлической сети;

· оценить эффективность способов регулирования подачи жидкости.

1. Исходные данные

1.1 Расчетная схема гидравлической сети (рис.1)

Рис. 1. Схема насосной установки

Расчетная схема включает гидравлические элементы:

1- приемный резервуар;

2- всасывающий клапан с фильтром;

3- всасывающий трубопровод;

4- центробежный насос марки 4к-12;

5- напорный трубопровод;

6- напорный резервуар;

Элементы контроля и автоматики:

7- мановакууметры;

8- манометр;

9- дифманометр;

10- обратный клапан;

11- задвижка.

Во всасывающем трубопроводе имеются местные сопротивления, характеризуемые коэффициентами потерь в местных сопротивлениях

2 - всасывающий клапан с сеткой - ;

а - закругление трубопровода на угол 90є (колено) - ;

б - конфузор на входе в насос - .

В напорном трубопроводе имеются местные сопротивления, характеризуемые коэффициентами потерь в местных сопротивлениях:

в - закругление трубопровода на угол 90є (колено) - ;

10 - обратный клапан -;

11 - задвижка при степени закрытия ;

г - дроссельная шайба, служащая для создания перепада в дифманометре для измерения давления - .

Д - внезапное расширение русла - ;

Числовые значения основных коэффициентов потерь зависят от диаметра трубопровода и приведены в Приложении 3.4.5.

1.2 Насос и его характеристики на рабочей частоте вращения

Для подачи жидкости в гидравлической сети применяют насос марки 4к-12 (по каталогу 3):

· рабочая частота вращения =2650 об/мин;

· номинальная частота вращения = 2900 об/мин.

Пересчет номинальных характеристик насоса на рабочую частоту производится по формулам теории подобия насоса:

Для заданных значений частот, их отклонения равны

По данным каталога снимаются данные в характерных точках и пересчитываются на рабочую частоту. Результаты сводятся в таблицу 1 и строятся характеристики насоса на рабочей частоте (рис. 2)

Таблица 1

Подача Q 10і, мі/с	Напор Н, м	Мощность N, кВт	Кпд з, %	Доп. Вак. м	Примечание
0	34	4	0	-	, мі/с
4	39	5	30	-	34, м
8	40	6,5	45	-	, м
12	39,7	7	59	6,8	12, кВт
16	39	8	67	6,6
20	38	10	75	6,2
24	36	11,5	77	5,5
28	32,5	12	77,5	4,6
32	30	12,6	77	3
36	24	13,5	70	1



Рис. 2

По графику рис. 2 определяют оптимальные параметры подачи, соответствующие максимальному значению кпд : , мі/с; 34, м; ,м; 12, кВт

Эти результаты заносятся в таблицу 2, графа примечание.

1.3 Геометрические характеристики гидравлической сети и положение ее на местности

· шероховатость труб =0,65 мм;

· длина всасывающего трубопровода =8 м;

· длина напорного трубопровода =22 м;

· высота местности над уровнем моря =300 м;

· высота положения напорного резервуара м.

1.4 Параметры жидкости

· температура перекачиваемой жидкости 50єС;

· пьезометрический напор, эквивалентный атмосферному давлению на высоте местности ,

м вод. Ст.

· давление насыщающих паров

м вод. Ст;

· плотность воды

кг/мі;

· коэффициент кинематической вязкости

м І/с.

2. Расчет параметров всасывания

2.1 Кавитационный запас насоса

Явление кавитации (холодное кипение) наступает тогда, когда гидростатическое давление в жидкости становится меньше давления насыщающих паров

(2.1)

Но в насосах это явление наступает при несколько большем давлении. Это превышение называется кавитационным запасом и обозначается кав.

Расчет кавитационного запаса проводится для стандартной высоты местности и стандартных условиях атмосферы

м; t = 20 єC;

м; кг/мі;

м вод. Ст.

Вычисления проводятся по формуле

(2.2)

м вод. Ст.

Оценка кавитационных свойств насоса проводится по критерию подобия



где [n] = об/мин; [Q] = мі/с; атм

Подстановка = 2650 об/мин; мі/с; м вод. Ст. дает 0,405 атм

Кавитационные свойства насоса удовлетворительные, так как [1]

Вывод: Насос марки 4к-12 обладает удовлетворительными кавитационными свойствами, может быть применен для подачи жидкости в данных климатических условиях, при малой скорости движения жидкости во всасывающем трубопроводе.

2.2 Расчет диаметра всасывающего трубопровода и глубины всасывания

Исходными данными для расчетов являются:

· оптимальная подача мі/с;

· рекомендуемая из условия безкавитационной работы насоса скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе [3]:

· для малорасходных насосов мі/с рекомендуемая скорость 0,8 м/с;

Площадь живого сечения трубопровода

 (2.3)

мІ

Диаметр всасывающего трубопровода

м

Полученное значение диаметра округляется до стандартного м

Уточненные значения площади живого сечения и скорости жидкости

мІ

м/с

Расчет глубины всасывания производится с учетом гидравлических потерь в трубопроводе

, (2.5)

Где - потери во всасывающем трубопроводе и в соответствии с расчетной схемой складываются из путевых потерь и потерь в местных сопротивлениях



Коэффициенты сопротивления элементов трубопровода следующие =4,7; =0,365; =0,05.

Коэффициент гидравлического трения шероховатости труб при турбулентном режиме течения

Рассчитывается по формуле

Для заданных параметров м; м/с; м І/с, число рейнольдса

Режим течения турбулентный, поэтому по формуле (2.8) коэффициент гидравлического трения равен

Гидравлические потери во всасывающем трубопроводе равны

м,

а предельно допустимая глубина всасывания равна

м.

Вывод: Насос 4к-12 при рабочей частоте вращения = 2650 об/мин, заданном атмосферном давлении =9,9 м, температуре воды t = 20єС имеет предельно допустимую глубину всасывания .

3. Расчет параметров нагнетания

3.1 Расчет диаметра напорного трубопровода

Исходными данными для расчетов являются:

· оптимальная подача мі/с;

· рекомендуемая экономически выгодная скорость движения жидкости в напорном трубопроводе [1]

м/с

Площадь живого сечения

мІ.

Диаметр живого сечения

м

Диаметр м совпадает со стандартным значением, уточнений производить не нужно.

3.2 Расчет оптимального гидростатического давления в сети

Для определения гидростатического напора используется уравнение Д. Бернулли в форме равенства напора насоса и потребного напора в сети

Где - искомый гидростатический напор в сети;

- потери во всасывающем трубопроводе, =0,36 м

- потери в нагнетательном трубопроводе;

- разность высот положения нагнетательного резервуара и насоса, =10 м;

- напор насоса на оптимальном режиме (Таблица 1);

=34 м.

Потери в напорном трубопроводе:

Для значений =1,5 м/с; =0,150 м; мІ/с

Режим движения жидкости турбулентный, поэтому формула Альтшуля для расчета коэффициента гидравлического трения применима

Согласно Приложениям 3.4.5.[3] коэффициенты сопротивлений имеют следующие значения для диаметра =150 мм; =0,375; =1,7; =0,07 при ; =2,7; =1.

м.

Гидравлический напор в соответствии с формулой (3.1) равен

м.

Вывод: Насос 4к-12 при работе на частоте =2650 об/мин, заданном атмосферном давлении =9,9 м, температуре t = 20 єС, высоте подачи жидкости =10 м, имеет в напорном трубопроводе запас гидростатического напора =22,48 м, т. Е. может подавать воду в резервуар на высоту 22,48 м.

3.3 Расчет параметров рабочей точки сети

· для построения напорной характеристики сети из таблицы 1 выбираются пять различных подач =0; м і/с; м і/с; м і/с; м і/с.

· площадь живого сечения всасывающего трубопровода

м І; = 0,2 м

· площадь живого сечения напорного трубопровода

м І; м.

Расчет производится в последовательности:

· определяются потери во всасывающем трубопроводе;

· определяются потери в напорном трубопроводе;

· определяется потребный напор насоса.

Расчет потерь во всасывающем трубопроводе при следующих данных:

=0,2 м; м І; м І/с;

=8 м; =0,65 мм;

Расчет проводится последовательно по формуле:

· расхода

· число Рейнольдса

· коэффициента гидравлического трения Альтшуля

· потерь напора

При этом коэффициенты местных сопротивлений ; ; .

Расчет потерь насоса в нагнетательном трубопроводе при следующих данных: м; мІ; мІ/с; м; мм.

Расчет проводится по формулам, аналогичным для нагнетательного трубопровода

,

,



При этом ; =1,7; =0,07; =2,7; =1.

Потребный напор в сети определяется по формуле Д. Бернулли, записанной в виде

где м.

Данные расчетов сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Характеристика сети.

Подача Q мі/с 10і	Всасывание	Нагнетание	Потребный напор , м
	Потери ,м	Потери , м
0	0	0	22,48
4	0,068	0,312	22,86
8	0,272	1,250	24,002
12	0,612	2,814	25,906
16	1,088	5,002	28,57

По полученным данным строится графическая зависимость . Она называется характеристикой сети (см. рис. 2). Построение производится вместе с основной характеристикой насоса при частоте вращения . Точка пересечения этих характеристик Р - называется рабочей точкой сети. По ней графически определяются рабочие параметры

м;

мі/с;

;

кВт.

Если расчеты проведены верно, то рабочие параметры незначительно отличаются от оптимальных.

Сравнение результатов дает

;

;

Для того, чтобы оценить возможность безкавитационной работы насоса, необходимо вычислить его коэффициент быстроходности по формуле С.С. Руднева

об/мин

Вывод: значение коэффициента быстроходности входит в пределы Поэтому безкавитационная работа насоса может быть обеспечена при данном напоре .

Отклонение рабочих параметров от оптимальных не превышает 7%. Насос подобран правильно.

4. Исследование эффективности регулирования подачи

4.1 Дроссельное регулирование подачи и напора

Оно достигается прикрытием или закрытием задвижки 11, рис.1, в результате изменяется коэффициент потерь в местном сопротивлении и сеть переходит на новый режим работы. Определение рабочей точки сети и вычисление рабочих параметров при дросселировании проводится аналогично расчету параметров рабочей точки сети по методике 3.3. Расчеты проводятся для тех же подач . Поэтому расчетные значения потерь во всасывающем трубопроводе не изменятся.

Степень закрытия задвижки принимается

17

97,8

Результаты исследований в сравнении с данными сети без дросселирования, приведены в таблице 3.

Таблица 3. Сравнительный анализ характеристик сети при дросселировании.

Подача Q мі/с · 10і	, м
0	0	0	0	22,48	22,48	22,48
4	0,068	0,786	0,854	22,54	23,334	24,188
		1,251	1,319		23,731	25,050
8	0,272	3,145	3,417	22,75	25,897	29,314
		7,816	8,088		30,296	38,384
12	0,612	7,076	7,688	23,09	30,168	37,856
		15,32	15,932		37,801	53,732
16	1,088	12,58	13,688	23,57	36,148	49,816
		25,231	26,319		47,711	74,030

Результаты расчетов наносим на характеристику насоса и определяем новую рабочую точку .

мі/с;

м;

Мощность потребления на режиме дросселирования

кВт

Вывод: Дроссельное регулирование расхода в сетях, путевые и местные в которых велики, неэффективно. Для качественного регулирования необходимо осуществлять высокую степень закрытия задвижки.

При дроссельном регулировании увеличивается потребный напор (м), снижается кпд ().

Такой способ регулирования оправдан в сетях, где путевые и местные потери значительно меньше потерь, обусловленных закрытием задвижки.

4.2 Частотное регулирование подачи и напора

При таком способе подача и напор изменяются в результате изменения частоты вращения насоса от до . Изменения рабочих параметров происходит по зависимостям теории подобия. Для сравнительного анализа примем такую частоту вращения , при которой подача будет равна подаче при дросселировании. Тогда

об/мин.

Напор и мощность насоса будут иметь значения

м;

кВт;

Вывод: при частном регулировании существенно снижается напор в сети (~ 30%), потребляемая мощность ( или 47 %). Поэтому этот метод для сетей с большими потерями предпочтительнее дросселирования. Однако реализация такого метода из-за отсутствия привода с широким диапазоном измерения частоты и крутящего момента может оказаться нвозможной.

4.3 Применение параллельной работы насосов для регулирования подачи и напора

Рис. 3. Схема параллельной работы насосов

При параллельной работе насосов расхода складываются при одинаковом напоре. Если насосы одинаковы, то подача в сети увеличивается вдвое. При неизменном диаметре напорного трубопровода потери напора возрастут примерно в 4 раза, так как скорость движения жидкости

,

Число Рейнольдса увеличивается также вдвое, в результате коэффициент гидравлического трения уменьшится согласно формуле Альтшуля

.

Увеличение потерь при неизменном диаметре всасывающего трубопровода может привести и к кавитации. Поэтому всасывающий трубопровод должен быть для каждого насоса свой. В этом случае потери в этих трубопроводах увеличатся вдвое.

Расчет потребного напора и определения параметров проводятся по методике 3. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.

Таблица 4. Параллельная работа насоса.

Подача 2Q, мі/с	, м	, м	, м
0	0	0	22,48
8	0,272	0,144	22,89
16	1,088	5,762	29,33
24	2,448	12,966	37,89
32	4,357	23,050	49,887

По этим данным строим характеристику и находим рабочую точку. Рабочие параметры сети:

мі/с;

м;

кВт;

;

Вывод: при параллельной работе подача насоса в сеть увеличилась на мі/с, т. е. на 72%. Потеря подачи связана с увеличением потерь на преодоления сопротивления.

Заключение

Таблица 5. Итоговые результаты исследований

Режим работы	Для сети и насоса	Для насоса
	Подача, мі/с	Напор, м	Мощность, кВт	Кпд, %
Оптимальный	27·10Їі	34	12	70
В рабочей точке	26·10Їі	32,5	13	69
Дросселирование	15·10Їі	30	10,1	67
На пониженной частоте 1528 об/мин	15·10Їі	10,8	2,5	65
Параллельная работа двух насосов	35	49,9	13,5	68

Исследование работы насоса 4к-12 показал:

1. Параметры оптимального и рабочего режима практически совпадают

2. Режим дросселирования для сетей с большим сопротивлением не эффективен

3. Режим частичного регулирования и параллельная работа эффективны

насосный жидкость трубопровод гидравлический

Список используемой литературы

1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы /Т.М. Баште и др. М.: Машиностроения, 1982.

2. Насосы: каталог - справочник. М. - Л.: Машгиз, 1980.

3. Гарин В.М., Шахитина Т.А. Исследование работы центробежных насосов: Методические указания к курсовой работе. Ростов н/Д.: РИИЖТ, 1989.

Размещено на Allbest.ru