Выбор центробежного насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 17398-72) 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 10704-75 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 10704-75. 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 = 20м;

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 + 23600 · (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	23600	0	20	20
4	4 · 10-3	0,16 · 10-4	23600	0,38	20	20,38
8,1	0,81 · 10-2	0,67 · 10-4	23600	1,55	20	21,55
12,5	1,25 · 10-2	1,56 · 10-4	23600	3,68	20	23,68
16,0	1,6 · 10-2	2,56 · 10-4	23600	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 = 0,01268 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 = 0,01268 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.

Размещено на Allbest.ru