Расчет центробежного насоса водонапорной башни

Министерство  образования РФ 

Вятский государственный  университет 

Факультет автоматики и вычислительной техники 

Кафедра электропривода и  автоматизации промышленных

установок и технологических комплексов 
 
 
 
 
 

Расчетно-пояснительная  записка

к курсовой работе по дисциплине 
 

“Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов” 

задание 1

вариант 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Шифр 

Выполнил: студент гр.   /  /

Проверил: преподаватель     /  / 
 
 

Киров 2010г.

1. Исходные данные.

                                                1.1 Техническое задание

     Схема подачи воды в водонапорную башню

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Максимальная мощность насоса     

     2. Высота бака водонапорной башни    

     3. Длина горизонтальной части водопровода   

     4. Диаметр трубы        

     5. Диапазон регулирования производительности  

     6. Углы поворота водопровода, град    

     7. Высота подъема водопровода над уровнем водоема 

     8. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым  ротором 

     1.2 Технические условия 

1. На пути трубопровода поставлены 2 колена с  поворотами на и , 3 вентиля и одна задвижка.
2. Регулирование производительности:

а) механическое;

б) электрическое

3. При электрическом регулировании использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
4. Сеть переменного тока с напряжением 380В.

 
 
 

     1.3 Содержание работы

     1. Расчетная часть:

        - выбор насоса  для двух вариантов регулирования  производительности

- обоснование  способов электрического регулирования  производительности и выбора принципиальной схемы электропривода

- расчет  и выбор электродвигателя и  элементов силовых цепей

- расчет механических характеристик двигателя, соответствующих максимальной и минимальной производительности насоса

- расчет  графиков переходных процессов  M=f(t), и ω=f(t) при пуске двигателей

- определение расхода электроэнергии (активной и реактивной) и КПД способа регулирования на единицу производительности в заданном диапазоне для двух вариантов регулирования производительности и сравнить их

      2. Графическая часть:

- схема  подачи воды центробежным насосом

- принципиальные  схемы силовых частей сравниваемых  вариантов систем электропривода

- механические  характеристики электроприводов

- графики  переходных процессов

      3. Выводы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2. Выбор центробежного насоса.

      Для выбора насоса определим характеристику магистрали, подключенной к насосу. Зависимость напора от производительности выражается формулой:

      

  (2.1)

      где - напор магистрали

       =H - геометрическая высота подъема жидкости, м;

       - давление в напорной и всасывающей емкостях, Па;

       - суммарные гидравлические потери в магистрали, м;

       - удельная плотность среды.

      Так как напорная и всасываемая емкости  находятся при атмосферном давлении ( ), формула (2.1) приобретает вид:

      

  (2.2)

      Суммарные гидравлические потери в магистрали будут состоять из гидравлических потерь по длине трубопровода и местных потерь.

      Гидравлические  потери по длине трубопровода определяются по формуле

      

  (2.3)

      Местные потери:

      

 (2.4)

      где - длина трубопровода, м;

      d – внутренний диаметр трубы, м;

      v – средняя скорость движения, ;

       - коэффициент потерь напора (определяется экспериментальным путем, при диаметре трубы 0,2м [взято из методического указания к курсовой работе]);

       - коэффициент местных потерь;

      g – ускорение свободного падения.

      

(2.5)

      Длина трубопровода рассчитывается по формуле:

      

 (2.6)

      

      Коэффициент местных потерь:

      

; (2.7)

      где:

      

;

       - потери при повороте на угол ;

       - потери при повороте на ;

       - потери в вентиле;

       - потери на задвижке;

      тогда:

      

      Формулу 2.2 запишем в виде:

      

 (2.8)

      где :

      

      

      Максимальный  напор, соответствующий максимальной производительности находим из формулы (2.8),

      

  Исходя  из максимальной производительности и  максимального напора, выбираем насос

      8М-8x4а

      Характеристики  насоса приведены на рисунке 2.1 

      

      Рисунок 2.1 

      В насосах при достижении определенных условий может возникнуть явление, называемое кавитацией. Кавитация в насосах сопровождается резким шумом, треском и даже вибрацией насосной установки, при этом падает напор, мощность, подача и КПД. Работа в режиме кавитации недопустима.

      Основным  средством предупреждения кавитации является обеспечение превышения напора на входе в насос над напором, равным давлению насыщенного пара перекачиваемой жидкости. Это превышение и будет кавитационным запасом. Определяется следующим образом:

      

  (2.8)

      где - абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в резервуаре, из которого ведется откачивание, Па

       - давление насыщенных паров  перекачиваемой жидкости при  рабочей температуре, Па

       - суммарные потери напора во всасывающем патрубке при максимальной производительности, м

       - геометрическая высота всасывания, м

      Величина  равна расстоянию по вертикали от оси вала насоса до уровня жидкости в резервуаре, из которого её откачивают. она имеет знак «+» при расположении насоса выше уровня жидкости (высота всасывания) и знак «-» при расположении насоса ниже уровня жидкости (подпор). 

      Обычно  , что соответствует наиболее часто встречаемому случаю всасывания воды из открытого водоема при нормальном давлении.

      Тогда выражение 2.8 будет иметь вид:

      

(2.9)

      Бескавитационный  режим работы обеспечивается при  условии  , где - допускаемый для данного насоса кавитационный запас.

       - суммарные потери напора во всасывающем патрубке при максимальной производительности при ( )

      

      

        следовательно выбранный насос удовлетворяет заданным требованиям. 
 
 
 
 
 

      3. Расчет и выбор  электродвигателя  и элементов силовых  цепей.

      Исходными данными для расчета мощности двигателя являются каталожная Q-H характеристика исполнительного механизма (в данном случае насоса) и характеристика магистрали. Характеристика магистрали для насоса строится по формулам (2.1), (2.2)

      Строим  каталожную Q-H характеристику для выбранного нами насоса. Затем с помощью формул пересчета

      

; (3.1)

       - напор и подача произвольной i-й точки на каталожной характеристике;

      строим  Q-H характеристики насоса для произвольных значений частоты вращения , отличных от каталожной точек с номером j. Подбираем такие значения , чтобы полученные характеристики охватывали весь диапазон производительности насоса от минимальных до максимальных значений:

      Точки пересечения магистрали с вновь  построенными Q-H характеристиками определяют рабочие режимы системы “исполнительный механизм-магистраль” для конкретной скорости исполнительного механизма. Мощность на валу исполнительного механизма в рабочих точках определяется как