Расчёт насосной установки

      

 

1.Расчёт насосной установки

 

Задание: Разработать и рассчитать насосную установку для перекачивания жидкости Ж из хранилища,находящегося на глубине h,в резервуар, расположенный на высоте Н,по трубопроводу длиной L. Абсолютное давление в котором равно атмосферному. Расход жидкости Q .Высота всасывания h. Подобрать насос. Рассчитать рабочее колесо насоса.Проверить установку на отсутствие кавитации.

Q = 25(м3/ч)/3600= 0,0069м3/с

L = 50 м,

H = 5 м,

h = 4м,

жидкость – Масло растительное

 

Расчет насосной установки

 

,                                             

где Нг– геометрическая высота – расстояние между поверхностями жидкости в напорном и приемном резервуарах, м;

- абсолютное  давление на поверхности жидкости  в приемном резервуаре, Па;

- абсолютное  давление на поверхности жидкости  в напорном резервуаре, Па;

- суммарные  потери напора во всасывающем  и нагнетательном трубопроводах, м.

 Нг=Н+h=5+4=9(м)   

 

= = =101325(Па).

 

 Определим диаметры  всасывающего и напорного трубопроводов:

 

,

 

где -рекомендуемая скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с.

Принимаем для всасывающего трубопровода скорость =1м/с.[7]

 

 

Принимаем для напорного трубопровода скорость  н=2м/с.[7]

 

 

Подбираем трубы нержавеющие бесшовные марки 95х3,5 и 68х3,5 ГОСТ 10692.

Уточним значения скоростей при рассчитанных диаметрах трубопроводов:

 

=

 

 

 

 

 

Определим режимы движения жидкости в трубопроводах:

 

,                                   

где - внутренний диаметр трубопровода, м;

      -кинематическая вязкость жидкости, м2/с.

 

Кинематическая вязкость растительного масла определили по таблице =60.6∙10-6

Re<10000, следовательно режим движения ламинарный

 

Определим потери напора

 

а)Всасывающий трубопровод:

Для определения коэффициента гидравлического трения λ, необходимо знать область гидравлического сопротивления.  Границы областей задаются первым и вторым предельными числами Рейнольдса:

 и  ,

 –  относительная эквивалентная шероховатость,

- эквивалентная  шероховатость стенок трубы, м.

       - значение берем из справочника

→ область доквадратичного сопротивления, из формулы Альтшуля:

- сумма  коэффициентов местных гидравлических  сопротивлений

= ζфильтра+ζклапана+ζколена+ζзадвижки=5+ 0,165+0,6+0,11=5,875

.

б)Напорный трубопровод:

=1∙10-5м

 

→ область доквадратичного сопротивления, из формулы Альтшуля:

,

= ζзадвижки+ζклапана+3ζколена+ζвыход= 0,11+0,165+3·0,6+1 = 3,075;

,

 

 Определим  потребный напор:

 

 

Подберём насос и выпишем его характеристики:

ОНЦ1(Электронасос центробежный для перекачивания спирта,вино,пиво с t не выше 90')

H=30(м)

n=2900 (об/мин)

N=11 (квт)

η=45%

Электронасос одноступенчатый и смонтирован на фланце электродвигателя с рабочим колесом открытого типа.Все узлы и детали изготовлены из нержавеющей кислотно-стойкой стали.

Допустимый кавитационный запас, м,  не более  3,0

50– диаметр входного патрубка, мм;

50 – диаметр выходного патрубка, мм;

175 – условный  диаметр рабочего колеса, мм;

Определим максимально допустимую высоту всасывания:

Подобранный насос необходимо проверить на отсутствие кавитации, для чего вычисляется максимальная допустимая высота всасывания:

,

– давление насыщенных паров жидкости при данной температуре, Па;

– гидравлические потери напора в линии всасывания, м,

Рн.п.= 75 мм рт. ст.= (Па) - значение берем из справочника [6];

Р=Ратм. при нормальных условиях, т.е. Р=101325(Па) [6];

hп=1,003 (м) ;

С – кавитационый коэффициент быстроходности

 

- критический  кавитационный запас, м

 –  частота вращения насоса, об/мин,

7,872 (м) > 3 (м), кавитационный запас выполняется, кавитация отсутствует

 

2.Проектирование лопастного насоса

 

Для выявления конструктивного типа колеса определяется коэффициент быстроходности:

  Расчет  лопастного колеса ведется по  заданным значениям подачи  , напора и числа оборотов n насоса и имеет целью определение размеров проточной части, необходимых для конструирования колеса.

Расчетная подача колеса:

  ,

где - объемный к.п.д.

 

Теоретический напор лопастного колеса:

,

где - гидравлический к.п.д.

,

где D1пр-приведенный диаметр входа в колесо

  ( - в м3/с, n - в об/мин),

 

 

 

.

 

Мощность, потребляемая насосом

 

Принимаем значение механического к.п.д.  = 0,9

 Максимальная мощность насоса  при перегрузке:

 

 

Расчет размеров входа в колесо

Входные размеры рабочего колеса зависят в основном от подачи насоса и числа оборотов. При этом размеры входного сечения S0 определяют собой меридианные составляющие скоростей во всем канале колеса

.

, где  - коэффициент, обычно находящийся в пределах от 0,06 до 0,08. [7]

.

Диаметр втулки колеса :

   ,  

 где  - диаметр вала в месте посадки колеса,

определяется из расчета на прочность, жесткость либо виброустойчивость.

  ,   где  - допускаемое напряжение на кручение, принимаемое для валов из обыкновенной углеродистой стали равным 30…50 МПа; [7]

- крутящий  момент, приложенный к валу, Нм .

Величина крутящего момента определяется по формуле:

;

Диаметр входа в колесо:

;

 

.

Ширина канала в меридианном сечении:

,где - радиус центра окружности .

При расположении входных кромок под углом от 150 до 300 к оси насоса ,                              

- меридианная  составляющая скорости на входе  в колесо, которая обычно принимается равной скорости .

Выбираем = =3,42 (м/c) и R1=0,8(D/2)=0,04724(м),

Меридианная составляющая абсолютной скорости при поступлении на лопасть:

,

где К1-коэффициент стеснения, учитывающий уменьшение сечения меридианного потока на входе в колесо из-за наличия лопаток. [7]

.

Окружная скорость рассчитывается по формуле:

;

  ;

Угол безударного поступления потока на лопасть определяется из условия:

  ;

входной угол лопатки определяется:

 

 

Расчет размеров выхода из колеса

Выходные элементы колеса проектируются из условий обеспечения необходимого расчетного напора. При этом возникают сложности учета влияния конечного числа лопастей на расчетный напор, так как для этого необходимо знать основные размеры колеса. Поэтому расчет элементов выхода приходится вести методом последовательных приближений.

Как показывает опыт для типовых конструкций центробежный насосов (ns=70…150) значение окружной скорости в первом приближении можно принять:

 

 

 

   Тогда выходной радиус колеса R2, в первом приближении определяется по формуле:

 

Скорость потока при выходе из колеса без учета стеснения сечения лопастями принимают обычно равной  (0,6…1,0) . [7]

= 0,8*

= 0,8*3,42 = 2,736м/с

Коэффициент стеснения лопастями сечения на выходе К2 принимаем равным 1,1

Угол выхода лопасти определяют таким образом, чтобы получить желаемое от-

 

ношение  =1,1. Из треугольников скоростей следует, что

,

.

Из приведенных выше уравнений находим:

.

Оптимальное число лопастей центробежного колеса можно определить по эмпирической формуле: 

 

 

 оптимальное  число лопаток  z = 7 .

Далее определяются поправочные коэффициенты для конечного числа лопастей:

= 0,6 + 0,6sin 17,270 = 0,778

;

 

 

Теоретический напор при бесконечном числе лопаток:

= (1+0,334) = 47,25м

С другой стороны,

 

Решая это уравнение относительно u2, получим

; где 

, тогда

Ширина канала колеса на выходе определяется по значению скорости :

;

 

 

 

Проверяем коэффициенты стеснения на входе и на выходе рабочего колеса:

;   ;

 

 

где - толщина лопасти: .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

 

1. Гидравлика, гидравлические машины  и гидравлические приводы. /Под. ред. Т. М. Башта: Машиностроение, 1982 – 423 с.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты  химической технологии: Учебник  для вузов. Изд.2-е, в 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы химической  технологии.- М.: Химия, 1995.- 400с.

3. Угинчус А.Л. Гидравлика и гидравлические  машины.- Харьков: ХГУ, 1970.-395 с.

4. Ломакин А.А. Центробежные и  осевые насосы. – М.: Машиностроение, 1966.-364с.

5. Чиняев И.А. Лопастные насосы.- Л.: Машиностроение, 1973-184 с.

6. Идельчик И.В. Справочник по  гидравлическим сопротивлениям.-М.: Машиностроение, 1979.-557 с.

7. Росляков А.И., Резанов К.Р. Гидромашины. Основы проектирования: Методические  

Рекомендации по выполнению расчётного задания. Алт. гос. техн. ун-т им. И.И.Ползунова, БТИ.- Бийск. Из-во Алт. гос. техн. ун-та, 2003.-44 с.