Гидравлический расчет трубопроводной сети. Подбор центробежного насоса.

Вариант №5

Выполнил:

Проверил:

Краснодар 2008г.

Расчетно-графическая работа №1

Расчетная трасса водопроводной сети представлена на рисунке 1 приложения 1.

Расчетные расходы:

Q2=Q3=Q4	11
Q5=Q6=Q7	15,5
Q8=Q9=Q10=Q11=Q12	20,5
q3-4=q5-6	1
q8-9=q10-11	1,5
Длина участков
L1-2=L2-3	30,5
L3-4=L5-6	20,5
L I-	40
L II-	50
L6-7	50,5
L2-8=L10-11=L11-12	51
L8-9=L9-10	15,5
Длина всасывания Lвс=	8,05
Диаметр емкостей
Д2=Д3	10
Давление
Р1=Ратм	1
Р2	1,5
Р3	1
Высота столба
Н1	7
Н2	8
Геодезические отметки
Насоса	30
емкости 2	42
емкости3	35
Температура воды	20

1.Расчет водопроводной сети

1.1 Определение расчетных расходов воды

Расчетный расход для любого участка определяется по формуле:

Q_pi = Q_тi + 0‚5Q_пi,

Путевой расход на участках 6-7, 2-3, 9-10, 10-11, определяется по формуле:

Q_пi = q_пi·L,

Данные расчётных расходов на участках водопроводной сети заносят в таблицу 1.1

Таблица 1.1 – Значения расчетных расходов, диаметров труб, скоростей, потерь напора на участках от диаметров труб по ГОСТу

№ Участка	Расход воды		Диаметр		скорость	Коэф. Скор	Удельное сопротивление	Потери напора
	М3/час	М3/с	м	Гост м	м/с		с2/м6	м
11.-12	20,5	0,005694	0,085171	0,08	1,133448	1	454	0,851002
10.-11	41	0,011389	0,12045	0,1	1,450814	1

	173	0,504606
9.-10	73,125	0,020313	0,16086	0,15	1,150035	1	30,7	0,225792
8.-9	116,875	0,032465	0,203364	0,2	1,033926	1	6,96	0,117562
8.-2	149	0,041389	0,229619	0,25	0,843595	1	2,19	0,031648
6.-7	15,5	0,004306	0,074059	0,08	0,856998	1	454	0,364238
6.-5	41,25	0,011458	0,120816	0,125	0,934183	1	76,4	0,009371
I	35,44974	0,009847	0,112001	0,125	0,802825	1	76,4	0,2379
II	31,55026	0,008764	0,105661	0,1	1,116428	1	173	0,014835
3.-4	88,25	0,024514	0,176714	0,175	1,019686	1	20,8	0,637271
2.-3	109,5	0,030417	0,196843	0,2	0,968684	1	6,96	0,190245
1.-2	269,5	0,074861	0,308811	0,3	1,059605	1	0,85	0,153948
0.-1	269,5	0,074861	0,398674	0,4	0,596028	1	0,186	0,005001

1.2 Определение диаметров трубопровода

Зная расчётные расходы по участкам водопроводной сети, определяем расчетные диаметры по формуле:

,

где d_pi - расчетный диаметр труб на расчетном участке, м;

Q_pi- расчетный расход воды на этом участке, м³/с;

V - скорость движения воды в трубопроводе, принимается V = 1м/с, для расчетного участка 0-1 скорость равна V= 0,7 м/с.

Значение расчетных диаметров d_pi и диаметров по ГОСТу d_гост для участков сети заносят в таблицу 1.1

1.3 Определение расчетных скоростей

После подбора диаметра по ГОСТу уточняют реальную скорость движения воды в трубопроводе по формуле:

,

Значение V_pi заносят в таблицу 1.1

1.4 Определение потерь напора на участках

Потери напора на участках нагнетательного трубопровода находят по формуле:

,

где - потери напора по длине на данном участке водопровода, м;

- коэффициент, учитывающий скорость движения воды на расчетном участке

– коэффициент, учитывающий местные потери напора на расчетном участке (К_м=1,05 1,10)

– удельное сопротивление на расчетном участке, определяемое в зависимости от d_гост и материала стенок труб, .

Потери напора во всасывающем трубопроводе 0-1, определяется по формуле:

,= 0,005 м

Величины потерь напора на участках водопроводной сети заносим в таблицу 1.1

1.5 Определение потерь напора

Птери напора в нагнетательном		1,884558
Геометрический напор		20
Геометрическая высота = 7	6,845852
Абсолютное давление		2
Геометрический напор		26,84585
Стаический напор		36,84585
Напор насоса		38,88456

Потери напора на участке 12-2 определяются по формуле:

.= 1,73м

1.6 Подбор центробежного насоса

По номенклатуре центробежных насосов подбирается марка соответствующего насоса Д 320-50 с характеристиками =0,0748 м³/с и =38,88м.

1.7 Характеристика водопроводной сети. Выбор рабочей точки насоса

Коэффициент водопроводной сети примет вид:

= 363,7828

Задаваясь значениями расхода водопроводной сети Q_i в пределах равных от (0.8 ÷ 1.4)·Q_H и подставляя в формулу (1.21) получим значения напора центробежного насоса Н_i для каждого расхода воды. Полученные данные Н_i и Q_i занесем в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 - Характеристика трубопроводной сети

Q1	0	0,059889	0,074861	0,089833	0,104806
H1	36,84585	38,15062	38,88456	39,78159	40,84172

На характеристику центробежного насоса Н = f(Q) (рисунок 1.1), нанесем в том же масштабе характеристику водопроводной сети Н₁=f(Q₁) полученную в результате расчета из (таблицы 1.2).

Точка пересечения характеристик насоса Н=f(Q) и водопроводной сети Н₁=f (Q₁) является рабочей точкой насоса. Она показывает, что данный центробежный насос, работая на водопроводную сеть, развивает напор Н_Н, создает подачу Q_H, затрачивая определенную мощность N_H, при КПД насоса - .

Рисунок 1.1 - Характеристика марки центробежного насоса

1–характеристика водопроводной сети; А– рабочая точка насоса.

1.8 Расчет электродвигателя

Расчетная мощность электродвигателя находится по формуле:

=5 Квт

Зная , частоту вращения насоса - n, условия работы насоса, характеристику окружающей среды подбирается электродвигатель для данного центробежного насоса.

Исходные данные для РГР №2

Расчетный расход нефтепродукта: Q₁ = 80+0,1^.N^.n, м³/ч;

Длина нагнетательного трубопровода: L_H = L_1-2 = 200+0.1^.N^.n, м;

Длина всасывающего трубопровода: L_ВС = 5+0,01^.N^.n, м;

Давление в емкостях: P₁ = Р_атм ; Р₂ = 2·Р_атм;

Высота столба жидкости в емкости 2: Н₂ = 8м;

Вязкость нефтепродукта: ν = 2. 10^-4 м²/с;

Плотность нефтепродукта: ρ = 850 кг/м³;

Геометрические отметки: Насоса = 20м;

Емкости 2 = 35м.

Q1 = 80+0,1.N.n, м3/ч;	80,5
LH = L1-2 = 200+0.1.N.n, м;

	200,5
LВС = 5+0,01.N.n, м;	5,05
P1 = Ратм ;	1
Р2 = 2·Ратм;	2

2. Трубопроводная сеть для перекачки вязкой жидкости

2.1 Гидравлический расчет трубопроводной сети

Расход жидкости определяется по формуле:

Q_pi = Q_тi, Данные расчетных расходов заносят в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Значения расчетных расходов, диаметров труб, скоростей, потерь напора на участках от диаметров труб по ГОСТу

№ Участка	Расход воды		Диаметр		скорость	Коэф. Скор	Удельное сопротивление	Потери напора
	М3/час	М3/с	м	Гост м	м/с		с2/м6	м
1.-2	80,5	0,022361111	0,168776455	0,2	0,712137297	0,9	6,96	0,560955411
0.-1	80,5	0,022361111	0,217889467	0,25	0,45576787	0,6	2,19	0,004378524

Потери напора на участках сети определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

где – коэффициент гидравлического трения по длине;

К_М- коэффициент, учитывающий местные потери напора

на расчетном участке (К_м=1,05 1,10)

L_i – длина данного участка, м.

Коэффициент гидравлического трения находится исходя из зоны гидравлического сопротивления. Для этого необходимо определить число Рейнольдса (Re) и абсолютную эквивалентную шероховатость стенок трубопровода.

Число Рейнольдса определяется по формуле:

Коэффициент гидравлического сопротивления для этого случая определяется по формуле Шифринсона:

.

Для нагнетательного трубопровода
Число Рейнольдса	1294795,085
Коэффициент гидравлического трения	0,021647886
Для всасывающего трубопровода
Число Рейнольдса	113941,9674
Коэффициент гидравлического трения	0,020473307

Полученные результаты заносятся в таблицу 2.1.

2.2 Определение напора насоса

Потери во всасывающем трубопроводе	0,004379	1 вариант
Птери напора в нагнетательном		0,560955
Геометрический напор		18
Геометрическая высота = 7	6,995621
Абсолютное давление		3
Геометрический напор		24,99562
Стаический напор		44,99562
Напор насоса		45,56096
Коэффициент водопроводной сети		1130,624

2.3 Подбор центробежного насоса

По номенклатуре центробежных насосов по таблице приложения подбирается марка соответствующего насоса с характеристиками =0,022 м³/с и =45,56 м. Зная марку насоса К 90-55 выбираются графические характеристики центробежного насоса (рисунок 2.1). Используя значения и , выбираем из рисунка 2.1 значения H, N, , где верхние линии для не обточенного рабочего колеса, средние линии частично обточенного и нижние линии для обточенного рабочего колеса.

Рисунок 2.1 - Характеристика марки центробежного насоса

2.3 Пересчет характеристик центробежного насоса

Так как вязкость перекачиваемой жидкости , больше вязкости воды, необходимо пересчитать характеристики насоса с воды на вязкую жидкость по формулам:

,

,

,

где - коэффициенты пересчета характеристик насоса с воды на вязкие жидкости. Принимаются по рисунку 2.2 в зависимости от числа Рейнольдса, которое определяется по формуле:

,

где - подача насоса при максимальном КПД на воде

(принимаются из рисунка 2.1), = 0,025м³/с;

- эквивалентный диаметр, м;

- кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

Рисунок 2.2 – Коэффициенты пересчета характеристик насоса с воды на вязкие жидкости

Эквивалентный диаметр определяется по формуле:

где – внешний диаметр рабочего колеса (Д₂ = 200 ÷ 300 мм), м

– ширина лопатки рабочего колеса на внешнем диаметре, принимается по паспортным данным насоса (=15÷20 мм), м;

- коэффициент стеснения, .

Число Re на вязкую жидкость	931,695
Дэ	0,134164

Пересчет характеристик ведется в табличной форме (таблица 2.2)

Потребная мощность определяется по соответствующим показателям работы насоса на вязкой жидкости таблица 2.2 по значениям расхода, напора и коэффициента полезного действия:

Результаты вычислений заносятся в таблицу 2.3

Расход при мах КПД	0,025
Напор при МАХ КПД	42
МАХ КПД	0,71
Коэффициент Kq	0,85
Коэффициент Kh	0,9
Коэффициент Kn	0,58

Таблица 2.2 – Показатели работы насоса на воде и вязкой жидкости

Подача насоса, м3/с			Напор насоса, м			КПД насоса
Q	KQ	Q	Hh	Kh	H	n	Kn	n
0,02	0,85	0,017	50,4	0,9	45,36	0,852	0,58	0,49416
0,025	0,85	0,02125	42	0,9	37,8	0,71	0,58	0,4118
0,03	0,85	0,0255	33,6	0,9	30,24	0,568	0,58	0,32944

Таблица 2.3 – Потребная мощность определяется по соответствующим показателям работы насоса на вязкой жидкости

Qi

0,017

0,02125

	0,0255
Ni	1,560466	1,950583	2,340699

На характеристики насоса на воде наносятся пересчитанные характеристики этого насоса при работе на вязкой жидкости рисунок. 2.4.

Рисунок 2.4 – Характеристика трубопроводной сети и работы насоса на вязкой жидкости

4. Построение характеристики трубопроводной сети

Характеристика трубопроводной сети определяется по формуле:

,

Из уравнения коэффициент трубопроводной сети примет вид:

.

Задаваясь значениями расхода вязкой жидкости Q_i в пределах равных от (0.8 ÷ 1.4)·Q_H и подставляя в формулу получим значения напора центробежного насоса Н_i для каждого расхода вязкой жидкости. Полученные данные Н_i и Q_i занесем в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Характеристика трубопроводной сети на вязкую жидкость

Q1	0	0,017889	0,022361	0,026833	0,031306
H1	44,99562	45,35744	45,56096	45,8097	46,10368

На характеристику центробежного насоса Н = f(Q) (рисунок 2.4), нанесем в том же масштабе характеристику трубопроводной сети на вязкую жидкость Н₁=f(Q₁) полученную в результате расчета из (таблицы 2.4).

Точка пересечения характеристик насоса Н=f(Q) и трубопроводной сети на вязкую жидкость Н₁=f (Q₁) является рабочей точкой насоса. Она показывает, что данный центробежный насос, работая на трубопроводную сеть, развивает напор Н_Н, создает подачу Q_H, затрачивая определенную мощность N_H, при КПД насоса - .

4. Расчет электродвигателя

Расчетная мощность электродвигателя находится по формуле:

=4,9Квт

Зная , частоту вращения насоса - n, условия работы насоса, характеристику окружающей среды подбирается электродвигатель для данного центробежного насоса.