Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра « Процессы и аппараты химической технологии»
Расчетное задание

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

РАСЧЕТ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ
Задание выполнила

студентка С.С. Ковальчук

Преподаватель

канд. техн. наук, доцент

А.В. Сугак
2010


Введение
Насосные установки широко применяются во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Это предусматривает знание теоретических основ гидравлики и умение выполнять практические гидравлические расчеты для широкого курса специалистов.

Задание охватывает «Расчет насосной установки» охватывает комплекс наиболее важных прикладных расчетов в области гидравлики и рекомендуется для выполнения студентами, изучающими курс «Процессы и аппараты химической технологии».

Приступая к выполнению задания, следует внимательно изучить его содержание, ознакомиться с научно – технической и учебной литературой.

При выполнении расчетного задания необходимо руководиться следующей методикой:

1)                           Изобразить схему насосной установки в соответствии с принятым вариантом;

2)                           выполнить расчет трубопровода, построить расчетную характеристику сети в координатах: потребный напор Н, расход жидкости V;

3)                           Осуществить подбор насоса и нанести характеристики насоса на график с изображением характеристики сети;

4)                           Рассчитать мощность на валу насоса, номинальную мощность электродвигателя насосной установки [1].



1. Расчетное задание
Начальные данные :

жидкость вода;

температура t – 40 С^о;

расход V_ж – 10 л/с – 0,01 м³/с;

геометрический напор Н_г – 25 м;

давление в резервуарах – Р₁= 0,1 МПа, Р₂= 0,15 МПа;

общая длина трубопровода L – 150 м.

Местные сопротивления на трубопроводе ξ:

На всасывающей линии:

заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) 1 шт.=4,3;

плавный поворот (отвод) 2 шт.=0,14*2=0,28;

На напорной линии:

задвижка (или вентиль) 1 шт. = 0,5;

плавный поворот (отвод) 2 шт. = 0,14*2 = 0,28;

выход из трубы (в аппарат Б) 1 шт. = 1.

Число оборотов рабочего колеса n = 3000 об/мин.


Рисунок 1. Схема насосной установки.


2. Гидравлический расчет трубопровода
2.1 Выбор диаметра трубы
Диаметр трубы рассчитывают по формуле



                 (1)
гдеd – диаметр трубы (расчетный), м;

V – заданный расход жидкости, м³ / с;

W – средняя скорость жидкости, м/с.

Расчет по (1) выполняют отдельно для всасывающей линии и напорной, при этом W принимают для всасывающей линии 0,8 м/с, для напорной 1,5 м/с.

Расчет

Действительный диаметр трубы равен
d₁=159 x 5.0 мм

d₂=108 x 5.0 мм
По принятому действительному диаметру трубы уточняют среднюю скорость жидкости


                               (2)                


2.2 Определение высоты установки насоса (высота всасывания)
Допустимую высоту всасывания рассчитывают по формуле
                 (3)
где- допустимая высота всасывания, м;

Р₁ – заданное давление в расходном резервуаре, Па;

Р_н.п. – давление насыщенных паров жидкости при заданной температуре, Па;

Ƿ - плотность жидкости, кг/м³;

 - потери напора во всасывающей линии, м;

 - допустимый кавитационный запас, м.
Определение допустимого кавитационного запаса

Критический запас
                        (4)        
где V – производительность насоса (заданный расход жидкости), м³/с;

n – частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин.



Допустимый кавитационный запас увеличивают по сравнению с критическим на 20…30 %

Расчет потерь напора во всасывающей линии

Расчет выполняется по принципу сложения потерь напора
                (5)   
гдеλ – коэффициент трения;

l₁ – длина всасывания линии, м;

d₁ – диаметр всасывающей трубы, м;

ξ_обр.кл. ξ_п.п. – коэффициенты местных сопротивлений;

w₁ – скорость жидкости во всасывающей линии, м/с.

Коэффициент трения зависит от критерия Рейнольдса Re и относительной шероховатостью
λ = f(Re,E)                            (6)     
Критерий Ренольдса вычисляют по формуле
                           (7)            
гдеρ – плотность жидкости, кг/м³;

μ – коэффициенты динамической вязкости, Па.с.

Относительная шероховатость (гладкость) вычисляют по формуле
                        (8)    
где е – величина эквивалентной шероховатости.

При расчете критерия Ренольдса мы показали что режим турбулентный, а значит коэффициент трения выбирается по графику Г.А. Мурина

λ=0,0215

Рассчитываем потери напора по формуле (5)

Далее рассчитываем допустимую высоту всасывания по формуле (3)





насос трубопровод мощность электродвигатель


Величина l₁ по заданию связана с определенной величиной h_вс.. Поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений. Для этого необходимо:

- задаться величиной l_1с м;

- определить h_п.вс.;

- вычислить h_вс ;

- проверить условие l₁=h_dc+3 м
9=6.214+3 м

9=9.2 м
Отклонение меньше чем 10% поэтому расчет верный.
2.3. Построение кривой потребного напора (характеристики сети)
Потребный напор Н_потр – напор в начале трубопровода, обеспечивающий заданный расход жидкости. Зависимость потребного напора от расхода Н_потр=f(V) называется кривой потребного напора, или характеристикой сети. Потребный напор вычисляют по формуле
          (9)
гдеН_г – геометрическая высота подъема жидкости, м;

Р_1, Р₂ – давление в резервуарах соответственно напорном и расходном, Па;

 - сумма коэффициентов местных сопротивлений на всем трубопроводе.

Сумма местных сопротивлений



где ξ_об.кл – заборное устройство (обратный клапан с защитной сеткой) ;

      ξ_п.п – плавный поворот (отвод);

      ξ_зд – задвижка (или вентиль);

      ξ_вых – выход из трубы (в аппарат Б).

Первые два слагаемых в (1.9.) не зависят от расхода. Их сумма называется статическим напором Н_ст
                   (10)     


В случае турбулентного режима, допуская квадратичный закон сопротивления (λ=const), можно считать постоянной величиной следующие выражение:
                (11)     

 м
С учетом предыдущих формул, выражение для потребного напора можно представить как
 



Для построения кривой потребного напора необходимо задаться несколькими значениями расхода жидкости, причем как меньше заданного расхода, так и большего его, а так же равным заданному.
Таблица 1 Характеристика сети

	V1	V2	V3	V4	V5	V6
V2	0	0.005	0.01	0.015	0.02	0.025
Нпотр	30	30.87	33.498	37.87	43.99	51.86

3. Подбор насоса
Исходными параметрами для подбора насоса являются его производительность, соответствующая заданному расходу жидкости и потребный напор Н_потр . Вычисляют удельную частоту вращения по формуле:
 ,
где n – частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин

По удельной частоте вращения n_у определяют тип насоса

13…25 – центробежный тихоходный

Пользуясь сводным графиком [3] подачи и напоров для данного типа насоса, определяем марку насоса. Для этого на график наносят точку с координатами V_зад, Н_потр .

Для расхода V=0,01м³/с и напора Н_потр=33,49, марка насоса 3К9 n=2900 об/мин.

После выбора марки насоса главную характеристику необходимо перенести на график с характеристической сети. На поле того же графика переносят кривую КПД ή = f(V).По полученным параметрам вычисляют мощность на валу насоса [кВт]
 кВт,
гдеN_в – мощность на валу, кВт;

     ρ – плотность жидкости, кг/м³;

     V – производительность насоса (заданный расход жидкости) м³/с;              

     Н – напор насоса, м;

      ή - КПД насоса.
кВт
Полагая, что для лопастных насосов промежуточная передача между двигателями и насосом отсутствует, а КПД соединительной муфты можно принять равным 0,96, определяют номинальную мощность двигателя
кВт

 кВт
где ή_дв – КПД.

Для предварительной оценки N_дв можно приближенно принять Ƞ_дв=0,8.

С учетом возможности пусковых перегрузок при включении насоса в работу установочную мощность двигателя принимают больше номинальной
  кВт,
где - коэффициент запаса мощности.
 кВт




Вывод
1.                             В результате расчета был вычислен диаметр трубопровода на всасывающей линии d₁ = 159 x 5.0 мм и на напорной линии d₂ = 108 x 5.0 мм;

2.                             была построена характеристическая сеть;

3.                             вычислили удельную частоту вращения;

4.                             выбрали тип насоса по удельной частоте;

5.                             выбрали марку насоса 3К9, число оборотов рабочего n = 2900 об/мин.



Список использованных источников
1.         Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. – Л.: Химия, 1981. – 560 с.

2.         Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – Москва 2005. – 750 с.

3.         Туркин В.В. Расчет насосной установки. – Ярослав. политехн. ин-т. Ярославль, 1991. – 19 с.

Размещено на Allbest.ru