Выбор центробежного насоса
Содержание
Введение
Исходные данные курсовой работы на
тему «Выбор центробежного насоса»
Определение требуемого напора насоса
Нтр
.1 Расчетная формула определения Нтр
2.2 Определение диаметров
всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станции
2.3 Уточнение диаметра труб и
скорости движения воды
.4 Определение коэффициента
гидравлического трения λ
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
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.
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 Σξвс
= 8 и для нагнетательного - Σξн
= 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:
1)произвести
выбор марки центробежного насоса;
2)определить
рабочие параметры насоса, работающего на заданную водопроводную сеть;
3)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:
- 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
.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
λ - 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 λвс, λн -
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)
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 λвс и
нагнетательного λн
трубопроводов.
.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;
Σξвс = 8;
Σξн = 12;
t =10 °С.
Из формулы неразрывности потока жидкости
Q = v · ω
= const м3/с;
(12)
где Q
- подача, м3/с;
V - скорость, м/с;
ω - 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).
.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
.4 Определение коэффициента
гидравлического трения λ
Значение коэффициента
гидравлического трения λ 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;
ν -
коэффициент кинематической вязкости воды, м2/с, по условию примера ν = 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 λ
для всасывающего трубопровода
для нагнетательного трубопровода
.5 Требуемый напор насоса λ
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
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; ηр = 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
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 ηр.
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;
ηр = 70 %.
Мощность на валу насоса для рабочей точки можно
определить также по формуле
 кВт; (20)
где γ - удельный
вес перекачиваемой жидкости, кН/м3;
для воды γ = 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;
ηр - КПД насоса,
соответствующий рабочей точке А;
ηр = 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.
2.
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.
3.
Гидравлика,
гидромашины и гидроприводы / Т. М. Башта, С. С. Руднев,
Б. Б. Некрасов и др. - М: Машиностроение, 1982.
4.
Калекин
А. А. Выбор центробежного насоса. - Орел, 2002.
Похожие работы на - Выбор центробежного насоса
|