Контрольна робота: Розрахунок насосної установки. Розрахунок насосної установки Розрахунок насосної установки

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Федеральне агентство з освіти

Державна освітня установа вищої

професійної освіти

"Ярославський державний технічний університет"

Кафедра « Процеси та апарати хімічної технології»

Розрахункове завдання

з дисципліни «Процеси та апарати хімічної технології»

РОЗРАХУНОК НАСОСНОЇ УСТАНОВКИ

Завдання виконала

студентка С.С. Ковальчук

Викладач

канд. техн. наук, доцент

А.В. Сугак

Вступ

Насосні установки широко застосовуються у всіх галузях народного господарства: у промисловості, у будівництві, на транспорті, у сільському господарстві. Це передбачає знання теоретичних засадгідравліки та вміння виконувати практичні гідравлічні розрахунки для широкого курсу спеціалістів.

Завдання охоплює «Розрахунок насосної установки» охоплює комплекс найважливіших прикладних розрахунків у галузі гідравліки та рекомендується для виконання студентами, які вивчають курс «Процеси та апарати хімічної технології».

Приступаючи до виконання завдання, слід уважно вивчити його зміст, ознайомитися з науково-технічною та навчальною літературою.

При виконанні розрахункового завдання необхідно керуватися наступною методикою:

1) Зобразити схему насосної установки відповідно до прийнятого варіанта;

2) виконати розрахунок трубопроводу, побудувати розрахункову характеристику мережі у координатах: потрібний напір Н, витрата рідини V;

3) Здійснити підбір насоса та нанести характеристики насоса на графік із зображенням характеристики мережі;

1. Розрахункове завдання

Початкові дані:

рідина вода;

температура t - 40 С;

витрата V ж – 10 л/с – 0,01 м 3 /с;

геометричний напір Н г – 25 м;

тиск у резервуарах – Р 1 = 0,1 МПа, Р 2 = 0,15 МПа;

загальна довжина трубопроводу L – 150 м.

Місцеві опори на трубопроводі?

На всмоктувальній лінії:

забірний пристрій (зворотний клапан із захисною сіткою) 1 шт.=4,3;

плавний поворот (відведення) 2 шт. = 0,14 * 2 = 0,28;

На напірній лінії:

засувка (або вентиль) 1 шт. = 0,5;

плавний поворот (відведення) 2 шт. = 0,14 * 2 = 0,28;

вихід із труби (в апарат Б) 1 шт. = 1.

Число оборотів робочого колеса n = 3000 об/хв.

1. Схема насосної установки.

2. Гідравлічний розрахунок трубопроводу

2.1 Вибір діаметра труби

Діаметр труби розраховують за формулою

де d - Діаметр труби (розрахунковий), м;

V - задана витрата рідини, м3/с;

W – середня швидкість рідини, м/с.

Розрахунок (1) виконують окремо для всмоктувальної лінії і напірної, при цьому W приймають для всмоктувальної лінії 0,8 м/с, для напірної 1,5 м/с.

Дійсний діаметр труби дорівнює

d 1 = 159 x 5.0 мм

d 2 = 108 x 5.0 мм

За прийнятим дійсним діаметром труби уточнюють середню швидкість рідини

2.2 Визначення висоти установки насоса (висота всмоктування)

Допустиму висоту всмоктування розраховують за формулою

де-допустима висота всмоктування, м;

Р 1 - заданий тиск у видатковому резервуарі, Па;

Р н.п. - тиск насиченої пари рідини при заданій температурі, Па;

Втрати напору у всмоктувальній лінії, м;

Допустимий кавітаційний запас, м.

Визначення припустимого кавітаційного запасу

Критичний запас

де V - продуктивність насоса (задана витрата рідини), м3/с;

n - частота обертання робочого колеса насоса, об/хв.

Допустимий кавітаційний запас збільшують у порівнянні з критичним на 20…30 %

Розрахунок втрат напору у всмоктувальній лінії

Розрахунок виконується за принципом складання втрат напору

де? - коефіцієнт тертя;

l 1 - Довжина всмоктування лінії, м;

d 1 - діаметр всмоктувальної труби, м;

обр.кл. ? п.п. - Коефіцієнти місцевих опорів;

w 1 - швидкість рідини у всмоктувальній лінії, м/с.

Коефіцієнт тертя залежить від критерію Рейнольдса Re та відносною шорсткістю

Критерій Ренольдса обчислюють за формулою

де? - Щільність рідини, кг/м 3 ;

Коефіцієнти динамічної в'язкості, Па.с.

Відносна шорсткість (гладкість) обчислюють за формулою

де е – величина еквівалентної шорсткості.

При розрахунку критерію Ренольдса показали що режим турбулентний, отже коефіцієнт тертя вибирається за графіком Г.А. Муріна

Розраховуємо втрати напору за формулою (5)

насос трубопровід потужність електродвигун

Величина l 1 за завданням пов'язана з певною величиною h нд. . Тому розрахунок виконують шляхом послідовних наближень. Для цього необхідно:

Задатися величиною l 1 м;

Визначити h п.нд. ;

Обчислити h нд;

Перевірити умову l 1 =h dc +3 м

Відхилення менше ніж 10% тому розрахунок є вірним.

2.3. Побудова кривої потрібного тиску (характеристики мережі)

Потрібний напір Н потр - напір на початку трубопроводу, що забезпечує задану витрату рідини. Залежність необхідного тиску від витрати Н потр =f(V) називається кривою необхідного тиску, або характеристикою мережі. Потрібний натиск обчислюють за формулою

деН г - геометрична висота підйому рідини, м;

Р 1, Р 2 - тиск у резервуарах відповідно напірному та видатковому, Па;

Сума коефіцієнтів місцевих опорів по всьому трубопроводі.

Сума місцевих опорів

де? об.кл - забірний пристрій (зворотний клапан із захисною сіткою);

П.п – плавний поворот (відведення);

Зд – засувка (або вентиль);

Вих - вихід із труби (в апарат Б).

Перші два складові (1.9.) не залежать від витрати. Їхня сума називається статичним натиском Н ст

Що стосується турбулентного режиму, допускаючи квадратичний закон опору (?=const), вважатимуться постійної величиною такі вираз:

З урахуванням попередніх формул, вираз для потрібного напору можна представити як

Для побудови кривої потрібного напору необхідно задатись кількома значеннями витрати рідини, причому як менше заданої витрати, так і більшої його, а так само рівним заданому.

Таблиця 1 Характеристика мережі

3. Підбір насосу

Вихідними параметрами для підбору насоса є його продуктивність, що відповідає заданій витраті рідини та потрібний напір Н потр. Обчислюють питому частоту обертання за такою формулою:

де n - частота обертання робочого колеса насоса, об/хв

За питомою частотою обертання n у визначають тип насоса

13…25 - відцентровий тихохідний

Користуючись зведеним графіком подачі та напорів для цього типу насоса, визначаємо марку насоса. Для цього графік наносять точку з координатами V зад, Н потр.

Для витрати V = 0,01 м 3 /с і напору Н потр = 33,49 марка насоса 3К9 n = 2900 об / хв.

Після вибору марки насоса головну характеристику необхідно перенести на графік із характеристичної мережі. На полі того ж таки графіка переносять криву ККД? = f(V). За отриманими параметрами обчислюють потужність на валу насоса [кВт]

деN - потужність на валу, кВт;

Щільність рідини, кг/м3;

V - продуктивність насоса (задана витрата рідини) м3/с;

Н – напір насоса, м;

ККД насоса.

Вважаючи, що для лопатевих насосів проміжна передача між двигунами та насосом відсутня, а ККД сполучної муфти можна прийняти рівним 0,96, визначають номінальну потужність двигуна

де? дв - ККД.

Для попередньої оцінки N дв можна прийняти приблизно? дв = 0,8.

З урахуванням можливості пускових перевантажень при включенні насоса в роботу настановну потужність двигуна приймають більше за номінальну

де - Коефіцієнт запасу потужності.

1. В результаті розрахунку був обчислений діаметр трубопроводу на всмоктувальній лінії d 1 = 159 x 5.0 мм і напірної лінії d 2 = 108 x 5.0 мм;

2. була побудована характеристична мережа;

3. обчислили питому частоту обертання;

4. вибрали тип насоса за питомою частотою;

5. вибрали марку насоса 3К9, число оборотів робочого n = 2900 об/хв.

Список використаних джерел

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Приклади та завдання з курсу процесів та апаратів. – Л.: Хімія, 1981. – 560 с.

2. Касаткін А.Г. Основні процеси та апарати хімічної технології. – Москва 2005. – 750 с.

3. Туркін В.В. Розрахунок насосної установки. - Ярославе. політехн. ін-т. Ярославль, 1991. – 19 с.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Визначення швидкості руху середовища у нагнітальному трубопроводі. Розрахунок повного гідравлічного опору мережі та напору насосної установки. Визначення потужності відцентрового насоса та стандартного діаметра трубопроводу. Вибір насоса марки.

контрольна робота , доданий 03.01.2016


Розрахунок внутрішнього діаметра трубопроводу, швидкість руху рідини. Коефіцієнт гідравлічного тертя, що залежить від режиму руху рідини. Визначення величини втрат. Розрахунок потрібного тиску. Побудова робочої характеристики насосної установки.

контрольна робота , доданий 04.11.2013


Складання принципової схеминасосної установки. Гідравлічний розрахунок трубопровідної системи. Втрати напору в трубопроводах всмоктування та нагнітання. Вибір марки насоса. Визначення робочої точки та параметрів режиму роботи насосної установки.

контрольна робота , доданий 22.10.2013


Проведення гідравлічного розрахункутрубопроводу: вибір діаметра труби, визначення допустимого кавітаційного запасу, розрахунок втрат із всмоктувальної лінії та графічна побудова кривої потрібного напору. Вибір оптимальних параметрів насосної установки.

курсова робота , доданий 23.09.2011


Консольні насоси: пристрій, принцип роботи та різновиди. Визначення параметрів робочої точки насосної установки. Визначення мінімального діаметра всмоктуючого трубопроводу за умови відсутності кавітації. Регулює подачу насосної установки.

курсова робота , доданий 23.01.2013


Вибір підземного та наземного обладнання ШСНУ для свердловин. Встановлення параметрів роботи штангової насосної свердловинної установки. Визначає її об'ємну продуктивність, глибину спуску насоса. Вибір типу електродвигуна та розрахунок його потужності.

контрольна робота , доданий 28.04.2016


Загальні втрати напору у трубопроводі. Визначення висоти всмоктування з резервуару, витрати циркуляції рідини, діаметра самопливного трубопроводу та показань дифманометра витратометра. Необхідний тиск насоса та потужність. Побудова параметрів мережі.

курсова робота , доданий 23.04.2014


Напірна характеристика насоса (напір, подача, потужність валу). Графік потрібного тиску гідравлічної мережі. Розрахунок стандартного гідроциліндра, діаметра трубопроводу та втрати тиску в гідроприводі. Вибір насоса за витратою рідини та даним тиском.

контрольна робота , доданий 08.12.2010


Розрахунок водопровідної мережівизначення розрахункових витрат води та діаметрів трубопроводу Втрати натиску на ділянках нагнітального трубопроводу, характеристика водопровідної мережі, вибір робочої точки насоса. Вимірювання розрахункової потужності електродвигуна.

контрольна робота , доданий 27.09.2009


Підбір оптимального варіантанасоса для подачі зрошення колони К-1 із ємності Е-1. Теплофізичні параметри рідини, що перекачується. Схема насосної установки Розрахунок напору насоса, побудова "робочої точки". Конструкція та принцип дії насоса.

• Основні принципи підбору насосів
  • Технологічні та конструктивні вимоги
  • Характер середовища, що перекачується
  • Основні розрахункові параметри
  • Області застосування (підбору) насосів по створеному натиску
  • Області застосування (підбору) насосів за продуктивністю
• Основні розрахункові параметри насосів (продуктивність, тиск, потужність)
• Розрахунок продуктивності для різних насосів. Формули
  • Поршневі насоси
  • Шестерні насоси
  • Гвинтові насоси

Розрахунок напору насоса

Розрахунок споживаної потужності насоса

Гранична висота всмоктування (для відцентрового насосу)

Приклади завдань з розрахунку та підбору насосів з рішеннями

• розрахунок об'ємного коефіцієнта корисної дії плунжерного насоса
• розрахунок необхідної потужності електродвигуна двопоршневого насоса
• розрахунок величини втрати напору трипоршневого насоса
• розрахунок об'ємного коефіцієнта корисної дії гвинтового насоса
• розрахунок напору, витрати та корисної потужності відцентрового насоса
• розрахунок доцільності перекачування води відцентровим насосом
• розрахунок коефіцієнта подачі шестерного (шестеренного) насоса
• визначити, чи задовольняє цей насос вимогам щодо пускового моменту
• розрахунок корисної потужності відцентрового насоса
• розрахунок граничного підвищення витрат насоса

Основні принципи підбору насосів

Вибір насосного обладнання – відповідальний етап, від якого залежатимуть як технологічні параметри, так і експлуатаційні якості установки, що проектується. При виборі типу насоса можна виділити три групи критеріїв:

1) Технологічні та конструктивні вимоги

2) Характер середовища, що перекачується

3) Основні розрахункові параметри

Технологічні та конструктивні вимоги:

У деяких випадках вибір насоса може диктуватися строгими вимогами щодо ряду конструктивних або технологічних параметрів. Відцентрові насоси, на відміну від поршневих, можуть забезпечувати рівномірну подачу середовища, що перекачується, у той час як для виконання умов рівномірності на поршневому насосі доводиться значно ускладнювати його конструкцію, розташовуючи на колінчастому валі кілька поршнів, що здійснюють зворотно-поступальні рухи з певним відставанням. . У той же час подача середовища, що перекачується дискретними порціями заданого обсягу також може бути технологічною вимогою. Прикладом визначальних конструктивних вимог може бути використання занурювальних насосів у тих випадках, коли необхідно або єдино можливо розташувати насос нижче рівня рідини, що перекачується.

Технологічні та конструктивні вимоги до насоса рідко є визначальними, а діапазони відповідних типів насосів для різних специфічних випадків застосування відомі виходячи з накопиченого людством досвіду, тому в досконалому їх перерахуванні немає потреби.

Характер середовища, що перекачується:

Характеристики середовища, що перекачується, часто стають визначальним фактором у виборі насосного обладнання. Різні типи насосів підходять для перекачування найрізноманітніших середовищ, що відрізняються за в'язкістю, токсичністю, абразивністю та багатьма іншими параметрами. Так гвинтові насоси здатні перекачувати в'язкі середовища з різними включеннями, не пошкоджуючи структуру середовища, і можуть успішно застосовуватися в харчовій промисловості для перекачування джемів і паст з різними наповнювачами. Корозійні властивості середовища, що перекачується, визначають матеріальне виконання вибирається насоса, а токсичність – рівень його герметизації.

Основні розрахункові параметри:

Вимоги з експлуатації, що пред'являються різними галузями, можуть задовольняти кілька типів насосів. У такій ситуації перевага надається тому типу насосів, який найбільше застосовується при конкретних значеннях основних розрахункових параметрів (продуктивність, натиск і споживана потужність). Нижче наведені таблиці, в загальних рисахвідбивають межі застосування найпоширеніших типів насосів.

Області застосування (підбору) насосів по створеному натиску

До 10 м	Від 10	Від 100	Від 1000	Від 10 000 м
Одноступінчасті відцентрові
		Багатоступінчасті відцентрові
Осьові (Натиск до 20-30 м)
	Поршневі
	Гвинтові
			Плунжерні
Вихрові

Області застосування (підбору) насосів за продуктивністю

До 10 м3/год	Від 10	Від 100 до 1000 м3/год	Від 1 000 до 10 000 м3/год	Від 10 000 м 3 /год
Одноступінчасті відцентрові
		Багатоступінчасті відцентрові
		Осьові
Поршневі
Гвинтові
Плунжерні
	Вихрові

Тільки насос, що відповідає всім трьом групам критеріїв, може гарантувати тривалу і надійну експлуатацію.

Основні розрахункові параметри насосів

Незважаючи на різноманіття машин для перекачування рідин і газів, можна виділити ряд основних параметрів, що характеризують їхню роботу: продуктивність, потужність, що споживається, і напір.

Продуктивність(Подача, витрата) - обсяг середовища, що перекачується насосом в одиницю часу. Позначається літерою Q і має розмірність м 3 /годину, л/сек і т.д. У величину витрати входить тільки фактичний обсяг рідини, що переміщається без урахування зворотних витоків. Відношення теоретичного та фактичного витрат виражається величиною об'ємного коефіцієнта корисної дії:

Однак у сучасних насосах завдяки надійній герметизації трубопроводів і з'єднань фактична продуктивність збігається з теоретичною. Найчастіше підбір насоса йде під конкретну систему трубопроводів, і величина витрати задається заздалегідь.

Напір – енергія, що повідомляється насосом середовищі, що перекачується, віднесена до одиниці маси середовища, що перекачується. Позначається літерою H та має розмірність метри. Варто уточнити, що напір не є геометричною характеристикою і не є висотою, на яку насос може підняти середовище, що перекачується.

споживана потужність(Потужність на валу) - Потужність, що споживається насосом при роботі. Споживана потужність відрізняється від корисної потужності насоса, яка витрачається безпосередньо на повідомлення енергії середовищі, що перекачується. Частина споживаної потужності може губитися через протікання, тертя в підшипниках і т.д. Коефіцієнт корисної дії визначає співвідношення між цими величинами.

Для різних типівнасосів розрахунок цих характеристик може відрізнятися, що пов'язано з відмінностями у їх конструкції та принципах дії.

Розрахунок продуктивності для різних насосів

Все різноманіття типів насосів можна розділити на дві основні групи, розрахунок продуктивності яких має важливі відмінності. За принципом дії насоси поділяють на динамічні та об'ємні. У першому випадку перекачування середовища відбувається за рахунок впливу на неї динамічних сил, а в другому – за рахунок зміни об'єму робочої камери насоса.

До динамічних насосів відносяться:

1) Насоси тертя (вихрові, шнекові, дискові, струменеві тощо)
2) Лопатеві (осьові, відцентрові)
3) Електромагнітні

До об'ємних насосів належать:
1) Поворотно-поступальні (поршневі та плунжерні, діафрагмові)
2) Роторні
3) Крильчаті

Нижче будуть наведені формули розрахунку продуктивності для типів, що найчастіше зустрічаються.

Основним робочим елементом поршневого насоса є циліндр, у якому рухається поршень. Поршень здійснює зворотно-поступальні рухи за рахунок кривошипно-шатунного механізму, що забезпечує послідовну зміну об'єму робочої камери. За один повний оборот кривошипа з крайнього становища поршень здійснює повний хід уперед (нагнітання) і назад (всмоктування). При нагнітанні в циліндрі поршнем створюється надлишковий тиск, під дією якого всмоктуючий клапан закривається, а нагнітальний клапан відкривається, і рідина, що перекачується, подається в нагнітальний трубопровід. При всмоктуванні відбувається зворотний процес, при якому в циліндрі створюється розрядження за рахунок руху поршня назад, нагнітальний клапан закривається, запобігаючи зворотному струму середовища, що перекачується, а всмоктуючий клапан відкривається і через нього відбувається заповнення циліндра. Реальна продуктивність поршневих насосів дещо відрізняється від теоретичної, що пов'язано з рядом факторів, таких як витікання рідини, дегазація розчинених у рідині, що перекачується газів, запізнювання відкриття і закриття клапанів і т.д.

Для поршневого насоса простої дії формула витрати буде виглядати так:

Q = F·S·n·η V

Q – витрата (м 3 /с)
S – довжина ходу поршня, м

Для поршневого насоса подвійної дії формула розрахунку продуктивності буде дещо відрізнятися, що пов'язано з наявністю штока поршня, що зменшує об'єм однієї з робочих камер циліндра.

Q = F · S · n + (F-f) · S · n = (2F-f) · S · n

Q - витрата, м 3 / с
F – площа поперечного перерізу поршня, м 2
f – площа поперечного перерізу штока, м 2
S – довжина ходу поршня, м
n - частота обертання валу, с -1
η V – об'ємний коефіцієнт корисної дії

Якщо знехтувати обсягом штока, то загальна формула продуктивності поршневого насоса буде виглядати так:

Q = N·F·S·n·η V

Де N – кількість дій, що здійснюються насосом за один оборот валу.

У разі шестерних насосів роль робочої камери виконує простір, що обмежується двома сусідніми зубцями шестерень. Дві шестерні із зовнішнім або внутрішнім зачепленням розміщуються у корпусі. Всмоктування середовища, що перекачується в насос відбувається за рахунок розрядження, створюваного між зубами шестерень, що виходять з зачеплення. Рідина переноситься зубами в корпусі насоса, потім видавлюється в нагнітальний патрубок в момент, коли зуби знову входять в зачеплення. Для протоки середовища, що перекачується в шестеренних насосах передбачені торцеві і радіальні зазори між корпусом і шестернями.

Продуктивність шестеренного насоса може бути розрахована наступним чином:

Q = 2·f·z·n·b·η V

f – площа поперечного перерізу простору між сусідніми зубцями шестерні, м 2
z – число зубів шестерні
b – довжина зуба шестерні, м
n - частота обертання зубів, с -1
η V – об'ємний коефіцієнт корисної дії

Існує також альтернативна формула розрахунку продуктивності шестеренного насоса:

Q = 2·π·D Н ·m·b·n·η V

Q – продуктивність шестерного насоса, м 3 /с
D Н – початковий діаметр шестерні, м
m – модуль шестерні, м
b – ширина шестерні, м
n - частота обертання шестерні, с -1
η V – об'ємний коефіцієнт корисної дії

У насосах даного типу перекачування середовища забезпечується за рахунок роботи гвинта (одногвинтовий насос) або кількох гвинтів, що знаходяться в зачепленні, якщо йдеться про багатогвинтові насоси. Профіль гвинтів підбирається таким чином, щоб область нагнітання насоса була ізольована від всмоктування. Гвинти розташовуються в корпусі таким чином, щоб при їх роботі утворювалися заповнені середовищем області замкнутого простору, що перекачується, обмежені профілем гвинтів і корпусом і рухаються по напрямку в області нагнітання.

Продуктивність одногвинтового насоса може бути розрахована таким чином:

Q = 4·e·D·T·n·η V

Q – продуктивність гвинтового насоса, м3/с
e – ексцентриситет, м
D – діаметр гвинта ротора, м
Т – крок гвинтової поверхні статора, м
n - частота обертання ротора, с -1
η V – об'ємний коефіцієнт корисної дії

Відцентрові насоси є одним із найбільш численних представників динамічних насосів та широко поширені. Робочим органом у відцентрових насосах є насаджене на вал колесо, що має лопаті, укладені між дисками, та розташоване всередині спіралеподібного корпусу.

За рахунок обертання колеса створюється відцентрова сила, що впливає на масу середовища, що перекачується, що знаходиться всередині колеса, і передає їй частину кінетичної енергії, яка потім переходить в потенційну енергію напору. Створюване при цьому в колесі розрідження забезпечує безперервну подачу середовища всмоктуючого патрубка. Важливо, що перед початком експлуатації відцентровий насос повинен бути попередньо заповнений середовищем, що перекачується, так як в іншому випадку всмоктувальної сили буде недостатньо для нормальної роботи насоса.

Відцентровий насос може мати не один робочий орган, а кілька. У такому разі насос називається багатоступеневим. Конструктивно він відрізняється тим, що на його валу розташовано відразу декілька робочих коліс, і рідина послідовно проходить через кожне з них. Багатоступінчастий насос при тій же продуктивності буде створювати більший напір у порівнянні з аналогічним насосом одноступеневим.

Продуктивність відцентрового насоса може бути розрахована таким чином:

Q = b 1 · (π · D 1 -δ · Z) · c 1 = b 2 · (π · D 2 -δ · Z) · c 2

Q – продуктивність відцентрового насоса, м3/с
b 1,2 – ширини проходу колеса на діаметрах D 1 і D 2 м
D 1,2 – зовнішній діаметр вхідного отвору (1) та зовнішній діаметр колеса (2), м
δ – товщина лопаток, м
Z – число лопаток
C 1,2 – радіальні складові абсолютних швидкостей на вході в колесо (1) та виході з нього (2), м/с

Розрахунок напору

Як було зазначено вище, напір не є геометричною характеристикою і не може ототожнюватися з висотою, на яку необхідно підняти рідину, що перекачується. Необхідне значення напору складається з кількох доданків, кожна з яких має власний фізичний зміст.

Загальна формула розрахунку напору (діаметри всмоктувального та нагнітального патрубком прийняті однаковими):

H = (p 2 -p 1)/(ρ g) + H г + h п

H – натиск, м
p 1 – тиск у забірній ємності, Па
p 2 – тиск у приймальній ємності, Па

H г – геометрична висота підйому середовища, що перекачується, м
h п - сумарні втрати напору, м

Перше з доданків формули розрахунку напору є перепадом тисків, який має бути подолано в процесі перекачування рідини. Можливі випадки, коли тиск p 1 і p 2 збігаються, при цьому створюваний насосом напір буде йти на підняття рідини на певну висоту і подолання опору.

Другий доданок відображає геометричну висоту, на яку необхідно підняти рідину, що перекачується. Важливо, що з визначенні цієї величини не враховується геометрія напірного трубопроводу, який може мати кілька підйомів і спусків.

Третій доданок характеризує зниження створюваного напору, що залежить від характеристик трубопроводу, яким перекачується середовище. Реальні трубопроводи неминуче чинитимуть опір струму рідини, на подолання якого необхідно мати запас величини напору. Загальний опір складається з втрат на тертя у трубопроводі та втрат у місцевих опорах, таких як повороти та відведення труби, вентилі, розширення та звуження проходу тощо. Сумарні втрати напору в трубопроводі розраховуються за такою формулою:

H об - сумарні втрати напору, що складаються з втрат на тертя в трубах H т і втрат у місцевих опорах Н мс

H про = H Т + H МС = (λ · l) / d е · + ∑ζ МС · = ((λ · l) / d е + ∑ζ МС) ·

λ – коефіцієнт тертя
l – довжина трубопроводу, м
d Е – еквівалентний діаметр трубопроводу, м
w – швидкість потоку, м/с
g – прискорення вільного падіння, м/с 2
w 2 /(2·g) – швидкісний напір, м
∑ζ МС – сума всіх коефіцієнтів місцевих опорів

Розрахунок споживаної потужності насоса

Виділяють кілька потужностей залежно від втрат під час її передачі, які враховуються різними коефіцієнтами корисної дії. Потужність, що йде безпосередньо на передачу енергії рідини, що перекачується, розраховується за формулою:

N П = ρ·g·Q·H

N П – корисна потужність, Вт
ρ – щільність середовища, що перекачується, кг/м 3
g – прискорення вільного падіння, м/с 2
Q - витрата, м 3 / с
H - загальний натиск, м

Потужність, що розвивається на валу насоса, більша за корисну, і її надлишок йде на компенсацію втрат потужності в насосі. Взаємозв'язок між корисною потужністю та потужністю на валу встановлюється коефіцієнтом корисної дії насоса. ККД насоса враховує витоки через ущільнення та зазори (об'ємний ККД), втрати напору при русі навколишнього середовища всередині насоса (гідравлічний ККД) і втрати на тертя між рухомими частинами насоса, такими як підшипники і сальники (механічний ККД).

N = N П /η Н

N В – потужність на валу насоса, Вт
N П – корисна потужність, Вт
η Н – коефіцієнт корисної дії насоса

У свою чергу, потужність, що розвивається двигуном, перевищує потужність на валу, що необхідно для компенсації втрат енергії при її передачі від двигуна до насоса. Потужність електродвигуна та потужність на валу пов'язані коефіцієнтами корисної дії передачі та двигуна.

N Д = N В / (η П · η Д)

N Д - споживана потужність двигуна, Вт
N В – потужність на валу, Вт
η П – коефіцієнт корисної дії передачі
η Н – коефіцієнт корисної дії двигуна

Остаточна настановна потужність двигуна вираховується з потужності двигуна з урахуванням можливого навантаження в момент запуску.

N У - настановна потужність двигуна, Вт
N Д - споживана потужність двигуна, Вт
β – коефіцієнт запасу потужності

Коефіцієнт запасу потужності може бути вибрано з таблиці:

Гранична висота всмоктування
(Для відцентрового насоса)

Всмоктування в відцентровому наосі відбувається за рахунок різниці тисків у посудині, звідки відбувається забір середовища, що перекачується, і на лопатках робочого колеса. Надмірне збільшення різниці тисків може призвести до появи кавітації - процесу, при якому відбувається зниження тиску до значення, при якому температура кипіння рідини опускається нижче температури середовища, що перекачується, і починається її випаровування в просторі потоку з утворенням безлічі бульбашок. Бульбашки відносяться потоком далі по ходу течії, де під дією зростаючого тиску вони конденсуються, і відбувається їх "схлопування", що супроводжується численними гідравлічними ударами, що негативно позначаються на термін служби насоса. З метою уникнення негативного впливу кавітації необхідно обмежувати висоту всмоктування відцентрового насоса.

Геометрична висота всмоктування може бути визначена за формулою:

h г = (P 0 -P 1)/(ρ·g) – h св – w²/(2·g) – σ·H

h Г – геометрична висота всмоктування, м
P 0 – тиск у забірній ємності, Па
P 1 – тиск на лопатках робочого колеса, Па
ρ – щільність середовища, що перекачується, кг/м 3
g – прискорення вільного падіння, м/с 2
h св – втрати на подолання гідравлічних опорів у всмоктувальному трубопроводі, м
w²/(2·g) – швидкісний напір у всмоктувальному трубопроводі, м
σ·H – втрати на додатковий опір, пропорційний натиску, м
де σ – коефіцієнт кавітації, H – створюваний насосом напір

Коефіцієнт кавітації може бути розрахований за емпіричною формулою:

σ = [(n·√Q)/(126H 4/3)] 4/3

σ – коефіцієнт кавітації
n – частота обертання робочого колеса, с -1
Q – продуктивність насоса, м3/с
Н - створюваний натиск, м

Також існує формула для відцентрових насосів для розрахунку запасу напору, що забезпечує відсутність кавітації:

H кв = 0,3 · (Q · n²) 2/3

H кв - запас напору, м
Q – продуктивність відцентрового насоса, м3/с
n – частота обертання робочого колеса, з -1

Приклади завдань з розрахунку та підбору насосів з рішеннями

Приклад №1

Плунжерний насос одинарної дії забезпечує витрату середовища, що перекачується 1 м 3 /год. Діаметр плунжера становить 10 см, а довжина ходу – 24 см. Частота обертання робочого валу становить 40 об/хв.

Потрібно знайти об'ємний коефіцієнт корисної дії насоса.

Площа поперечного перерізу плунжера:

F = (π · d ²) / 4 = (3,14 · 0,1 ²) / 4 = 0,00785 м ²

Виразимо коефіцієнт корисної дії формули витрати плунжерного насоса:

η V = Q/(F·S·n) = 1/(0,00785·0,24·40) · 60/3600 = 0,88

Приклад №2

Двопоршневий насос подвійної дії створює напір 160 м при перекачуванні олії із щільністю 920 кг/м 3 . Діаметр поршня становить 8 см, діаметр штока – 1 см, а довжина ходу поршня дорівнює 16 см. Частота обертання робочого валу становить 85 об/хв. Необхідно розрахувати необхідну потужністьелектродвигуна (ККД насоса та електродвигуна прийняти 0,95, а настановний коефіцієнт 1,1).

Площі поперечного перерізу поршня та штока:

F = (3,14 · 0,08 ²) / 4 = 0,005024 м ²

F = (3,14 · 0,01 ²) / 4 = 0,0000785 м ²

Продуктивність насоса знаходиться за формулою:

Q = N·(2F-f)·S·n = 2·(2·0,005024-0,0000785)·0,16·85/60 = 0,0045195 м³/год

N П = 920 · 9,81 · 0,0045195 · 160 = 6526,3 Вт

З урахуванням ККД та настановного коефіцієнта отримуємо підсумкову настановну потужність:

N УСТ = 6526,3 / (0,95 · 0,95) · 1,1 = 7954,5 Вт = 7,95 кВт

Приклад №3

Трипоршневий насос перекачує рідину із щільністю 1080 кг/м 3 з відкритої ємності в посудину під тиском 1,6 бара з витратою 2,2 м 3 /год. Геометрична висота підйому рідини становить 3,2 метри. Корисна потужність, що витрачається на перекачування рідини, становить 4 кВт. Необхідно визначити величину втрати напору.

Знайдемо створюваний насосом напір із формули корисної потужності:

H = N П / (ρ · g · Q) = 4000 / (1080 · 9,81 · 2,2) · 3600 = 617,8 м

Підставимо знайдене значення напору формулу напору, виражену через різницю тисків, і знайдемо шукану величину:

h п = H – (p 2 -p 1)/(ρ·g) – H г = 617,8 – ((1,6-1)·10 5)/(1080·9,81) – 3,2 = 69,6 м

Приклад №4

Реальна продуктивність гвинтового насоса становить 1,6 м-коду 3 /год. Геометричні характеристики насоса: ексцентриситет – 2 см; діаметр ротора – 7 см; крок гвинтової поверхні ротора – 14 см. Частота обертання ротора становить 15 об/хв. Необхідно визначити об'ємний коефіцієнт корисної дії насоса.

Виразимо шукану величину формули продуктивності гвинтового насоса:

η V = Q/(4·e·D·T·n) = 1,6/(4·0,02·0,07·0,14·15) · 60/3600 = 0,85

Приклад №5

Необхідно розрахувати напір, витрату та корисну потужність відцентрового насоса, що перекачує рідину (маловязка) з щільністю 1020 кг/м 3 з резервуару з надлишковим тиском 1,2 бара, а резервуар з надлишковим тиском 2,5 бара по заданому трубопроводу з діаметром труби 20 см. Загальна довжина трубопроводу (сумарно з еквівалентною довжиною місцевих опорів) становить 78 метрів (прийняти коефіцієнт тертя рівним 0,032). Різниця висот резервуарів становить 8 метрів.

Для малов'язких середовищ вибираємо оптимальну швидкістьруху в трубопроводі, що дорівнює 2 м/с. Розрахуємо витрату рідини через заданий трубопровід:

Q = (π · d²) / 4 · w = (3,14 · 0,2?) / 4 · 2 = 0,0628 м? / с

Швидкісний напір у трубі:

w²/(2·g) = 2²/(2·9,81) = 0,204 м

При відповідному швидкісному натиску втрати на тертя м місцеві опори становитимуть:

H Т = (λ · l) / d е · = (0,032 · 78) / 0,2 · 0,204 = 2,54 м

Загальний натиск становитиме:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((2,5-1,2)·10 5)/(1020·9,81) + 8 + 2,54 = 23,53 м

Залишається визначити корисну потужність:

N П = ρ · g · Q · H = 1020 · 9,81 · 0,0628 · 23,53 = 14786 Вт

Приклад №6

Чи доцільне перекачування води відцентровим насосом з продуктивністю 50 м 3 /годину трубопроводом 150х4,5 мм?

Розрахуємо швидкість потоку води у трубопроводі:

Q = (π · d²) / 4 · w

w = (4·Q)/(π·d²) = (4·50)/(3,14·0,141²) · 1/3600 = 0,89 м/с

Для води швидкість потоку нагнітальному трубопроводі становить 1,5 – 3 м/с. Значення швидкості потоку, що вийшло, не потрапляє в даний інтервал, з чого можна зробити висновок, що застосування даного відцентрового насоса недоцільно.

Приклад №7

Визначити коефіцієнт подачі шестерного насоса. Геометричні характеристики насоса: площа поперечного перерізу простору між зубцями шестерні 720 мм2; число зубів 10; Довжина зуба шестерні 38 мм. Частота обертання становить 280 об/хв. Реальна подача шестерного насоса становить 1,8 м3/год.

Теоретична продуктивність насоса:

Q = 2·f·z·n·b = 2·720·10·0,38·280·1/(3600·10 6) = 0,0004256 м³/год

Коефіцієнт подачі відповідно дорівнює:

η V = 0,0004256/1,8 · 3600 = 0,85

Приклад №8

Насос, що має ККД 0,78, рідина перекачує щільністю 1030 кг/м 3 з витратою 132 м 3 /год. Напір, що створюється в трубопроводі, дорівнює 17,2 м. Насос приводиться в дію електродвигуном з потужністю 9,5 кВт і ККД 0,95. Необхідно визначити, чи задовольняє цей насос вимогам щодо пускового моменту.

Розрахуємо корисну потужність, що йде безпосередньо на перекачування середовища:

N П = ρ · g · Q · H = 1030 · 9,81 · 132/3600 · 17,2 = 6372 Вт

Врахуємо коефіцієнти корисної дії насоса та електродвигуна та визначимо повну необхідну потужність електродвигуна:

N Д = N П / (η Н · η Д) = 6372 / (0,78 · 0,95) = 8599 Вт

Оскільки нам відома настановна потужність двигуна, визначимо коефіцієнт запасу потужності електродвигуна:

β = N У / N Д = 9500/8599 = 1,105

Для двигунів із потужністю від 5 до 50 кВт рекомендується видирати пусковий запас потужності від 1,2 до 1,15. Отримане нами значення не потрапляє в цей інтервал, з чого можна зробити висновок, що при експлуатації даного насоса за умов можуть виникнути проблеми в момент його пуску.

Приклад №9

Відцентровий насос перекачує рідину щільністю 1130 кг/м 3 з відкритого резервуару реактор з робочим тиском 1,5 бар з витратою 5,6 м 3 /год. Геометрична різниця висот становить 12 м, причому реактор розташований нижче за резервуар. Втрати напору на тертя у трубах та місцеві опори складає 32,6 м. Потрібно визначити корисну потужність насоса.

Розрахуємо напір, що створюється насосом у трубопроводі:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((1,5-1)·10 5)/(1130·9,81) – 12 + 32,6 = 25 ,11 м

Корисна потужність насоса може бути знайдена за формулою:

N П = ρ · g · Q · H = 1130 · 9,81 · 5,6 / 3600 · 25,11 = 433 Вт

Приклад №10

Визначити граничне підвищення витрати насоса, що перекачує воду (щільність прийняти 1000 кг/м 3 ) з відкритого резервуара в інший відкритий резервуар з витратою 24 м3/год. Геометрична висота підйому рідини становить 5 м. Вода перекачується трубами 40х5 мм. Потужність електродвигуна складає 1 кВт. Загальний ККД установки прийняти рівним 0,83. Загальні втрати напору на тертя у трубах та місцевих опорах становить 9,7 м.

Визначимо максимальне значення витрати, що відповідає максимально можливої ​​корисної потужності, що розвивається насосом. Для цього попередньо визначимо декілька проміжних параметрів.

Розрахуємо напір, необхідний для перекачування води:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((1-1)·10 5)/(1000·9,81) + 5 + 9,7 = 14,7 м

Корисна потужність, що розвивається насосом:

N П = N заг /η Н = 1000/0,83 = 1205 Вт

Значення максимальної витрати знайдемо з формули:

N П = ρ·g·Q·H

Знайдемо шукану величину:

Q макс = N П /(ρ·g·H) = 1205/(1000·9,81·14,7) = 0,00836 м³/с

Витрата води може бути збільшена максимально в 1254 рази без порушення вимог експлуатації насоса.

Q макс / Q = 0,00836/24 · 3600 = 1,254

Робота насосів характеризується рядом параметрів, основними з яких є подача, тиск (натиск), споживана потужність, корисна потужність, ККД.

Розглянемо кожен із основних параметрів докладніше.

1. Поданнянасосу Q– кількість рідини, що подається насосом за одиницю часу.

Вважаючи, що у насосі рідина практично стискається, найчастіше користуються об'ємною подачею (м 3 /с), рідше – масової подачею (кг/с).

2. Натискнасосу H- Різниця енергій одиниці ваги рідини в перерізі потоку після насоса і перед ним (або збільшення питомої енергії рідини, що перекачується на ділянці від входу в насос до виходу з нього). (Див. фрагмент № 1Г, рис. 1).

де z 1 – відстань від осі всмоктуючого патрубка до площини порівняння, м;

z 2 – відстань від осі нагнітального патрубка до поверхні порівняння, м;

р 1 та р 2 – абсолютні тиски рідини на вході та виході насоса, Па;

V 1 та V 2 – швидкості рідини на вході та виході насоса, м/с.

Напір насоса виявляється у метрах водяного стовпа.

Тиск насоса рта його натиск Нпов'язані співвідношенням р= ρg Hде ρg – питома вагаробочої рідини.

3. Потужністьнасосу N- Енергія, що підводиться від двигуна до насоса в одиницю часу (Вт). N = Мкр · n, де Мкр - крутний момент на валу двигуна; n- Частота обертання валу.

4. Корисна потужність Nп – потужність, сполучена насосом рідини (Вт). Nп = рQ, де р - Тиск, Па; Q- Об'ємна подача, м 3 /с.

5. Потужність насоса Nбільше корисної потужності Nп на величину втрат. Ці втрати оцінюються ККДнасоса η = .

Кожен насос має паспорт, в якому наведено характеристиканасоса, тобто залежність основних параметрів від подачі (для динамічних насосів) або тиску (для об'ємних насосів).

Докладніше про характеристику відцентрового насоса див. фрагмент № 3г, про характеристику поршневого насоса див. фрагмент № 4г.

ПРИМІТКА.

Для любителів точних формулювань наводимо витримки із ГОСТ 17398 – 72:

ОБ'ЄМНА ПОДАЧА НАСОСА – відношення об'єму рідкого середовища, що подається до часу.

НАПІР НАСОСА – величина, яка визначається залежністю.

ПОТУЖНІСТЬ НАСОСУ – потужність, що споживається насосом.

КОРИСНА ПОТУЖНІСТЬ НАСОСУ - потужність, що повідомляється насосом рідкому середовищі, що подається і визначається залежністю Nп = рQ.

ККД НАСОСА – ставлення корисної потужності до потужності насоса.

Провести гідравлічний розрахунок насосної установки для перекачування нафти з витратою Qякщо відомо, що всмоктуючий трубопровід насоса, приєднаний до забірного резервуару на глибину авід вільної поверхні, має довжину lнд, два плавні повороти і зворотний клапан з сіткою. Нагнітальний трубопровід довжиною lНГ має вісім плавних поворотів, зворотний клапан та дві засувки. Максимальна висота зливу нафти в напірному резервуарі дорівнює hн, а надлишковий тиск над її поверхнею p 1 = 196,2 Па. поверхня землі в пункті встановлення напірного резервуару височить над поверхнею землі, де встановлено забірний резервуар, Hм.

Рідина, що перекачується, має в'язкість нта щільність зпри температурі 10°С.

Вважаючи, що насосна станція працює цілодобово, необхідно визначити діаметр всмоктувального та напірного трубопроводів. dвс і dнг, висоту розташування насосів щодо рівня нафти в парканному резервуарі, вважаючи, що абсолютний тиск над її поверхнею ( р 2) дорівнює 40 кПа, повний напір насоса, тип та марку насоса для подачі заданої кількості рідини, потужність та тип електродвигуна.

Вихідні дані до розрахунку наведено у таблиці 4.

Таблиця 4

Найменування даних, одиниця виміру	Значення
Продуктивність насосу Q, м 3/год
Глибина приєднання всмоктувального трубопроводу а, м
Довжина всмоктуючого трубопроводу lНд, м
Довжина нагнітального трубопроводу lнг, м
Висота нафти в напірному резервуарі дорівнює hн, м
Геодезична різниця відміток Hг, м
В'язкість нафти н, м2/с
Щільність нафти з, кг/м3
Надлишковий тиск над поверхнею нафти в напірному резервуарі p 1 , Па
Абсолютний тиск над поверхнею нафти в парканному резервуарі p 2 , кПа

Мал. 3.

Рішення: Для перекачування рідини цієї в'язкості з даною витратою повинен застосовуватися відцентровий насос (див. Додаток 3).

Визначимо діаметри всмоктувального та напірного трубопроводів. Із вказівок до виконання завдання:

По ГОСТ 8732 - 78 вибираємо для всмоктуючого трубопроводу труби 426х9 з внутрішнім діаметром dнд = 0,408 м і для напірного трубопроводу 325х9 з внутрішнім діаметром dНГ = 0,307 м.

Уточнимо швидкості руху нафти в трубопроводах

1,26 м/с; = 2,23 м/с.

Визначимо режими течії рідини у трубопроводах, Для цього обчислимо числа Рейнольдса у трубопроводах

Так як Јѕ2320 і Јѕ2320, то режим течії в обох трубопроводах турбулентний (2320 – критичне число Рейнольдса).

Коефіцієнт гідравлічного тертя визначимо за формулою Блазіуса:

0,0239; = 0,0257.

Визначимо втрати напору у трубопроводах.

Всмоктуючий трубопровід насоса має довжину lнд, два плавні повороти і зворотний клапан з сіткою. Значить

де - коефіцієнти місцевого опору плавних поворотів і зворотного клапана з сіткою відповідно (з Додатка 2).

Нагнітальний трубопровід довжиною lНГ має вісім плавних поворотів, зворотний клапан та дві засувки.

де - Коефіцієнт місцевого опору засувки (з Додатка 2).

Складемо рівняння Бернуллі для всмоктувального трубопроводу

де – абсолютний тиск на вході насоса.

Нехай = 1,0 м. Тоді

Звідки = 43 311 Па (абсолютний тиск на вході в насос).

Складемо рівняння Бернуллі для напірного трубопроводу

де - Абсолютний тиск на виході з насоса; - атмосферний тиск = 100 кПа.

За нульову позначку взято рівень поверхні землі, де встановлено забірний резервуар.

Звідки = 1371252 Па (абсолютний тиск на виході із насоса).

Напір, що створюється насосом

Корисна потужність насосу

Так як характеристики насосів наводяться для роботи на воді, їх необхідно перерахувати для роботи на в'язкій рідині.

По номограмі Ляпкова (Уч.: Касьянов В.М. Гідромашини та компресори, стор.44)

Вибираємо 2 насоси ЦНС 105-196 включених паралельно (З таблиці 4 Додатка 4), у якого Дон =0,74 (ККД насоса 74%) та висота всмоктування hкр = 5,5 м-коду.

Привідна потужність установки (2 насоси)

Для приводу насосів вибираємо 2 електродвигуни AB 250M2 (Електродвигуни вибухозахищені серії АВ: двигуни трифазні з короткозамкненим ротором призначені для тривалого режиму роботи від мережі змінного струму частотою 50 Гц номінальної напруги 660/380 В для внутрішніх і зовнішніх установ та інших видів промисловості) з частотою обертання 3000 об/хв та потужністю 90 кВт (? N 160кВт).

Перевіримо умову всмоктування насоса. Скористаємося умовою безкавітаційної роботи відцентрового насоса:

де - абсолютний тиск над рівнем рідини в резервуарі =40 кПа; - критичний тиск, при якому відбувається кавітація в насосі (зрив режиму всмоктування); - Тиск парів рідини (з Додатка 1 при 10 град = 5750 Па); А- Коефіцієнт протикавітаційного запасу.

де а- Коефіцієнт, що залежить від hкр, а = 1,2; Доф.к. - Коефіцієнт форми колеса (робочого), Доф.к. = 1,1; Дож - коефіцієнт природи рідини, Дож = 0,89.

Або – умова безкавітаційної роботи відцентрового насоса не виконується. Визначимо z, за якого умова безкавітаційної роботи відцентрового насоса виконуватиметься.

Звідки м (Це означає, що для придушення кавітації потрібно підпір, що практично можливо, насос необхідно буде встановити нижче рівня рідини ємності, що спорожняється, на 3,1 м).

Міністерство освіти та науки Російської ФедераціїФедеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти

«Ярославський державний технічний університет» Кафедра «Процеси та апарати хімічної технології»

РОЗРАХУНОК НАСОСНОЇ УСТАНОВКИ

Навчальний посібник

Упорядники: канд. техн. наук, доцент В. К. Леонтьєв, асистент М. А. Барашова

Ярославль 2013

АННОТАЦІЯ

У навчальному посібнику розглянуто короткі теоретичні відомості щодо розрахунку простих та складних трубопроводів, розрахунку основних параметрів роботи насосів. Наведено приклади розрахунків трубопроводів та підбору насосів. Розроблено багатоваріантні завдання для виконання розрахунковографічних робіт.

Особлива увага у посібнику приділена конструкціям динамічних насосів та насосів об'ємної дії.

Навчальний посібник призначений для студентів, які виконують розрахункові роботи та курсові проекти з курсів «Гідравліка», «Механіка рідини та газу» та «Процеси та апарати хімічної технології».

ВСТУП
1. Гідравлічний розрахунок трубопроводів
1.3. Складні трубопроводи
1.3.1. Послідовне з'єднання трубопроводів
1.3.2. Паралельне з'єднання трубопроводів
1.3.3. Складний розгалужений трубопровід
2. Розрахунок насосної установки
2.1. Параметри роботи насоса
2.1.1. Визначення напору насосної установки
2.1.2. Вимірювання напору насосної установки за допомогою
приладів
2.1.3. Визначення корисної потужності, потужності на валу,
коефіцієнта корисної дії насосної установки
3. Класифікація насосів
3.1. Динамічні насоси
3.1.1. Відцентрові насоси
3.1.2. Осьові (пропелерні) насоси
3.1.3. Вихрові насоси
3.1.4. Струменеві насоси
3.1.5 Повітряні (газові) підйомники
3.2 Об'ємні насоси
3.2.1 Поршневі насоси
3.2.2 Шестеренні насоси
3.2.3 Гвинтові насоси
3.2.4 Пластинчасті насоси
3.2.5 Монтежу
3.3 Переваги та недоліки насосів різних типів
4. Завдання на розрахунок насосної установки
Завдання 1
4.1. Приклад розрахунку простого трубопроводу
Завдання 2
4.2. Приклад розрахунку складного трубопроводу
Завдання 3
4.3. Приклад розрахунку насосної установки
Завдання 4
4.4. Приклад розрахунку та підбору насоса для подачі рідини в ко-
БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК
ДОДАТОК А
ДОДАТОК Б
ДОДАТОК В

ВСТУП

У хімічних виробництвах більшість технологічних процесівздійснюється за участю рідких речовин. Це і сировина, яку подають зі складу на технологічну установку, це проміжні продукти, що переміщуються між апаратами, установками, цехами заводу, це і кінцеві продукти, що доставляються в ємності складу готової продукції.

На всі переміщення рідин як по горизонталі, так і по вертикалі необхідно витратити енергію. Найбільш поширеним джерелом енергії потоку рідини є насос. Інакше кажучи, насос створює напірний потік рідини.

Насос є складовою насосної установки, яка включає в себе всмоктуючий і нагнітальний (напірний) трубопроводи; вихідний та приймальний резервуари (або технологічні апарати); регулювальну трубопровідну арматуру (крани, вентилі, засувки); вимірювальні прилади.

Правильно вибраний насос повинен забезпечувати задану витрату рідини в даній насосній установці, при цьому працювати в економічному режимі. у сфері максимальних ККД.

При виборі насоса необхідно враховувати корозійні та інші властивості рідини, що перекачується.

1. ГІДРАВЛИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ТРУБОПРОВІДІВ

1.1. Класифікація трубопроводів

Роль трубопровідних систем у господарстві будь-якої країни, окремої корпорації чи просто окремого господарства важко переоцінити. Системи трубопроводів в даний час є найефективнішим, надійним та екологічно чистим транспортом для рідких та газоподібних продуктів. Згодом їх роль розвитку науково-технічного прогресу зростає. Тільки за допомогою трубопроводів досягається можливість об'єднання країн-виробників вуглеводневої сировини з країнами споживачами. Велика частка у перекачуванні рідин та газів по праву належить системам газопроводів та нафтопроводів. Практично у кожній машині та механізмі значна роль належить трубопроводам.

За своїм призначенням трубопроводи прийнято розрізняти за видом продукції, що транспортується:

– газопроводи;

- нафтопроводи;

– водопроводи;

- Повітропроводи;

– продуктопроводи.

За видом руху по них рідин трубопроводи можна розділити на дві категорії:

– напірні трубопроводи;

– безнапірні (самотечні) трубопроводи.

У напірному трубопроводі внутрішній абсолютний тиск середовища, що транспортується більше 0,1 МПa. Безнапірні трубопроводипрацюють без надлишкового тиску, рух середовища у них забезпечується природним геодезичним ухилом.

За величиною втрат напору на місцеві опори трубопроводи поділяються на короткі та довгі.

У Короткі трубопроводи втрати напору на місцеві опори перевищують або дорівнюють 10 % від втрат напору по довжині. При розрахунку таких трубопроводів обов'язково враховують втрати напору на місцеві опори. До них відносять, наприклад, маслопроводи об'ємних передач.

До довгих трубопроводів відносяться трубопроводи, в яких місцеві втрати менше 10% втрат напору по довжині. Їхній розрахунок ведеться без урахування втрат на місцеві опори. До таких трубопроводів відносяться, наприклад, магістральні водоводи, нафтопроводи.

За схемою роботи трубопроводів їх можна розділити також на прості

та складні.

Прості трубопроводи – це послідовно з'єднані трубопроводи одного чи різних перерізів, які мають ніяких відгалужень. До складних трубопроводів належать системи труб з одним або декількома відгалуженнями, паралельними гілками тощо.

По зміні витрати середовища, що транспортується, трубопроводи бувають:

- Транзитні;

– з дорожньою витратою.

У транзитних трубопроводах відбору рідини в міру її руху не проводиться, витрата потоку залишається постійним, у трубопроводах з колійною витратою витрата потоку змінюється по довжині трубопроводу.

Також трубопроводи можна підрозділити на вигляд перерізу: на трубопроводи круглого і не круглого перерізу (прямокутні, квадратні та іншого профілю). Трубопроводи можна розділити і за матеріалом, з якого вони виготовлені: сталеві трубопроводи, бетонні, пластикові та ін.

1.2. Простий трубопровід постійного перерізу

Основним елементом будь-якої трубопровідної системи, хоч би якою складною вона була, є простий трубопровід. Простим трубопроводом, згідно з класичним визначенням, є трубопровід, зібраний з труб однакового діаметра та якості його внутрішніх стінок, в якому рухається транзитний потік рідини, і на якому немає місцевих гідравлічних опорів. Розглянемо простий трубопровід постійного перерізу, що має загальну довжину l і ​​діаметр d, а також ряд місцевих опорів (вентиль, фільтр, зворотний клапан).

Мал. 1.1 Схема простого трубопроводу

Розмір перерізу трубопроводу (діаметр або розмір гідравлічного радіусу), а також його довжина (довжина) трубопроводу (l, L) є основними геометричними характеристиками трубопроводу. Основними технологічними характеристиками трубопроводу є витрата рідини в трубопроводі Q і напір Н (на головних спорудах трубопроводу, тобто на початку). Більшість інших характеристик простого трубопроводу є, незважаючи на їх важливість, похідними характеристиками. Оскільки у простому трубопроводі витрата рідини транзитна (однакова на початку та наприкінці трубопроводу), то середня швидкість руху рідини в трубопроводі постійна ν = cons't.

Запишемо рівняння Бернуллі для перерізів 1-1 та 2-2.

h п ,

де z 1, z 2 - відстань від площини порівняння до центрів тяжкості виділених перерізів - геометричний натиск, м;

		P1, P2					– тиск у центрі тяжкості виділених перерізів, Па;
		- щільність потоку, кг/м3;
		g - прискорення вільного падіння, м/с2;
								- Середня швидкість руху потоку у відповідному січі-
	h п - Втрати напору в трубопроводі, м;
								g - п'єзометричний натиск, м;
					2 g - швидкісний натиск, м.

Так як переріз трубопроводу постійно, швидкість руху потоку однакова по всій довжині трубопроводу, а відповідно і швидкісні напори в перерізах 1-1 і 2-2 рівні. Тоді рівняння Бернуллі набуває такого вигляду:

					h п.

Втрати напору в трубопроводі складаються із втрат напору на тертя та місцеві опори, згідно з принципом складання втрати напору в трубопроводі можуть бути визначені як:

де - Коефіцієнт тертя; l - Довжина трубопроводу, м;

d – внутрішній діаметр трубопроводу, м:

- Сума коефіцієнтів місцевих опорів.

Розмір втрат напору безпосередньо пов'язаний із витратою рідини у трубопроводі.

Таким чином, втрати напору у трубопроводі можуть бути визначені

				2 g S

Залежність сумарних втрат напору у трубопроводі від об'ємної витрати рідини h п f (Q) називається характеристикою трубопроводу.

У разі турбулентного режиму руху, допускаючи квадратичний закон опору (=const), можна вважати постійною величиною наступне вираз:

Мал. 1.2 Характеристика трубопроводу

1 – характеристика трубопроводу при ламінарному режимі руху рідини; 2 – характеристика трубопроводу при турбулентному режимі руху

Потрібний напір – це п'єзометричний напір спочатку трубопроводу, згідно з рівнянням Бернуллі:

H потр			z 2 z 1		h п.

Таким чином, потрібний напір витрачається на підйом рідини на висоту z 2 z 1 подолання тиску на кінці трубопроводу і на подолання опорів трубопроводу.

Сума двох перших доданків у формулі (1.9) величина постійна, вона називається статичний натиск:

Залежність потрібного напору трубопроводу від об'ємної витрати рідини H потр f (Q ) називається характеристикою мережі. При ламінарному перебігу крива потрібного напору пряма лінія, при турбулентному має

1.3. Складні трубопроводи

До складним трубопроводам слід відносити ті трубопроводи, які підходять до категорії простих, тобто. до складних трубопроводів слід віднести: трубопроводи, зібрані з труб різного діаметру (послідовне з'єднання трубопроводів), трубопроводи, що мають розгалуження: паралельне з'єднання трубопроводів, мережі трубопроводів, трубопроводи

з безперервною роздачею рідини.

1.3.1. Послідовне з'єднання трубопроводів

При послідовному з'єднанні трубопроводів кінець попереднього простого трубопроводу є початком наступного простого трубопроводу.

Розглянемо кілька труб різної довжини, різного діаметра і містять різні місцеві опори, які послідовно з'єднані (рисунок 1.4).

Мал. 1.4 Схема послідовного трубопроводу