Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Июня 2014 в 14:00, курсовая работа
Насосная установка состоит из насоса, приводного устройства, питающей емкости, приемных емкостей, системы трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой. Емкости и соединяющие их трубопроводы образуют внешнюю сеть. Режим работы насоса в установке характеризуется напором Нн, подачей Qн, потребляемой мощностью Nн. Рабочие характеристики насоса Нн = f(Q), Nн = f(Q), ηн = f(Q). Основная характеристика внешней сети выражается зависимостью напора от расхода перекачиваемой жидкости Hc = f(Qc):
Hc = Hст+ Hд , где
Hст – потребный статический напор, представляет собой разность высот положения пьезометрических поверхностей в приемной и питающей емкости;
Hд – потребный динамический напор во внешней сети.
2
Введение
Насосная установка состоит из насоса, приводного устройства, питающей емкости, приемных емкостей, системы трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой. Емкости и соединяющие их трубопроводы образуют внешнюю сеть. Режим работы насоса в установке характеризуется напором Нн, подачей Qн, потребляемой мощностью Nн. Рабочие характеристики насоса Нн = f(Q), Nн = f(Q), ηн = f(Q). Основная характеристика внешней сети выражается зависимостью напора от расхода перекачиваемой жидкости Hc = f(Qc):
Hc = Hст+ Hд , где
Hст – потребный статический напор, представляет собой разность высот положения пьезометрических поверхностей в приемной и питающей емкости;
Hд – потребный динамический напор во внешней сети.
При установившемся режиме работы насоса в сети Нн = Нс и Qн = Qс, что графически соответствует точке А пересечения характеристик Нн = Нс и Нс = f(Qс):
Таким образом параметры режима работы насоса во внешней сети возможно определить графически. Поэтому в основе выполнения курсовой работы лежит графоаналитический метод.
4
Определение режима работы насоса во внешней сети
Строим характеристики H = f(Q) участков внешней сети АД, ВД, ВС. Графики зависимости напора от расхода на этих участках строятся на основании энергетического и материального балансов. Характеристики строятся, задаваясь рядом значений расходов в интервале подач насоса при заданном числе оборотов.
Материальный баланс: Qав = Qвс + Qвд
Участок ВС.
Запишем уравнение энергетического баланса.
Hвс = Hст+ Hд, Нст = [(Р2 –Р1)/ρ*g] + Н = Н, Нд = К*Q2, где
К = 0,0827* [∑λi *(li /di5) + ∑ξj *(1/dj4)] - коэффициент харак-ки внешней сети;
Н – разность высот положения свободных поверхностей жидкости в приемной и питающей емкостях (м);
Q – произвольно заданные значения расходов (м3/с).
К = 0,0827*[∑λ*(l2 /d25) +∑ξв*(1/d24)] =
= 0,0827*(0,025*10/0,065 + 4,5*1/0,064) = 55221,69
Уравнение энергетического баланса: Нвс = Н1 + Н2 + К * Q2
Нвс(Q1) = 25+15+55221,69*0,012 = 45,5 м
Аналогичным образом рассчитываем еще пять координат и заносим данные в таблицу.
Таблица 1
Q, м3/с |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
Hвс, м |
40 |
45,5 |
62,1 |
89,8 |
128,5 |
178,3 |
Участок ВД.
Т.к. участок ВД аналогичен участку ВС, коэффициент К будет тот же.
Уравнение энергетического баланса: Нвд = Н2 + К * Q2
5
Нвд(Q1) = 15+55221,69*0,012 = 20,5 м
Рассчитываем еще пять координат и заносим в таблицу.
Таблица 2
Q, м3/с |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
Hвд, м |
15 |
20,5 |
37,1 |
64,8 |
103,5 |
153,3 |
Участок АВ.
Рассчитаем потери напора на этом участке: h = K * Q2
K = 0,0827*[∑λ*(l1 /d15) +∑ξз*(1/d14)] =
= 0,0827*(0,025*20/0,075 + 0,2*1/0,074) = 25301,97
h(Q1) = 25.301.97*0.012 = 2.5
Рассчитываем остальное и заносим в таблицу.
Таблица 3
Q, м3/с |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
h, м |
0 |
2,5 |
10,1 |
22,9 |
40,5 |
63,3 |
91 |
123,9 |
Уравнение энергетического баланса: Нав = Нн - К * Q2 = Нн – h
Рассчитываем Нав и заносим в таблицу.
Нав(Q0) = 100 – 0 = 100 м
Нав (Q1)= 98 – 2,5 = 95,5 м и т.д.
Таблица 4
Q, м3/с |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
Hав, м |
100 |
95,5 |
86,9 |
70,1 |
46,5 |
14,7 |
Строим суммарную характеристику ветвей ВС и ВД путем сложения расходов Qвс и Qвд и характеристику всей сети путем сложения напоров суммарной характеристики ветвей ВС и ВД с потерями напоров на участке АД.
6
Графические построения характеристик участков сети и определение рабочей точки насоса см. в Приложении 1.
Кривая 1 – характеристика насоса Нн = f(Qн), построена по паспортным данным.
Кривая 2 – показывает изменение напора Нд в ветви АВ, построена по зависимости Нав = Нн - К * Q2.
Кривая 3 – показывает изменение напора Нд в ветви ВС, построена по зависимости Нвс = Н1 + Н2 + К * Q2.
Кривая 4 – показывает изменение напора Нд в ветви ВД, построена по зависимости Нвд = Н2 + К * Q2.
Кривая 5 – суммарная характеристика параллельных ветвей ВС и ВД, получена путем сложения расходов Qвс и Qвд, определенных по кривым 3 и 4 при постоянных напорах. Имеет функциональную зависимость Нд = f(Qвс + Qвд).
Кривая 6 – характеризует потери напора на участке АВ, h = K * Q2.
Кривая 7 – характеристика всей сети Нс = f(Qc), получена путем сложения напоров, определенных по кривым 6 и 5 при нескольких постоянных расходах.
Кривая 8 – характеристика ηн = f(Qн), КПД насоса.
Точка F пересечения кривой 5 с кривой 2, дает значение Нд, определяющее режим работы насосной установки. Этой точке соответствует подача Qвд в бак Д и Qвс бак С.
Точка G является точкой пересечения характеристики всей сети (кривая 7) с характеристикой насоса (кривая 1). Эта точка – рабочая точка насоса данной установки.
Точка Е на характеристике ηн = f(Qн) соответствующая подаче Qн = Qс, указывает на величину КПД насоса при работе в данной сети.
По графикам определяем:
Qвс = 0,014 м3/с; Qвд = 0,026 м3/с;
7
Qн = Qс = 0,038 м3/с; Hн = Hс = 88 м; ηн = 0,77
Находим мощность, потребляемую насосом:
N = Qн*Hн*g*ρ/ηн = 0,038*88*9,81*998/0,77 = 42518 Вт
Где ρ = 998кг/м3 – плотность воды при t = 20 °C; g = 9,81 м/с2.
Определение допустимой высоты всасывания
Для обеспечения надежной, безкавитационной работы установки, необходимо рассчитать допустимую высоту всасывания.
Ндоп ≤ – hвс – hкав ; где
Рат = 98066,5 Па – атмосферное давление;
Рнп = 2338,8 Па – давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей температуре;
hвс = K*Qн2 – потери напора во всасывающем трубопроводе.
К = 0,0827* λ*(l /d15) = 0,0827*0,025*(1/0,075) = 1230,65
hвс = 1230,65*0,0382 = 1,777 м
hкав = φ*σ*Нн – кавитационный запас,
где φ = 1,2 – коэффициент запаса;
σ = (nc /C)4/3 – коэффициент кавитации;
С = 1000 – кавитационный коэффициент быстроходности;
nc – коэффициент быстроходности.
nc = 3,65*n* / Hн3/4 = 3,65*1480* /883/4 = 36,65
n = 1480 об/мин
σ = (36,65/1000)4/3 = 0,0122
hкав = 1,2*0,0122*88 = 1,285 м
Ндоп ≤ – 1,777 – 1,285 = 6,72 м.
8
Определение числа оборотов насоса, при котором прекращается подача в бак С
На новый график выносится характеристика насоса (кривая 1), суммарная характеристика всей внешней сети (кривая 7), суммарная характеристика ветвей ВС и ВД (кривая 5). Точка А на кривой 5 определяет подачу насоса, при которой прекращается подача в бак С. Этой подаче соответствует точка С на суммарной характеристике всей сети: Qа = Qс. Напор в этой точке определяется по графику и равен Нс = 51 м. Точка С соответствует новому режиму работы насоса при искомом числе оборотов nx. Через нее должна пройти парабола подобных режимов (ППР). Графические построения см. в Приложении 2.
ППР строится по зависимости Н = Кс*Q2 , где
Q – произвольно заданные значения расходов (м3/c);
Кс = Нс/ Qс2 – коэффициент параболы.
Qс = 0,021 м3/c ; Нс = 51 м – по графику.
Кс = 51/0,0212 = 115646,26
Рассчитываем координатные точки ППР и заносим в таблицу.
Н(Q1) = 115646,26*0,012 = 11,5 м
Н(Q2) = 115646,26*0,022 = 46,3 м
Н(Q3) = 115646,26*0,032 = 104,1 м
Таблица 5
Q, м3/с |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
Н, м |
0 |
11,5 |
46,3 |
104,1 |
Строим ППР, которая проходит через точку С. ППР пересекает характеристику насоса при n = 1480 об/мин (кривая 1) в точке В, которой соответствует расход Qв = 0,028 м3/с.
Записываем соотношение: =
9
nx = = = 1110 об/мин
При числе оборотов насоса nx = 1110 об/мин вода перестает поступать в бак С.
Определение коэффициента сопротивления вентиля при одинаковой подаче в оба бака
На отдельный график (Приложение 3) выносится характеристика насоса (кривая 1), характеристики ветвей ВС, ВД, АВ (кривые 2, 3, 4), суммарная характеристика ветвей ВС и ВД (кривая 5).
Кривая 5 является суммарной характеристикой ветвей ВС и ВД при исходном коэффициенте сопротивления вентиля на участке ВД. Точка F пересечения кривых 5 и 2 соответствует подаче Qн = Qс. При частичном прикрытии вентиля на участке ВД характеристика ветви ВС не меняется, а характеристика ветви ВД при изменении коэффициента сопротивления вентиля должна пересечь характеристику ветви ВС (кривую 3) в точке, равноудаленной от оси напоров и новой предполагаемой суммарной характеристикой ветвей ВС и ВД.
Новая характеристика ветви ВД – кривая 4' – пересекает кривую 3 в точке К и строится по зависимости Н'вд = Н2+К'*Q'2.
К' = (Н'вд-Н2)/ Q'2, где
Н'вд – возьмем известную высоту точки К (м);
Q' – произвольно заданные значения расходов (м3/с).
К'= (58-15) /0,0182 =132716,05
Далее рассчитываем остальные координаты новой ветви ВД и заносим в таблицу.
Н'вд = 15+132716.05*0.012 = 28,3 м и т.д.
10
Таблица 6
Q, м3/с |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
Н'вд, м |
15 |
28,3 |
68 |
134,5 |
Строим новую характеристику ветви ВД и новую суммарную характеристику ветвей ВС и ВД путем сложения расходов Qвс и Q'вд. Новая суммарная характеристика ветвей ВС и ВД – кривая 5' – пересекает характеристику ветви АВ – кривую 2 – в точке R. Расход и напор насосной установки в этой точке определяются графически.
По графику видно, что QR < Qс, значит при увеличения сопротивления вентиля подача насоса уменьшилась. Изменение потерь напора ∆h определяется графически при новом расходе через ветвь ВД как расстояние по вертикали между старой и новой характеристиками (кривыми 4 и 4'). Изменение потерь напора ∆h пропорционально изменению коэффициента сопротивления ∆ξB:
∆h = 0,0827* * Qвд2 ; ∆h = 23 м – по графику.
∆ξB = = = 5,3
Коэффициент сопротивления вентиля на участке ВД после прикрытия: ξ'B = ξB + ∆ξB = 5,3+4,5 = 9,8
Определяем по графику подачу насоса при новом положении вентиля на участке ВД: QR = 0,036 м3/c
11
Заключение
В процессе выполнения курсовой работы графоаналитическим методом были решены поставленные задачи, а именно: определены подача воды в баки и мощность насоса, высота всасывания при заданной температуре воды, определены число оборотов насоса при прекращении подачи в бак С, и коэффициент сопротивления при одинаковой подаче воды в оба бака.