Расчет грунтонасосной и рыхлительной установок землесоса

Министерство Транспорта

Российской Федерации

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Каспийский Институт Морского и Речного Транспорта

Филиал ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

 

 

 

Кафедра эксплутации судовых энергетических установок

 

 

Расчетно - графическая работа по дисциплине:

«Суда Технического Флота»

 

 

Расчет грунтонасосной и рыхлительной установок землесоса

Шифр: 180403 

 

 

 

Выполнил: студент гр. М-66

Нечипоренко В. Е.

Проверил: Сапунов Г. И.

 

Астрахань 2014

 

 

Вариант № 3

 

 

 Производительность  землесоса Qгр = 100 м3/ч

Макс. Глубина H1 = 4,0 м

Возвышение выкидного патрубка Hсб = 2,6 м

Общая длина трубопровода L = 425 м

 

 

 

РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ГРУНТОПРОВОДА.

            Внутренний диаметр нагнетательного  грунтопровода является одним  из важнейших параметров грунтонасосной  установки. Его значение можно  определить по формуле, м

 

0,4

 ,   где ρ = 1200 кг/m3 – плотность гидросмеси

 

 

0,4 = 0,24 м

 

В соответствии с ГОСТ 5466- 75 берем диаметр:

D = 0.25м

 

Рассчитаем скорость движения смеси в грунтопроводе принятого диаметра:

 

 

Определим критическую скорость движения смеси:

 

 

Подача грунтового насоса по смеси:

 

 

Диаметр всасывающего грунтопровода Dвс принимаем равным D

 

 

 

 

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОПРОВОДА.

Под характеристикой грунтопровода понимают зависимость потерь в грунтопроводе от скорости движения смеси или подачи грунтового насоса. С использованием характеристики грунтопровода при известной мощности главного двигателя можно определить технические показатели грунтового насоса, необходимые для его проектирования или выбора из числа имеющихся. С помощью характеристики грунтопровода решаются и эксплуатационные задачи, определяются производительность землесоса по грунту и режим работы главного двигателя для заданных условий эксплуатации.

  Суммарные потери в нагнетательном  и всасывающем грунтопроводах  можно определить, не принимая  во внимание разность их диаметров, так как потери трения и  в местных сопротивлениях всасывающего  грунтопровода, которые зависят  от диаметра, относительно невелики. Поэтому неточность в их расчете  заметной роли не играет.

        При указанном условии потери  напора в грунтопроводе можно  представить в следующем виде  суммы следующих слагаемых:

 

 м, где:

Где     – потери в грунтопроводе, м

           – затарты напора на подъем грунта до уровня воды, м

                          – затраты напора на подъем смеси до уровня сброса, м

                            – потери напора на трение, м

                         

                            - затраты напора на создание скорости в выходном сечении грунтопровода, м

     

 Значение зависит от многих случайных факторов и не поддается строгому учету. Для грунтозаборных устройств с гидравлическими разрыхлителями его можно принять равным 1м.

 

 
  где  H1 – глубина разработки грунта, м

                         где  – возвышение выкидного патрубка грунтопровода на уровне воды, м

 

ν = 0,114 * 10-5   м2/с  - коэффициент кинематической вязкости воды при Т воды 15°С

Так как смесь движется с заилением грунтопровода т.е ν = 3.33 <Vкр = 3.45 принимаем:

 
Рассчитаем коэффициент трения:

-0.237 =8.42 10-3

Потери напора на трение при движении воды: 

 

Рассчитаем число Фруда для трубы:

 

Вычислим потери напора на трение:

-1,5 -1,5

Потери напора в местных сопротивлениях:

 

где α = 0,29 (для диаметра D= 0.25)

Затраты напора на создание скорости в выходном сечении трубопровода:

 

Общие потери напора в грунтопроводе:

 

 

Построение характеристик грунтопровода:

 

             1) Расчет потерь напора при  м/с

        Затраты напора на подъем грунта до уровня воды:

 

          Затраты на подъем до уровня сброса:

 

 

          Число Рейнольдса:

 

         Коэффициент трения:

 

          Определим потери напора на  трение при движении воды:

 

         Рассчитаем число Фруда для трубя:

 

          Вычислим потери напора на трение:

-1,5 -1,5

             Потери напора в местных сопротивлениях:

 

              Затраты напора на создание  скорости в выходном сечении  трубопровода:

 

              Общие потери напора в грунтопроводе при скорости υкр = 2.59м/с

 

2. Расчет потерь напора при υ = 1,25υкр = 4.16м/с

 

Затраты напора на подъем грунта до уровня воды:

 

             Затраты на подъем до уровня  сброса:

 

 

             Число Рейнольдса:

 

             Коэффициент трения:

 

             Определим потери напора на трение при движении воды:

 

Рассчитаем число Фруда для трубы:

 

            Вычислим потери напора на трение:

-1,5 -1,5

             Потери напора в местных сопротивлениях:

 

 

              Затраты напора на создание  скорости в выходном сечении  трубопровода:

 

              Общие потери напора в грунтопроводе при скорости 0,125υкр = 4.16м/с

 

 

 

3) Расчет потерь напора  при υ = 0,75υкр = 2.59м/с

 

Затраты напора на подъем грунта до уровня воды:

 

             Затраты на подъем до уровня  сброса:

 

 

             Число Рейнольдса:

 

             Коэффициент трения:

3

             Определим потери напора на трение при движении воды:

 

Рассчитаем число Фруда для трубы:

 

            Вычислим потери напора на трение:

-1,5 -1,5

             Потери напора в местных сопротивлениях:

 

              Затраты напора на создание  скорости в выходном сечении  трубопровода:

 

              Общие потери напора в грунтопроводе  при скорости 0,75υкр = 2.59м/с

 

 

 

 

Рассчитанные данные ДЛЯ СМЕСИ запишем в табличной форме:

 

 

 

Скорость движения, м/с	Значения потерь напора, м
	4,267		15,24		3,32		0,17		22,997
	4,267		19,02		10,795		0,88		25,246
	4,267		7,21		2,33		0,56		14,367
	4,267		12.01		1.534		0,34		18.151

 

 

 

 

 

 

 

Расчет напора при движении ВОДЫ по грунтопроводу:

 

1)    Скорость  движения воды по грунтопроводу:

 

 

        Затраты  напора на подъем до уровня  сброса:

 

Число Рейнольдса:

 

             Коэффициент трения:

 

             Определим потери напора на трение при движении воды:

 

Вычислим потери напора на трение:

 

Потери напора в местных сопротивлениях:

 

              Затраты напора на создание  скорости в выходном сечении  трубопровода:

 

              Общие потери напора

 

 

 

2) Расчет потерь при движении воды со скоростью υв = 1,25υкр = 4,3 м/с

 

             Затраты на подъем до уровня  сброса:

 

 

             Число Рейнольдса:

 

             Коэффициент трения:

 

             Определим потери напора на трение при движении воды:

 

              Вычислим потери напора на  трение:

 

              Потери напора в местных сопротивлениях:

 

 

 

Затраты напора на создание скорости в выходном сечении трубопровода:

 

              Общие потери напора

 

 

 

3) Расчет потерь при движении воды со скоростью υв = υкр = 3.15 м/с

Затраты на подъем до уровня сброса:

 

 Число Рейнольдса:

 

             Коэффициент трения:

 

             Определим потери напора на трение при движении воды:

 

              Вычислим потери напора на  трение:

 

              Потери напора в местных сопротивлениях:

 

 

Затраты напора на создание скорости в выходном сечении трубопровода:

 

              Общие потери напора

 

 

 

4) Расчет потерь при движении воды со скоростью υв =0,75υкр = 2.36 м/с

Затраты на подъем до уровня сброса:

 

 Число Рейнольдса:

 

             Коэффициент трения:

3

             Определим потери напора на трение при движении воды:

 

              Вычислим потери напора на  трение:

 

              Потери напора в местных сопротивлениях:

 

Затраты напора на создание скорости в выходном сечении трубопровода:

 

              Общие потери напора

 

 

Рассчитанные данные ДЛЯ ВОДЫ запишем в табличной форме:

 

Скорость движения, м/с	Значения потерь напора,м
	2.6		0,041		0,100		0,00104		2.742
	2.6		1.874		0.459		0.942		10.01
	2.6		4.273		10.47		0.51		17.853
	2.6		6.274		15.37		0,28		24.524

 

Расчет мощности грунтового насоса:

H = 22,997 при υр = 4,27м/с

Η = 0,7 – КПД грунтового насоса

Рассчитаем мощность грунтового насоса:

 

Выбор двигателя грунтового насоса:

Ul max = 9м/с – окружная скорость на выходе

 

Наименьшее значение коэффициента быстроходности:

ns min = 60

 

грунтового насоса

            Выберем двигатель:

Г70-662

Мощность 662кВт

Частота вращения 375 об/мин

Удельный расход топлива 201 г/кВт ч

Т.к частота вращения дизеля меньше допустимой для насоса, следовательно необходимо установить редуктор ДРА с передаточным отношением iред = 1,52

Получаемая частота вращения после редуктора

удовлетворяет условию:

Построение зависимости H = f(V) при постоянной мощности грунтового насоса:

      

 

 

 

 

 

Строим график.

 

Из графика видно υА = 4,65 м/с

 

Определим подачу грунтового насоса:

 

Уточним производительность насоса по грунту:

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЫХЛИТЕЛЯ:

    Расчет гидравлического  рыхлителя выполняется для варианта  с прямолинейным фронтом сплошного  разрыва и сводится  к определению  радиуса и числа сопел, расстояния  между ними, а также напора  и подачи гидрорыхлительного насоса.

 

qo = qгр = Qгр /3600 = 611.4/3600 = 0.16

is = 4 ·103  Па – Удельный импульс силы

zy = 2 –число угловых сопел.

 υо = 20м/с  - Скорость истечения воды из сопел

 

Определим высоту зева:

h = 0.45 · Dвс = 0,45 ·0.25 = 0.1125м

 

Скорость смеси в зеве грунтоприемника υ = 1м/с

 

Площадь зева:

 

 

Ширина зева:

 

 

 

Радиус сопел:

 

 

αгр - угол расширения струи в несвязанном грунте

S0 – глубина фронта сплошного размыва, м

- 16°30’ – угол расширения струи в несвязанном грунте

- глубина фронта сплошного  размыва

 

Rs –радиус струи на фронте сплошного размыва

 

Число сопел:

 

μ = 0.94 – коэффициент скорости истечения воды из сопел

hn = 9 м – потери напора в трубопроводе, поводящем воду к коллектору рыхлителя.

Напор насоса гидравлического рыхлителя определяем по формуле, м

 

 

По известным q0 и Hr выбирается насос гидравлического рыхлителя.

Характеристики выбранного насоса:

Насосный агрегат                         Д-500-65

Подача                                           500 м/ч

Напор                                             40 м

Частота вращения                         1450об/мин

Оптимальный КПД                       76%

Электродвигатель, мощность      135кВт

Диаметр рабочего колеса             390 мм.