Расчёт сопротивлений трубопровода и включенных в него аппаратов

1. Расчёт сопротивлений трубопровода и включенных в него аппаратов.

 

Задание: Рассчитать трубопровод, подобрать марку центробежного насоса и отрегулировать его работу на сеть в схеме циркуляционной мойки резервуаров и трубопроводов.

Молоко насосом 1 перекачивается из емкости 2 через трубчатый стерелизатор 3 и дезодоратор 4(рис.).В трубчатом стерелизаторе оно нагревается от t_н=до t_к= насыщенным водяным паром. Давление в дезодораторе трубопровода в танк p_т =0,09МПа. Расход равен . Молоко подается по трубопроводу длиной l=+. Длина трубопровода от насоса до теплообменника , максимальная высота подъема H.

 

 

1. Разбивка трубопровода насосной установки на участки

 

Трубопровод состоит из всасывающей  и напорной линий. Всасывающая линия - трубопровод от автоцистерны до насоса, по которому молоко поступает с температурой t_н=.

Напорная линия – участок  трубопровода от насоса до танка с включенным в него теплообменником:

- участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника с температурой молока t_н=

- теплообменик , в котором температура молока повышаетя от до. Для расчёта принимаем среднюю температуру

 

- участок напорного трубопровода  от теплообменника до танка с температурой t_к=.

 

2. Выбор теплофизических характеристик перекачиваемой жидкости

 

Так как на рассматриваемых участках трубопровода температура молока имеет разные величины, то выбирают значения динамической вязкости и плотности при соответствующих температурах. Полученные данные приведены в табл.

 

Физические характеристики молока

Таблица 1

Характеристика	Температура, ºС
	72	6	39
Динамическая вязкость µ·103, Па·с	0.60	2.90	1.15
Плотность ρ, кг/м3	1004	1032	1021

 

4. Определение диаметров участков трубопровода, скоростей и режимов движения жидкости в них

 

Диаметры всасывающего и напорного  трубопровода определяют из уравнения  расхода

 

Откуда

 

где   - расход жидкости на рассматриваемом участке, м³/с;

 - средняя скорость движения жидкости, м/с.

Скорость движения жидкости на всасывающем  участке трубопровода выбирают из интервала .

Принимая определяем диаметр всасывающего трубопровода

 

Для напорного трубопровода рекомендуемый  интервал скорости . Принимаем определяем диаметр труб на напорном участке

 

 

Так как для изготовления трубопровода используют стандартные трубы, то расчётные  диаметры всасывающего и напорного  трубопроводов необходимо округлить  до ближайшего размера по государственному стандарту. Выбирают по ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 9940-81 для всасывающего участка трубопровода бесшовную трубу из нержавеющей стали диаметром

70х3(d_внутр=0.064м), для напорного участка трубопровода – трубу из нержавеющей стали диаметром 563.5 (d_внутр=0.049м).

Эквивалентная шероховатость труб К_эк=0,2мм.

Поскольку внутренние диаметры стандартных  труб отличаются от расчётных, то уточняют значения скорости движения молока на отдельных участках трубопровода используя уравнение

 

 

 

Всасывающий участок трубопровода

 

Напорный участок от насоса до теплообменника

 

Напорный участок от теплообменника до танка

 

Для теплообменника необходимо рассчитать скорость молока в одной трубке и значение скорости во входном и выходном штуцерах.

В связи с этим используют условное обозначение заданного теплообменника

 

 

Теплообменник вертикальный, с неподвижными трубными решётками, с кожухом диаметром 600 мм, рассчитанный на условное давление в трубах и кожухе 1,6 МПа, исполнение по материалу М10, обыкновенное исполнение по температурному пределу, с гладкими теплообменными трубами диаметром 25 мм и длиной 2м, расположенного по сторонам правильного шестиугольника, шестиходовой.

Скорость жидкости в одной трубке:

 

 

 

где  - площадь сечения трубок одного хода,

 

 

 

где  - внутренний диаметр труб теплообменника , м;

n- общее количество труб в аппарате(196),

z- число ходов(6).

Тогда

 

 

Для установления режима движения жидкости в трубах необходимо рассчитать число  Рейнольдса

 

где  - скорость движения молока на данном участке, м/с;

d – внутренний диаметр трубы,  м;

- плотность молока, кг/м³;

- динамическая вязкость молока, Па·с.

Участок всасывающего трубопровода,

 

Участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника ,

 

Теплообменник ,

 

Участок напорного трубопровода от теплообменника до танка,

 

 

На всех участках трубопровода режим  движения - турбулентный. 

5. Расчёт сопротивлений трубопроводов и включенных в них аппаратов

 

Под сопротивлениями понимают потери напора, эквивалентные затратам энергии  потока на работу против сил трения, обусловленных вязкостью перекачиваемой среды.

Расчёт сопротивлений (потерь напора) в трубопроводе ведётся отдельно по каждому участку.

 

Всасывающий участок трубопровода.

 

Потери напора определяют по формуле

 

 

 

где  - потери напора по длине на данном участке, м;

- потери напора в местных  сопротивлениях, м.

Для расчёта коэффициента трения предварительно его значение для гидравлически  гладких труб находят по формуле 

 

Рассчитывают толщину вязкого  подслоя по формуле

 

Абсолютная шероховатость трубы  по формуле

 

Сравнивая величину абсолютной шероховатости  с толщиной вязкого подслоя, приходим к выводу, что труба всасывающего трубопровода является гидравлически  гладкой.

Следовательно λ=0,0263

Потери напора по длине составят

h_l=м

На рассматриваемом участке трубопровода имеется одно местное сопротивление – вход в трубопровод, для которого коэффициент местного сопротивления равен .

Определяем потери напора в местных  сопротивлениях

 

 

Так как на напорном участке имееюся 3 поворота под углом 90 градусов

 

 

Суммарные потери напора на всасывающем  участке составят

 

 

Напорный  участок трубопровода от насоса до теплообменника.

 

Находят коэффициент трения для  гидравлически гладких труб по формуле  Блазиуса

 

Толщина вязкого подслоя на данном участке будет равна

 

Принимают, что абсолютная шероховатость  труб, используемых для всасывающей  и напорной линий, одинакова.м

Толщина вязкого подслоя меньше абсолютной шероховатости т.е. труба на рассматриваемом участке является гидравлически шероховатой.Тогда коэффициент гидравлического трения определяют по формуле:

 

Следовательно λ=0,0346

Потери напора по длине составят

 

На данном участке имеются два местных сопротивления - плавный поворот под углом 90º,- которое представляет собой нормализованый крутоизогнутый штампованный приварной отвод с малым радиусом гиба , где - наружный диаметр трубы. В этом случае коэффициент местного сопротивления . При повороте на 90º А=1,0, а при принятом отношении радиуса гиба трубы к её диаметру В=0,15. Следовательно, .

Потери напора в местных сопротивлениях составят

.

Суммарные потери напора составят

 

 

Расчёт  потерь напора в теплообменнике

 

Коэффициент гидравлического трения в трубах теплообменника по формуле Блазиуса

 

Толщина вязкого подслоя в трубах теплообменника составит

 

Принимают абсолютную шероховатость теполобменных труб такой же, как для всасывающей и напорной линий (м).

Сравнивая величину абсолютной шероховатости  с толщиной вязкого подслоя, приходим к выводу, что трубы являются гидравлически гладкими.

Следовательно λ=0,0388

Находим потери напора по длине в  теплообменных трубах

=м

 

Расчёт  потерь напора в местных сопротивлениях теплообменника.

 

Для расчёта потерь напора в местных  сопротивлениях теплообменника необходимо вычислить площади сечения штуцеров, распределительной коробки и  площадь поперечного сечения  труб одного хода и рассчитать коэффициенты местных сопротивлений.

Для определения площади сечения  штуцера принимают его диаметр  равным диаметру труб напорного трубопровода, т.е.

 

Площадь сечения распределительной  коробки одного хода теплообменника

 

где  D – внутренний диаметр кожуха теплообменника, м.

Площадь поперечного сечения труб одного хода теплообменника

 

Коэффициенты местных  сопротивлений в теплообменнике:

• при выходе потока жидкости из штуцера в распределительную коробку (внезапное расширение)

 

• при входе потока жидкости из распределительной коробки в теплообменные трубы (внезапное сужение)

 

• при выходе потока жидкости из теплообменника в распределительную коробку (внезапное расширение)

 

• при входе потока жидкости из распределительной коробки в штуцер (внезапное сужение)

 

Для определения потерь напора в  местных сопротивлениях теплообменника необходимо уточнить скорость молока в распределительной коробке аппарата. Из уравнения расхода

 

Потери напора в рассмотренных  местных сопротивлениях теплообменника составят:

• при входе жидкости в распределительную коробку из штуцера

 

• при входе потока из распределительной коробки в ход теплообменника

 

• при выходе потока жидкости из теплообменных труб в распределительную камеру

 

• при выходе потока жидкости из распределительной камеры в штуцер

 

При переходе из одного хода теплообменника в другой поток делает 12 поворотов под углом 90^°. В этом случае коэффициент местного сопротивления равен. Потери напора рассчитывают по скоростному напору в трубах

 

Потери напора в местных сопротивлениях теплообменника будут равны 

 

Суммарные потери напора в теплообменнике составят

 

 

Напорный  участок трубопровода от теплообменника  до системы трубопроводов и аппаратов.

 

Коэффициент гидравлического трения равен

 

Толщина вязкого подслоя на участке  будет равна

 

Толщина вязкого подслоя меньше абсолютной шероховатости т.е. труба  на рассматриваемом участке является гидравлически шероховатой.Тогда  коэффициент гидравлического трения определяют по формуле:

 

Следовательно λ=0,083

 

Потери напора по длине составят

 

На этом участке трубопровода имеется одно местное сопротивление: плавный поворот на 90º.

Коэффициент местного сопротивления  для плавного поворота на 90º, как  и раньше принимают равным .

Потери напора в местных сопротивлениях будут равны

 

_{Общие потери на участке составят:}

 

 

Суммарные потери напора в сети

.

 

2.Выбор типа и марки  насоса

 

2.1. Обоснование выбора  типа насоса

 

Решающим факторм при выборе типа насоса являются физико-химические свойства перекачиваемой жидкости. С  учётом того, что молоко является пищевым продуктом, наиболее  подходящим для перекачивания данной жидкости можно считать одноступенчатый центробежный, горизонтальный консолбно-моноблочный насос типа X общепромышленного применения.