Расчёт сопротивлений трубопровода и включенных в него аппаратов

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

Для определения потерь напора в  местных сопротивлениях теплообменника необходимо уточнить скорость воды 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 Френкеля

следовательно

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 вода является не агрессивной средой,то можно подобрать насос подходящих храктеристик,наиболее подходящих для перекачивания данной жидкости можно считать одноступенчатый центробежный консолбно-моноблочный насос типа NK.

 

2.2. Описание устройства  насоса и назначения его основных  узлов и деталей

 

См.Приложение.

 

2.3. Определение требуемого  напора насоса и выбор марки  насоса

 

Насос при работе должен сообщать протекающей через него жидкости энергию, необходимую для её подъёма  на определённую высоту, на преодоление  разности давлений в резервуаре и  обезвоживателе и гидравлических сопротивлениях в трубопроводах и аппаратах.

Требуемый напор насоса согласно формуле

где   - статический напор насосной установки,

С учётом найденного значения требуемого напора и заданной подачи насосов типа NK определяем марку насоса, соответствующую этим параметрам.

Для и H_TP=42,1 принимаем насос марки

NK 65-200 ,

Основные технические характеристики выбранного насоса приведены в табл. 2.

Таблица 2

NB 40-250/230	Типоразмер насоса
186	Диаметр рабочего колеса,мм
108	Подача, .
42,1	Напор,м
4	Допустимый кавитационный запас,м, не более
2945	Частота вращения,
17,5	Мощность (при плотности), кВт
76.1	КПД насоса %, не менее
362	Масса, кг
ТУ 26-06-1187-85	№ технических условий

 

 

2.4. Построение характеристик  насоса и сети. Определение рабочей  точки насоса

 

В связи со сложной формой движения жидкости в проточной части лопастного насоса точно определить рабочие  параметры расчётным путём практически  невозможно. Действительные характеристики насосов получают путём стендовых  испытаний. На практике нашли применение следующие характеристики: рабочая, универсальная (регулировочная), относительная, кавитационная. Одной из наиболее важных характеристик насоса является рабочая  характеристика. Это графические  зависимости основных технических  показателей Н, N , от подачи при постоянной частоте вращения, вязкости и плотности перекачиваемой жидкости на входе в насос. Они позволяют определить подачу насоса при заданном сопротивлении – по кривой Q-H; затраты энергии – по кривойQ-N. Кривая Q-η служит для оценки экономичности действия насоса и её легко построить на основании расчёта.

 Для полного описания эксплуатационных  качеств насоса, включая всасывающую  способность, на характеристики  наносят кривую H_В.Доп( ) = которую строят по результатам кавитационных испытаний насоса.

Для каждой марки насоса существуют свои характеристики, которые приводятся в специальных каталогах, поэтому, выбрав марку насоса, определяют одновременно рабочие характеристики.

Характеристики сети – это зависимость  потребного напора подачи. Она может  быть расчитана по формуле

где 

Для пострения характеристики сети необходимо определить значение коэффициента пропорциональности b. Для этого  воспользуемся равенством

откуда  

где   - потери напора в трубопроводах и аппаратах насосной установки, при заданной подаче насоса

Задаваясь различными значениями Q, находят напор сети, соответствующий принятой подачи.

Полученные результаты заносят  в табл. 3.

По рассчитанным значениям строят характеристику сети накладывая её на рабочую характеристику насоса.

 

Характеристика сети

Таблица 3

Q		Нст ,м	Нп ,м	Нтр , м
0	0	16,802	0	16,802
2,7778	10	16,802	0,2165	17,0185
5,5556	20	16,802	0,866	17,668
8,3333	30	16,802	1,9485	18,7505
11,1111	40	16,802	3,4639	20,2659
13,8889	50	16,802	5,4124	22,2144
16,6667	60	16,802	7,7938	24,5958
19,4444	70	16,802	10,6083	27,4103
22,2222	80	16,802	13,8557	30,6577
25	90	16,802	17,5361	34,3381
27,7778	100	16,802	21,6495	38,4515
30,5556	110	16,802	26,1959	42,9979
33,3333	120	16,802	31,1753	47,9773
36,1111	130	16,802	36,5877	53,3897

 

Точка А – точка пересечения  характеристик насоса и сети –  рабочая точка насоса, ей соответствуюет подача 108,6 и напор 42,3м.

Так как полученная подача не равна  заданной- то необходимо отрегулировать работу насоса на сеть.

 

3. Регулирование работы  насоса на сеть

 

3.1. Проверка условий  обеспечения бескавитационной работы  насоса

 

При эксплуатации насоса необходимо обеспечить его бескавитационную работу.

Кавитационный запас данной насосной установки должен удовлетворять  условию

где   - кавитационный запас насосной установки при данных условиях,

- допустимый кавитационный запас  выбранного насоса, определяемый  по рабочей характеристике насоса при заданной подаче

Кавитационный запас  определяют по формуле

Давление насыщенных паров воды при t_н= равно Р=1452Па.

 

По условию задания 

,h_вс=1,9м,

Тогда

Таким образом, условие (1) соблюдается.

 

3.2. Регулирование работы  насоса на сеть изменением  частоты вращения вала центробежного  колеса

 

Изменение частоты вращения рабочего колеса насоса ведёт к изменению  его характеристик и режима работы. Для пересчёта характеристик  насоса при другой частоте вращения используют законы пропорциональности, согласно которым

 

Следовательно

Коэффициент пропорциональности определяют по заданному значению Q_з=3 и рассчитанному значению потребного напора H_тр=42,054 м.  Пусть точка с координатами и находится на характеристике сети. Тогда можно записать, что

Имея значениe k рассчитываем напор при различных подачах, сводим результаты в таблицу 4 и строим параболу подобных режимов.

 

Координаты точек параболы подобных режимов.

Таблица 4

Q	0	2,78	5,56	8,33	11,11	13,89	16,67	19,44	22,22	25	27,78	30,54	33,33	36,11
H,м	0	0,36	1,44	3,24	5,77	9,07	12,98	17,67	23,07	29,2	36,05	43,63	51,92	60,93

 

Парабола подобных режимов пересекает характеристику насоса в точке В  с абсциссой Q_B=108,41 м³/ч (Q_B=3,01·10^-2 м³/с ). По уравнению определяют требуемое число оборотов вала центробежного колеса:

По законам пропорциональности находят характеристики насоса, соответствующие  новой частоте вращения вала рабочего колеса. Результаты расчёта представлены в табл.5.

Рабочие характеристики насоса при  регулировании его работы на сеть изменением частоты вращения вала рабочего колеса

Таблица 5

Q ,м3/с	H1,м	N1,кВт		%		H2,м	N2,кВт
0	48,92	6,2	-	0	0	48,56	6,13	-
2,7778	49,6	6,89	-	19,28	2,7674	49,23	6,81	-
5,5556	50,08	7,79	-	34,75	5,5348	49,71	7,71	-
8,3333	50,31	8,73	1,88	48,88	8,3022	49,93	8,63	1,86
11,1111	50,33	9,71	1,6	56,09	11,0696	49,95	9,61	1,59
13,8889	50,02	10,74	1,46	63,21	13,837	49,65	10,62	1,45
16,6667	49,48	11,75	1,46	68,53	16,6044	49,11	11,61	1,45
19,4444	48,63	12,82	1,56	72,27	19,3718	48,26	12,67	1,54
22,2222	47,52	13,84	1,77	74,86	22,1392	47,16	13,69	1,76
25	46,02	14,76	2,11	76,39	24,9066	45,68	14,6	2,09
27,7778	44,21	15,64	2,51	76,94	27,674	43,88	15,46	2,49
30,5556	42,07	16,41	3	76,63	30,4414	41,75	16,23	2,98
33,3333	39,55	17,08	3,61	75,47	33,2088	39,25	16,89	3,58