Гидравлический расчет системы водяного охлаждения промышленного предприятия.

p style="text-align:justify">а) Потери напора в питающих трубопроводах определим по формуле:

hw = , где Qр и K – расчетный  расход и значение заданной характеристики на данном участке трубопровода; l – длина участка трубопровода.

Проверим размерность:

[hw ] = = [ м]-верно.

Следовательно, потери на участках в питающих трубопроводах будут составлять:

hwаб = = = 0,8508 (м)

hwбв = = = 2,67880 (м)

hwвг = = = 0,53768 (м)

hwеж = = = 1,32 (м)

hwде = = =0,76 (м)

hwгд = = = 1.184 (м)

 

б) Потери напора в сбросных трубопроводах определим по формуле:

hwiсб =

Потери на участках в сбросных трубопроводах будут составлять:

hw1сб = = = 1,95 (м)

hw2сб = = = 0,73 (м)

hw3сб = = = 1,093 (м)

hw4сб = = = 0,3859 (м)

hw5сб = = =0,35 (м)

hw6сб = = =0.5626 (м)

 

2.5. Определяем  необходимый напор для работы системы водяного охлаждения. Необходимый напор в питающей сети трубопроводов определяется последовательно в каждой точке, начиная от его конца (точки а и ж) до места присоединения напорного трубопровода (точка г).

На = Нr + Нсв + hw1сб + hw1 + hwаб,

где: hw1сб, hw1, hwаб – потери напора на первой сбросной трубе, в первом теплообменном аппарате, на первом участке питающего трубопровода;

Нr – высота градирни (Нr =27 м);

Нсв – свободный напор у градирни (Нсв = 5,4 м)

Тогда

На = 27+ 5,4 + 1,95 + 1,23 + 1,02 = 36,6 (м)

Нб = На + hwаб  = 36,6 + 1,02 = 37,62 (м)

Нсвб = Нб − Hr − hw2сб − hw2 − hwбв

Нсвб =37,62 − 27 – 1,44 − 1,17 – 3,5 = 4,41(м)

Сравнивая полученное значение Нсвб = 4,41 м и свободный напор у градирни Нсв = 5,4 м, замечаем, что Нсвб < Нсв

Нв = Нб + hwбв  = 37,62 + 3,5 = 41,12 (м)

Пусть Н2 – необходимый напор в питающей сети трубопровода, тогда:

= Нв + hwвг  = 41,12 + 0,32 = 41,44(м)

Нсвв = Нв − Нr − hw3сб − hw3 − hwвг

Нсвв = 41,12 − 27 − 1,29 – 1.24 − 0,52 = 11,07 (м)

Аналогично находим необходимые напоры и свободные напоры по правой ветви питающего трубопровода в точках е, ж, д, г.

Нж = Нr + Нсв + hw6сб + hwеж

Нж = 27 + 5,4 + 1,89 + 2,26 = 36,55 (м)

Не = Нж + hwеж = 36,55 + 2,26= 38,81 (м)

Нд = Не + hwде = 38,81 + 1,9 = 40,71 (м)

Нсвд = Нд − Нг − hw4сб − hw4 − hwгд

Нсвд =40,71 − 27 – 0,5 – 0,75− 1,1 = 11,36(м)

Получаем, что 5,86 > 3,9, значит: Нсвд > Нсв

= Нд + hwгд  = 40, 71+ 1,1 = 41,81 (м)

Сравним и – рассчитанные значения напора левой и правой ветвей питающего трубопровода

  - = 41,81 – 41,44 = 0,4(м)

Полученная разница значений не превосходит заданный промежуток 1,5 ÷ 2,0 м.

 

Глава 3. Гидравлический расчет насосной установки

Гидравлический расчет насосной установки складывается из следующих трех расчетов:

1.      гидравлический расчет всасывающей линии насосной установки;

2.      гидравлический расчет напорной линии насосной установки;

3.      определение мощности насосной установки.

3.1. Гидравлический расчет всасывающей линии

а) Определение диаметра всасывающей линии:

dв = ,

где Qр – расход воды насосной установки; Vдоп – допускаемая скорость во всасывающей линии насосной установки, принимается нами в пределах 1,5 ÷ 2,5 м/с.

Зададим Vдоп = 1,6 м/с = 5760 м/ч

Qр = = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6

Qр = 123 + 118+ 148 +167 + 187 + 124 = 867 (м3/ч)

dвc = = 0,19019 (м) ≈ 200 мм

б) Определим потери напора всасывающей линии

hwвс = ,

где Qр – расчетный расход воды; K – расходная характеристика для принятого диаметра трубопровода (приложение 2); lвс – длина всасывающей линии; wв – площадь поперечного сечения принятого по ГОСТу диаметра трубопровода всасывающей линии насоса; ξсетки, ξколена,, ξзадв – коэффициенты местных сопротивлений.

Т.к. dвc = 200 мм, то K = 3,4110 × 103 (л/с) = (м3/ч)

lвс = 19 м

wв = = 0,218(м2)

Получим:

hwвс = =

= 0,003411 + 10,5 × 0,794013 = 8,3371 (м)

в) Определим предельную высоту установки насоса над поверхностью воды в приемном колодце

hwпред = hwвc −∆h,

где Pa и Рt – атмосферное давление и давление преобразования воды при заданной температуре;

Pa = 1,01× 105 (Па)

при t = 10°, Рt =0,033кг/см3 = 0,033 104 кг/м3

              ρ – плотность воды,  ρ = 1000 кг/м3

              Vв – средняя скорость воды во всасывающем трубопроводе

Vв = = 1,0893532 (м2),

где Qр = 860 м3/ч = 0,2386 м3/с;

α – коэффициент кинетической энергии, α = 1,05 ÷ 1,10, α = 1,07

∆h – кавитационный запас, который зависит от типа насоса, его напора и т.д. ∆h = 1,5 ÷ 2,5 м, ∆h = 2 м

hwпред =

=10,27 – 0,14 – 4,773 = 5, 357 (м)

Сравнивая hwпред = 5, 357 (м) с принимаемой высотой hп = 4,0 ÷ 5,0 м замечаем, что у нас полученный результат выше, чем hп .

3.2. Гидравлический расчет напорной линии

Гидравлический расчет напорной линии насосной установки складывается из:

а) определения длины участка напорного трубопровода;

б) определение потерь напора в нем.

а)  dн = ,

где Qр – расход воды насосной установки, Vдоп – допускаемая скорость на участке, принимается нами в пределах 1,5 ÷ 2,5 м/с;

dн = = 0,3715(м) ≈ 400 мм

K = 2,166 × 103 (л/с) = 2,166 (м3/с)

б) hwн = 1,1×н,где: 1,1 – коэффициент, учитывающий увеличение

потерь напора по длине за счет местных гидравлических сопротивлений;

lн – длина напорного трубопровода, lн = 63 м .

hwн = 1,1× = 0.88 (м)

3.3. Определение мощности насосной установки

Данная задача складывается из определения манометрического напора насосной установки и подсчета полезной и потребляемой мощности.

а) манометрический напор установки:

Нм = + hwвc + hwн

Нм = 41,44 + 2,773 + 0,88 = 45,093(м)

б) полезная мощность:

Nпол = ρ × g × Qр × Нм

Проверим размерность:

[Nпол] =

Nпол = 1000 × 9,8 × 0,335 × 55,29 = 181517, 07(Дж/с)

в) потребляемая мощность

N = ,

где η – полный коэффициент полезного действия насоса,

η = 0,65 ÷ 0,75 

η = 0,7

N = =259310,1 (Дж/с)

Потребляемая мощность всей насосной установки:

Nуст =β×N,

где β – количество насосов, β = 2

Nуст =2 × 259310,1 = 518620,2 (Дж/с)

 

        Явление кавитации известно в науке и технике немногим больше сотни лет. Впервые обнаружил это явление английский ученый Рейнольд в 1894 году на английских миноносцах.«Кавитус» в переводе с латинского означает – «ВАКУУМ».Кавитация отличается от обычного кипения тем, что при повышении относительной скорости потока относительно тела понижается давление потока до давления насыщенных паров (ваккума). При этом жидкость вскипает, и образуются кавитационные парогазовые пузырьки микроскопических размеров. Кавитационные пузырьки, попадая в область повышенного давления, схлопываются (замыкаются, конденсируются) кумулятивными струйками в точки. В этих точках, а их огромное количество, кумулятивные эффекты приводят к точечному повышению давлений до десятков тысяч атмосфер, с образованием точечных температур в десятки тысяч градусов по Кельвину.Кроме того, резкое (внезапное) исчезновение кавитационных пузырьков приводит к образованию гидравлических ударов, и как следствие к созданию волны сжатия и растяжения в жидкости с ультразвуковой частотой. Если ударная волна встречает на своем пути препятствие, то она разрушает его поверхность. Кавитационных пузырьков довольно много и захлопывание их происходит много тысяч раз в секунду, поэтому кавитация может привести к значительным разрушениям. Энергия схлопывающихся пузырьков расходуется на излучение ударных волн, на локальный нагрев газа, содержащегося в сжимающихся кавитационных полостях, на возбуждение сонолюминисценции, на образование свободных радикалов, а также на создание шума. Совместное воздействие кумулятивных струек, гидродинамических ударов и ультразвукового поля приводят к:
        - стерилизации обрабатываемой жидкости;
        - эмульгированию обычно не смешиваемых продуктов (мазут- вода);
        - разрыву длинных полимерных цепей в нефтепродуктах, переводу их в новое структурное         состояние;
        - измельчению (диспергированию) до микронного уровня твердых частиц в жидкости;
        - гомогенизации обрабатываемого продукта;
        - интенсификации химических реакций в десятки и порой даже тысячи раз.В результате многолетнего труда исследователей и специалистов нашей компании, удалось использовать явление кавитации в полезном направлении. Нами было создано оборудование целого ряда модификаций, которое может быть использовано в различных технологических процессах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

              В данной работе мы определили общую потерю напора в шестом теплообменном аппарате при параллельном соединении в нем трех трубопроводов. hw = 1,388 м

Также мы определили диаметры участков питающих и сбросных трубопроводов и потери на них.

 

Питающие трубопроводы:

25

 

dаб ≈200 мм

dбв ≈200 мм

dвг ≈300 мм

dгд ≈400 мм

dде ≈350 мм

dеж ≈200 мм

hwаб = 0,8508 м

hwбв = 2,6788 м

hwвг = 0,5376 м

hwгд = 1,32м

hwде = 0,5 м

hwеж = 1,39 м

 

 

 

 

 

 

25

 

 

Сбросные трубопроводы:

25

 

d1 ≈175 мм

d2 ≈175 мм

d3 ≈175 мм

d4 ≈200 мм

d5 ≈250 мм

d6 ≈200 мм

hw1 = 1,95 м

hw2 = 0,73 м

hw3 = 1,093 м

hw4 = 0,3859 м

hw5 = 0,35 м

hw6 = 0,5626 м

 

 

 

 

 

 

25

 

Рассчитали напор насосной установки:

                            Нм = 45,093м

Определили полезную мощность насоса:

              Nпол = 181517, 07 (Дж/с)

Мощность всей насосной установки

              Nуст = 518620,2 (Дж/с)

Также помимо приведенных выше результатов, были определены и рассчитаны величины, необходимые нам для освоения навыков расчета систем водяного охлаждения промышленного предприятия, подобран насос необходимой мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников:

 

1.      Киселев П. Г. Гидравлика (основы механики жидкости). М-Л.: Энергия. 1980, 360 с..

2.      Киселев П. Г. Справочник по гидравлическим расчетам. М - Л.: Энергия. 1972, 399 с..

3.      Гидравлический расчет системы водяного охлаждения промышленного предприятия. Методические указания к расчету РГР / Н. Л. Золотов, Н. Н. Береда. Саратов.:  1971, СПИ. 22 с..

 

 

25