Гідравлічний розрахунок ділянки системи.

Гідравлічний розрахунок проводиться з метою визначення основних параметрів трубопроводів і витрат тиску при протіканні через них рідин. Ці величини необхідні при виконанні робочих креслень елементів трубопроводів систем і при виборі арматури і механізмів для перекачування робочої середи. [7]

Cпочатку приймаємо для установки в осушувальній системі 2 насоси НЦВ-250/30, подачею 250 м³/год і напором 30 м. Гідравлічний розрахунок виконано для найбільш віддаленого від насоса відгалуження системи. Розрахункову схему наведено на рис.3.3

Результати гідравлічного розрахунку при подачі Q=100% наведено у табл.3.1.

Таблиця 3.1Гідравлічний розрахунок системи

№	Параметр	Розрахункова формула	Ділянка
1-2	2-3	3-4
	Подача, Q, м^3/с		0,08750	0,08750	0,08750
	Температура води, t, ^oC
	Густина води, ρ, кг/м^3		998,2	998,2	998,2
	Коефіцієнт кінематичної в’язкості, υ, м^2/с		1,004*10^-6	1,004*10^-6	1,004*10^-6
	Діаметр, dy, м		0,225 110	0,225	0,225
	Довжина вертикальної ділянки, Δz, м	Δz=zi-zi-1		-2,5	0,0
	Статична складова, Hст, м.вод.ст	Hст=Δzρg10^-3	12,59	-18,73	0,00
	Довжина ділянки трубопроводу, l, м		3,5
	Абсолютна шорсткість, Δ, мм		0,15	0,15	0,15
	Уточнення швидкості, V, м/с		2,20	2,20	2,20
	Число Рейнольдса, Re	Re=Vd/υ
	Коефіцієент динамічного тертя, λ	λ=f(Re)	0,0994	0,0994	0,0994
	Сума коефіцієнтів динамічного тертя, ∑ξ		5,35	20,6	7,8
	Місцеві втрати напору, Нмісц, м.вод.ст		1,3209	5,0860	1,9258
	Витрати напору через тертя, Нтр, м.вод.ст		0,3817	22,8700	14,2878
	Сумарні витрати	Нсум=Нтер+Нст+Нмісц	14,2926	9,2260	16,2136

 

Довжини ділянок знімаються з креслення. Ще потрібна таблиця сумарних коефіцієнтів динамічного тертя. Для побудови характеристики необхідно провести розрахунки на 80%, 100% та 120% напору та підбираємо насос. Після підбору насоса проводиться перевірка на кавітацію.

 

 

Рисунок 3.3 Схема розрахункової ділянки осушувальної системи: 1 – приймальна сітка, 2 – відгалуження (всмоктуючий трубопровід), 3 – дистанційний незворотньо-запірний клапан, 4 – магістральний трубопровід, 5 – запірний клапан, 6 – фільтр, 7 – осушувальний насос, 8 – датчик кількості нафти, 9 – трьохходовий клапан, 10 – незворотньо-запірний бортовий клапан.

Підбір основного обладнання

Для обрання дросельної шайби необхідно підібрати насос

Обираємо дросельну шайбу.

(4.1)

де Н_дин – визначаємо графічно, за результатами побудови напірної характеристики насосу (рис.5)

Рисунок 5 Напірна характеристика насосу

З формули 4.1 знаходимо значення

За отриманим значенням коефіцієнту опору можемо знайти k_F=0,31 та визначити за допомогою нього площу отвору у шайбі.

де F₀ – площа отвору шайби, а F_ш – площа перетину трубопроводу. Отже, знаходимо з формули значення F₀:

Відповідно, d₀ = 125 мм.

 

 

Розрахунок трубопроводу на міцність

Товщина стінок металевих труб, які працюють під тиском повинна відповідати більшому за значень, отриманих за формулою:

мм

де

S­₀ – теоретична товщина стінки, мм;

d – зовнішній діаметр труби, мм;

p – розрахунковий тиск;

φ – коефіцієнт надійності

b – прибавка, яка враховує фактичне зменшення товщини труби при згинанні, мм

σ – припустиме нормальне навантаження, МПа

с – прибавка на корозію, мм

а – мінусовий виробничий допуск на товщину стінки труби, % (якщо використовуються труби без мінусового допуску, а=0).

Вибір конструктивного виконання і розрахунок відцентрового насосу.

Основні параметри насоса

Розраховується обраний насос

Приймається швидкість обертання електродвигуна змінного струму,передбаченого для безпосереднього приводу відцентрового насоса. З ряду швидкостей - 730, 960, 1450, 2900 об/хв обирається в першому наближенні число обертів n=1450об/хв таким чином, щоб коефіцієнт швидкохідності

n_S = об/хв,

відповідав би нормальному відцентровому насосу, у якого n_S =70…150.

Потужність, споживана насосом

кВт,

де g – питома вага води, що дорівнює для прісної води 1000 кгс/м³;

h – загальний ККД насоса, величина якого приймається у межах 0,6 ¸ 0,75.

За прийнятою величиною n обчислюється відповідний їй крутний момент

на валу насоса

Мкр=97500*60,41/1450=4062,1 кгс×см.

Найменший діаметр вала насоса визначається за допустимої напруги кручення. Для вуглецевої сталі марки "Сталь 45" допустиму дотичну напругу [t] можна обирати 300…400 кгс / см ². Приймаємо [t]=300кгс/см²

Найменший діаметр вала см.

Отримана величина округляється у більшу сторону, отримуємо d=5см

Розрахунок робочого колеса

Геометричні розрахункові величини наведені на схемі робочого колеса насоса з одностороннім підводом рідини, зображеної на рис. 2.

Діаметр втулки робочого колеса встановлюється конструктивно d_ВТ =(1,2¸1,6) d=5*1,6=8,0см.

Діаметр вхідного перерізу колеса насоса D₀ =2 r₀ знаходиться за швидкістю в цьому перерізі. Складова рівняння витрат.

,

де h₀ – об’ємний ККД насоса, рівний 0,9 ¸ 0,95.

Рівняння розв’язується відносно шуканої величини.

м

де u₀ - швидкість, для води» 2 м/с.

м/с

Розрахунок зі сторони виходу починається з визначення теоретичного напору насосу по гідравлічному КПД h_г=0,85¸0,95

H_т=H/h_г=50/0,95=52,63 м

Колова швидкість на зовнішньому колі робочого колеса:

U₂ = м/с,

де К_u2 – коефіцієнт для відцентрового насоса з заниженим коефіцієнтом швидкохідності дорівнює 0,9.

Переходячи до побудови трикутника швидкостей рідини на виході з лопатевої решітки робочого колеса насоса, підраховуємо спочатку проекцію абсолютної швидкості на колову

u_2u=g×H_т/ U₂ =9,8*52,63/28,9=17,84 м/с

Задаючись кутом β₂ = 29¸30⁰, визначаємо висоту трикутника у вигляді радіальної швидкості

u_2r=(U₂ - u_2u)tgβ₂ =(28,9-17,8)tg29^о=6,13 м/с

Швидкість u_2r повинна бути рівною швидкості у вхідному перерізі u₀ або дещо більшою. В даному випадку умову виконано. Можемо виконати побудову трикутників швидкостей (рис.6).

За швидкістю U₂ розраховуємо зовнішній діаметр робочого колеса насоса

D₂=60×U₂/(p×n)=60*28,9/(3,14*1450)=0,381м

Рисунок 6 Трикутники швидкостей

Використовуючи відомі співвідношення у трикутнику швидкостей на виході, за допомогою розрахунку знаходимо відносну швидкість W_{2 і} абсолютна швидкість, а також кут a₂.

У трикутника швидкостей на вході в колесо приймаються 2 умови. Радіальна швидкість u_1r=u_2r и кут β₁»β₂. Або β₁= β₂ – (0¸3⁰).

Колова швидкість лопатей насоса приблизно на середині вхідних кромок визначається за формулою:

U₁= u_1r× ctgβ₁ =6,13*ctg29^o=11,53 м/с

Діаметр положення середніх точок вхідних кромок на меридіональному перерізі робочого колеса D₁ = 2×r₁, розраховуємо за залежністю:

D₁ = 60× U₁/(p×n) =60*11,53/(3,14*1450)=0,152м.

У нормального відцентрового насоса співвідношення D₂/ D₁»2 і при h_s = 70¸150 повинно знаходитися у межах 3,0¸1,5. До того ж повинно виходити D₁£ D ₀. У даному випадку D₂/ D₁=2,51, D₁£ D _0, отже, умова виконується.