Исследование насосной установки с мультициклоном.

1. Цель работы.

1.1 Исследование устройства и действие гидромультициклона, насоса и мешалки.

1.2 Определение режимов движения жидкости.

1.3 Определение потерь напора на трение и на местные сопротивления.

1.4 Определение характеристик работы центробежного насоса.

2. Теоретические основы.

Разделение ЖНС под действием центробежных сил применяют для их более тонкого разделения. Одним из таких устройств являются гидро и мультициклоны. Фактор их разделения

     ω² R     υ²

Ф = ——— = ——,

      q           qR

где ω — угловая скорость вращения, р/с,

   R — радиус вращения частицы, м,

   υ — окружная скорость вращения, м/с.

Для создания напора используем центробежный насос, при выборе которого руководствуемся его главной характеристикой. Различают две основные группы насосов: лопастные (динамические) и объемные. Лопастные насосы проточные, несамовсасывающие, у них напор и подача связаны между собой зависимостью, а объемные насосы — самовсасывающие, у них напор не зависит от подачи. В рабочем колесе лопастного насоса подводимая механическая энергия передается жидкости путем динамического воздействия лопаток рабочего колеса на поток. В объемных насосах перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее вытеснителями из рабочего объема насоса. Основными параметрами работы насосов являются: подача, производительность, напор, полезная мощность, мощность на валу насоса и общий к.п.д. Характеристики насосной установки: высота всасывания и нагнетания, геометрическая высота подачи жидкости (геометрический напор) и свободный напор.

3. Описание экспериментальной установки.

 

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

1. Бак с мешалкой и крахмальной суспензией (ЖНС).

2. Насос центробежный.

3. Вентиль (полностью открыт).

4. Манометр.

5. Мультициклон.

6. Гидроциклон.

7. Сборник осветленной жидкости.

8. Сборник сгущенной суспензии.

 

4. Методика проведения работы.

После ознакомления с основами теории, с устройством и принципом действия установки, набрасываем ее эскиз, создаем установившийся режим работы и производим необходимые замеры, которые заносим в таблицу 1.

Таблица 1.

Значения замеряемых величин

Мультициклон

Жидкость - вода

Замеры на установке

dс

D

ΔР

n

t

ρ

Ро

υ

Нг

Рм

Рб

ξ8х

ξ8ен

ξкол

пкол

ξвых

lвс

dвс

lн

м

м

Па

шт

°C

кг/м^3

кПа

м^2/с

м

Па

Па

м

м

м

шт

м

м

м

м

 

5. Обработка опытных данных — результатов замеров.

5.1 Расчет производительности установки.

1) Производительность одного элемента мультициклона — гидроциклона.

П₁ = V_с= 9*10^-4* d_с D*√∆Р =...м³/с,

где d_с- диаметр сливного патрубка, d_с=...м,

D — внутренний диаметр циклона, D=...м,

ΔР — разность давлений, ΔР=(2...3)*10⁵=...Па.

2) Производительность мультициклона.

П_м = V_м = n* V_с= п*П₁=...м^,

где n — число элементов — гидроциклонов в мультициклоне, n=...шт.

3) Проверяем производительность насосной установки

П_н = k* d² ρ...кг/с,

где k- опытный коэффициент, k=0,5...1,5,

d — диаметр всасывающего патрубка, d=...м,

ρ — плотность жидкости — воды (см.пункт.5.2)

5.2 Определение режима работы насоса.

Принимаем при исследовании перемещение воды при t=20°C с параметрами по таблице 2 [5, с. 141]:

– плотность ρ=998 кг/м³;

– давление насыщенных паровводы Р_п=...кПа,

– коэффициент кинематической вязкости воды υ=...м²/с

– плотность суспензии ρ_с=ρ_т*φ+(1- φ)ρ_ж=...кг/м³.

Для определения расхода воды нужно найти рабочую точку пересечения характеристики насоса Н=f(Q).

Характеристику насоса см. рис.2

Рассчитаем и построим характеристику насосной установки

Н_потр= Н_г+Н_св+h_W

где Н_св -свободный напор

              Р_м- Р_б

    Н_св = ———=...м,

                  ρq   

где Р_м — избыточное давление на поверхности воды в мульциклоне, Р_м= (20...30) 10⁴ Па.

  Р_б- атмосферное давление на поверхности воды в баке, Р_б=...Па,

ρ — плотность воды при t=...°C, ρ=...кг/м^3,

q — ускорение свободного падения, q= 9,81 м/с²,

h_W — потери напора суммарные во всасывающей и нагнетальной трубах, h_W= h_м+h_е,

h_{м —} потери напора на преодоление местных сопротивлений по формуле Вейсбаха

                  υ²

h_м= Σξ ———=

                2q

Σξ — суммарный коэффициент местных сопротивлений (см. рис.1)

h_м= Σξ =ξ_8л + ξ_вен+ ξ_кол n_кол + ξ_вых =...м,

ξ_{8л —} сопротивление входа воды из бака в трубу, ξ_8л =...м,

ξ_вен — сопротивление вентиля полностью открытого при работе насоса, ξ_вен =...м,

 ξ_{кол —} сопротивление колена при радиусе закругления R=d трубы, ξ_кол =...м,

 n_кол  - число колен, n_кол=2,

ξ_{вых —} сопротивление на выходе из трубы воды в мультициклон, ξ_вых=...м,

υ — средняя скорость потока воды, υ=...м/с,

h_е — потери напора на гидравлическое трение по общей длине труб по формуле Дарси

l=l_вс +l_н =...м,

        l    υ²

h_е = λ ——* ——=

       d   2q

где λ — коэффициент гидравлического трения, который зависит от числа Re и относительной шероховатости Δэ, d,

 Δэ — абсолютная эквивалентная шероховатость стальных, бывших в употреблении труб, Δэ= 0,75 мм,

тогда относительная шероховатость составит

Δэ

——.

d

 d — диаметр труб стальных бывших в употреблении, d=..мм.

5.2.1 Для определения потребных напоров установки для различных расходов воды в диапазоне Q =0...0,0004 м³/с задаемся:

Q₁ =0 м³/с,

Q₂ =...м³/с,

Q₃ =...м³/с,

Q₄ =...м³/с,

Q₅ =...м³/с.

1. Для расхода воды Q₁ =0 м³/с, υ₁ = 0 м/с, Re₁ =0, hι₁=0, h_м1= 0, h_W1=0.

H_потр1= Н_г+Н_св+h_W2=...м.

2. Для расхода воды Q₂ =...м³/с.

  1)      Скорость движения воды в трубах

           4Q₂

     υ₂ = ———=...м/с,

           πd²

 

2) Критерий Рейнольдса для воды движущейся в трубах

         υ₂ d

Re₂ = —— =

            υ

Т.к число Рейнольса Re₂ =......(>,<)....

– режим движения воды в трубах - ….........

3) Коэффициент гидравлического трения по графику Кольбрука (см. рис. 3) для Re₂ =............. и Δэ/d=.......... (см. пункт 5.2) составит λ₂ =...

4) Потери напора по длине труб на гидравлическое трение по общей длине труб

l=l_вс+l_н =...м,

          l     υ₂²

 hι₁= λ₂——*—— =

         d    2q

5) Потери напора на преодоление местных сопротивлений

             υ₂²

h_М2= Σξ= —— =...м,                

                         2q

6) суммарные потери напора во всасывающей и напорной трубах

h_W2= hι₂+ h_м2=...м.

7) Потребный напор установки

Н _потр2 = Н_г+ Н_св + h_W2=...м.

3. Для расхода воды в трубах Q₃ =... м³/с.

 

          1)   Скорость движения воды в трубах

           4Q₃

     υ₃ = ———=...м/с,

           πd²

2) Критерий Рейнольса

                  υ₃ d

        Re₃ = —— =

                     υ

Т.к.число Re₃ =.....(>,<)....- режим движения воды в трубах......

3) Коэффициент гидравлического трения по графику Кольбрука (см.рис. 3) для Re₃ =............. и Δэ/d=..........(см.пункт 5.2) составит λ₃ =...

4) Потери напора по длине труб на гидравлическое трение по общей длине труб

l=l_вс+l_н =...м,

          l     υ₃²

 hι₃= λ₃——*—— =...м,

         d    2q

– на преодоление местных сопротивлений

           υ₃²

h_М3= Σξ —— =...м,                

                      2q

– суммарные

h_W3= hι₃+ h_м3=...м.

5) Потребный напор

Н _потр3 = Н_г+ Н_св + h_W3=...м.

4. Для расхода воды Q₄ =... м³/с.

 

           4Q₄

     υ₄ = ———=...м/с,

           πd²

           υ₄ d

Re₄ = —— =

              υ

Т.к. Re₄ =.........(>,<)....,то режим движения воды....

По графику Кольбрука при Re₄............ и Δэ/d=..........(см.пункт 5.2) составит λ₄ =...

Потери напора:

– по длине труб

          l       υ₄²

 hι₄= λ₄——*—— =...м,

         d    2q

– на преодоление местных сопротивлений

           υ₄²

h_М4= Σξ —— =...м,                

                      2q

– суммарные h_W4= hι₄+ h_м4=...м.

Потребный напор

Н _потр4 = Н_г+ Н_св + h_W4=...м.

5. Для расхода воды Q₅ =... м³/с.

           4Q₅

     υ₅ = ———=...м/с,

           πd²

            υ₅ d

Re₅ = —— =

                           ν

Т.к. Re₅ =.........(>,<)....,то режим движения воды в трубах установки - …......

По графику Кольбрука при Re₅............ и Δэ/d=..........(см.пункт 5.2) составит λ₅ =...

Потери напора:

– по длине труб

          l     υ₅²

 hι₅= λ₅——*—— =...м,

         d    2q

– на преодоление местных сопротивлений

           υ₅²

h_М5= Σξ —— =...м,                

                      2q

– суммарные hW₅= hι₅+ h_м5=...м.

Потребный напор

Н _потр5= Н_г+ Н_св + h_W5=...м.

Все расчеты сводим в таблице 2.

Таблица 2.

Q(1-5)	υ	Re	Режим	λ	hι	hм	hW	Н потр
м^3/с	м/с	-	-	-	м	м	м	м
0	0	0	-	-	0	0	0

 

6. По данным таблицы 2 строим характеристику насосной установки (см. рис. 2).

Пересечение двух характеристик Н=f(Q) и Н_потр = f(Q) дает нам рабочую точку А, которая определяет режим работы насоса в данной установке

Н_р =...м, η_р =...%, Q_р =...м³/с.

Режим работы насоса в данной установке близок к оптимальному.

Рис. 2 Характеристика насоса Н=f(Q) и η= f(Q).

 

 

5.3.2 Определение мощности потребляемой насосом

                 ρqQ_рH_р

        N = ———— =

                    η_р

где ρ — плотность воды, ρ=...кг/м³,

q — ускорение свободного падения, q= 9,81 м/с²,

Q_р — рабочая подача насоса, Q_р=...м³/с,

H_р — рабочий напор развиваемый насосом, H_р=...м,

η — полный рабочий к.п.д. насоса, η_р=0,....

Мощность соответствует действующей.

 

Рис. 3. График Кольбрука.

 

6. Литература.

6.1 Стабников В.Н., Баранцев В.И. «Процессы и аппараты пищевых производств»,-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с. 327.

6.2 Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. «Процессы и аппараты пищевой технологии»,-М.: Колос, 2000, с. 552.

6.3 Горбатюк В.И. «Процессы и аппараты пищевых производств»,-М.: Колос, 1999, с. 336.

6.4 Баранцев В.И. «Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств»,-М.: Агропромиздат, 1985, с. 137.

6.5 Гребенюк С.М. «Лабораторный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств»,-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, с. 151.

7. Вопросы для самопроверки.

7.1 Гидравлика, ее разделы, их характеристика.

7.2 Гидростатика, основное уравнение, их описание.

7.3 Давление, его виды, единицы измерения, приборы для измерения давления.

7.4 Закон Паскаля, гидравлический пресс, их характеристика.

7.5 Гидродинамика, поток, его характеристика, расходы и скорости жидкости, их виды, режимы движения, критерий Re.

7.6 Уравнения неразрывности и Бернулли.

7.7 Потери напора при движении жидкостей, их определение.

7.8 Псевдоожижение, его характеристика.

7.9 Насосы для перемещения жидкостей, их виды, характеристика.

7.10 Вентиляторы, компрессоры, их виды, назначение, устройство, действие.

7.11 Основные элементы гидроциклона, мультициклона и центробежного насоса, их устройство, действие, характеристика.

8. Вопросы по технике безопасности.

8.1 Проверить готовность установки к исследованию (наличие ограждения привода насоса, мешалки, пусковых приборов, пульта управления, заземления).

8.2 Не касаться токоведущих частей приводов насоса, мешалки, пульта управления.

8.3 В случае нарушения режима работы установки или поражения током немедленно обесточить с помощью общего щита.

9. Анализ, выводы.