Лахмаков В.С. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

Для всасывающего трубопровода:

жл

вв

⎟

⎠

⎞

⎜

⎛

⎝

Σ+

, (4.7)

где λ

— коэффициент гидравлического трения для всасывающего трубопро-

вода, определяемый по графику Мурина (приложение 8) или по

формулам;

, d

— длина и диаметр всасывающего трубопровода;

ζ — 10). коэффициент местных гидравлических сопротивлений, (приложение

Нагнетательный трубопровод, как правило, намного длиннее всасы-

вающего, поэтому определение местных потерь напора можно упростить,

приняв их равными 10 % от потерь по длине.

Соответственно:

л1,1

нн

, (4.8)

где l

, d

— длина и диаметр нагнетательного трубопровода, м;

— средняя скорость воды в нагнетательном трубопроводе, м/с;

— коэффициент гидравлического трения для нагнетательного трубо-

провода.

Гидравлическая характеристика насосной установки:

гн.у

ВQНН +

рр

−

. (4.9)

При построении характеристики величину В целесообразно вычислять

по формуле:

, (4.10)

где h

ора в — общие потери нап трубопроводах насосной установки при рас-

четном расходе Q . Расчетный расход насосной установки опреде-

ляется объемом и режимом водопотребления, а также величиной

регулирующих сооружений;

151

В — постоян я данной установки при рбулен ом режиме движения ная дл ту тн

жидкости.

Подбор центробежных насосов

Исходные данные:

a) Q

— расчетный расход насосной установки;

б) план установки с горизонталями, на котором указано расположение водо-

забора, насосной станции, водонапорной башни и трассы трубопроводов;

в) наибольшая и наименьшая отметка уровня воды в источнике (предполага-

ется, что источник полностью обеспечивает потребность в воде).

Порядок расчета.

1. Составляется схема насосной установки и определяются все ее пара-

метры. Если геометрическая высота всасывания Н

превышает 5 м, составля-

ется схема, в которой предусматривается применение погружных насосов.

При выборе схемы насосной установки следует учитывать, что геометриче-

скую высоту всасывания можно уменьшить путем заглубления пола насос-

ной станции до 5 м от поверхности земли, если этому не препятствуют грун-

товые воды. Наиболее высокий уровень грунтовых вод должен быть ниже

пола, по крайней мере, на 0,5 м.

2. На сводном графике подач и напоров соответствующих насосов (ри-

сунок 4.11) наносится расчетная точка, параметры которой — расчетный

расход Q

и вычисленный для него потребный напор насосной установки, ко-

торый в дальнейшем будет называться также расчетным Н

Выбирается насос, напорная характеристика которого лежит выше

расчетной точки, но ближе чем характеристики других насосов. В оптималь-

ном случае расчетная точка совместится с характеристикой насоса при наи-

большем КПД.

152

Рисунок 4.11 — Сводный график полей:

Q – Н насосов типа К, КМ

3. Строятся графики рабочих характеристик выбранного насоса на ос-

новании приложения 13–25.

4. Строится гидравлическая характеристика насосной установки (на тех

же осях, что и напорная характеристика насоса). Для этого расходы, указан-

ные в таблице технических данных выбранного насоса, подставляются в

формулу (4.10) и вычисляются соответствующие напоры.

5. Определяются рабочие параметры насоса, характеризующие его ра-

боту на данной установке, по рабочей точке насоса, которая представляет со-

бой точку пересечения напорной характеристики насоса и гидравлической

характеристики насосной установки (рисунок 4.12).

, Н

, η

, N

, или ∆h

доп

. ,

доп

вак

6.Проверяется отсутствие кавитации в насосе:

а) вычисляется допустимая геометрическая высота всасывания для ра-

бочего расхода (индекс А у рабочих параметров в дальнейшем опускаем)

hНН

в.п

доп

вак

доп

−−=

, (4.11)

153

допв

н.патм

доп

рр

Н ∆−−

−

, (4.12)

где ∆h

доп

— доп

атм

— атмосферное да

н.п

— давление насыщенн сти при данной температуре,

устимый (наименьший) кавитационный запас;

вление;

ых паров жидко

(приложение 5);

доп

вак

— допустимая вакуумметрическая высота всасывания;

— потери напора вo всасывающем трубопроводе при рабочем расходе,

определяются по формуле (4.7) для рабочего расхода;

в.п

— скорость воды во всасывающем патрубке насоса.

в.п

= , (4.13)

где Q — рабочий расход насоса;

в.п

— площадь поперечного сечения всасывающего патрубка (в прило-

жениях 13–25 даны диаметры всасывающих патрубков D

При Н

≤

доп

Н кавитация в насосе отсутствует. Если данное условие не

выполняется, то следует изменить насосную установку, т. е. увеличить диаметр

или уменьшить длину всасывающего трубопровода, либо заглубить насос.

Пример подбора центробежного насоса

Исходные данные

Насос предназначается для работы в насосной установке, по которой во-

да подается из колодца чистой воды в водонапорную башню (рисунок 4.10).

Всасывающий трубопровод длиной l

= 15 м имеет два резких поворота на 90°

и оборудован обратным клапаном с сеткой. Нагнетательный трубопровод име-

ет длину l

= 57,2 м. Низшая отметка уровня воды в колодце

∇

= 10 м, наи-

большая отметка уровня воды в башне

∇

= 30 м, отметка поверхности земли в

месте установки насосной станций

н.с

∇

= 14м. Температура воды 10 °С.

Расчетный расход насосной установки Q

= 5,5 л/с = 19,8 м

/ч.

154

Порядок расчета

1. На схеме насосной установки указываются величины, необходимые

для определения параметров насосной установки: Н

, Н

, р

и предва-

рительно намечается тип насоса – в данном случае консольного типа, так как

н.с

–

∇

= 14 – 10 = 4 м. ∇

2. Подбираются диаметры трубопроводов из условия υ

= (0,6–1) м/с,

= (0,8–2) м/с, а также материал трубопроводов.

Для всасывающих трубопроводов применяются стальные трубы, со-

единяемые сваркой или фланцами. Для нагнетательных трубопроводов также

можно использовать стальные трубы.

Примем в первом приближении скорость в обоих трубопроводах

υ = 1 м/с = 10 дм/с. Из уравнения неразрывности найдем соответствующую

площадь сечения трубопроводов и их диаметр:

S = Q

/ υ = 5,5 / 10 = 0,55 дм ,

тогда диаметр d = 84 мм.

Учитывая диапазон рекомендуемых скоростей, из приложения 26

окончательно принимаем стальные электросварные трубы по ГОСТ 10704–96

для всасывающего трубопровода d

в.н

= 102 мм, при толщине стенки t = 3,5

мм, внутренний диаметр d

в.в

= 95 мм, S

В.В

= 0,71 дм

, а для нагнетательного

н.н

= 76 мм, тогда d

в.н

= 70 мм при t = 3,0 мм, S

в.н

= 0,385 дм

3. Определяем фактические скорости в трубопроводах (из уравнения

неразрывности):

,м/с775,075,7

71,0

5,5

в.в

====

м/с.43,13,14

385,0

в.н

====

5,5

Полученные скорости соответствуют рекомендованным.

4. Находятся потери напора вo всасывающем h

, в нагнетательном h

трубопроводах, и общие.

155

Для этого из приложения 10 определяются коэффициенты местных со-

противлений. В рассматриваемом случае коэффициент гидравлического со-

противления клапана с сеткой ζ

= 7, а резкого поворота на 90° — ζ

=1,1.

Из приложения 7 находится абсолютная эквивалентная шероховатость

стальных труб после нескольких лет эксплуатации ∆ = 0,19 мм. Вычисляется

относительная гладкость всасывающего и нагнетательного трубопроводов:

500

19,0

в.в

∆

370

в.н

19,0

∆

Определяется число Рейнольдса по формуле:

= ,

где ν — кинематический коэффициент вязкости воды при температуре 10 °С,

ν = 0,013 см

/с (приложение 4).

107,5

013,0

5,95,77

Re ×=

107,7

013,0

7143

Re ×=

Соответственно по графику Мурина находится λ

= 0,026 и λ

= 0,027.

Вычисляются потери напора во всасывающем и нагнетательном трубо-

проводах по формулам (4.7) и (4.8):

(

)

м41,0

8,92

775,0

1,127

095,0

⎝

026,0

⎟

⎠

⎞

⎜

⎛

×++×=h ,

м53,2

8,92

43,1

076,0

2,57

027,01,1

×××=h

Соответственно общие потери напора при расчетном расходе

м94,253,241,0

нвр

hhh .

5. Определяется расчетный потребный напор насосной установки

156

м94,2294,2020

гн.ур

=++=+

−

+== h

HHH

где Н

м201030

=−=∇−∇

;

= р

атм

6. Наносим расчетную точку (Q

= 5,5 л/с, Н

= 22,94 м) на сводный график

подач напоров консольных насосов (рисунок 4.11) и по ближайшей вышераспо-и

ложен ем марку насоса: К 20/30а, либо КМ 20/30а. На-ной характеристике уточня

сосы типов К и КМ в гидравлическом отношении одинаковы, а отличаются конст-

рукцией соединения с электродвигателем.

7.Строятся графики рабочих характеристик (рисунок 4.12) выбранного

насоса с помощью приложения 15, для диаметра рабочего колеса D

= 148 мм.

8. Строится гидравлическая характеристика насосной установки на тех

же осях, что и напорная характеристика насоса (рисунок 4.12). Для этого рас-

ходы, указанные в приложении 15, подставляются в формулу (4.9) и вычис-

ляются соответствующие напоры.

Коэффициент В в формуле (4.9) удобно определять из соотношения:

() ()

222

л/с

097,0

5,5

94,2

===

Единица измерения

()

л/с

позволяет получать в формуле (20

4) потери

напор в метрах при подстановке табличных расходов в л/с. а

Результаты расчетов по формуле (4.9) приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6

Q, л/с

0 2 4 6 8

н.у

, м

20 20,4 21,6 23,5 26,2

9. На пересечении напорной характеристики насоса с гидравлической

характеристикой насосной установки (рисунок 4.12) находится рабочая точка

насоса А, которая определяет его рабочие параметры:

= 23,9 м; Q

= 6,5 л/с; η

= 67 %; ∆h

доп

= 3,15 м; N

= 2,5 кВт.

157

В дальнейших расчетах используются только рабочие параметры, по-

этому для упрощения записи индекс «А» опущен.

Следует отметить, что для определения рабочей мощности насоса про-

ще использовать формулу:

N =

чем строить график N = f(Q). При этом результат получается более точный,

так как масштаб графиков, приведенных в приложениях 13–25 является

сравнительно мелким.

кВт42,2Вт2420

67,0

9,230065,09800

10. Определяется допустимая геометрическая высота всасывания

доп

и соответствующая ей отметка оси рабочего колеса насоса по формуле (4.12).

При развитом турбулентном движении потери напора пропорциональ-

ны квадрату скорости и следовательно квадрату расхода, поэтому

м57,0

5,5

5,6

41,0

в.рв

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

×=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

в.п

= 0,5 дм, S

в.п

= 0,196 дм

— диаметр и площадь поперечного сече-

ния всасывающего патрубка насоса, приложение 15.

м/с32,3дм/с2,33

196,0

5,6

в.п

===

v .

Наименьшее абсолютное давление атмосферы в рассматриваемой ме-

стности р

атм

= 98 кПа, абсолютное давление насыщенных паров воды при

температуре 10 °С р

н.п

= 1,2 кПа, (приложение 5).

Тогда

м15,615,357,0

81,9

2,198

доп

− =−

−

Наибольшая допустимая по условиям кавитации отметка оси рабочего

колеса:

м.15,1615,610

доп

в1к

=+=+∇=∇ Н

158

Следовательно, в данном чае при

м14

н.с

слу

∇

может быть применена

станция наземного типа.

Рисунок 4.12 — ма оп елени бочи аме асо Схе ред я ра х пар тров н са:

н.у

— т гидравлическая характеристика (потребный напор) насосной ус ановки; Р — расчетная

точка насосной установки (индексом обозначены потребный напор и расход насосной установ-

ки); А — рабочая точка насоса (индексом обозначены рабочие параметры насоса)

159

5 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

5.1 Лабораторное занятие

««Трубопроводы, трубопроводная арматура.

Систем водоснабжения»

Трубопроводы

Одним из ейших параметров, характеризу трубопроводы,

является диаметр уб. В справочниках приводится н й, внутренний

диаметры труб (иногда вместо внутреннего диаметра дится толщина

) и, так ый «условный проход». Услов оход представ-

ляет собой округленную величину внутреннего диаметра, которая может от-

личаться от фактической до 10 %. Внутренний диаметр трубы определяет ее

пропускную способность

и используется в гидравлических расчетах. Наруж-

ный диаметр определя тажные размеры. Условный проход является со-

ставн ,

также при составлении заявок на материально-техническое обеспечение.

Если трубы имеют одинаковый условный проход и выполнены из одного и

того же материала, то они имеют

также равные внешние диаметры. Еще од-

ним параметром, характеризующим трубы, является наибольшее рабочее

авление, которое можно допустить в трубопроводе без нарушения его проч-

ности

В системах водоснабжения применяются асбестоцементные, полимер-

ные, стальные и чугунные трубы. Наибольшее применение для наружных се-

тей водопроводов сельскохозяйственного

водоснабжения нашли напорные

асбестоцементные трубы. Они изготавливаются четырех классов: ВТ6, ВТ9,

ВТ12, ВТ15 и трех т Число в обозначении класса указывает мак-

типа

м, а типа 3 от 9 мм для труб

важн ющих

тр а ыружн

приво

стенки называем ный пр

ет мон

ым элементом маркировки труб и используется при подборе арматуры

. Оно зависит от материала трубопровода и толщины стенок.

ипов: 1, 2, 3.

симальное рабочее давление (в атмосферах), на которое рассчитаны данные

трубы. Классы и типы отличаются набором диаметров, толщиной стенок

длиной труб. Например, трубы типа 1 имеют длину 2,95 и 3,95 м,

трубы

2 — 5 — 5,95 м. Толщина стенок изменяется

160