Сльоз Л.Г., Нездойминов В.И. Гидравлические и аэродинамические машины

Подождите немного. Документ загружается.

Регулювання введенням опору в ланцюг ротора і регулювання за

допомогою гідромуфти економічно рівноцінні, тому що втрати енергії

приводу, в обох випадках, прямо пропорційні передаточному числу.

Мал.1.12.5. Схема електромагнітної індукторної муфти: 1-вал приводу;

2-вал насосу; 3- контактні кільця; 4- індуктор; 5- обмотка збудження; 6- якір.

До систем регулювання варто так само віднести електромагнітні муфти

ковзання (ЕМК). Вони бувають асинхронні, панцирні, індукторні і порошкові.

У системах ВКГ застосовуються індукторні ЕМК, КПД яких складає 0,98.

На даний час широко застосовуються частотно-регульовані приводи

(ЧРП). Їхніми основними перевагами є:

 можливість оптимізації режимів роботи станцій;

 стабільність забезпечення водою споживачів за рахунок

автоматичного регулювання тиску в мережі;

 усунення втрат на дроселювання, зниження споживання

електроенергії;

 полегшення режимів роботи основного устаткування;

 збільшення терміну служби за рахунок різкого зниження

навантажень при роботі в режимі стартів-стіп;

 зниження експлуатаційних витрат на ремонт.

Для ефективного використання ЧРП необхідно створювати станції

частотного керування (СЧУ), що дозволять:

 керувати групою насосів від одного ПЧ;

 можливість роботи насосних агрегатів у групі з різними

характеристиками і параметрами;

 можливість погодженої роботи декількох ПЧ;

 резервування устаткування;

 захист устаткування від збоїв у мережі;

 можливість роботи з АСУ.

Установки СЧУ адаптовані до типових насосних станцій і містять у собі

набір датчиків технологічних параметрів.

1.13. РІВНОБІЖНА РОБОТА НАСОСІВ

Рівнобіжною роботою насосів називається одночасна подача рідини, що

перекачується, декількома насосами в загальний напірний колектор.

Така необхідність виникає в тому випадку, коли неможливо забезпечити

подачу необхідної витрати одним насосом.

При рівнобіжній роботі на мережу можливі наступні варіанти:

 у системі працює кілька насосів з однаковими характеристиками;

 у системі працює кілька насосів з різними характеристиками;

 насоси, підключені до загального колектора, розташовані на значній

відстані друг від друга.

При побудові характеристик декількох паралельно працюючих насосів

на загальний трубопровід підсумовують їхньої подачі при рівних напорах

(мал.1.13.1.).

Для визначення режиму спільної роботи насосів характеристику системи

будують так само, як при роботі одного насоса. Робоча крапка в цьому

випадку знаходиться на перетинанні сумарної характеристики насосів і

характеристики системи. Ця крапка показує, чому дорівнює сумарна подача

двох насосів, а напори кожного насоса рівні між собою.

Щоб установити параметри насоса, необхідно провести з робочої крапки

лінію, рівнобіжну осі абсцис. Крапка перетинання цієї лінії з характеристикою

одного насоса і визначає подачу кожного з паралельно працюючих насосів.

Мал.1.13.1. Побудова сумарної характеристики при рівнобіжній роботі

трьох однакових насосів на два напірних водогіна.

Отже, напір, що розвивається кожним насосом, дорівнює напору, що

розвивається двома насосами при їхній рівнобіжній роботі. Сумарна подача

насосів працюючих паралельно, менше, ніж сума подач кожного насоса при

їхній роздільній роботі. Це порозумівається тим, що при збільшенні витрати

зростають утрати напору і, як наслідок, збільшується напір, а подача кожного

насоса зменшується. Зменшення подачі також залежить і від крутості

характеристики насоса, тому в рівнобіжну роботу потрібно включати насоси з

положистими характеристиками.

ККД кожного з паралельно працюючих насосів також відрізняється від

КПД насоса при роздільній роботі. Те ж можна сказати і про значення

потужності.

Тому для правильного вибору насоса варто враховувати, що при

рівнобіжній роботі двох насосів сумарна подача знижується на 8-10%, трьох

15-18%, чотирьох до 25%, п'яти більш 32%.

Рівнобіжна робота насосів з різними характеристиками

Рівнобіжна робота насосів з різними характеристиками можлива в тому

випадку, коли напори, що розвиваються насосами, будуть рівні. На мал. 1.16

приведений приклад такого випадку.

Другий насос розвиває більший напір. Перший насос може почати

роботу паралельно з другим лише послу того, як напір другого насоса

зменшиться до значення напору неодруженого ходу першого насоса (крапка

«А»).

Від цієї крапки і починається побудова сумарної характеристики

шляхом додавання абсцис обох характеристик, що відповідають загальним

крапкам з рівними напорами.

Мал.1.13.2.Рівнобіжна робота насосів з різними характеристиками.

Робоча крапка системи (крапка «Б») є режимною крапкою і показує

значення сумарної подачі при рівних значеннях напору. Якщо робоча крапка

буде розташована вище крапки «А» спільна робота насосів стане неможлива.

Рівнобіжна робота насосів, розташованих на різних насосних

станціях.

Якщо в системі водопостачання кілька джерел харчування, застосовують

схему подачі води декількома станціями в загальні колектори. Тобто

розраховують систему паралельно працюючих насосів, розташованих на

різних станціях. Застосування таких схем, дозволяє значно скоротити довжина

напірних трубопроводів і зменшити капітальні витрати.

Мал.1.13.3. Рівнобіжна робота насосів, розташованих на різних насосних

станціях.

На малюнку приведений приклад такого розташування і побудова

сумарної характеристики.

Для розрахунку такої системи необхідно визначити характеристику

рівнобіжної роботи насосів, установлених на кожній станції. Потім будуються

приведені характеристики насосів до крапки сходу (крапка «А»), що

одержують вирахуванням з відповідних насосів напірних характеристик від

кожної станції до крапки «А».

Одержавши приведену сумарну характеристику рівнобіжної роботи

насосів на першій і другій станціях, будується характеристика напірного

трубопроводу від крапки «А» до заданої крапки «Б» і визначаються параметри

роботи системи крапка «У».

Подача кожного станції визначається крапками 4 і 5. Напір насосів на

кожній станції визначається крапками 6 і 7, тобто перпендикулярами

відновленими з крапок 4 і 5 відповідно до характеристик насосів на кожній

станції.

1.14. ПОСЛІДОВНА РОБОТА НАСОСІВ.

Послідовної називається робота насосів, при якій один насос перекачує

рідину в усмоктувальний патрубок іншого насоса, що і подає її потім у

напірний трубопровід (мал.1.14.1.).

Мал.1.14.1. Побудова сумарної характеристики двох насосів при

послідовній роботі на мережу.

Така схема включення насосів застосовується тоді, коли потрібно подати

рідину, що перекачується, на велику чи висоту на велику відстань.

Для побудова сумарної характеристики послідовної роботи двох

однотипних насосів необхідно скласти ординати характеристики Q-H при

однакових подачах. З малюнка видно, що напір одного насоса недостатній для

підйому води на висоту Н

. При підключенні в схему другого насоса

послідовно, виявляється, що напір, що розвивають два насоси, є достатнім і

для підняття рідини на необхідну висоту, і для подолання виникаючих при

цьому втрат.

Робоча крапка «К» це крапка перетинання сумарної характеристики

насосів і характеристики мережі. При цьому подачі насосів рівні, а напір являє

собою суму напорів двох насосів.

Слід зазначити, що при побудові сумарної характеристики мережі

необхідно враховувати втрати напору на ділянці сполучного трубопроводу від

напірного патрубка першого насоса до усмоктувального патрубка другого.

Унаслідок великих швидкостей руху рідини , що перекачується, втрати

напору досягають значних розмірів, і зневажати ними не можна.

Варто звертати увагу на вибір насосів, тому що не усі вони можуть бути

використані для послідовної роботи з умов міцності корпуса. Ці умови

повинні бути обговорені в технічному паспорті насоса. Звичайно послідовна

робота насосів допускається не більш ніж у двох ступіней. Варто також

врахувати, що послідовне з'єднання насосів звичайно економічно менш

вигідно, чим застосування одного.

2. ЗАВДАННЯ ДО КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ.

При вивченні курсу необхідно виконати одну контрольну роботу, яка

містить вісім задач. Номери задач визначаються так: по табл.2.1. вибирається

номер варіанту по першій літері прізвища студента і останній цифрі залікової

книжки, а по табл. 2.2. (відповідно до вибраного варіанту) - номери задач, котрі

необхідно розв’язати.

Таблиця 2.1. Вибір варіанту контрольної роботи.

Перша

літера

прізвища

Остання цифра залікової книжки

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

А,П 1 15 4 18 7 21 10 24 13 2

Б.Р 2 16 5 19 8 22 11 25 14 3

В,С 3 17 6 20 9 23 12 1 15 4

Г,Т 4 18 7 21 10 24 13 2 16 5

Д,У 5 19 8 22 11 25 14 3 17 6

Е,Ф 6 20 9 23 12 1 15 4 18 7

Ж,Х 7 21 10 24 13 2 16 5 19 8

З,Ц 8 22 11 25 14 3 17 6 20 9

І,Ч 9 23 12 1 15 4 18 7 21 10

К,Ш 10 24 13 2 16 5 19 8 22 11

Л,Щ 11 25 14 3 17 6 20 9 23 12

М,Ю 12 1 15 4 18 7 21 10 24 13

Н,Я 13 2 16 5 19 8 22 11 25 14

О 14 3 17 6 20 9 23 12 1 15

Таблиця №2.2.

№№ варіанта №№ задач №№ варіанта №№ задач

1 31,10,14,33-36 15 1,10,20,33-36

2 17,12,18,33-36 16 3,11,21,33-36

3 3,25,19,33-36 17 12,25,23,33-36

4 4,26,20,33-36 18 5,26,29,33-36

5 5,27,21,33-36 19 6,27,30,33-36

6 6,28,23,33-36 20 7,29,24,33-36

7 7,10,29,33-36 21 8,10,22,33-36

8 8,11,30,33-36 22 9,16,27,33-36

9 9,25,31,33-36 23 12,25,18,33-36

10 12,26,14,33-36 24 13,26,19,33-36

11 13,27,2,33-36 25 5,24,31,33-36

12 1,28,19,33-36

13 2,11,29,33-36

14 13,28,30,33-36

2.1. ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ.

При розв’язанні задач необхідно використовувати:

- рівняння Бернуллі;

- рівняння нерозривності потоку;

- рівняння втрати енергії по довжині та на місцевий опір;

- рівняння Ейлера.

Умову задачі треба наводити повністю, а рішення обґрунтовувати

теоретичними залежностями. При використанні даних таблиць (графіків) треба

указати літературу, звідки ці дані наведені.

Побудування характеристик насосів рекомендується виконувати олівцем

на міліметрівці.

При обчисленні, треба зробити запис в загальній формі, а потім всі

літери замінити цифрами і написати остаточну відповідь. Розрахунки вести в

системі СІ.

Задачі №№ 33-36 обов’язково виконуються кожним студентом

2.2. ЗАДАЧІ.

1. Визначити натиск насосу, споживану потужність та ККД, якщо:

показання манометру 125 кПа, мановакуумметру 30 кПа, мановакуумметр

приєднано нижче осі насосу на 10 см, а манометру вище на 15 см. Діаметр

усмоктувального трубопроводу

= 80 мм, напірного d

= 60 мм, подача Q = 10 л/с. Момент на валу насосу М =

10 Нм, число обертів n = 1950хв

-1

2. При випробуванні насосу отримані слідуючи дані: надмірний тиск на

виході з насосу Р

= 0,35 МПа; вакуум перед входом в насос h

вак

= 294 мм.рт.ст.,

частота обертання валу насоса n = 800 хв

-1

, витрата рідини Q = 20м

/год.

Момент на валу насосу М = 28 Н м. Визначити потужність, розвинуту насосом,

а також споживану потужність та ККД. Діаметрі трубопроводів d

усм

=100 мм, а

= 50 мм; показники приладів приведені до висі насосу.

3. При випробуванні відцентрового насосу, усмоктувальний патрубок

якого має d

= 200 мм, а напірного d

= 150 мм, отримані слідуючи дані:

показання манометру на виході з насосу Р

= 175 кПа, на вході в насос Р

= 30

кПа, відстань поміж вхідним і вихідним перетинами насосу у вертикальній

площині дорівнює 8 см; перевищення манометру над вихідним перетином

насосу z = 12 см; подача Q = 30 л/с; обертаючий момент на валу насосу М = 30

Нм; частота обертів насосу n = 1450 хв

-1

. Визначити натиск насосу, споживану

потужність двигуна, ККД насосу.

4. Визначити абсолютний тиск перед входом в насос (мал.2.1.), при

температурі робочої рідини t=25

С (ν=0,2 Ст), якщо довжина трубопровода

l=1,2 м; діаметр d=25 мм; витрата рідини Q=0,3 л/с; абсолютний тиск Р

=100

кПа; висоту підйому Н=1,45 м; щільність рідини ρ=900 кг/м

. Як зміниться тиск

в зимовий період, коли температура знизиться до -25

С (ν=8 Ст).

Мал.2.1. До задачі 4.

5. Визначити напір насосу та корисну потужність, якщо показання

манометру на вході в насос P

= 2кПа; показання манометру на виході з насосу

= 0,2 МПа, діаметр усмоктувального патрубка d

= 150 мм; напірного d

= 80

мм, подача насосу Q = 8 л/с. Манометр М

розташовано вище осі насосу на 200

мм, а М

на 150 мм.

6.При якому діаметрі трубопроводу витрата насоса (мал.2.2.)

складатиме Q=1,3 л/с, якщо на виході з нього напір Н=9,6 м; довжина

трубопроводу l

= 9м; шорсткість 

= 0,05мм; надлишковий тиск в баку

=30кПа; висота підйому Н

=4,0 м; щільність ρ=1000 кг/м

; ν=0,015 Ст?

Втрати на місцевий опір не враховувати.

Мал.2.2. До задачі 6.

7. Відцентровий насос (мал.2.3.), розташований на рівні з позначкою В

= 4.000, перекачує воду з відкритого резервуара з рівнем А = 2.000 в

резервуар з рівнем С = 14.000 і надмірним тиском на поверхні Р = 120 кПа.

Визначити подачу, натиск і потужність, якщо манометр розташований на

виході з насосу показує 250 кПа. Діаметр та довжина усмоктувального

трубопроводу d

= 150мм, l

= 6м, а напірного відповідно d

= 80мм, l

=60м. При

розрахунках прийняти: коефіцієнт гідравлічного тертя для усмоктувального

трубопроводу 

= 0,025; для напірного 

= 0,028; коефіцієнти 

= 7, 

= 8, опір

одводів не враховувати.



Мал. 2.3.До задачі 7.

8. Насос створює циркуляцію води у замкненій системі (мал.2.4.), до

складу якої входить радіатор ( = 20) і три ділянки, діаметрами d = 40мм,

загальною довжиною 4l = 40м (коефіцієнт гідравлічного опору  = 0,02). У

перетині А до трубопроводу приєднано компенсаційний бачок, з висотою рівня

Н = 6м над виссю насосу. Подача насосу Q

= 3,76л/с. Визначити натиск і

потужність насосу.



2l,d

l,d

Мал.2.4.До задачі 8.

9.Потрібно визначити повний напір насоса діючої насосної установки по

таким даним: продуктивність насоса Q=140л/с; діаметр усмоктувального

патрубка d

= 250мм; напірного d

= 200мм; показання манометру 8,5кгс/см

;

показання вакуумметру 0,4кгс/см

; відстань між крапками виміру тисків z =

0,3м.

10.Визначити тиск відцентрового насосу системи охолодження двигуна

при витраті Q = 15л/с, якщо діаметр робочого колеса D

= 180мм, частота

обертання n = 2950хв

-1

, ширина каналу робочого колеса на виході b

= 10мм,

середній діаметр кола, на якому розташовані вхідні кромки лопатей D

= 60мм,

кількість лопатей z = 8, їх товщина δ = 4мм, вихідний кут β

= 25

. Об’ємний

ККД η

= 0,9; гідравлічний η

= 0,85. Струмінь води підводиться до лопатей

радіально (α

= 90

)

11.Робоче колесо відцентрового насосу обертається зі швидкістю n =

1450хв

-1

, має слідуючи розміри: діаметр зовнішнього кола D

= 150мм, середній

діаметр кола, на якому розташовані вхідні кромки лопатей, D

=50мм, ширина

каналу робочого колеса на вході b

= 15мм, на виході b

= 12мм, вхідний кут

лопатей β

= 60

, вихідний β

= 20

. Кількість лопатей z = 6, їх товщина δ = 4мм,

об`ємний ККД насосу η

= 0,95, гідравлічний – η

= 0,90, коефіцієнт впливу

кількості лопатей k

= 0,78.

При якій витраті абсолютна швидкість рідини на вході в робоче колесо

буде направлена по радіусу ? Яким буде в цьому випадку напір насосу ?

12. Поршневий насос перекачує нафту у кількості Q

= 0,178 м

/с із

резервуару А до резервуару В по сталевому трубопроводу ( шорсткість  =

0,2мм) загальною довжиною l = 7,5 км і діаметром d = 350мм.

Визначити: натиск та потужність насоса, враховуючи тільки втрати на

тертя по довжині трубопроводу. Кінематична в’язкість нафти  = 0,8Ст, її

щільність  = 840кг/м

13.Визначити абсолютний тиск рідини перед входом в відцентровий

насос при витраті Q = 0,9 л/с та висоті усмоктування Н

УС

= 4,5м. Усмоктувальна

труба, довжина якої l = 10,0 м, діаметр d = 32мм, гідравлічно гладка. Опір

приймального клапана з фільтруючою сіткою ζ=3. В’язкість рідини ν = 1,5 Ст, а

її щільність  = 900кг/м3. Атмосферний тиск 750мм.рт.ст.

14 Визначити діаметр усмоктувального трубопроводу (мал.2.5.), якщо

подача Q = 1,5 л/с; висота усмоктування Н= 3,5м; довжина трубопроводу l

ус

4,0 м; шорсткість труби 

= 0,08мм; коефіцієнт опору вхідного фільтру 

= 3;

максимально припустимий вакуум перед входом у насос Р

вак

= 0,075 МПа;

в’язкість робочої рідини  = 0,0101 Ст; щільність  = 1000кг/м



l,d

Мал.2.5.До задачі 14.

15.Відцентровий насос з робочим колесом, діаметр якого D= 60 мм, має

слідуючи параметри: Н

= 8 м; Q

=6 л/с; n

=3000 хв

-1

. Для системи охолодження

двигуна необхідно мати насос, який би при подібному режимі роботи

забезпечив витрату Q

=9 л/с при n

=4000 хв

-1

. Як треба змінити діаметр