5 .2 Расчет сифонов

Сифон – это короткий трубопровод, по которому жидкость двигается из питающего резервуара в приемную емкость. Особенностью сифона является его способность поднимать жидкость в трубопроводе на высоту h выше ее уровня в питающем резервуаре. Принцип действия сифона основан на создании

вакуума в верхней части сифона. Для включения сифона в работу необходимо предварительно заполнить его жидкостью или создать в нем вакуум с помощью специального вакуум-насоса. Расчет сифона состоит в определении его производительности или максимально возможной высоты транзитного подъема жидкости над уровнем жидкости в питающем резервуаре. Движущей силой процесса истечения жидкости через сифон является разность уровней жидкости в резервуарах, которая расходуется на преодоление сопротивлений (местных и по длине)

, (5.5)

где L – суммарная длина трубы сифона, м;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Отсюда .

Тогда

. (5.6)

Максимально возможная высота сифона h определяется из уравнения Бернулли для сечений 1-1 и 2-2

, (5.7)

здесь - длина трубопровода до сечения 2-2;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений до сечения 2-2.

Отсюда

,

здесь .

И тогда ,

где Р_вак – вакуум, возникающий в сечении 2-2.

Теоретически возможная высота h_вак = 10,33 м водяного столба. Однако, учитывая потери энергии в сифоне, а также возможность возникновения явления кавитации, значение h_вак не должно превышать 7 – 8 м.

5.2.1 Пример решения задачи

При откачке воды из отсека использовали сифон диаметром 0,2 м. Определить производительность сифона, а также величину максимального вакуума возникающего в нем, если разность уровней воды в отсеках составляла Н = 4,2 м, длина вертикальных и горизонтальных участков сифона м, горизонтальный участок расположен на h = 2 м выше уровня жидкости питающего отсека. Принять значения коэффициентов: жидкостного трения ; местного сопротивления на входе в трубу сифона , местного сопротивления поворота ; местного сопротивления на выходе из трубы .

Производительность сифона можно рассчитать из формулы (5.6)

где - полная длина трубы сифона,

- сумма коэффициентов местных сопротивлений.

м³/с.

Вакуум, возникающий в сифоне, расходуется на подъем жидкости на высоту h = 2 м, и преодоление местных сопротивлений.

Определим значение вакуума, которое возникает в конце горизонтального – на повороте к вертикальному стояку

Здесь - длина трубопровода до точки, где установлен вакууметр, = 14.

сумма местных сопротивлений трубопровода до точки максимального вакуума 0,5 + 0,5 = 1.

м вод. ст.

При этом вакуумметр показал бы значение вакуума

Па 0,42 ат.

5.4 Расчет мощности насосного агрегата

Н асосы – это гидравлические машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию движущейся жидкости. Большая потребность в насосах и их широкое использование человечеством привело к разработке почти 300 типов насосов, которые отличаются не только конструктивными особенностями, но и принципом действия (центробежные, поршневые, винтовые, эжекторные, шестеренные, вибрационные и т.д.). Наиболее широкое применение нашли центробежные насосы, обладающие значительной производительностью, простотой конструкции и эксплуатации и относительно высоким КПД. В теории насосов существует ряд терминов и определений, принадлежащих насосам всех типов. На рис. 5.2 показана схема работы насоса, включенного в систему подачи воды из источника водоснабжения в напорный резервуар. При работе насоса во всасывающем трубопроводе и всасывающей камере создается вакуум, который обеспечивает подъем воды.

Этого вакуума должно хватить для подъема воды от уровня ее в источнике водоснабжения до оси насоса, и на преодоление всех потерь напора во всасывающей линии. Вертикальное расстояние от уровня воды до центра насоса называется геодезической высотой всасывания, потери напора во всасывающей линии называются потерями на всасывании. Жидкости, поступающей в насос, сообщается энергия, которая тратится на подъем жидкости до необходимого уровня и на преодоление сопротивлений напорного трубопровода. Вертикальное расстояние от оси насоса до уровня жидкости в напорном резервуаре называется геодезической высотой нагнетания, потери напора в напорной линии – потерями при нагнетании. Полный напор, который создает насос – это разность удельных энергий потока жидкости в сечениях 1-1– конец всасывающего, и 2-2 – начало нагнетательного трубопроводов. В этих сечениях обычно устанавливают вакуумметр и манометр.

Принимая в качестве плоскости сравнения уровень жидкости в питающем колодце, можно записать

, (5.8)

, (5.9)

здесь Z_м и Z_в –высоты расположения манометра и вакуумметра;

Р₁, Р₂ – абсолютное давление во всасывающем и нагнетательном

трубопроводах в сечениях 1-1 и 2-2;

- скорость жидкости во всасывающем и нагнетательном

трубопроводах.

Вакуумметр показывает вакуум на входе в насос, манометр – избыточное давление на выходе из насоса

Р_вак = Р_ат – Р₁.

Р_изб = Р₂ – Р_атм.

Если показания вакуумметра и манометра выразить в виде напора (в метрах водяного столба), то можно записать

.

Отсюда

(5.10)

Подставляя эти значения в уравнение (125), получим

(5.11)

Следует заметить, что обычно манометр и вакуумметр стремятся расположить на одном уровне и тогда Z_м – Z_вак = 0.

Сумму показаний (Н_ман + Н_вак) выраженных в метрах называют манометрическим напором насоса. И, если диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов одинаковы, то полный напор насоса будет равен напору манометрическому

Н = Н_ман + Н_вак. (5.12)

Объем жидкости, который подает насос в единицу времени, называется производительностью насоса Q, м³/с.

Полезная мощность насоса, т.е. та мощность, которая передается насосом жидкости для подъема ее и перемещении с преодолением всех сопротивлений

, Вт, (5.13)

здесь Н – полный напор насоса, м;

Q – производительность насоса, м³/с;

Р – давление, вырабатываемое насосом, Па.

Давление, вырабатываемое насосом, обычно определяют как сумму показаний манометра и вакуумметра.

Мощность, потребляемая насосом, естественно, будет больше полезной мощности

, Вт, (5.14)

где - кпд насоса, учитывающий потери мощности в самой конструкции насоса.

С учетом потерь мощности в передаче и электродвигателе мощность насосного агрегата составит

, (5.15)

где - кпд передачи и электродвигателя;

К – коэффициент запаса, значение которого зависит от величины полезной мощности.

При < 50 кВт К 1,15…1,25.

При > 50 кВт К 1,05…1,10.