3.5.Определение мощности насоса

Энергия, сообщаемая насосом перекачиваемой жидкости, характеризуется величиной напора насоса, который может быть определен как разность полных напоров жидкости в нагнетательном (индекс "Н") и всасыванием (индекс "В") патрубках насоса.

, м. ( 3.7.)

Все входящие в (3.7.) величины либо заданы, либо определены предыдущими расчетами.

Потребляемая насосом мощность (мощность на валу насоса) определяется выражением

, кВт. (3.8.)

Здесь Q – объемная подача насоса, . Она равна расходу жидкости на участке за насосом (участок 2, фиг. 3.1.);

КПД насоса.

3.6.Определение высоты водонапорной башни

Высота башни должна быть достаточной для того, чтобы создать необходимое давление в сечении трубопровода, к которому она подключена. При этом для пустоты условно считают, что движения воды в соединительном трубопроводе (участок 8 на фиг.3.1.) нет, то есть можно пользоваться законами гидростатики.

В рассматриваемом примере (фиг.3.1.) башня подключена к узлу Г. Основной закон гидростатики для точек Г и Д имеет вид

(3.9.)

Высота башни

, м. (3.10.)

и с учетом (3.9.) получаем

, м. (3.11.)

Как правило, бак водонапорной башни соединяется с атмосферой, значит давление можно принять равным атмосферному. Давление же определено в предыдущих расчетах.

3.7.Построение пьезометрического графика.

Пьезометрический график иллюстрирует изменение пьезометрического напора (потенциальной энергии) вдоль трубопровода. Так как в реальных трубопроводах скоростные напоры (кинетическая энергия) существенно меньше пьезометрических, то можно говорить; что пьезометрический график с достаточной точностью иллюстрирует изменение полного напора (полной энергии) потока.

Для построения пьезометрического графика сначала строится высотная схема водопровода. С этой целью на графике наносятся все характерные узлы с учетом их геометрических высот и взаимной удаленности друг от друга (длин участков). Эти узлы соединяются между собой в соответствии с конфигурацией трубопровода.

В курсовой работе в связи с недостаточностью исходных данных допускается изображать участки прямыми линиями (без поворотов).

Затем на вертикалях, проходящих через характерные узлы, откладываются значения полных пьезометрических напоров ( ) в этих узлах и полученные точки соединяются прямыми линиями в соответствии с конфигурацией трубопровода. Полученный график и является пьезометрическим.

Пример пьезометрического графика для напорной частя водопровода (фиг.З.1.) представлен на фиг.4.1.

4.Пример расчета разветвленного трубопровода

Задание

Произвести гидравлический расчет водопроводной сети, выполненной из новых чугунных труб и показанной на эскизе (фаг.3.1.). Определить допустимую высоту всасывания, мощность на валу насоса водозаборного колодца и высоту водонапорной башни. Построить пьезометрический график напорной части водопровода. Коэффициент часовой неравномерности водопотребления для всех потребителей К=2,0. НПД насоса - 0,75.

Исходные данные

Среднечасовые расходы воды у потребителей :

Избыточное давления у потребителей (Па):

Геометрические высоты характерных сечений (м):

Геометрические длины участков (м):

Температура воды .

Давление в водозаборном колодце

Расчет

Для температуры 21°С определяем необходимые для расчета физические характеристики воды.

Вязкость (1.1.)

Плотность [Приложение, табл.1]

Давление насыщения

Переведем заданные у потребителей избыточные давления в абсолютные, принимая атмосферное давление равным

Расчетные расходы на участках

.

Выбор главной магистрали

Принимаем среднее значение гидравлического уклона

Для направления к потребителю I ориентировочное значение давления нагнетания в точке Н

Для направления к потребителю II

Для направления к потребителю III

Так как , то за главную магистраль принимается трубопровод к потреблению III (участки 2, 4, 7).

Расчет главной магистрали

Участок 7. Расчет производится по методике, описанной в разделе 2.1.

1.Для рекомендованных в задании чугунных труб и расчетного расхода на участке оптимальная скорость [Приложение, табл.2].

2.Расчетный диаметр .

3.По ГОСТ 9583-75[Приложение, табл.6] принимаем трубу с наружным диаметром и толщиной стенки Внутренний диаметр

4.Фактическая скорость .

5.Число Рейнольдса

6.Для новых чугунных труб эквивалентная шероховатость К = 0,3[Пр.,т.8]

7.Предельные числа Рейнольдса

Так как , то коэффициент гидравлического трения определяется по формуле (табл.1.1.)

8.На участке имеется 2 поворота на 90°, задвижка и тройник в узле Б

Суммарный коэффициент местных сопротивлений

Для поворота на 90° [Приложение, таблица 9]

Для задвижки [Приложение, таблица 9]

Коэффициент сопротивления стандартного тройника для прямого участка

[Приложение, таблица 11]

Таким образом,

Суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений

9.Приведенная длина участка

10.Потеря напора на участке

11.Давление в узле Б

Расчеты остальных участков главной магистрали выполняются по аналогичной методике.

Участок 4

1.Для чугунных труб при оптимальная скорость .

2. .

3.По ГОСТ 9583-75 принимаем ,

4. .

5.

6. К = 0,3

7. ;

Так как , то

8.На участке имеются 2 поворота на 90°, задвижка и тройник в узле А

;

Коэффициент сопротивления стандартного тройника для прямого участка

;

9.

10.

11.Давление в узле А

Участок 2

1.Для чугунных труб при ; .

2. .

3.По ГОСТ 9583-75 принимаем ,

4. .

5. .

6. К = 0,3 мм.

7. ;

Так как , то

8.На участке имеются одна задвижка и один обратный клапан

; ;

9.

10.

11.Давление на выходе из насоса (точка Н)

Расчет ответвлений

Участок 3 (простое ответвление)

Расчет проводится по методике, описанной в разделе 2.2.

1.Допустимые потери напора

2.Задаемся

3.Минимально допустимое значение диаметра

4.По ГОСТ 9583-75 принимаем ;

5.Скорость на участке

.

6.Число Рейнольдса

7.Для чистых чугунных труб К = 0,3 мм.

8.Предельные числа Рейнольдса

Так как , то согласно данным таблицы 1.1.

9.На участке имеются 3 поворота на 90°, 2 задвижки и тройник с боковым отводом

Суммарный коэффициент местных сопротивлений

Для поворота на 90°

Для задвижки

Для бокового отвода тройника

[Приложение, таблица 10]

10.Приведенная длина

11.Проверка точности

Так как погрешность больше 5%, то задаемся новыми значениями

=85,5 м.

Повторяем расчет, начиная с определения минимального допустимого диаметра

3а.

4а.По ГОСТ 9583-75 принимаем ;

То есть при повторном расчете по ГОСТ необходимо выбирать трубу того же диаметра, что и при первом, поэтому последующих повторных расчетов производить не требуется.

12.Фактические потери

То есть фактические потери меньше допустимых, равных 34 м.

13.Поскольку в результате расчета полученное значение скорости

значительно превышает максимально допустимое

то необходимо выполнить пересчет участка по методике, изложенной в разделе 2.1, задаваясь значением скорости, равным максимальному .

2.Расчетный диаметр .

3.По ГОСТ 9583-75 принимаем ; ;

4.Фактическая скорость .

5.Число Рейнольдса

6.Эквивалентная шероховатость стенок труб К = 0,3 мм.

7.Предельные числа Рейнольдса

Так как , то

8.Ранее было найдено, что

9.Приведенная длина участка

10.Фактические потери напора

11.Для обеспечения заданного давления у потребителя 1 необходимо установить дроссельную шайбу, которая должна обладать сопротивлением, равным

Составное ответвление от узла Б к потребителю П

Гидравлический уклон для всего ответвления

Участок 5.

1.Допустимые потери напора

Далее расчет ведется по методике, изложенной в разделе 2.2, начиная с пункта 2

2.Задаемся

3.Минимально допустимое значение диаметра

4.По ГОСТ 9583-75 принимаем ;

5.Фактическая скорость

.

6.Число Рейнольдса

7.Эквивалентная шероховатость стенок труб К = 0,3 мм.

8.Предельные числа Рейнольдса

Так как ,

9.На участке имеются поворот на 90°, задвижки и тройник с боковым отводом

Для поворота на 90°

Для задвижки

Для бокового отвода тройника

10.Приведенная длина

11.Проверка точности

Погрешность меньше 5%.

Условие выполняется.

12.Фактические потери

13.Давление: в узле Г

Участок 6 (простое ответвление)

Расчет проводится по методике, описанной в разделе 2.2.

1.Допустимые потери напора

2.Задаемся

3.Минимально допустимое значение диаметра

4.По ГОСТ 9583-75 принимаем ;

5.Фактическая скорость

.

6.Число Рейнольдса

7.Эквивалентная шероховатость стенок труб К = 0,3 мм.

8.Предельные числа Рейнольдса

Так как ,

9.На участке имеются 2 поворота на 90°, и тройник в узле Г.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений

Для поворота на 90°

Коэффициент сопротивления стандартного тройника для прямого участка. Для его определения считаем водонапорную башню условно отключенной,

тогда

10.Приведенная длина

11.Проверка точности

Погрешность меньше 5%.

Условие выполняется.

12.Фактические потери

13.Поскольку в результате расчета полученное значение скорости

превышает максимально допустимое , то необходимо выполнить пересчет участка по методике, изложенной в разделе 2.1, задаваясь значением скорости

2.Расчетный диаметр

3.По ГОСТ 9583-75 принимаем ;

4.Фактическая скорость

.

5.Число Рейнольдса

6.Эквивалентная шероховатость стенок труб К = 0,3 мм.

7.Предельные числа Рейнольдса

8.Ранее было найдено, что

9.Приведенная длина участка

10.Фактические потери напора

11. Для обеспечения заданного давления у потребителя П необходимо установить дроссельную шайбу, которая должна обладать сопротивлением, равным

Расчет всасывающего трубопровода

1.Задаемся скоростью потока .

2.Расчетный диаметр

3.По ГОСТ 9583-75 принимаем ;

4.Фактическая скорость

.

5.Число Рейнольдса .

6.Для новых чугунных труб эквивалентная шероховатость стенок трубы К = 0,3 мм.

7.Предельные числа Рейнольдса

Так как , то коэффициент гидравлического трения определяется по формуле (табл.1.1.)

8.На участке имеются поворот на 90°, всасывающий клапан и задвижка.

Для поворота на 90° . Для всасывающего клапана .

Для задвижки .

Суммарный коэффициент местных сопротивлений

Суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений

9.Приведенная длина участка

10.Фактические потери напора

11.По заданию давление на свободной поверхности водозаборного колодца

Давление всасывания

Допустимая высота всасывания насоса

Результаты расчета водопровода сводим в таблицу 4.1

Таблица 4.1.

Основные результаты расчета водопровода

№ участка	1	2	3	4	5	6	7
Обозначение на схеме		Н - А	А - I	А - Б	Б - Г	Г - П	Б - Ш
	8	160	70	400	290	170	400
Расход воды	257	257	72	185	65	130	120
Наружный диаметр	738	532	222	429	222	274	326
Скорость воды	0,662	1,29	2,21	1,44	2,0	2,66	1,65
Потеря напора	0,05	0,7	2,6	2,11	6,73	5,54	3,85
Сопротивление дроссельной шайбы			31,4			10,56

Определение мощности насоса

Требуемый напор насоса (см. раздел 3.5.)

Подача насоса

Мощность на валу насоса

Определение высоты водонапорной башни

Так как в задании не указана величина давления в водонапорной башне, то принимаем ее равной тогда

Построение пьезометрического графика напорной

части трубопровода

Данные, необходимые для построения пьезометрического графика сводим в таблицу напоров в узлах (табл.4.2.). Длины участков приведены в табл.4.1.

Таблица 4.2.

Напоры в узлах

Узел	Н	А	I	Б	Г	П	Ш
	0	2	4	5	10	15	30
	58,1	55,4	19,4	50,3	38,6	13,3	21,5
	58,1	57,4	23,4	55,3	48,6	28,3	51,5

По полученным данным строим высотную схему водопровода и пьезометрический график (фиг.4.1.).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1

Физические свойства воды

Температура			0	5	10	20	30	40
Плотность			999,8	999,3	999,1	998,2	995,6	992,2
Давление насыщения		Па	611	872	1228	2337	4241	7375

Таблица 2

Предельные экономические расходы и скорости,

соответствующие экономическому фактору

(средняя полоса европейской части РФ)

Условный проход	Сортамент труб
	Стальные ГОСТ 10706-76 и 8696-74		Чугунные ГОСТ 9583-75		Асбоцементные ГОСТ 539-73
					ВТ6, ВТ9		ВТ12
мм
50 60 75 80 100 125 150 175 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800	3,1 4,1 5,8 8,1 11,7 16,6 21,8 29,2 46 71 103 140 184 234 315 443 591 776	0,96 1,07 1,07 1,14 1,15 1,19 1,12 1,3 1,34 1,34 1,35 1,35 1,36 1637 1,5 1,49 1,51 1,53	2,5 - - 5,7 9,4 15 25,3 - 45,8 73,5 108 149 197 254 352 518 722 966	1,2 - - 1,06 1,15 1,18 1,4 - 1,42 1,46 1,48 1,53 1,56 1,59 1,79 1,83 1,87 1,92	2,2 - 5,2 - 9,1 13,8 23,6 - 44 71 103 144 217 - 505 710 992	1,12 - 1,18 - 1,17 1,23 1,5 - 1,57 1,64 1,68 1,77 2,05 - 3,09 2,99 2,99	- - - - - - 23,4 - 42,8 71 102 143 217 -	- - - - - - 1,64 - 1,67 1,74 1,78 1,88 2,19 -

Таблица 3

Трубы стальные электросварные со спиральным швом ГОСТ 8696-74

Условный проход, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм
150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900	159 219 273 325 377 426 480 530 630 720 820 920	3,5 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 8	4 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 9	6 6 6 6 6 7 7 7 10	7 7 7 8 8 8 11	8 8 8 9 9 9 12	9 10 10 10	11 11	12 12

Таблица 4

Трубы стальные электросварные с продольным швом ГОСТ 10706-76

Условный проход, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм
400 450 500 600 700 800 900	426 478 529 630 720 820 920	5 5 6 6 7 7 8	6 6 7 7 8 8 9	7 7 9 8 9 9 10	9 9 9 12 12	10

Таблица 5

Трубы асбоцементные для напорных трубопроводов ГОСТ 539-73

Условный проход, мм	Наружный диаметр обточенных концов труб, мм	Толщина стенок (мм) обточенных труб в зависимости от класса			Длина труб, м
		ВТ6	ВТ9	ВТ12
100 150 200 250 300 350 400 500	122 169 221 273 325 376 428 532	9 11 14 15 17,5 19,5 33 27,5	11 13,5 17,5 19,5 22,5 25,5 29,5 36	13 16,5 21,5 23 27 30,5 35,5 43,5	2,95 2,95 3,95 3,95 3,95 3,95 3,95 3,95

Таблица 6

Трубы чугунные водопроводные ГОСТ 9583-75

Условный проход, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки в зависимости от класса труб, мм
		ЛА	А	Б
65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000	81 98 118 144 170 222 274 326 378 429 532 635 738 842 945 1048	6,7 7,2 7,5 7,9 8,3 9,2 10 10,8 11,7 12,5 14,2 15,8 17,5 19,2 20,8 22,5	7,4 7,9 8,3 8,7 9,2 10,1 11 11,9 12,8 13,8 15,6 17,4 19,3 21,1 22,9 24,8	8 8,6 9 9,5 10 11 12 13 14 15 17 19 21 23 25 27

Таблица 7

Трубы стальные водогазопроводные ГОСТ 3262-75

Условный проход		Наружный диаметр, мм	Толщина стенки труб, мм
мм	дюймы		обыкновенные	усиленные
25 32 40 50 70 80 90 100 125 150	1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 5 6	33,5 42,3 48 60 75,5 88,5 101,3 114 140 165	3,2 3,2 3,5 3,5 4 4 4 4,5 4,5 4,5	4 4 4 4,5 4,5 4,5 4,5 5 5,5 5,5

Таблица 8

Значение эквивалентной шероховатости К

Материал и вид трубы	Состояние трубы	Шероховатость, мм
		Пределы	Среднее значение
Стальные сварные	а)Новые и чистые б)С незначительной коррозией после очистки в)Умеренно заржавленные г)Старые заржавленные	0,03-0,1 0,1-0,2 0,3-0,7 0,8-1,5	0,05 0,15 0,5 1,0
Чугунные	а)Асфальтированные б)Новые в)Бывшие в употреблении	0,1-0,3 0,2-0,5 0,5-1,5	0,18 0,3 1,0
Асбоцементные	а)Новые б)Бывшие в эксплуатации	0,05-0,1	0,085 0,6

Таблица 9

Значения коэффициентов местных сопротивлений

Диаметр трубы		40	70	100	200	300	500	700
Обратный клапан		1,3	1,4	1,5	1,9	2,1	2,5	2,9
Всасывающий клапан		12	8,5	7,0	5,2	3,7	2,5	1,6
Задвижка открытая		0,5 - 0,1
Вентиль нормальный		5,0 - 7,7
Гнутое колено с углом поворота 90° и радиусом поворота больше 2 диаметров		0,5 - 0,55

Таблица 10

Коэффициент сопротивления тройника для бокового

отвода при (фиг.П.1.)

	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
1,0 0,875 0,77 0,66 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2	101 59 36 20,2 14,2 7,5 3,8 2 1,4	26 15,7 10 6,0 4,4 2,8 1,8 1,5 1,2	12,3 7,7 5,1 3,3 2,7 1,9 1,5 1,3 1,2	7,5 4,9 3,4 2,4 2,0 1,6 1,4 1,2 1,2	5,2 3,5 2,5 1,9 1,7 1,5 1,3 1,2 1,2	4,0 2,8 2,2 1,7 1,6 1,4 1,3 1,2 1,2	3,2 2,4 1,9 1,6 1,5 1,3 1,3 1,2 1,2	2,8 2,1 1,8 1,5 1,4 1,3 1,2 1,2 1,2	2,4 1,9 1,6 1,4 1,4 1,2 1,2 1,2 1,2	2,2 1,8 1,6 1,3 1,3 1,2 1,2 1,2 1,2

Таблица 11

Коэффициент сопротивления тройника для прямого

участка при (фиг.П.1.)

Тип тройника
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Стандартный Сварной	0,7 0,2	0,7 0,2	0,8 0,2	0,9 0,3	1,2 0,4	1,7 0,6	3,0 1,0	6,1 2,1	16,7 5,8	82 28

Для каждого участка за тройником сопротивление тройника определяется по формуле

где для прямого участка (табл.11)

для бокового участка (табл.10)

Фиг.П.1. Схема работы тройника при разделении потоков

ЛИТЕРАТУРА

1.Исаев А. П., Сергеев Б. И. и др. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов. М. : Агропромиздат, 1990.

2.Сабашвили Р. Г. Гидравлика, гидравлические машины и водоснабжение сельского хозяйства М. : Колос, 1997.

3. Костюченко Э. В., Лаптев В. И. Практикум по гидравлике и гидромеханизации сельскохозяйственных процессов. М. : Колос, 1991.

4.Чугуев Р. Р. Гидравлика .Л., «Энергия», 1975.

5.Башта Т. М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. М.,«Машиностроение», 1982.