Тема 12. Розрахунок гідравлічних систем вибір параметрів насоса, що працює на гідравлічну мережу
12.1 Теоретичні положення
При розрахунку гідравлічних систем необхідно вміти правильно визначати напори в різних точках гідравлічної мережі.
Напори розраховуються стосовно мінімального рівня із всіх вільних поверхонь рідини в системі, що дозволяє порівнювати напори в різних галузях мережі. У такій системі відліку рідина завжди буде рухатися від перетинів з більшими напорами (джерел) до перетинів з меншими напорами (стокам).
Напори галузей, що забезпечують подачу рідини у мережу, прийнято називати розташовувани, оскільки вони враховують зменшення статичного напору джерела за рахунок втрат у галузі від джерела (насоса, бака) до вузла розгалуження потоку.
Напори галузей-споживачів, по яких рідина йде з мережі, називають споживаними, і визначають як суму статичного напору -Нст і втрат у галузі.
Визначення напорів виробляється, як правило, методом послідовних наближень, або графічним методом.
При роботі насоса на гідравлічну мережу робоча точка насоса визначається рівністю напору насоса й потрібного напору Нпотр. гідравлічної мережі, при цьому, якщо є завдання вибору насоса потоку, що забезпечує необхідні параметри, то підбір типу насоса проводиться за графіком подач і напорів.
В випадку необхідності в насосній установці можуть використатися кілька насосів, з'єднаних у групи (послідовно) для збільшення напорів, або паралельно для підвищення подачі, або можуть бути використані різні способи регулювання, а зміна числа обертів вала, обточування робочого колеса, байпасування ін. Розташовуваний напір Нрасп. насосної установки при цьому буде відрізнятися від робочої характеристики насоса й визначається з урахуванням співвідношень, які отримані в розділах: 6, 9, 11.
У тому випадку, коли розглядається розгалужена мережа, взаємний напрямок потоків визначається із зіставлення напорів при декомпозиції схеми з виключенням проміжних галузей.
Якщо при цьому для часткової схеми в точці розгалуження напір виявиться більше статичного напору Нст виключеної галузі, то ця галузь у системі повинна розглядатися як стік і для неї будується лінія потрібного напору Нпотр. Далі ця лінія складається з лініями Нпотр. для інших галузей-споживачів.
У противному випадку виключена галузь– джерело, й для неї розраховується розташовуваний напір Нрасп. стосовно точки розгалуження.
12.2 Практичні завдання
12.1 Визначити час відкачки 3 м3 рідини, що має температуру t і перебуває в баку з постійним рівнем 20 м під атмосферним тиском рівним Ра, при роботі відцентрового насоса 1,5к-6, що подає воду в сталевий, помірно заржавлений трубопровід, тиск на виході з якого дорівнює Рм=3 атм. Характеристики трубопроводу: довжина L , діаметр d, к-т місцевого опору .
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Рідина |
бен- зин |
вода |
гас |
нафта |
спирт |
вода |
гас |
спирт |
вода |
нафта |
t, °С |
65 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
20 |
L, м |
1,6 |
1,8 |
5 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3 |
4 |
6 |
d, мм |
15 |
16 |
18 |
20 |
22 |
25 |
30 |
32 |
16 |
20 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
0 |
12.2 Визначити витрату, що встановиться в кожному із прийомних баків, у яких подається вода насосом заданого типу по трубопроводах однакової довжини L, але різні діаметри, що мають, d1, d2, d3. Баки розташовані на одному рівні Н=10 м і підключені до колектора, що роздає, насоса. Коефіцієнти опорів прийняти рівним: тертя = 0,03, місцевих = 10.
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
насос |
1,5до-6 |
2до-6 |
2до-9 |
3до-6 |
3до-9 |
4до-8 |
4до-12 |
4до-18 |
2до-13 |
2до20-18 |
L, м |
200 |
160 |
180 |
140 |
150 |
130 |
110 |
140 |
120 |
100 |
d1,мм |
15 |
16 |
18 |
20 |
22 |
25 |
24 |
26 |
16 |
20 |
d2,мм |
25 |
26 |
28 |
30 |
32 |
35 |
36 |
34 |
22 |
28 |
d3,мм |
28 |
36 |
48 |
40 |
52 |
55 |
60 |
62 |
56 |
32 |
12.3 Насос по магістральному трубопроводі довжиною L1=100 м і діаметром d1, перекачує воду через паралельно з'єднані ділянки 2, 3 однакової довжини L і діаметра d2= d3=40 мм. Підібрати тип насоса, що забезпечує на ділянці 3 витрату Q і визначити рівень Н, що встановиться в напірному баку, якщо коефіцієнт місцевого опору =15
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
d1,мм |
30 |
32 |
34 |
36 |
38 |
40 |
42 |
44 |
46 |
48 |
Q, л/с |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,2 |
2 |
30 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
25 |
3 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
12.4 Насос НС подає в бак воду, прохолоджує її в теплообмінниках. Теплообмінники виконані з n скляних труб діаметром dтр, які з'єднані паралельно, коефіцієнт місцевого опору теплообмінника дорівнює . Рівень води в баку Н=10 м, трубопровід виконаний з нових сталевих труб довжиною L=100 м, діаметром d=60 мм і коефіцієнтом =20. Задаючись температурою в теплообміннику t, вибрати діаметр робочого колеса, визначити витрату в з теплообмінників.
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
t, °С |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
60 |
dтр, мм |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
8 |
14 |
12 |
10 |
16 |
n, шт. |
20 |
22 |
24 |
26 |
18 |
10 |
12 |
14 |
16 |
20 |
Lтр, м |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3,0 |
3,2 |
3,4 |
3,6 |
3,8 |
тепл/об |
5 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
25 |
30 |
35 |
12.5 Насос перекачує воду в бак через ділянки однакової довжини L, і діаметра d1= d2= d3=20 мм, коефіцієнт місцевого опору кожної з ділянок дорівнює . Підібрати тип насоса, що забезпечує на ділянці 1 витрату Q і визначити рівень Н, що встановиться в напірному баку.
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
L, м |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
200 |
|
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
Q,л/с |
0,1 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,1 |
0,3 |
0,05 |
0,2 |
0,4 |
12.6
Підібрати кількість і тип насосів для
установки, що забезпечують в робочій
точці подачу води Qтр,
і визначити напір на виході з насосів
і втрати на регул. вентилі, якщо
характеристика мережі задана у вигляді
виразу:
,
м ; де [Н]=м, Q =[ л/с].
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Qтр, л/с |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3,0 |
3,2 |
3,4 |
3,6 |
3,8 |
Н0, м |
5 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
7 |
9 |
25 |
А, м∙с/л |
1 |
2 |
3 |
4 |
0,5 |
2,6 |
3,0 |
2,8 |
0,9 |
1,5 |
В, (м∙с/л) 2 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
12.7 Вода з бака 1 подається насосом типу Т у ресивер 2. Рівні води в ємностях рівні Z1 і Z2 відповідно. Визначити витрату в сталевому трубопроводі, якщо тиск у ресивері дорівнює Р2.
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
тип насоса |
1,5к-6 |
2к-6 |
2к-9 |
3к-6 |
3к-9 |
4к-8 |
4к-12 |
4к-18 |
2к-13 |
1,5к-2 |
Z1, м |
5 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
13 |
7 |
9 |
15 |
Z2, м |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
Р2,атм |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
0,6 |
0,05 |
0,09 |
1,0 |
0,25 |
12.8
Насос через гідравлічну мережу подає
рідину в ресивер з тиском Р1. Характеристика
теплообмінника задана у вигляді виразу
,
м де Н =[м], Q=[л/с]. Коефіцієнт опору
вентилятора умовного діаметра (DУ)
30 мм дорівнює 4.
Підібрати насос і визначити висоту заповнення ресивера Н при подачі Q.
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Q, л/с |
3,2 |
3,4 |
3,6 |
3,8 |
2,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
Р1, атм. |
0,6 |
0,8 |
0,5 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,1 |
0,3 |
0,7 |
1,0 |
А, (м∙с/л) 2 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
Н0, м |
4 |
6 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
12.9
Вибрати тип і розрахувати потужність
насоса, необхідну для створення тиску
Р2=1,5 атм. при витраті 2 л/с на виході з
гідравлічної мережі, що включає послідовно
з'єднані регул. вентиль діаметром 80 мм
із опором 1,
фільтр 2 і теплообмінник 3. Характеристики
теплообмінника 3 і фільтри 2 мають вигляд:
,
де Н =[м], Q=[л/с].
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
60 |
80 |
10 |
120 |
140 |
160 |
180 |
200 |
220 |
240 |
N2 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
N3 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,8 |
1,7 |
1,9 |
2,0 |
2,2 |
12.10 Визначити робочу точку для насоса типу Т при номінальній частоті обертання й максимальному діаметрі робочого колеса. Як зміниться споживана потужність, якщо діаметр колеса зменшити на N%. Характеристика мережі задана у вигляді виразу: , м, де Н =[м], Q=[л/с].
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
тип насоса |
1,5к-6 |
2к-6 |
2к-9 |
3к-6 |
3к-9 |
4к-8 |
4к-12 |
4к-18 |
2к-13 |
3к-13 |
А |
0,16 |
0,18 |
0,05 |
0,22 |
0,24 |
0,26 |
0,28 |
0,3 |
0,4 |
0,15 |
Н0, м |
3 |
1 |
2 |
4 |
6 |
8 |
5 |
7 |
9 |
10 |
N, % |
0,5 |
1 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,5 |
12.11 Насосна група забезпечує подачу охолодної води на групу теплообмінників по магістральному трубопроводі довжиною 300 м діаметром D. коефіцієнтом місцевого опору= 20. Група теплообмінників КТР числом N з'єднана по охолодній воді паралельно. Підібрати насос, що забезпечує турбулентний режим руху в каналах теплообмінника, й визначити тиск на виході з апарата, якщо напірний бак установлений на висоті Н.
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
D, мм |
100 |
110 |
120 |
190 |
180 |
140 |
130 |
150 |
160 |
200 |
КТР |
КТР 4 |
КТР 6 |
КТР 9 |
КТР 12 |
КТР 18 |
КТР 25 |
КТР 35 |
КТР 50 |
КТР 65 |
КТР 85 |
N, шт. |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Н, м |
15 |
16 |
10 |
8 |
10 |
18 |
14 |
12 |
6 |
20 |
12.12 Визначити робочу точку насоса 2к-6, якщо на усмоктувальному патрубку діаметром D установити додатково прийомну коробку зі зворотним клапаном. Втрати напору в мережі розрахувати по формулі Н=А+G2, напірний бак установлений на висоті Н, а показання манометра, зануреного нижче рівня на глибину 2 м, дорівнює Рм.
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
D,мм |
40 |
50 |
70 |
100 |
150 |
200 |
300 |
40 |
50 |
70 |
А |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,8 |
1,7 |
1,9 |
2,0 |
2,2 |
Н, м |
5 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
13 |
7 |
9 |
15 |
Рм, атм. |
1,6 |
1,8 |
0,5 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3,0 |
4,0 |
1,5 |
