9. Расчет регулирующего органа

Рис. 9.1. Схема трубопровода

Исходные данные

Регулируемая среда – пульпа.

Q_max = 60 м³/ч - максимальный расход

Q_min = 50 м³/ч - минимальный расход

Т = 210º С - рабочая температура

ρ = 850,43 кг/м³ - плотность пульпы при 150º С

μ = 0,425·10^-6 МПа/с - вязкость пульпы при 150º С

Р₀ = 0,5 МПа - абсолютное давление в трубопроводе в начале рабочего участка

Р_к = 0,3 МПа - абсолютное давление в трубопроводе в конце рабочего участка

Р₁ = 5,1 МПа – абсолютное давление перед РО

D = 80 мм

Расчет регулирующего органа:

1) Найдем коэффициент кинематической вязкости:

ν = μ/ρ = 0,425·10^-6 /850,43=0,4997· 10^-9 м²/с

2) Определим число Рейнольдса при максимальном расходе:

Re_D = 0,354 · Q_max / ν · D = 0,354 · 60 / 0,4997 ·10^-9 · 80 = 0,53131 · 10⁹

0,53131 · 10⁹ > 2320, значит поток турбулентный

3) Определим условие гидравлической гладкости трубопровода.

Гидравлически гладкими считаются трубопроводы, удовлетворяющие условию:

Re_D < 27 · (D / n₁)^8/7 = 27 · (80 / 0,06)^8/7 = 1,006 · 10⁵, где n₁ – выбирают по табл.6.9

Re_D = 3,537 · 10⁵ > 1,006 · 10⁵

Так как трубопровод в данном случае не является гидравлически гладким, то коэффициент трения λ определяем по Рис. 6.21.

Итак: λ=0,0195

4) Считаем суммарную длину трубопровода:

L = 10 + 25 + 23 + 7 = 55 м

5) Находим среднюю скорость потока при максимальном расходе:

ν = 4 · Q_max / π · D² = 4 · 60 / 3,14 · 0,01 · 6400 = 1,194 м/с

6) Определим потери давления на прямых участках трубопровода при расчетном максимальном расходе:

∆Р_пр = (λ · ρ · L · ν²) / 2 · D = (0,0195 · 850,43 · 55 · 1,194 ²) / 2 · 0,08 ·10⁶ = =0,0081 МПа

7) Определим потери давления в местных сопротивлениях трубопровода:

∆Р_м = ((ζ_вх + ζ_вых + 3 · ζ_90°) · ρ · ν²) / 2 =

= ((0,3+1,0+1,0·3) · 850,43 · 1,194²) / 2 ·10⁶ = 0,00261 МПа

ζ_вх =0,3

ζ_вых =1,0

ζ_90° = 1,0

ζ – коэффициенты местных сопротивлений, которые определяем по табл.6.8 и табл.6.10.

8) Определим потери давления в линии:

∆Р_л = ∆Р_пр + ∆Р_м = 0,0081 + 0,00261 = 0,0107 МПа

9) Определим потери давления в сети:

∆Р_сети = ∆Р₀ - ∆Р₁ ± ∆Р_r ,

где ∆Р_r – гидростатический напор, соответствующий разности уровней верхней и нижней отметок трубопровода, знак «+» означает, что источник напора находится на верхней отметке.

∆Р_r = ∆h · ρ = 13,7 · 850,43 ·10^-6 = 0,01165 кгс/м²

∆Р_сети = 0,5 – 0,3 - 0,01165 = 0,1883 МПа

10) Определим потерю давления в РО при максимальном расходе:

∆Р_РОmax = ∆Р_сети - ∆Р_л = 0,1883 – 0,0107 = 0,1776 МПа

11) Определим максимальную пропускную способность РО по:

12) Определяем условную пропускную способность РО из условия:

К_νy ≥ 1,2 · К_νmax = 1,2 · 41,52 = 49,824 м³/ч

По табл. 6.11 выбираем двухседельный РО с К_νу = 100 м³/ч и диаметром условного прохода РО D_y = 80 мм.

Так как Re_y = 5,3131 · 10⁸ > 2000 , то влияние вязкости на расход не учитываем и выбранный РО проверим на возможность возникновения кавитации.

13) Проверим РО на возможность возникновения кавитаций:

ζ _у = 25,4 · / К²_νy

где ζ _у - коэффициент местного сопротивления выбранного РО

F_У - площадь сечения входного патрубка РО

F_У = π · /4 = 3,14 · 8²/4 = 50,24

ζ _у = 25,4 · 50,24²/100² = 6,41

К_кав = 0,5 – коэффициент кавитации определим по кривой 1 Рис.6.23

14) Находим перепад давления, при котором возникает кавитация:

∆Р_кав = К_кав ( Р₀ - Р_нщ ) = 0,5 · ( 5,1 – 0,03) = 2,53 кгс/см²

(1 Па = 1,02 ·10^-5 кгс/см²)

Перепад давления при максимальном расчётном расходе ∆Р_ро = 1,4993 кгс/см²

Так как перепад давления в РО ∆Р_РО ≤ ∆Р_кав, т.е. 1,6 ≤ 2,53 , следовательно выбираем РО с ранее найденной условной пропускной способностью К_νy. Выбранный РО обеспечит заданный расход жидкости.

15) Определим отношение перепада давления в линии к перепаду давления на РО при максимальном расходе:

n = ∆Р_л / ∆Р_РОmax = 0,0107/0,1776 = 0,06

Уточним параметр « n » по формуле 6.23:

n' = n · (К_νy / К_νmax · ψ)² = 0,06 · (100 / 41,52 · 1)² = 0,35

где ψ = 1 – поправочный коэффициент на влияние вязкости по Рис.6.22.

16) Уточним значение перепада на РО по формуле 6.24:

∆Р'_РО = ∆Р_сети / (n' +1) = 0,1883/ (0,35+ 1) = 0,254 МПа

17) Определим уточненное значение максимального расхода через РО:

18) Определяем относительные значения расходов:

μ_max = Q_max / Q'_max = 60 / 172,82 = 0,35

μ_min = Q_min / Q'_max = 50 / 172,82 = 0,29

19) Определяем диапазон перемещений РО для n' = 0,35

с линейной пропускной характеристикой по Рис.6.15:

0,60 < S < 0,65

с равно-процентной пропускной характеристикой по Рис.6.16:

0,17 < S < 0,54

20) Определяем максимальное и минимальное значения коэффициента передачи для рабочего диапазона нагрузок на РО по Рис.6.19:

1. для линейной пропускной характеристики:

(dμ / dS)_max = 0,54

(dμ / dS)_min = 0,48

(dμ / dS)_min / (dμ / dS)_max = 0,48/0,54 = 0,89

б) для равнопроцентной пропускной характеристики:

(dμ / dS)_max = 1,09

(dμ / dS)_min = 1,04

(dμ / dS)_min / (dμ / dS) _max = 1,04/1,09 = 0,95

Так как 0,95 > 0,89, то выбираем РО с равнопроцентной пропускной характеристикой.

Вывод: На расхода пульпы выбираем РО с равнопроцентной пропускной характеристикой, с условной пропускной способностью К_νу = 100 м³/ч и диаметром условного прохода D_y = 80 мм. По этим данным из справочников выбираем клапан регулирующий двухседельный 25нж92нж – из нержавеющей стали, для температуры рабочей среды -40 – +200 °С.