Пример 12.10. Рассчитать систему и подобрать насос для сифон ного слива бензина (v = 0,7 • Ю ^м2 / с ) из 12 железнодорожных ци стерн модели 15-1443. Время слива не более 2 ч. Расстояние между сливными стояками 12 м. Внутренний диаметр стояка и шланга 0,1 м.
|
|
|
|
|
|
Длина шланга |
£т= 4 м. Длина труб стояка £ с = Юм. Стояк имеет |
два плавных поворота под углом |
90° (£т = 0,23-2 = 0,46), две зад |
вижки |
(£т = 0,15 • 2 = 0,3), поворотное устройство с сальниковой на |
бивкой |
(Дт = 2 ) |
и тройник |
(£,т = 0,32). Длина отводной (всасываю |
щей) трубы до насоса £ а = |
50 м. На отводной трубе установлены |
фильтр и задвижка (£т = 0,15). Длина напорной трубы |
£ 4 = 270 м. |
На н ап о р н о й |
трубе им ею тся |
три п оворота под |
углом 90° |
(£т =0,23-3 = 0,69), два тройника |
(£т =0,23 -2 = 0,64), |
пять задви |
жек (£т = 0,15 • 5 = 0,75), вход в резервуар (£т = 1). Разность геодези
ческих о тм ето к |
н и ж н ей образую щ ей ц и |
стерн ы и н асоса |
AZ2 = zu - zH= 5м, |
насоса и днища резервуара - |
Az2 = zp - zH= Юм. |
Высота резервуара |
Н р = 11,5 м. Уровень взлива бензина в резервуаре |
Нр = 5 м. |
|
|
Решение 1. Коэффициент гидравлического сопротивления в шланге по
формуле (12.11)
2. |
По табл. 1.12 определяем полезный объём одной цистерны |
модели 15-1443 Уц = 71,7 м3 |
|
|
3. |
Необходимый расход через стояк по формуле (12.37) |
|
7 1 |
7 |
Q = |
R S |
|
Q„= — |
= 35,85м’ /ч; |
= ^ = 0,01м3/ч. |
|
2 |
|
1 |
3600 |
4. Средняя скорость бензина в стояке по формуле (5.8) |
|
|
и = 4-0,01 |
= 1,27 м/с. |
|
|
3,14-ОД2 |
|
5. Параметр Рейнольдса при течении бензина в стояке по фор муле (5.10)
Re = 1,27-0,1 = 181429.
0,7-10“
6. Эквивалентную шероховатость труб принимаем на перспек тиву К, = 0,2 мм. Следовательно, относительная шероховатость труб
ес = — = 2-1<Г
с100
7.Переходные числа Рейнольдса для стояка по формулам (5.12)
|
1 |
= 5000; ReJc)= |
^ ^ = 250000. |
|
2 • 10“3 |
2-10 |
8. |
Так как Re[c^ < R ec <Re[c^, то коэффициент гидравлического |
сопротивления по формуле (5.14) |
|
|
К |
68 |
\ 0,25 |
|
= 0, 11* 2-10 + |
= 0,0243. |
|
|
181429, |
9.Потери напора в шланге по формуле (5.9)
h |
4 |
1 272 |
= 0,089 м. |
= 0,0269--------- |
^------ |
ш |
0,1 |
2-9,81 |
|
Ю.Приведённая длина труб стояка по формуле (5.26)
/ |
=10 + — — |
(0,46 + 0,3+ 2 +0,32) = 22,7 м. |
‘ "р |
0,0243 |
V |
’ |
11. Потери напора в трубах стояка по формуле (5.9)
. |
_ |
22,7 1,272 |
Л |
. |
h |
= 0,0243 |
---- ------- ------- |
= 0,454 |
м. |
с0,1 2-9,81
12.Необходимый расход бензина через одну половину коллек тора по формуле (12.44)
QK=6-0,01 = 0,06 м3/с.
13. Согласно табл. 12.3 рекомендуемая средняя скорость нефте продукта вязкостью 0,7 10-6 м2/с = 0,7 мм2/с на линии всасывания составляет 1,5 м/с. Поэтому расчётный диаметр коллектора по фор муле (12.40)
4-0,06
0,226 м.
3,14-1,5
По табл. П.1.3 выбираем стандартный наружный диаметр труб коллектора 273 мм, при толщине стенки 8 мм его внутренний диа метр составит
dK= 0,273 - 2 0,008 = 0,257 м.
14. Скорость движения бензина при выходе из коллектора по формуле (5.8)
ик |
4-0,06 |
= 1,16 м/с. |
|
3,14-0,2572 |
15. Число Рейнольдса при течении бензина в коллекторе по фор муле (5.10)
U i A 2 5 7 =4258g6
0,7-10-*
16. Определяем зону трения при течении бензина в коллекторе:
0,2
|
|
|
е„ = • |
= 7,78 -10- |
|
|
|
|
257 |
|
|
|
|
RefK) = |
10 |
= 12850; Re!K) = |
500 |
= 642500. |
|
|
7,78-10" |
|
7,78-10" |
|
|
|
|
Так как RefK^ < R eK<RejK^, |
то течение бензина в коллекторе |
соответствует зоне смешанного требования турбулентного режима. |
17. |
Коэффициент гидравлического сопротивления для коллек |
тора по формуле (5.14) |
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
68 |
\ 0,25 |
|
|
Xк =0,11- |
7,78 -10"5 + |
= 0,0137. |
|
|
|
к |
1, |
|
|
425886 |
|
18. |
Приведённая длина коллектора по формуле (5.26) |
|
|
|
0 257 |
-0,32-6 = 108,0 |
м. |
|
|
=12-6 + - |
- - - |
|
|
кпр |
0,0137 |
|
|
|
19. Потери напора в коллекторе (с учётом переменности расхода по длине) при турбулентном режиме по формуле (12.43)
h = - - 0 ,0 1 3 7 - - ^ - - |
1,16 = 0,132 м. |
к3 0,257 2-9,81
20.Расход бензина во всасывающем и нагнетательном трубо проводах
QB= Q H= 2 -0,06 = 0,12 мУс.
21. Расчётный диаметр всасывающего трубопровода по формуле
(12.40)
4 ') = J 40,12 = 0,319м.
0 \ 3,14-1,5
По табл. П.1.3 выбираем трубу 351 х 8 мм, т.е. внутренний диа метр d„ = 0,351 - 2 0,008 = 0,335 м.
29. Скорость течения бензина в напорном трубопроводе по ф ор муле (5.8)
и, |
4-0,12 |
2,31 м/с. |
|
3,14-0,2572 |
30. Число Рейнольдса при течении бензина в напорном трубо проводе по формуле (5.10)
Reн |
2,31 |
-0,257 |
0,7 |
= 848100. |
|
Ю "6 |
31.Так как диаметр напорного трубопровода такой же как у кол
лектора, то Re[H^ = Ref и RejH^ = R eJ. Поскольку ReH> R ef, то тече ние бензина в нём происходит в зоне квадратичного трения турбу лен тн ого реж им а. П оэтом у ко эф ф и ц и ен т ги дравли ческого сопротивления находим по формуле (5.15)
Хи = 0,11 • (7,78 ■10 '5 )°’25 = 0,0184.
32. Приведённая длина напорного трубопровода по формуле (5.26)
|
О 257 |
( 0, 69+ 0,64+ 0,75 + 1) = 313,0 м. |
Т по = 270 + — |
н пр |
0,0184 |
V |
1 |
33. Потери напора в напорном трубопроводе по формуле (5.9)
313 |
2,312 |
6,1 м. |
hH=0,0184- |
= |
0,257 |
2-9,81 |
|
34.Разность геодезических отметок днища резервуара и нижней образующей цистерны Дг = 10-5 = 5м. Поэтому необходимый на пор насоса при полном взливе в резервуаре
Н= £ И ;+ Д г + Нр =0,089 + 0,454 + 0,132 + 0,35 + 6,1 + 5 + 11,5 = 23,6м.
35.По найденной величине напора и требуемому расходу слива Q = 0,12 м3/с = 432 м3/ч выбираем наиболее подходящий тип насоса 8НВвН с номинальным напором 28 м и номинальной подачей 500 м3/ч. По табл. 3.6 находим коэффициенты напорной характери
стики данного насоса Н 0 = 31,6 м; а = 2,95 102 ч/м2 = 106,2 с/м 2;
|
|
|
|
|
b = - 0,733- |
10-6 ч2/м 3 = -9,5 с2/м 3. |
|
Пример 12.11. Для данных примера 12.10 провести проверочный |
расчет на |
у сто й ч и во сть |
всасы ван и я при |
сливе б ен зи н а с |
упругостью |
паров (при заданной температуре) |
ps =5,3329-104 Па |
и плотностью |
р = 725 к г/м 3 |
Минимальное атмосферное давление |
ра =9,5992-104 |
П а. |
|
|
Решение 1. Выполняем чертеж сливной коммуникации до насоса в масш
табе (рис. 12.9).
v
На=6М
Рис. 12.9 График остаточных напоров при сифонном сливе (к примеру 12.11)
2. Напор, соответствующий разности минимального атмосфер ного давления и давления упругости паров в метрах столба бензина по формуле (12.47)
95992-53329
= 6,0 м .
725-9,81 Откладываем найденную величину напора от нижней образую
щей цистерны в соответствии с выбранным масштабом.
3. Теперь необходимо уточнить фактический расход сливаемого бензина в коммуникациях с учетом выбранного типа насоса. Снача ла вычисляем расчетные коэффициенты в формуле (12.46):
8 |
0,0296-4 + 0,0243-22/7 Д |
0 ^ |
108 |
Гб_У |
А = |
|
\2г -0,Г |
|
|
0,257 |
.12, |
3,14 -9,81 |
|
|
|
99 6 |
|
313 |
|
_2 |
|
+0,0125-/ ; : _ 5 +0,0184-- |
+ 9,5 = 505,7 |
|
|
0,3355 |
' |
0,2575 |
|
м |
|
Вс = - |
106,2 с/мз; Сс = 5 + 11,5 - |
31,6 = |
- 15,1. |
|
Соответственно, фактическая подача насоса |
|
|
|
10А 2 + > |
6 , 24 4 -5 0 5 ,7 -1 5 ,1 |
|
|
|
ф |
|
2-505,7 |
|
|
|
|
Расход бензина в шланге и стояке |
|
|
|
0 307
Q '= ^ ^ - = 0,0256 мУс 12
и расход в коллекторе
Q: = ^ = 0,154 мз/с
4. Фактическая скорость бензина в шланге и в трубах стояка по формуле (5.8)
4-0,0256 и = ■ = 3,26 м /с
3,14-0,12
5. Потери напора в шланге по формуле (5.9)
h =0,0269- — - ^ ^ - = 0,58 м
ш0,1 2-9,81
6.Число Рейнольдса в трубах стояка по формуле (5.10)
Re = 3,26 ° ^ = 3260000.
0,7 10-6
7. Так как Rec > Re51c), то коэффициент гидравлического сопро тивления для труб стояка находим по формуле (5.15)
\= 0,11 ■(2 -10"3)О25 = 0,0233
8.Потери напора в стояке от точки присоединения шланга до поворота 2
Ьш 2 = 0,0233 |
= 0,038 м |
т~2 |
0,1 2-9,81 |
9. Общие потери напора между точками 1 и 2 с учетом измене ния высоты положения бензина
|
h,_2 =0,58 + 0,038 = 0,618 м |
|
Откладывая эту величину от точки Г |
вниз, получаем точку 2' |
10. Приведенная длина участка 2 - |
3 с учетом двух плавных |
поворотов по формуле (5.26) |
|
|
|
|
|
/ |
= 3 + - А 1 _ |
0,46 = 4,97 |
м |
|
пр2_3 |
0,0233 |
|
|
|
11. Потери напора на участке 2 - 3 по формуле (5.9) |
h 2 з =0,0233 |
4 |
97 |
3 262 |
|
м |
-^— •—L—— = 0,627 |
2-3 |
0,1 |
2-9,81 |
|
|
Откладывая величину этих потерь на вертикали 5 - 3 от коорди наты точки 2' вниз, получаем точку У .
12. Приведенная длина участка 3 —4 (до низа стояка) по форму ле (5.26) с учетом имеющихся местных сопротивлений (поворотное устройство, две задвижки, тройник)
< . к = 6 |
+ — — (2+ 0,3+ 0,32) = 17,3 м |
пр3‘4 |
0,0233 V |
' |
13. Потери напора на участке 3 - 4 по формуле (5.9)
h3 4 =0,0233- — |
• 3,26 =2,18 м |
0,1 |
2-9,81 |
Откладывая эту величину на вертикали 5 — 3 от координаты точки 3' вверх, получаем точку 4'
14. Фактическая скорость бензина на выходе из коллектора по формуле (5.8)
|
и |
|
4-0,154 |
= 2,97 м /с |
|
К |
3,14 - 0,2572 |
|
|
|
|
15. |
Число Рейнольдса при течении бензина на выходе из кол |
лектора по формуле (5.10) |
|
|
|
|
2,97-0,257 |
= 1090486. |
|
ReX |
|
|
|
0,7-10"* |
|
16. |
Так как |
|
ReK>Reftt), то коэффициент гидравлического со |
противления находим по формуле (5.15)
К =0,11-(7,78-10 '5)025 =0,0103
17. Приведенная длина коллектора по формуле (5.26)
|
О 257 |
кпр |
= 12-6 + —1——--0,32 -6 = 119,9 м |
0,0103 |
18. Потери напора в коллекторе (полагаем его горизонтальным), до точки врезки всасывающего трубопровода (участок 4 —5) по фор
муле (5.9) |
|
|
|
|
|
|
h4-5 = 0,0103- 119,9 |
2,972 = 2,16 |
м |
|
|
|
0,257 |
2-9,81 |
|
Откладывая эту величину на вертикали 5 - |
3 от координаты |
точки 4 ', получаем точку 5' |
|
|
19. |
Фактическая скорость бензина во всасывающем трубопрово |
де по формуле (5.8) |
|
|
|
|
|
о |
|
4-0,307 |
= 3,49 м /с |
|
|
В |
3,14 - 0,3352 |
|
|
|
|
|
|
20. Соответствующее число Рейнольдса по формуле (5.10) |
|
Reв |
3,49-0,335 = 1670214. |
|
|
|
|
0 ,7 -10"6 |
|
|
21. |
Так как |
ReB>Re[1B), то коэффициент гидравлического со |
противления находим по формуле (5.15) |
|
Хв = 0,11 • (5,97 • 10 '5 )025 = 0,0097
22. Приведенная длина всасывающего трубопровода по формуле
(5.26)
|
6 = 5 0 + ° ,335--(1,7 + 0,15) = 113,9 м |
|
пр5_6 |
0,0097 |
|
|
23. |
Потери напора на участке 5 - 6 по формуле (5.9) |
|
h5-6 |
= 0,0097 |
- |
113,9 |
3,492 = 2,05 |
м |
|
|
|
|
0,335 |
2-9,81 |
|
Откладывая величину h5.6 вниз по вертикали, проходящей через |
ось насоса, получаем точку |
6' |
|
|
24. |
Соединив точки |
|
1' - 2' - 3' - 4' - 5' - 6, |
получаем линию оста |
точных напоров. Так как она нигде не пересекла коммуникаций, то, следовательно, устойчивость всасывания насоса обеспечена.
Если бы линия остаточных напоров все же пересекла коммуни кации, то пришлось бы прибегнуть к одному из следующих методов: 1) прибегнуть к дросселированию напора насоса для снижения рас
хода слива; 2) увеличить диаметр шланга стояков, коллектора и вса сывающего трубопровода; 3) прибегнуть к охлаждению сливаемого бензина (что трудновыполнимо).
Пример 12.12. Подобрать насос для эжекторного слива бензина, имеющего упругость паров 50000 Па, кинематическую вязкость 0,7 10-6 м2/с и плотность 740 кг/м3 из железнодорожной цистерны модели 15-890 (Уц = 60 м3). Требуемое время слива - 1,5 ч. Размеры стояка, а также величины zu, zH, zp и Нр взять из примера 12.10. При нять, что длина трубопроводов составляет: всасывающего —30 м; на гнетательного - 50 м; байпаса - 40 м. Расчет выполнить для схемы I.
Решение 1. Необходимый расход сливаемого бензина по формуле (12.57)
Q0 = — = 40 м3/ч
01,5
2.Для расчета диаметра трубопроводов сливной коммуникации примем величину и = 2 как соответствующую максимальному к.п.д. эжектора.
3.Расход рабочей жидкости и смеси по формулам (12.58), (12.59)
|
Qp = ^ |
= 20 |
м3/ч; Qc = 40 + 20 = 60 м3/ч |
4. Расчетный диаметр всасывающей линии насоса по формуле |
(12.40) |
|
|
|
|
|
|
d<B) = |
4-60 |
м |
|
|
= 0,119 |
|
|
|
3600-3,14-1,5 |
|
По табл. П.1.2 выбираем трубу стандартного диаметра 146x11 мм, |
т.е. dB= |
0,146 - 2 |
0,011 = 0,124 м |
|
5. |
Расчетный диаметр напорного трубопровода, соединяющего |
насос и резервуар, по формуле (12.40) |
|
|
|
|
4-40 |
м |
|
|
|
= 0,075 |
|
|
|
3600-3,14-2,5 |
|
По табл. П.1.2 выбираем трубу стандартного диаметра 108x7 мм, т.е.
dH= 0,108 - 2 0,007 = 0,094 м
6. Расчетный диаметр напорного трубопровода, соединяющего насос и эжектор (далее байпас), по формуле (12.40)
