МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Кузбасского государственного технического университета

имени Т.Ф.Горбачева”

Кафедра стационарных и транспортных машин

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Стационарные машины»

на тему: «Расчет водоотливной установки»

Выполнил: ст. гр.ОЭ-091

Савинцев Д.И.

Проверил:

Кобылянский Д. М.

Кемерово 2013

Содержание

1. Расчет и выбор насоса………………………………………………….

2. Выбор коллектора………………………………………………………

3. Расчет трубопровода и потерь в трубопроводе………………….........

4. Определение вакуумметрической высоты всасывания и

мощность двигателя насоса…………………….…………………………

5. Работа установки и ее экономические показатели……………………

6. Дополнительное оборудование и сооружение установки……………

7. Вспомогательное оборудование……………………………………….

8. Список литературы……………………………………………………..

Исходные данные:

Высота подъема воды Н = 180 м

Нормальный часовой приток воды Q_min= 170 м³/ч

Максимальный часовой приток воды Q_max = 230 м³/ч

Срок службы водоотливной установки Т = 10 лет

Длина трубопровода L_тр = 800 м

Время максимального притока t_д.мах = 35 дней

Количество поворотов трубопровода на плане n = 8 шт

1. Расчет и выбор насоса

1.1 Определение производительности насосного агрегата.

Производительность одного насоса и рабочей группы насосов определять расчетом из условия, что суточный максимальный приток следует откачать не более чем за 20 часов.

(1)

где Q_max – максимальный часовой приток воды, м³/ч.

1.2 Ориентировочный напор насоса.

(2)

где Н_г – геометрическая высота подъема воды, м

Значение Н_г определяется как расстояние, измеренное по вертикали от нижнего уровня воды в водосборнике до уровня слива ее в самотечный коллектор или отводящую канаву на поверхности, тогда

(3)

где Н_вс.ор = 3 м – ориентировочная высота всасывания, м;

h_n = 1 м – превышение трубопроводом уровня дневной поверхности, м.

1.3 Выбор типоразмера насоса.

Заданным условиям удовлетворяет насос ЦНС 300-120...600

Характеристики насоса цнс 300-120…600

Таблица №1

Насос	Zк, ед	Qопт, м3/ч	Нк, м	Рабочая хар-ка м3/ч	η, ед	n, об/мин	Hв.доп. при t= 25	Hк.о., м
ЦНС 300-120…600	4	300	60	220-380	0,71	1475	3,5	66,9

Определяем необходимое число рабочих колес (ступеней):

(4)

где Н_к – напор, создаваемый одним рабочим колесом, при Q_ор, м

Принимаем z_к = 4.

Определяем оптимальный напор насоса:

(5)

Определяем напор насоса при нулевой подаче:

(6)

Окончательно принимаем насос ЦНС 300-240.

Устойчивость режима работы оценивается выполнением условия:

(7)

вариант приемлем.

2. Выбор коллектора

1. Схемы коллектора.

(8)

Принимаем двухтрубный коллектор.

Расход трубопроводной арматуры в коллекторе

Таблица №2

Рисунок	ny	nт	За	Тр	От	Зн	Рд	Пд
4.2, а	3	2	8	10	4	1	2	0

1 – индивидуальный напорный трубопровод; 2 – тройник для подключения насоса; 3 – байпас для сброса воды из коллектора; №№ 1-3 – номера насосных агрегатов; 4 – задвижка; 5 – манометр.

3. Расчет трубопровода и потерь в трубопроводе

1. Расчет диаметра трубопровода.

При расчете трубопровода водоотливной установки необходимо выбрать оборудование для всасывающего и нагнетательного трубопроводов и определить их длину из общей протяженности трубопровода. Приняв типовую насосную камеру, составляем схему трубопровода.

Определяем оптимальный диаметр напорного трубопровода на участке

(9)

где к – коэффициент, зависящий от числа напорных трубопроводов ( при трех трубопроводов к=1).

При данном диаметре трубопровода, в трубопроводе имеются большие потери напора, следовательно, выбираем следующий диаметр из таблицы и принимаем трубы с внутренним диметром D_н = 203 мм.

Для уменьшения гидравлических сопротивлений диаметр всасывающего трубопровода следует принимать больше расчетного значения на 25-50 мм:

D_вс = 0,203 + 0,05 = 0,253 м = 253 мм

Принимаем D_вс = 273 мм

2. Определение толщины стенки труб.

Толщина стенки напорного трубопровода определяется из условия прочности по максимальному давлению воды с учетом его срока службы и интенсивности износа внутренней и наружной поверхностей.

Определяем давление для нижнего сечения напорного трубопровода:

(10)

где, ρ – плотность воды – 1020, кг/м³;

g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;

H_ор – напор, создаваемый одним насосом при откачке максимального притока, м.

Определяем расчетную толщину стенки трубы:

(11)

где k₁ – коэффициент, учитывающий прочностные свойства материала труб ( для стали 20 k₁=2,25);

D – внутренний диаметр трубы, м ;

Р – давление в нижней части колонны труб, МПа;

α₁ – скорость коррозионного износа наружной поверхности труб, мм/год (при ведении взрывных α₁=0,25);

α₂ – скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм/год (при кислотных водах с водородным показателем pH=6 α₂=0,1);

Т – срок службы трубопровода, лет;

k_c – коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенки (для труб обычной точности изготовления при толщине стенки до 15 мм k_с=15%).

Принимаем толщину стенки трубы δ = 7 мм.

Принимаем толщину стенки трубы δ = 6 мм.

Принимаем трубы бесшовные горячедеформированные ГОСТ 8732-78

На нагнетание 203х6

На всасывании 273х7

Определяем расход скорости воды для всасывающего трубопровода:

(12)

Скорости движения жидкости в трубопроводах не должны превышать предельно допустимых, во всасывающем трубопроводе скорость движения жидкости должна входить в диапазон 1 ÷ 1,5 м/с, а в нагнетающем трубопроводе 2 ÷ 2,5 м/с.

т.к. скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе превышает предельно допустимую, я выбираю трубу с D^вс=299 мм, далее производится перерасчёт скорости жидкости во всасывающем трубопроводе:

(13)

Определяем расход скорости воды для напорного трубопровода:

(14)

т.к. скорость движения жидкости в нагнетающем трубопроводе превышает предельно допустимую, я выбираю трубу с D^нагн=245 мм, далее производится перерасчёт скорости жидкости в нагнетающем трубопроводе:

(15)

После расчёта окончательно принимаем трубы бесшовные горячедеформированные ГОСТ 8732-78

На нагнетание 245х6

На всасывании 299х7

Определяем коэффициент гидравлического трения по формуле Шевелева для стальных труб в подводящем трубопроводе:

(16)

Определяем коэффициент гидравлического трения по формуле Шевелева для стальных труб в напорном трубопроводе:

(17)

3. Расчет потерь напора в трубопроводе.

Для определения потерь напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводе нужно использовать уравнение Дарси-Вейсбаха:

(18)

где λ_вс, λ_наг – коэффициент гидравлического трения по длине соответственно для всасывающего и нагнетательного трубопроводов;

l_вс, l_наг – суммарная длина прямолинейных участков соответственно для всасывающего и нагнетательного трубопроводов;

∑ ε_вс,∑ ε_наг – суммарное количество местных сопротивлений соответственно для всасывающего и нагнетательного трубопроводов;

V_вс, V_наг – скорость движения воды соответственно для всасывающего и нагнетательного трубопроводов.