4.3.2 Гідравлічний розрахунок трубопроводу
4.3.2.1 Визначення діаметрів труб
Визначимо діаметр всмоктувального трубопроводу dв .
Швидкість рідини у всмоктувальному трубопроводі вибираємо в межах 0,8…1,2 м/с згідно рекомендації [таблиця 4.1 методичних вказівок] у всмоктувальному трубопроводі
в = 1 м/с.
Витрата рідини Q визначається за формулою:
Q |
dВ |
2 |
В , звідки розрахункове значення діаметра |
||||
|
|
||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
|
всмоктувального трубопроводу: |
|
||||||
dВ |
4 Q |
|
4 20 |
=0,0841 м 84,1 мм. |
|||
|
3.14 1 3600 |
||||||
|
|
В |
|
||||
Згідно з ГОСТ 8732 вибираємо трубу : товщина стінки - = 3,5 мм , зовнішній діаметр труби dзов=89 мм ;
внутрішній діаметр труби становить dв= 89 – 2 • 3,5 = 82 мм.
Приймаємо труби сталеві без шва, нові, чисті. Згідно додатку Ж методичних вказівок еквівалентна шорсткість
труб е 0,014мм.
Визначимо дійсну швидкість рідини у всмоктувальному трубопроводі ВС
|
ВС |
|
4 Q |
|
|
4 20 |
|
1,052 м/с. |
|
dВ |
2 |
3,14 0.0822 |
3600 |
||||||
|
|
|
|
Визначимо діаметр нагнітального трубопроводу.
60
Швидкість рідини у нагнітальному трубопроводі вибираємо в межах 1,0…3,0 м/с згідно рекомендації [ таблиця 4.1 методичних вказівок].
Приймаємо швидкість рідини в нагнітальному трубопро-
воді - Н = 2 м/с.
Витрата рідини Q визначається за формулою
Q 4dВ2 Н
Звідси діаметр нагнітального трубопроводу
d В |
4 Q |
|
|
4 20 |
=0,0595 м 59,5 мм. |
|
|
3,14 2 3600 |
|||
|
Н |
|
|
||
Згідно з ГОСТ 8732 вибираємо трубу : |
|||||
товщина стінки – |
= 3,5 мм, |
|
|||
зовнішній діаметр труби dзов=68 мм,
внутрішній діаметр труби становить dв = 68- 2.3,5 = 61 мм.
Визначимо дійсну швидкість рідини у нагнітальному трубопроводі
|
H |
|
4 Q |
|
|
4 20 |
|
1,901 м/с. |
|
dВ |
2 |
3,14 0.0612 |
3600 |
||||||
|
|
|
|
Дійсні швидкості води у всмоктувальному та нагнітальному трубопроводах знаходяться у рекомендованих межах.
4.3.2.2 Визначення необхідного напору насоса
Необхідний напір насоса визначається за такою залежніс-
тю:
Ннеобх. hвс. hн. Р2 gР1 h1 2 ,
де hвс. – геометрична висота всмоктування; hн. – геометрична висота нагнітання;
61
p1, p2 – надлишкові тиски над вільною поверхнею живильного та приймального резервуарів;
h1-2 – втрати напору на тертя по довжині та у місцевих опорах всмоктувального та нагнітального трубопроводу.
Оскільки статичний напір
Нст. hвс. hн Р2 gР1 ,
то необхідний напір дорівнює
Ннекобх. Нст. h1 2 .
Треба зауважити, що при p1=p2=pатм.
Нст. hвс. hн ,
Нст 4,5 16 20,5м.
Визначимо втрати напору у всмоктувальному трубопроводі на гідравлічне тертя і місцеві опори.
Для цього потрібно визначити режим руху рідини у всмоктувальному трубопроводі.
Число Рейнольдса визначається за формулою
Re d ,
де - середня швидкість, d - внутрішній діаметр,
- кінематичний коефіцієнт в’язкості.
Re d 1.052 0.082 65850 - режим турбулентний
0,0131 10 4
Визначимо зону турбулентного режиму
ReI 10 d 10 0.82014 58571;
62
ReII 500 d 500 0.82014 2928571;
ReI Re ReII
Маємо зону змішаного тертя, коли втрати залежать від режиму течії і від абсолютної величини шорсткості труб.
Коефіцієнт гідравлічного тертя визначаємо за формулою Й.Д.Альтшуля.
|
|
|
|
68 |
0.25 |
0.014 |
|
68 |
|
|
0.25 |
||
0,11 |
|
|
|
|
0,11 |
|
|
|
|
|
0,0205 |
||
|
|
82 |
65850 |
||||||||||
d |
|
|
Re |
|
|
|
|
|
|||||
Втрати на тертя у всмоктувальному трубопроводі: |
|||||||||||||
h |
|
L |
2 |
0,0205 |
40 |
1,0522 |
0,564 м, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
вс |
|
d 2g |
|
|
|
0,082 2 9,81 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
де - коефіцієнт гідравлічного опору, L - довжина трубопроводу,
- середня швидкість, d - діаметр труби.
На всмоктувальному трубопроводі є такі місцеві опори: фільтр із зворотним клапаном, коліно, засув. Виберемо значення коефіцієнтів місцевих опорів із додатку З методичних вказівок. Для фільтра із зворотним клапаном ф = 7; для за-
суву повністю відкритого з=0,15; коефіцієнт опору коліна
к= 0,23.
Втрати напору на місцевих опорах визначаються за формулою
i n 2
hмо i 1 21g ,
де - середня швидкість за місцевим опором;
i n
ф+ к+ з
i 1
63
hмо ( 7 0.23 0.15 1,0522 0,416м . 2 9,81
Сумарні втрати напору у всмоктувальному трубопроводі:
hвс = 0,534 + 0,416 = 0,950 м.
Визначимо втрати в нагнітальному трубопроводі на гідравлічне тертя і місцеві опори.
Режим руху рідини у нагнітальному трубопроводі
Re |
d |
|
|
1,9 0,061 |
|
88473 |
||||||
|
0,0131 10 4 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
ReI |
10 |
d |
10 |
|
61 |
|
43571 ; |
|||||
|
0.014 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ReII 500 |
d |
|
500 |
51 |
|
2178571; |
||||||
|
0.014 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ReII Re ReI
Маємо зону змішаного тертя, коли втрати залежать від режиму течії і від абсолютної величини шорсткості труб.
Коефіцієнт гідравлічного тертя визначаємо за формулою Й.Д.Альтшуля
|
|
|
68 |
|
0.25 |
|
0.014 |
|
68 |
|
0.25 |
|||
0,11 |
|
|
|
0,11 |
|
|
|
|
|
|
|
0,0198 |
||
|
61 |
88473 |
||||||||||||
|
d |
|
Re |
|
|
|
|
|
||||||
Втрати на тертя у нагнітальному трубопроводі: |
||||||||||||||
h |
|
L 2 |
0,0198 |
|
500 1,9 |
2 |
|
29,8632м. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
вс |
|
d 2g |
|
|
0,061 2 9,81 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
На нагнітальному трубопроводі є такі місцеві опори: два коліна, зворотний клапан, засув, вхід в резервуар.
Виберемо значення коефіцієнтів місцевих опорів із додатку З методичних вказівок. Для зворотного клапана зв.к.=45;
для засуву повністю відкритого з=0,15. Коефіцієнт опору
64
коліна к=0,23. Коефіцієнт опору на вході нагнітальної труби у резервуар вх.=1.
Втрати напору у місцевих опорах визначаються за такою
|
|
|
|
|
i n |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
формулою: |
hмо |
|
2g |
, |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
||
де |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i n |
|
ф+2 к+ з+ |
вх |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hмо |
i n |
|
2 |
45 2 0,23 0,15 1,0 |
1,9 |
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
8,576 м. |
||||||||
2g |
2 9,81 |
||||||||||||
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
||||||
Сумарні втрати напору на нагнітальному трубопроводі: hн= 29,862 + 8,576 =38,438 м.
Отже, необхідний напір насоса при Q = 20 м3 /год.
Ннеобх.= 4.5 +16 + 0,950+ 38,438 = 59,888 м.
Аналогічно визначаємо необхідний напір при інших значеннях витрати в трубопровідній системі. Результати обчислень зводимо в таблицю 4.3.
Таблиця 4.3 - Характеристика трубопроводу
Q,, м3/год |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
Н,м |
20,5 |
26,10 |
32,23 |
44,19 |
59,89 |
81,35 |
На базі отриманих даних будуємо графік – характеристику трубопроводу ( рисунок 4.15).
65
Рисунок 4.15 – Сумісна характеристика насоса і трубопроводу (1 – характеристика трубопроводу, 2 – напірна характеристика насоса)
Точка, у якій перетинається напірна характеристика насоса та характеристика трубопроводу , називається робочою.
Уцій точці QА = 20,45 м3/год,HА= 60,1 м.
Зтаблиці 4.3 визначаємо, що за заданої витрати Q = 20 м3/год необхідний напір Hнеобх= 59,89 м.
4.3.3 Підбір насосно–силового обладнання
За заданою витратою Q = 20 м3/год = 5,6 л/с та необхід-
ним напором Hнеобх = 59,89 м вибираємо згідно додатку Л методичних вказівок два послідовно з'єднані насоси К20/30.
Характеристика насоса при n= 2900 хв-1 наведена у таблиці 4.4.
Таблиця 4.4 – Характеристика відцентрового насоса
Подача, л/с |
0 |
2,8 |
5,5 |
8,3 |
Напір,м |
34 |
34,5 |
30,8 |
24 |
|
|
|
|
|
К.к.д. |
0 |
0,506 |
0,640 |
0,635 |
Приймаємо діаметр робочого колеса D2 = 150 мм, ширина робочого колеса на зовнішньому діаметрі
66
b 15D2 15015 10мм 0,01м .
Згідно даних таблиці 4.4 будуємо характеристику насоса
(рисунок 4.16).
Рисунок 4.16 – Характеристика насоса У разі послідовного з'єднання насосів при однакових по-
дачах сумуються напори. Отже, напірна характеристика двох послідовно з'єднаних насосів матиме такий вигляд (рисунок
4.17).
Рисунок 4.17 – Напірна характеристика двох послідовно з'єднаних насосів
67