Задача 11

Мінімізувати втрати гідродинамічного напору шляхом вибору матеріалу трубопроводу і зробити порівняльний аналіз. Порівняти сумарні втрати напору в нових трубах із вуглепластика та чавуну.

Розв’язання:

Першою причиною втрати механічної енергії (гідравлічний опір) при русі рідини в трубах є сила внутрішнього тертя. Опір по довжині трубопроводу виражається у втраті гідравлічного напору h, яке визначається за законом Дарсі:

h = λLv²/2dg,

де L - довжина ділянки трубопроводу, приймаємо L=100 м;

v - середня швидкість потоку, приймаємо v=0,02 м/с;

d-діаметр труби, приймаємо d=0,4 м;

g - прискорення вільного падіння, м/с²;

λ - гідравлічний коефіцієнт тертя, залежить від форми перерізу труби і шорсткості Δ поверхні стінок.

Для круглих труб залежність λ в режимі турбулентної течії виражається формулою Альтшуля:

λ = К₀·0,11·(Δ/d + 68/R_e)^0,25,

де R_e - критерій Рейнольдса;

R_e = vd/υ,

υ - кінематична в'язкість води, при 10 ºC υ=1,3 10^-6м²/с;

Δ – шорсткість (див. додаток Д, табл. 6), мм.

К₀ ­­– коефіцієнт, який враховує збільшення шорсткості труб з терміном експлуатації (для нових труб і труб з вуглепластика К₀=1).

Для труб з вуглепластика:

R_e =0,02·0,4/1,3·10^-6=6154,

λ =1·0,11·(0,002/0,4 + 68/6154)^0,25=0,0391,

h_в = 0,0391·100·0,02²/2·0,4·9,81=0,0002 м. вод. ст. (кПа).

Для труб з чавуну:

R_e =0,02·0,4/1,3·10^-6=6154,

λ = 1·0,11·(0,3/0,4 + 68/6154)^0,25=0,1027,

h_ч = 0,1027·100·0,02²/2·0,4·9,81=0,00052 м. вод. ст. (кПа).

Проводячи порівняльний аналіз гідродинамічних опорів h_ч/ h_в =2,6 можна зробити висновок про доцільність використання труб із вуглепластика враховуючи, що для промислових труб шорсткість нерівномірна по поверхні, для розрахунків використовують еквівалентну абсолютну шорсткість, значення якої залежить від часу експлуатації труб.

Задача 12

Розрахувати та підібрати потужність водяного насосу та прийняти із стандартних значень необхідну установку, при кількості дійних корів 3000 шт.

На основі середньодобових норм споживання і кількості споживачів на фермі визначають добову потребу води:

_де - середньодобова норма витрати води одним споживачем і-ї групи (див. завдання), л;

- кількість споживачів і-ї групи;

п – кількість груп з однаковими нормами водоспоживання.

Споживання води на фермі розподіляється дуже нерівномірно як протягом року, так і протягом доби. З урахуванням цього максимальна добова потреба води для ферми становить:

де - коефіцієнт нерівномірності добового споживання води, .

Розрахунок водонапірної мережі починають з найвіддаленіших від насосу та водонапірної споруди ділянок і вузлів. За необхідною подачею води:

де - коефіцієнт нерівномірності годинного споживання води, .

Далі визначаємо діаметр труб на відповідній ділянці:

де - розрахункова подача води на даній ділянці, м³/с;

- швидкість води в мережі (див додаток Д табл. 7), м/с.

Орієнтовні діаметри труб водопровідних мереж за розрахунковою подачею води можна приймати, користуючись табл. 6 (додаток Д).

_{Приймаємо діаметр труби із стандартного ряду діаметрів 100мм}

Для вибору водопідіймального обладнання велике значення має гідравлічна характеристика мережі, сумісно з якою функціонують елементи системи водопостачання.

Повний тиск Н у системі водопостачання складається з геометричної висоти підйому води та сумарних витрат тиску на подолання опору у всмоктувальному і нагнітальному трубопроводах:

де - відстань по вертикалі від місця забирання (нижній рівень води в джерелі) до верхнього рівня води у башті, м вод. ст. (геометричний напір кПа), приймаємо ;

h – сумарні втрати напору, м вод. ст. (кПа);

де - коефіцієнт гідравлічного опору, приймаємо для стальних труб =0,02;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

L – довжина трубопроводу, приймаємо L=100 м.

Необхідну продуктивність водопідіймального обладнання визначають за максимальними витратами води на фермі:

де - тривалість роботи насосу протягом доби, приймаємо .

Потужність електродвигуна водяного насосу, визначається за формулою:

де Н – повний тиск, який потрібно створити у водопровідній системі, кПа;

- коефіцієнт корисної дії насосу, приймаємо ;

- коефіцієнт запасу, приймаємо

Приймаємо марку ВН-2-8-ЗК-9 водяної установки з таблиці 8 додатку Д.