Проектирование насосной установки

    В начале подводящего трубопровода часто  предусматривают приемную сетку 13, предохраняющую насос от попадания твердых тел, и пятовой клапан 14, дающий возможность залить насос и подводящий трубопровод жидкостью перед пуском. Работа насоса контролируется по расходомеру 4, который измеряет подачу насоса, по манометру 5 и вакуумметру или манометру 9, позволяющим определить напор насоса.   

          2.1Работа насоса  в насосной установке: 

     Насос данной насосной установки работает на таком  режиме, при котором потребный напор равен напору насоса, т.е. при котором энергия, потребляемая при движении жидкости по трубопроводам установки равна энергии, сообщаемой жидкости насосом. Для определения режима работы насоса следует на одном и том же графике в одинаковых масштабах нанести характеристику насоса и насосной установки. Равенство  напора насоса и потребного напора установки получается для режима, определяемого точкой А (рабочая точка) пересечения характеристик. Насос  не может работать в режиме, отличном от режима А.

      
 
 
 
 

      
 

    Рисунок  4 – Определение режима работы насоса в насосной установке 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Расчёт  насосной установки

      Задание: Разработать и рассчитать насосную установку для перекачивания жидкости Ж по трубопроводу длиной L в резервуар, расположенный на высоте Н, абсолютное давление в котором равно атмосферному. Расход жидкости Q .Высота всасывания h. Подобрать насос. Рассчитать рабочее колесо насоса.

Q = (50м³/ч)/3600=0,01388 м³/с

L = 100 м,

H = 20 м,

h = 6 м,

жидкость –  Бензин авиационный

Расчет  насосной установки 

_,                                             

где Н_г– геометрическая высота – расстояние между поверхностями жидкости в напорном и приемном резервуарах, м;

- абсолютное давление на поверхности  жидкости в приемном резервуаре, Па;

- абсолютное давление на поверхности  жидкости в напорном резервуаре, Па;

- суммарные потери напора  во всасывающем и нагнетательном  трубопроводах, м.

 Н_г=Н+h=20+6=26(м);

  = = =101325(Па).  

  Определим диаметры  всасывающего и  напорного трубопроводов: 

   

,

где -рекомендуемая скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с.

Принимаем для всасывающего трубопровода скорость =1м/с.[7]

Принимаем для напорного трубопровода скорость  _н=2м/с.[7]

По справочнику [6] выбираем трубы бесшовные холоднотянутые из коррозионно-стойкой стали марки 125×4 ГОСТ 167-69 и 90×2,5 ГОСТ 167-69 соответственно .

Уточним значения скоростей при рассчитанных диаметрах  трубопроводов:

=

 
 
 
 
 

Определим режимы движения жидкости в трубопроводах: 

   

,                                   

где - внутренний диаметр трубопровода, м;

      -кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

 и  при нормальных условиях (р=р_атм и t=0⁰ C) [2].

Re>10000, следовательно режим движения турбулентный. 

                  Определим потери напора 

а)Всасывающий  трубопровод:

   Для определения коэффициента гидравлического  трения λ, необходимо знать область гидравлического сопротивления.  Границы областей задаются первым и вторым предельными числами Рейнольдса:

 и  ,

 – относительная эквивалентная  шероховатость,

- эквивалентная шероховатость стенок трубы, м.

       _{- значение берем из справочника [6];}

→ область доквадратичного сопротивления, из формулы Альтшуля:

- сумма коэффициентов местных  гидравлических сопротивлений[6]

= ζ_{фильтра}+ζ_{клапана}+ζ_колена+ζ_{задвижки}=5+ 0,165+0,6+0,11=5,875

.

б)Напорный трубопровод:

=6*10^-5м

 

→ область доквадратичного сопротивления, из формулы Альтшуля:

,

= ζ_{задвижки}+ζ_{клапана}+3ζ_колена+ζ_выход= 0,11+0,165+3·0,6+1 = 3,075;

,  

3.3 Определим потребный напор:

 

По справочнику [3] выбираем насос Х65-50-160Т

Подберём  насос и выпишем  его характеристики:

КМН 80-65-175 Ю(2Г) (Насос для дизельного топлива, Бензина, Светлых нефтепродуктов)

H=30 (м)

n=2900 (об/мин)

N=11 (квт)

η=45%

АИММ132М2 – электродвигатель взрывобезопасный

Допустимый  кавитационный запас, м,  не более  3,0

80–  диаметр входного патрубка, мм;

65 –  диаметр выходного патрубка, мм;

175 –  условный диаметр рабочего колеса, мм;

Ю –  материал проточной части (Ю - алюминиевые  сплавы);

2Г –  двойное торцовое уплотнение (без  обозначения – одинарное торцовое  уплотнение и дополнительное  манжетное).

Определим максимально допустимую высоту всасывания:

Подобранный насос необходимо проверить на отсутствие кавитации, для чего вычисляется максимальная допустимая высота всасывания:

,

– давление насыщенных паров жидкости при данной температуре, Па;

– гидравлические потери напора в  линии всасывания, м,

Р_н.п.= 75 мм рт. ст.= (Па) - _{значение берем из справочника [6];}

Р=Р_атм. при нормальных условиях, т.е. Р=101325(Па) _[6];

h_п=1,305 (м) _;

С –  кавитационый коэффициент быстроходности 
 
 
 
 

- критический кавитационный  запас, м

 – частота вращения насоса, об/мин,

 

7,896 (м) > 3 (м), кавитационный запас выполняется, кавитация отсутствует 

4.Проектирование лопастного насоса 

Для выявления  конструктивного типа колеса определяется коэффициент быстроходности:

      Расчет лопастного колеса ведется  по заданным значениям подачи , напора и числа оборотов n насоса и имеет целью определение размеров проточной части, необходимых для конструирования колеса.

 

Расчетная подача колеса:

  ,

где - объемный к.п.д.

 

Теоретический напор лопастного колеса:

,

где - гидравлический к.п.д.

,

где D_1пр-приведенный диаметр входа в колесо

  ( - в м³/с, n - в об/мин), 
 

 

. 
 
 
 
 
 

Мощность, потребляемая насосом

 

Принимаем значение механического к.п.д.  = 0,9

 Максимальная  мощность насоса при перегрузке:

 

   

   

    Расчет размеров входа в колесо

   Входные размеры рабочего колеса зависят в основном от подачи насоса и числа оборотов. При этом размеры входного сечения S₀ определяют собой меридианные составляющие скоростей во всем канале колеса

.

, где  - коэффициент, обычно находящийся в пределах от 0,06 до 0,08. [7]

.

Диаметр втулки колеса :

   ,  

 где  - диаметр вала в месте посадки колеса,

определяется  из расчета на прочность, жесткость либо виброустойчивость.

  ,   где  - допускаемое напряжение на кручение, принимаемое для валов из обыкновенной углеродистой стали равным 30…50 МПа; [7]

- крутящий момент, приложенный к валу, Нм .

Величина  крутящего момента определяется по формуле:

;

Диаметр входа  в колесо:

; 

.

Ширина канала в меридианном сечении:

,где - радиус центра окружности .

   При расположении входных кромок под  углом от 15⁰ до 30⁰ к оси насоса ,                              

- меридианная составляющая скорости  на входе в колесо, которая  обычно принимается равной скорости .

Выбираем  = =3,42 (м/c) и R₁=0,8(D/2)=0,04724(м),

   Меридианная составляющая абсолютной скорости при  поступлении на лопасть: