Расчет насосной установки

Министерство образования Республики Беларусь Витебский государственный технологический университет Кафедра технологии и оборудования машиностроительного производства Контрольная работа по предмету: «Детали машин»

г. Витебск

В современном технологическом оборудовании машиностроения широко применяются гидравлические приводы, где носителем энергии являются жидкости. Это обусловлено целым рядом их преимуществ по сравнению с другими типами приводов. Так, например, гидравлические приводы обеспечивают получение больших усилий при малой металлоемкости, нечувствительность к перегрузкам, простоту получения любого вида перемещения, простоту управления и т. д.

Целью данной курсовой работы является расчет насосной установки. Что включает в себя: расчет характеристик трубопровода, построение графиков этих характеристик, определение рабочей точки системы, определение затрачиваемой мощности, определение влияния изменения расхода на изменение мощности насоса, а также изучение различных методов регулирования системы (дроссельное регулирование, регулирование числом оборотов двигателя, регулирование переливным клапаном).

Исходные данные

Рис. 1 — Схема насосной установки Для гидравлической системы (рис. 1), состоящей из резервуара 1, центробежного насоса 2, дросселя 3, переливного клапана 4, приемного резервуара 5, системы трубопроводов с параметрами l1, d1, l2, d2 и l3, d3.

Перекачиваемая жидкость — вода с температурой Т = 20оС и плотностью = 998,2 кг/м3.

Геометрическая разность уровней НГ =7 м.

Эквивалентная шероховатость труб Э = 0,1 мм.

Число оборотов двигателя n = 1200 об/мин.

При построении насосной установки учесть местные сопротивления напора в виде двух главных поворотов, для которых коэффициент сопротивления = 1,19 и на дросселе = 0,75 и выхода трубопроводов в приемный резервуар.

Определить:

Рабочую точку системы, расход, напор и затрачиваемую насосом мощность.

Найти новую рабочую точку для расхода Q, увеличенного на 20%, при условии дроссельного регулирования.

Найти новую рабочую точку для расхода Q при условии регулирования числом оборотов двигателя.

Найти новую рабочую точку для расхода Q, увеличенного на 20%, при условии регулирования переливным клапаном: Q=0л/с при Н=10м и Q=7л/с при Н=25м.

Таблица 1 — Числовые значения параметров

Таблица 2 — Характеристики насоса

Расчет характеристик трубопровода

Проводим расчет для трех участков трубопровода, имеющих разные диаметры. Для этого необходимо определить напор, развиваемый насосом на этих участках. При расчете используются следующие формулы.

Напор насоса:

где: Нг — напор геометрический;

(P1-P2) — разность давлений в системе;

— удельный вес;

hw — потери напора.

где: d — диаметр трубопровода;

Q — расход жидкости;

— коэффициент, учитывающий потери на местные сопротивления;

— гидравлический коэффициент.

где: Re — число Рейнольдса;

э — эквивалентная шероховатость.

где: — коэффициент кинематической вязкости.

Коэффициент кинематической вязкости равен:

Для воды = 0,5*10−3 Па, = 998,2 кг/м3 м2/с Таким образом, получаем три характеристики для трёх участков трубопровода, отличающихся диаметром труб. Каждая характеристика будет иметь пять точек.

Рассчитаем характеристику для участка с параметрами d1 = 0,036 м, l1 = 18 м.

Определим числа Рейнольдса для каждой из пяти точек:

;

;

;

;

.

Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек:

Для первой точки коэффициент не существует, так как Re1 = 0;

;

;

;

.

Определяем потери напора для каждой точки:

Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.

;

;

;

.

Определяем напор насоса для всех этих точек:

Hн1 = + 0 = 8,021 м;

Hн2 = 8,021 + 6,082 = 14,104 м;

Hн3 = 8,021 + 20,213 = 28,234 м;

Hн4 = 8,021 + 24,829 = 32,850 м;

Hн5 = 8,021 + 32,643 = 40,664 м.

Таблица 3 — Результаты расчета

Рассчитываем характеристику для участка с параметрами d2 = 0,038 м, l2 = 20 м.

Определяем числа Рейнольдса для каждой из пяти точек:

;

;

;

;

.

Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек:

Для первой точки коэффициент не существует, так как Re1 = 0;

;

;

;

.

Определяем потери напора для каждой точки:

Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.

;

;

;

.

Определяем напор насоса для всех этих точек:

Hн1 = 8,021 м;

Hн2 = 8,021 + 5,249 = 16,780 м;

Hн3 = 8,021 + 17,429 = 34,529 м;

Hн4 = 8,021 + 21,407 = 40,311 м;

Hн5 = 8,021 + 28,140 = 50,090 м.

Таблица 4 — Результаты расчета

трубопровод расчет двигатель клапан Рассчитаем характеристику для участка с параметрами d3 = 0,040 м, l3 = 20 м.

Определим числа Рейнольдса для каждой из пяти точек:

;

;

;

;

.

Далее определяем гидравлический коэффициент для этих точек:

Для первой точки коэффициент не существует, так как Re1 = 0;

;

;

;

.

Определяем потери напора для каждой точки:

Для первой точки значение hw1 будет равно нулю, так как Q1 = 0.

;;;

.

Определяем напор насоса для всех этих точек:

Hн1 = 8,021 м;

Hн2 = 8,021 + 4,043 = 12,064 м;

Hн3 = 8,021 + 13,408 = 21,429 м;

Hн4 = 8,021 + 16,466 = 24,487 м;

Hн5 = 8,021 + 21,642 = 29,663 м.

Таблица 5 — Результаты расчета

Построение графиков, определение рабочей точки системы и затрачиваемой мощности

Исходя из исходных данных, строим на графике характеристику насоса НН.

По данным, рассчитанным в предыдущем пункте, строим три графика (по пять точек для каждого графика) для трех участков трубопровода — hW1, hW2, hW3 (рис. 1).

Графики hW2 и hW3 представляют собой характеристики параллельных участков. Сложим их графически. При параллельном соединении расходы в каждой точке графиков суммируются, а напор остается неизменным. Сложив эти два графика, получили график эквивалентный параллельным участкам трубопровода — hW2+3.

Теперь графики hW2+3 и h1 представляют собой характеристики двух участков трубопровода, соединенных последовательно. Их можно сложить, используя следующие правила: расход остается неизменным, а напоры в каждой точке графиков суммируются.

Таким образом, получаем эквивалентный график данного трубопровода hЭКВ, который в пересечении с графиком НН дает рабочую точку системы (точка А) (рис. 2).

Произведя замеры, определяем, что расход и напор в рабочей точке системы:

QА = 2,565 л/с, а напор НА = 21,121 м.

Для того чтобы определить коэффициент полезного данной рабочей установки, строим график КПД —. В пересечении с характеристикой насоса получаем точку, которая соответствует номинальному КПД, А = 50,218%.

Имея эти значения, можем рассчитать затрачиваемую мощность насоса по формуле:

кВт.

Определение величины изменения мощности насоса при увеличении расхода на 20%

Для определения увеличения мощности насоса при увеличении расхода на 20% необходимо построить новый график характеристики трубопровода, затем подсчитать увеличенное значение Q, и по характеристике насоса и расходу определить соответствующие значения, Н (рис. 3).

Этот график в пересечении с графиком НН дает рабочую точку А1 при увеличенном напоре. Значение расхода в этой точке QА1 = 3,077 л/с, значение напора НА1 = 20,969 м, а значение КПД А1 = 56,979%.

Получив эти значения, можем рассчитать мощность насоса для этого случая:

кВт.

Сравнив это значение мощности (NH1) с предыдущим (NH), видим, что при увеличении напора на 20% затрачиваемая мощность насоса увеличивается на:

.

Определение новой рабочей точки и характеристик трубопровода при условии регулирования переливным клапаном

Для получения характеристик насоса при регулировании переливным клапаном строим параболу (характеристику трубопровода), характеристику насоса, а затем в соответствие с заданием характеристику клапана, которая представляет собой прямую (рис. 4).

Далее строим обобщенную характеристику насоса и клапана: HH-КЛ=НН-НКЛ (вычитанием соответствующих координат).

Точка пересечения характеристик трубопровода hэкв и насоса-клапана НН-КЛ является рабочей точкой системы (точка А/).

Восстанавливая параметры рабочей точки до кривой и соответствующих осей координат, получаем следующие значения:

А =42,715%;

QА =2,011 л/с;

HА =18,058 м;

кВт.

Определение новой рабочей точки и характеристик трубопровода при условии регулирования числом оборотов двигателя

Путем регулирования числа оборотов двигателя можно добиться оптимизации работы насоса, а также всей системы.

Для определения характеристик трубопровода при использовании данного метода используют понятие параболы подобных режимов.

По заданному изменению подачи находим на характеристике трубопровода при Q1=(1(m/100))QН новую рабочую точку системы — В. Через эту точку должна проходить характеристика насоса при искомой частоте вращения. Чтобы определить n проводим предварительно через точку В параболу подобных режимов и находим точку Е — точку пересечения этой кривой с заданной характеристикой насоса (рис. 5).

QВ =3,077 л/с; HВ =24,091 м; В =56,979%;

Парабола подобных режимов строится следующим образом: из соотношения H1/Q12=H2/Q22=const=C определяем постоянную С= HВ/QВ2.

Затем строим параболу подобных режимов по уравнению H=C*Q2, задаваясь значениями расходов.

Используя формулу пересчета nx=n*Q1/Q2, определяем новую частоту вращения.

Из рисунка 5 получаем следующие данные:

QЕ =2,875 л/с;

HЕ =21,044 м;

nx=n*QВ/QЕ=1200*3,077/2,875=1284,3 об/мин;

Е=54,351%;

кВт.

Вывод

При выполнении работы были получены навыки расчета гидравлических систем, а также различные методы регулирования системы (дроссельное регулирование, регулирование числом оборотов двигателя, регулирование переливным клапаном). В ходе работы были рассчитаны характеристики трубопровода, изучено влияние материала труб, диаметра труб и их длины на характеристики трубопровода. Так же была определена графическим методом рабочая точка системы, найден коэффициент полезного действия насоса и определена затрачиваемая мощность насоса при различных методах регулирования системы.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4