Определение потерь напора во всасывающем трубопроводе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

установка насосный трубопровод

Задание

Исходные данные

1. Подбор диаметра сифона

2. Определение действительного перепада уровней в I и II резервуаре

3. Определение потерь напора в трубопроводе

4. Определение диаметра всасывающего трубопровода насосной установки

5. Определение высоты установки центра насоса над линией свободной поверхности

6. Определение потерь напора во всасывающем трубопроводе

7. Определение диаметра нагнетательного трубопровода насосной установки

8. Определение потерь напора в нагнетательном трубопроводе

9. Определение потребного напора насосной установки

10. Определение разности горизонтов в резервуарах III и IV

11. Определение мощности насосной установки

Список литературы



Задание

В расчетно-графической работе необходимо произвести гидравлический расчет напорных трубопроводов с сифонным водозабором (схема 2).

Из канала I по сифону (снабженному фильтром и обратным клапаном) длиной l и диаметром d вода под напором h₁ перетекает в прибрежный колодец II. Высота подъема воды по сифону h_0.

Из прибрежного колодца II центробежный насос V перекачивает воду в открытый резервуар. Всасывающая труба насоса длиной l_вс снабжена фильтром с обратным клапаном и имеет два поворота с отношением радиуса поворота к диаметру трубы R/ d_вс =6,0.

Далее по напорному трубопроводу длиной l_н и диаметром d_н вода поступает в резервуар III, находящийся под избыточным давлением р_0. Материал трубопроводов - сталь.

Из резервуара III вода перетекает в резервуар IV через отверстие диаметром d_отв. под действием напора h_3.

В задании необходимо определить: диаметр сифона; разность уровней в канале I и колодце II; проверить возможность подъема воды в сифоне на заданную высоту h₀; определить высоту установки центра насоса h₂, если давление на входе в насос р_вак = 0,1 ат.; вычислить разность горизонтов резервуаров III и IV h₃ и определить мощность насосной установки для всех участков напорных трубопроводов.

Найти гидродинамический напор трубопровода, приведенного на схеме №2.



Исходные данные:

Q= 63 л/с;

;

;

;

;

;

;

;

;

р_вак = 0,1 ат;

;

;

;

=19 м;

t=20?.

Схема №2.

Материал труб: сталь, следовательно, эквивалентная абсолютная шероховатость труб в данной задаче будет равна [1]:

Дэ=0,1мм=0,1?м.

Для решения потребуется значение кинематического коэффициента вязкости для воды при t=20? , которое возьмем из справочника [1]:

н=0,0101 /с=0,101?/с.

Трубопровод от прибрежного колодца I до II представляет собой сифон.

1. Подбор диаметра сифона

Диаметр трубопровода можно определить их таблиц [2] для

гидравлического расчета водопроводных труб, зная гидравлический уклон и расход воды в сифоне или самотечной трубе (ПРИЛОЖЕНИЕ А). В свою очередь средний гидравлический уклон можно определить по формуле

i_ср= h₁/l₁. (1)

Применимо к нашей схеме гидравлический уклон равен

i_ср= 0.42/20=0.021.

2. Определение действительного перепада уровней в I и II резервуаре

Уровень в I резервуаре считаем постоянным. Свяжем уравнением Бернулли сечения 1-1 и К-К, располагая их на уровнях свободной поверхности в I и II резервуаре соответственно, проведя линию сравнения по уровню свободной поверхности в первом резервуаре и считая равной 0 скорость в первом сечении.

, (2)

где - ординаты, определяющие высоту положения центра выбранного сечения над горизонтальной плоскостью сравнения 0-0;

- пьезометрический напор в сечениях 1-1 и К-К;

- скоростной напор в сечениях 1-1 и К-К;

- коэффициенты Кориолиса, учитывающие неравномерность распределения скоростей в соответствующих живых сечениях потока;

- сумма потерь напора.

После решения уравнения, получим

h_{действ.}= h_м + h_l , (3)

где - потери напора по длине;

- местные потери.

Потери напора по длине рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха:

, (4)

где л - коэффициент гидравлического трения;

l - длина трубопровода;

d - внутренний диаметр трубопровода;

- скоростной напор в рассматриваемом участке трубопровода,

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

Коэффициент гидравлического трения л зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости Д_э/d, где Д_э - эквивалентная шероховатость. По таблице А3 (ПРИЛОЖЕНИЕ А) для заданного материала трубопровода выбираем Д_э, мм.

Число Рейнольдса определяется по формуле

, (5)

где н - кинематический коэффициент вязкости. Для воды при t = 20 єC н=0,0101 /с=0,101?/с. ( таблица А1, ПРИЛОЖЕНИЕ А)

Местные потери напора определяются по формуле Вейсбаха

(6)

Где - коэффициенты местных сопротивлений, соответственно на входе трубы, повороте трубопровода на 90? и выходе трубы.

Расчет перепада уровней в I и II резервуаре дает возможность установить действительный перепад уровней h_{действ.}, который отличен от заданного h₁ и соответствует выбранному диаметру сифона

При заданном расходе Q= 63 л/с и гидравлическом уклоне i_ср= 0.021 по справочнику [1] определяем фактический диаметр, который равен d_ф=0.25м.

Зная диаметр можем рассчитать скорость в трубопроводе:

, (7)

=1,284 м/с.

Определим число Рейнольдса по формуле (3):

,

Определим режим движения жидкости по трубопроводу. Полученные значения числа Рейнольдса трубопровода больше критического значения числа Рейнольдса, значит режим движения турбулентный.

лам.<2320<

Для турбулентного режима движения, когда число Рейнольдса Re>10⁵ коэффициент Дарси рассчитывается по формуле Шипринсона[3]:

= , (8)

где Д_э - эквивалентная абсолютная шероховатость, м [1]

==0,016.

3.Определение потерь напора в трубопроводе

Потери в трубопроводе можно определить уравнением

? = h_м + h_l =(л?+ , (9)

? = h_м + h_l =(0,016•+1,19м.

Теперь по условию необходимо проверить возможность подъема воды в сифоне на заданную высоту h_0. Уровень в I резервуаре считаем постоянным. Свяжем уравнением Бернулли сечения 1-1 и М-М, располагая их на уровнях свободной поверхности в I и на высоте h₀ соответственно, проведя линию сравнения по уровню свободной поверхности в первом резервуаре и считая равной 0 скорость в первом сечении. Тогда уравнение (2) примет вид:

, (10)

,

=8,76 м.

По условию тем самым можно сделать вывод, что поднятие на высоту 4 м метра возможно.

4.Определение диаметра всасывающего трубопровода насосной установки

Диаметр всасывающего трубопровода насоса d_вс. по заданию принимаем равным d_вс.=0.3 м. Считаем поток воды из прибрежного резервуара I до напорного резервуара III непрерывным, т.е. во всех напорных трубопроводах системы Q = const.

5.Определение высоты установки центра насоса над линией свободной поверхности

Для определения высоты расположения центра насоса над линией свободной поверхности во II резервуаре h₂ = h_вс. свяжем уравнением Бернулли сечения 1-1 и 2-2, расположенные по линии свободной поверхности в резервуаре и на входе всасывающего трубопровода в насос.

Далее рассмотрим местные сопротивления во всасывающем трубопроводе. К ним можно отнести два поворота трубопровода на 90⁰, сопротивление сетки фильтра.

Решим уравнение относительно искомого значения высоты установки центра насоса над линией свободной поверхности h_вс.

, (11)

где р_а=10⁵Па-нормальное атмосферное давление, р_вак=0.1*10⁵Па (по заданию).

Скорость во всасывающем трубопроводе определим по формуле:

=.

Теперь определим режим движения по формуле (5):

Следовательно, режим турбулентный(лам.<2320<).

Для турбулентного режима движения коэффициент Дарси определяется по формуле Шипринсона(8):

==0,015.

Для отводов круглого сечения с углом поворота д= 90⁰ и R/d 1 при турбулентном течении можно воспользоваться эмпирической формулой:

, (12)

где R/d это отношение радиуса поворота к диаметру трубы и по условию R/ d_вс =6,0.

Тогда

=0,11.

Теперь определим :

=8,91м.

Определение высоты установки центра насоса над линией свободной поверхности позволяет определить геометрический напор, который является расстоянием от уровня свободной поверхности в резервуаре I до уровня свободной поверхности в резервуаре III.

H_г = h_вс. + H, (13)

Н_г=8,91+19=27.91 м.

6. Определение потерь напора во всасывающем трубопроводе

Потери во всасывающем трубопроводе при турбулентном движении жидкости можно определить уравнением :

?=(л?+ , (14)

?=(0.017•+=0,61 м.

7.Определение диаметра нагнетательного трубопровода насосной установки

При выборе диаметра нагнетательного трубопровода d_н допускается соотношение

d_вс.?d_н. (15)

Принимаем d_н=0.25 м( по заданию).

8. Определение потерь напора в нагнетательном трубопроводе

Нагнетательный трубопровод - длинный трубопровод. Скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе

, (16)

=.

Число Рейнольдса для нагнетательного трубопровода и определим режим движения жидкости в нем

, (17)

.

Определим режим движения жидкости по трубопроводу. Полученные значения числа Рейнольдса трубопровода больше критического значения числа Рейнольдса, значит режим движения турбулентный.

лам.<2320<

Для турбулентного режима движения коэффициент Дарси определяется по формуле (8):

==0,016.

Для длинного нагнетательного трубопровода производим расчет потерь по длине для диаметра напорного трубопровода d_н и длины l_н. Далее рассмотрим местные сопротивления в нагнетательном трубопроводе, которые представляют собой потери по длине и потери на местные сопротивления , которые составляют около 10% от потерь по длине h_l в длинном трубопроводе. Тогда общие потери в напорном трубопроводе определим, согласно уравнению:

?=(л?+ , (18)

?=(0.016•+=0,72 м.

9.Определение потребного напора насосной установки

Потребным напором насосной установки называется энергия, необходимая для перемещения единицы веса жидкости от самого нижнего уровня (в месте забора) до самого верхнего (центра тяжести выходного сечения или верхнего уровня в приемном резервуаре). Потребный напор определяется по формуле

Н_потр. = Н_ст +Н _дин. , (19)

где- Н_ст статический напор, учитывающий затраты энергии для подъема жидкости на высоту H_г (формула 1.23) и потерь на преодоление перепада давлений р_а и р₀ на линиях поверхности жидкости в I и III резервуарах соответственно (для варианта задания А р_а =р₀) ;

Н_{ст =} H_г + (р₀ - р_а)/ с·g , (20)

где Н _дин. - гидравлические потери, учитывающие потери в местных сопротивлениях и потери напора по длине.

Н_ст =27,91 + м.

Так как диаметры всасывающего и нагнетательного трубопровода не одинаковы, то

Н _дин. =+?+? = + 0,61 + 0,72= 3,46 м _; (21)

Н_потр. = 16,19 +3,46=19,64 м_.

10.Определение разности горизонтов в резервуарах III и IV

Указанную разность можно вычислить из формулы для определения расхода жидкости:

, (22)

где -расход жидкости, проходящий из резервуара III в резервуар IV, равный производительности насоса;

-коэффициент расхода (для истечения под уровень ;

-площадь поперечного сечения;

-ускорение силы тяжести;

-разность уровней в резервуарах.

Из формулы (19) получим:

= м² (23)

=м. (24)



11. Определение мощности насосной установки

Различают полезную мощность N_p ,кВт, которая определяется работой насоса, совершаемой им при подъеме жидкости в единицу времени на высоту Н и мощность, необходимая для приведения в действие насосной установки N_уст.

N_p=. (25)



Список литературы

1. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. Л.: 1961. - 352 с.

2. Шевелев Ф.А., Шевелева А.Ф. Таблицы гидравлического расчета водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984. -112 с.

Размещено на Allbest.ru

...