Механика жидкости и газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева»

Институт химических технологий

Кафедра: Машины и аппараты промышленных технологий

Курсовой проект КП-2150302 30334.00.00.00.159 ПЗ

Пояснительная записка

Механика жидкости и газа

Руководитель

Воронин И.А.

Обучающийся БТН 18-01,18151159

Солоненко Е.А.

Красноярск 2020 г.



Задание на курсовую работу

гидравлический насос труба вода

Рисунок 1. Схема гидравлической системы

Оборудование насосной установки

Насосная установка оборудована:

1. Приемной сеткой с обратным клапаном (точка 0).

2. Насосом (точка 2) центробежного типа.

3. Вентилем (В).

4. Тройником (точка 3).

5. Переходом большего диаметра на меньший(точка 3).

6. Системой трубопроводов 0-1-2, 2-3, 3-5, 3-4-6.

7. Поворотами трубопроводов.

Общие данные к расчету

1. Система предназначена для подачи воды на технологические нужды (в точке 6).

2. В системе имеется постоянный отбор воды в точке 5.

3. Основные данные приведены в таблице 1.



Таблица 1. Основные данные для расчета

t, єC	Z3-6, м	Q5, л/с	Q6, л/с	l0-2, м	l2-3, м	l3-6, м	d0-3, мм	d3-6, мм	P6, бар	Д,мм
44	5	3	8	27	26	50	90	90	6	1.5

Условные обозначения в таблице означают:

Z_3-6 - высота расположения трубопроводов 3-6 в м

Q₅ и Q₆ - расход воды в точках 5 и 6 в л/с

l_0-2, l_2-3, l_3-6 - длина трубопроводов 0-2, 2-3, 3-6 в м

d_0-3- диаметр трубопроводов на участке 0-3 в мм

d_3-6- диаметр трубопроводов на участке 3-6 в мм

Р₆- давление воды перед выходом в точке 6 в бар (абс)

? - шероховатость труб в мм

Техническое задание на расчет

Настоящим заданием требуется выполнить:

1. Расчет потерь напора в трубопроводах.

2. Расчет эффективной мощности и напора насоса.

3. Расчет предельной геометрической высоты всасывания.

Подобрать насос.



Содержание

Введение

1. Определение расходов воды по участкам

2. Определение скоростей движения воды на участках с одинаковым диаметром труб

3. Определение числа Рейнольдса на участках труб с одинаковой скоростью движения

4. Определение сопротивления коэффициентов трения

5. Определение потерь напора

6. Определение эффективного напора насоса

7. Подбор насоса

8. Определение геометрической высоты всасывания

9. Определение эффективной мощности насоса и мощности его привода

Список литературы

Приложение



Введение

Технологическими трубопроводами называют такие трубопроводы промышленных предприятий, по которым транспортируют смеси, полупродукты и готовые продукты, отработанные реагенты, воду, топливо и др. материалы, обеспечивающие ведение технологического процесса

С помощью технологических трубопроводов на химических предприятиях перемещают продукты как между отдельными аппаратами в пределах одного цеха или технологической установки, так и между технологическими установками и отдельными цехами, подают исходное сырье из хранилищ или транспортируют готовую продукцию к месту ее хранения.

На предприятиях химической промышленности технологические трубопроводы являются неотъемлемой частью технологического оборудования. Затраты на их сооружение в отдельных случаях могут достигать 30 % от стоимости всего предприятия. На некоторых химических заводах протяженность трубопроводов измеряется десятками и даже сотнями километров. Бесперебойная работа технологических установок и химического предприятия в целом, качество выпускаемой продукции и безопасные условия работы технологического оборудования в значительной степени зависят от того, насколько грамотно спроектированы и эксплуатируются трубопроводы, и на каком уровне поддерживается их исправное состояние.

Применяемые в химической технологии и транспортируемые по трубопроводам сырьевые материалы и продукты обладают различными физико-химическими свойствами. Они могут находиться в жидком, пластичном, газо- или парообразном состоянии, в виде эмульсий, суспензий или газированных жидкостей. Температуры этих сред могут находиться в пределах от низких минусовых до чрезвычайно высоких, давление - от глубокого вакуума до десятков атмосфер. Эти среды могут быть нейтральными, кислыми, щелочными, горючими и взрывоопасными, вредными для здоровья и экологически опасными.

Трубопроводы подразделяются на простые и сложные, короткие и длинные. Трубопроводы, не имеющие по пути следования жидкости в трубе ответвлений для отбора или дополнительной подачи в трубопровод жидкости, называются простыми. К сложным относят трубопроводы, состоящие из основной магистральной трубы и боковых ответвлений, образующих сеть трубопроводов различной конфигурации. Трубопроводы технологических установок химических предприятий в большинстве своем являются простыми.



1. Определение расходов воды по участкам

Расход м³/с, на участке 0-3 определяется по формуле:

Q_3-5= Q₅ , (2)

Q_3-6= Q₆ , (3)

где расход воды в точке 4, л/с;

расход воды в точке 7, л/с.

Расход м³/с, на участке 3-5:

Расход м³/с, на участке 3-6:

2. Определение скоростей движения воды на участках с одинаковым диаметром труб

Скорость воды в трубем/с, рассчитывается по формуле:

(4)



где расход воды, м³/с;

площадь сечения трубы.

Скорость воды , м/с, на участке 0-3:

Скорость воды , м/с, на участке 3-6:

3. Определение числа Рейнольдса на участках труб с одинаковой скоростью движения

Число Рейнольдсаопределяется по формуле:

где скорость потока, м/с;

диаметр трубопровода, мм;

коэффициент вязкости, м²/с.

Значение коэффициента кинематической вязкости примем по таблице 2.



Таблица 2. Коэффициент кинематической вязкости воды

При t=44⁰C, принимаемм²/с.

Число Рейнольдса на участке 0-3:

Число Рейнольдса на участке 3-6:

4. Определение сопротивления коэффициентов трения

Для определения коэффициента трения необходимо знать число Рейнольдса и отношение диаметра трубы к шероховатости трубы.

Сопротивления на участках 0-3 и 3-6 будут одинаковы, так как диаметры труб на данных участках равны 80 мм.

где диаметр трубопровода, мм;

, мм.

Коэффициент трения на участках 0-3 и 3-6 найдём по рисунку 2.

Рисунок 2. Опытный график зависимости л=(Re,d/?)

5. Определение потерь напора

Для определения потерь, м, на участке 0-3 воспользуемся формулами:

h_0-3 = h_тр0-3 + h_м0-3 , (6)

l_0-3 = l_0-2 + l_2-3 , (7)

h_тр0-3 = (8)

l_0-3 =

Подставим в формулу (8), получим:

hтр_0-3 = .

Местные потери напора на участке 0-3 складываются из местных потерь при проходе через приемную сетку и обратный клапан, поворот на 90^о и задвижку в открытом положении:

h_м0-3 = , (9)

Коэффициент потери на клапане определяется диаметром трубопровода. Воспользуемся таблицей 3.

Таблица 3. Коэффициент потери на клапане

d, мм	40	50	75	100	150	200	250	300
окл	12	10	8,5	8	6,5	5,5	4,5	3,5

Принимаем о_кл = 8,5

Коэффициент местных потерь при угле поворота 90^о принимается в зависимости отношения диаметра трубы к радиусу поворота по осевой линии:

d - диаметр трубопровода; R - радиус поворота.

Рисунок 3. Участок трубопровода с поворотом

Коэффициент местных потерь примем по таблице 4.

Таблица 4. Коэффициент местных потерь

d/R	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,4	1,6	1,8	2,0
опов	0,13	0,14	0,16	0,21	0,29	0,66	0,98	1,41	1,98



Принимаем о_пов = 0,29

Коэффициент потерь с прямым шпинделем в открытом положении:

о_в = 3ч5,5

Принимаем о_в = 5

Подставляем коэффициенты потерь в формулу (6), получим:

h_м0-3 = = 2,35 м.

Подставим потери на трение и местные потери в формулу (6), получим:

h_0-3 =

Для определения потерь на участке 3-6 воспользуемся формулами:

h_3-6 = hтр_3-6 + hм_3-6 , (10)

hтр_3-6 = (11)

h_тр3-6 = .

Местные потери на участке 3-6 складываются из потерь в тройнике(на рисунке 1 в точке 3), потерь на поворот 90^о(точка 4). В нашем случае потерь в тройнике нет, так как переход из трубы диаметром 50мм осуществляется в трубу диаметром 50мм. Коэффициент местных потерь при проходе через тройник с поворотом на 90^о равен 1,5. Коэффициент местного сопротивления на внезапное сужение трубопровода равен 0, а на поворот как на участке 0-3 и поэтому потери напора на участке 3-6:

h_м3-6 = (о_тр + о_суж + о_пов)?, (12)

о_тр= 1,5; о_суж = 0; о_пов = 0,29.

Подставим в формулу (12), получим:

h_м3-6 = (1,5 + 0 + 0,29)?.

Подставим потери на трение и местные потери в формулу (10), получим:

h_3-6 =

Потери, м, на участке 0-6 складываются из потерь на участках 0-3 и 3-6:

h_0-6 = h_0-3 + h_3-6 , (13)

h_0-6 = .

6. Определение эффективного напора насоса

Эффективный напор определяется на:

1. Геометрический подъем жидкости z₆ - z₀;

2. На определение разности давления в начале и конце трубопровода ;

3. На компенсацию всех видов гидравлических потерь трубопровода h_пот, м.

h_пот =.

4. На создание разности скоростных напоров на выходе и входе системы ;

Поскольку скорость жидкости не меняется, то щ₀=0

Коэффициент неравномерности б₆=1

Рассчитаем эффективный напор насоса, м, по формуле:

, (13)



Принимаем Z=5м; P₆ = 6?10⁵ Па; P_a = 10⁵ Па; щ₆ = щ_3-6 = 1,3 м/с; с = 999 кг/м³.

Подставим эти значения в формулу (13), получим:

.

7. Подбор насоса

По рассчитанной эффективной мощности подбираем насос ЦНС 38-66.

Подача: Q = 38 м³/ч; напор: H = м; частота вращения 3000 об/мин; допускаемый кавитационный запас: ?h_доп = 3,6 м; кпд: з = 67%; масса не более 219 кг.

8. Определение геометрической высоты всасывания

Для определения геометрической высоты всасывания составляем уравнение Бернулли для сечений 0-0 и 0-2:

Принимаем щ₀=0, так как уровень не изменяется; отсюда:

Вакуумметрическую высоту всасывания, м, определяем по формуле:



Таблица 4. Давление парообразования жидкости в зависимости от температуры

toC	0,01	10	20	30	50	85	100
РПО, бар	0,0061	0,0123	0,0234	0,0424	0,1234	0,578	1,013

Принимаем Р_ПО = 0,01234 бар = 0,01234?10⁵ Па; ?h_доп = 3,6 м.

Подставляем в формулу (15), получим:

Потери напора, м, на участке 0-2 складываются из местных потерь и потерь на трение по длине трубы:

Предельная геометрическая высота всасывания:



Это означает, что расстояние до вертикали от поверхности воды водоема до оси насоса не должно превышать 1,74 м.

9. Определение эффективной мощности насоса и мощности его привода

Эффективную мощность насоса определим по следующей формуле:

N_э = H_э·Q_э·с·g, (19)

Принимаем H_э = м; Q_э = Q_0-3 = 11·10^-3 м³/с.

Подставим в формулу (19), получим:

N_э = ·11·10^-3·999·9,81 = 6856.21 Вт ? 7 кВт.

Для определения мощности привода необходимо знать к.п.д. насоса:

Принимаем N_э = 7 кВт; з = 0,67; получим:



Список литературы

1. Лапшев, Н.Н. Гидравлика [Текст]: учеб. для вузов / Н.Н. Лапшев. - 2-е изд., испр. - М.: Академия, 2008. - 270 с.

2. Корпачев, В.П. Гидравлика[Текст]: конспект лекций для студентов специальностей 260100, 260200, 170400, 320800 всех форм обучения/ В.П. Корпачев. - Красноярск: СибГТУ, 2007. - 51 с.

3. Кудинов, В.А. Гидравлика [Текст]: учеб. пособие для вузов по специальностям в обл. техники и технологии/ В.А. Кудинов, Э.М. Карташов. - М.: Высш. шк., 2006. - 175 с.

4. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии [Текст]: учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков, - 12-е изд. - М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004. - 576 с.

5. Рабинович, Е.З. Гидравлика. - М.: Недра, 1980. - 278 с.

6. Елин, В.И. Насосы и компрессоры [Текст]: учебное пособие для вузов / В.И. Елин, К.Н. Солдатов, С.М. Соколовский, - 9-е изд. - М.: Гостоптехиздат, 1960. - 398 с.

7. Башта, Т.М. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы [Текст]: Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов, - М.: Машиностроение, 1970. - 504 с.



Приложение

Насосы центробежные многоступенчатые секционные

Типы и основные параметры ГОСТ 10407-88

Насосы центробежные многоступенчатые секционные Типы и основные параметры Centrifugal multistage segmental pumps. Types and basic parameters	ГОСТ 10407-88

Дата введения 01.01.90

Настоящий стандарт распространяется на центробежные многоступенчатые секционные насосы, предназначенные для перекачивания воды, и устанавливает типы насосов в зависимости от свойств перекачиваемой воды и их основные параметры.

1. Насосы должны изготавливаться следующих типов:

ЦНС - насосы для перекачивания воды, имеющей водородный показатель рН 7 - 8,5, с массовой долей механических примесей не более 0,1 %, размером твердых частиц не более 0,1 мм, микротвердостью не более 1,47 ГПа, температурой не более 318 К (45 °С);

ЦНСг - то же, с температурой не более 378 К (105 °С);

ЦНСс - насосы в однокорпусном исполнении для перекачивания агрессивных нефтепромысловых вод, в том числе сероводородосодержащих с массовой долей механических примесей не более 0,1 %, размером твердых частиц не более 0,1 мм, микротвердостью не более 1,47 ГПа, температурой не более 333 К (60 °С);

ЦНс - то же, в двухкорпусном исполнении.

2. Насосы должны изготавливаться в климатическом исполнении УХЛ, категория размещения при эксплуатации 4 по ГОСТ 15150-69.

3. Основные параметры насосов для номинального режима должны соответствовать указанным в таблице.

Типоразмер	Код ОКП	Подача, Q	Напор Н, м (предельное отклонение )	Частота вращения (синхронная)	Допускаемый кавитационный запас, м, не более	КПД, %, не менее	Масса, кг, не более
		м3/с	м3/ч		с-1	об/мин
ЦНС 38-44 (ЦНСг 38-44)	36 3113 0800 (36 3113 2500)	0,0106	38	44	53	3000	3,6	67	178
ЦНС 38-66 (ЦНСг 38-66)	3:6 3113 0810 (36 3113 2510)			66					198
ЦНС 38-88 (ЦНСг 38-88)	36 3113 0820 (36 3113 2520)			88					219
ЦНС 38-110 (ЦНСг 38-110)	36 3113 0830 (36 3113 2530)			110				69	239
ЦНС 38-132 (ЦНСг 38-132)	36 3113 0840 (36 3113 2540)			132					259
ЦНС 38-154 (ЦНСг 38-154)	36 3113 0850 (36 3113 2550)			154					28,0
ЦНС 38-176 (ЦНСг 38-176)	36 3113 0860 (36 3113 2560)			176					300
ЦНС 38-198 (ЦНСг 38-198)	36 3113 0870 (36 3113 2570)			19i8					321
ЦНС 38-220 (ЦНСг 38-220)	36 3113 0880 (36 3113 2580)			220					341
ЦНС 60-66 (ЦНСг 60-66)	36 3113 5610 (36 3113 2590)	0,0167	60	66	50	3000	4,5	69	209
ЦНС 60-99 (ЦНСг 60-99)	36 3113 5620 (36 3113 2600)			99					233
ЦНС 60-132(ЦНСг 60-132)	3.6 3,113 5630 (36 3113 2610)			132					258
ЦНС 60-165(ЦНСг 60-165)	3,6 3113 5640 (36 3113 2620)			165				71	282
ЦНС 60-198 (ЦНСг 60-198)	36 3113 5650 (36 3113 2630)			198					3,05,
ЦНС 60-231 (ЦНСг 60-231)	36 3113 5660 (36 3113 2640)			231					331
ЦНС 60-264 (ЦНСг 60-264)	36 3113 5680 (36 3113 2650)			264					356
ЦНС 60-297 (ЦНСг 60-297)	36 3113 5690 (36 3113 2660)			297					380
ЦНС 60-330 (ЦНСг 60-330)	36 3113 5700 (36 3113 2670)			330					405
ЦНс 63-10000		0,0175	63	1000	78	4380	12	55	2800
ЦНс 63-1500		0,0175	63	1500	86,2	5170	15	54	2800
ЦНс 63-2000		0,0175	63	2000	96,2	5770	15	53	2800
ЦНс 63-3000		0,0175	63	3000	116,3	6980	22	52	2800
ЦНс 105-1000		0,0292	105	1000	61,3	3680	12	67	2800
ЦHc 105-1500		0,0292	105	1500	73	4080	15	66	2800
ЦНс 105-2000		0,0292	105	2000	86,2	5170	18	63	2800
ЦНс 105-3000		0,0292	105	3000	96,2	5770	22	60	2800
ЦНС 180-1050	36 3152 1510	0,05	180	1050	50	3000	7	73	3200
ЦНС 180-1422	36 3152 1540	0,05	180	1422	50	3000	7	73	3700
ЦHC 180-1900	36 3152 1560	0,05	180	1900	50	3000	7	73	4560
ЦНСс 180-1050 (ЦНС 180-1050М)	36 3152 0890	0,05	180	1050	50	3000	7	71	3300
ЦНСс 180-1422 (ЦНС 180-1422М)	36 3152 3320	0,05	180	1422	50	3000	7	71	3900
ЦНСс 180-1900 (ЦНС 180-1900 М)	36 3152 3310	0,05	180	1900	50	3000	7	71	4670
ЦНС 500-1040	36 3,113 6910	0,139	500	1040	50	3000	16	79	4410
ЦНС 630-1700 (ЦНС 500-1900)	36 3152 2130	0,175	630	1700	50	3000	16	80	6910
ЦНс 630-1700		0,175	630	1700	50	3000	14	80	7000

Размещено на Allbest.ru

...