Министерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» УГНС 15.00.00 Машиностроение Направление подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование Факультет Механический Кафедра Оптимизации химической и биотехнологической аппаратуры Учебная дисциплина: Основы гидромеханики. Насосы, компрессоры, вентиляторы Курс: 2 Группа: 301 КУРСОВАЯ РАБОТА (КУРСОВОЙ ПРОЕКТ) Тема: Расчет сети и выбор центробежного насоса Студент: Николаев А.С. Руководитель: Светлов С.Д. Оценка за курсовую работу___________________ Санкт-Петербург 2022 г ____________________ (подпись руководителя) Содержание Ведение……………………………………………………………………….3 1. Построение характеристик сети………………………………………….4 2. Выбор насоса………………………………………………………………………….6 3. Определение максимальной высоты установки насоса…………………7 Заключение……………………………………………………………………8 Литература…………………………………………………………………….9 2 Введение Насос – это гидравлическая машина, служащая для преобразования механической энергии двигателя в энергию перекачиваемой жидкости. Принцип работы центробежного насоса основан на передаче энергии от вращающегося рабочего колеса тем частям жидкости, которые находятся между его лопастями. Перед пуском центробежный насос заполняется жидкостью. При вращении рабочего колеса в жидкости возникает центробежное поле с минимальным давлением на оси вращения. Под действием центробежной силы жидкость движется от центра колеса к его периферии, а далее через спиральный корпус поступает в нагнетательный патрубок. Вследствие этого на входе в насос создается разрешение, под действием которого жидкость из всасывающего патрубка подсасывается в насос. Таким образом, при непрерывном вращении рабочего колеса происходит постоянное движение жидкости через насос. Нормальная работа центробежного насоса определяется его правильным монтажом в сети, и главным образом, правильным присоединением всасывающего трубопровода. В данной работе производятся расчеты необходимых параметров сети и насоса, а также подбирается центробежный насос исходя из рассчитанных требуемых характеристик. 3 Исходные данные Вариант №21 𝑝0 , 𝑝𝑘 , 𝑄, ±Δ𝑄, 𝑧, Н/м2 Н/м2 м3 /ч м3 /ч м 105 2 ∗ 105 75 4 80 𝑎в 4 𝑎н 8 𝑙в , 𝑙н , Перекачиваемая 𝑡, м м жидкость °𝐶 38 44 Гексан 50 1. Построение характеристик сети 1.1. Определение диаметров трубопроводов и скоростей жидкости. По заданной скорости жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах в пределах 𝑉в = 0,8 ÷ 1,0 м/с; 𝑉н = 0,8 ÷ 3,0 м/с. Принимаем: 𝑉в = 0,9 м/с; 𝑉в = 2 м/с. Рассчитываем площади сечений: 𝑆в = 𝑄 75 = = 0,022 м2 𝑉в 3600 ∗ 0,9 𝑆н = 𝑄 75 = = 0,01 м2 𝑉н 3600 ∗ 2 Соответствующие диаметры трубопроводов: 𝑑в = √𝑆в = √0,1235 = 0,167 м = 167 мм 𝑑н = √𝑆н = √0,0556 = 0,112 м = 112 мм Выбираем окончательные диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов (по ГОСТ 8732): 𝐷в = 180 мм; 𝐷н = 121 мм; 𝛿в = 5 𝛿н = 4 𝑑в = 170 мм; 𝑑н = 113 мм; Площади и скорости с учетом измененных диаметров: 𝜋 ∗ 𝑑в2 3,14 ∗ 0,1702 𝑆в = = = 0,022 м2 4 4 𝜋 ∗ 𝑑н2 3,14 ∗ 0,1132 𝑆н = = = 0,01м2 4 4 4 𝑉в = 𝑄 75 = = 0,83 м/с 𝑆в 3600 ∗ 0,022 𝑉н = 𝑄 75 = = 2 м/с 𝑆н 3600 ∗ 0,01 1.2. Определение чисел Рейнольдса и величин коэффициентов гидравлического трения. Вязкость жидкости для Гексана: 𝜇 = 0,25 ∗ 10−3 Па ∗ с Плотность жидкости для Гексана: 𝜌 = 660 кг/м3 Абсолютная шероховатость: Δ = 0,2 мм Определение чисел Рейнольдса: 𝑅𝑒в = 𝑉в 𝑑в 𝜌 0,83 ∗ 0,170 ∗ 660 = = 383 ∗ 103 −3 𝜇 0,25 ∗ 10 𝑅𝑒н = 𝑉н 𝑑н 𝜌 1,76 ∗ 0,113 ∗ 790 = = 617 ∗ 103 −3 𝜇 0,25 ∗ 10 Область всасывания – переходная, область нагнетания – гидравлически шероховатых труб. Поэтому коэффициенты гидравлического трения рассчитываются по следующим формулам: 0,25 𝑑в 100 0,25 170 100 𝜆в = 0,1 (1,46 + = 0,1 (1,46 + = 0,0211 ) ) Δ 𝑅𝑒в 0,2 383 ∗ 103 𝑑н 0,25 113 0,25 𝜆н = 0,11 ( ) = 0,11 ( = 0,0225 ) Δ 0,2 1.3. Определение характеристики сети и рабочих H и Q: Коэффициенты местных сопротивлений: Всасывающий Вентиль Отвод Расширение клапан 𝜉в = 4,5 𝑎= 𝜉вент = 4 𝜉от = 0,15 𝜉р = 0,5 1 1 𝑙в 1 𝑙н ( 2 ∗ (∑ 𝜉в + 𝜆в ) + 2 ∗ (∑ 𝜉н + 𝜆н )) = 8106 2𝑔 𝑠в 𝑑в 𝑠н 𝑑н 5 𝑝2 − 𝑝1 2 ∗ 105 − 105 𝐻ст = 𝑧 + = 80 + = 95.46м 𝜌𝑔 660 ∗ 9,8 𝑄′ р = 𝑄р + Δ𝑄 = 75 + 4 = 79 м3 /с 75 2 𝐻 = 𝐻ст + 𝑎𝑄 = 95.46 + 8106 ( ) = 99.34 м 3600 2 2. Выбор насоса. 2.1. Выбор насоса и определение необходимого диаметра рабочего колеса: По максимальной производительности 𝑄′р и соответствующему этой производительности напору, вычисленному по уравнению выше, с помощью графика полей Q-H, выбираем предварительно типоразмер насоса. Подходящий насос – 4x-4-1 Необходимый диаметр рабочего колеса: 𝐷𝑒 = 304 мм 2.2. Определение значений КПД: КПД насоса: 𝜂н = 30% КПД дросселирования: 𝜂д = 𝜂н 𝐻р 99.34 = 0,3 = 23.84% 𝐻н 125 6 𝜂б = 𝜂н 𝑄′р 79 = 0,3 = 79% 𝑄н 30 Следовательно, оптимальный способ регулирования производительности – байпасирование. 3. Определение максимальной высоты установки насоса. 𝑝н = 5 ∗ 102 Па; 𝑝0 = 105 Па; ℎдоп = 2,2 м 𝑉в2 𝑙в 0,832 38 ℎв = (∑ 𝜉в + 𝜆вс ) = (5.1 + 0,0211 ) = 0,34 м 2𝑔 𝑑в 2 ∗ 9,8 0,17 𝑧𝑚𝑎𝑥 𝑝0 − 𝑝н 105 − 5 ∗ 102 = − ℎв − Δℎдоп = − 0,34 − 5 = 10,04 м 𝜌𝑔 660 ∗ 9,8 7 Заключение В ходе курсовой работы (курсового проекта) было изучено устройство и основные типы центробежного насоса, а также их применение. Получены практические навыки расчета сети и выбора центробежного насоса. В работе произведены и уточнены расчеты необходимых рабочих параметров сети и насоса. А именно, рассчитаны диаметры, числа Рейнольдса, коэффициенты гидравлического трения и другие величины для всасывающего и нагнетательного трубопроводов. Подобран центробежный насос исходя из рассчитанных требуемых характеристик. На основе графической информации о соответствующем насосе были определены значения КПД, а также рассчитана максимальная высота установки насоса. 8 Литература 1. Дурнов П. И. Насосы и компрессорные машины, - Москва: Гостехиздат, 1970 г. 2. Павлов К. Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Ленинград: Химия, 1976 г. 3. Воробьева Г. Я. Стойкость материалов. – Москва: Химия, 1967 г. 4. Геллис Ю.К., Крылов В.М., Доманский И.В. Расчет сети и выбор центробежного насоса – Ленинград – 1985 г. 5. ГОСТ 16263-70. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения. 9
