Расчетно-графическая задача "Расчет центробежного насоса"

Департамент образования Вологодской области Бюджетное профессиональное образовательное учреждение Вологодской «Череповецкий химико­технологический колледж» области      Специальность      18.02.03 «Химическая технология     неорганических веществ» Расчетно­графическая работа по дисциплине ОПД.09 Процессы и аппараты Расчет центробежного насоса Выполнил студент группы 31/2015 Касимирова Алина Дмитриевна                                     ___________ Проверил преподаватель ___________                 (подпись, дата)            (подпись, дата) 2017 г. Содержание 1. Введение……………………………………………………………………3 2. Классификация насосов…………………………………………………...5 3. Устройство и принцип действия центробежных насосов……………….7 4. Расчет центробежного насоса…………………………………………….8 5. Список используемой литературы………………………………………12 2 Введение Насос   —   гидравлическая   машина,   преобразующая   механическую энергию приводного двигателя или мускульную энергию (в ручных насосах) в энергию  потока  жидкости,  служащую  для  перемещения  и  создания  напора жидкостей   всех   видов,   механической   смеси   жидкости   с   твёрдыми   и коллоидными веществами или сжиженных газов.  Для   насосов   основными   рабочими   параметрами   (показателями   их работы)   являются   подача,   создаваемый   напор   (давление),   потребляемая насосом   мощность, вакуумметрическая высота всасывания.   коэффициент   полезного   действия   (к.п.д.)   и Плюсы и минусы   Плюсы:   Надежность.   Высокий   КПД.   Возможность   подключения   Имеют   Плавное   снижение   давления. дополнительных   устройств. самовсасывающую функцию. Возможность перекачки не только чистой воды. Доступная стоимость. Простота устройства и эксплуатации.  Минусы:   Перед   запуском   нужно   залить   воду.   Возможна   кавитация (процесс   парообразования   жидкости,  в   результате   чего   происходит   разрыв подачи). Если перекачивается вязкая жидкость, падает КПД. Широкое   распространение   центробежных   насосов   в   быту   и промышленности   обусловлено   их   высокими   эксплуатационными характеристиками и простотой конструкций. Центробежные насосы применяются в теплоэнергетических установках для   питания   котлов,   для   подачи   конденсата   в   систему   регенеративного подогрева питательной воды, циркуляционной воды в конденсаторы турбин, сетевой   воды   в   системах   теплофикации.   Используются   они   и   на   ТЭС   в системах   гидрозолоудаления.   В   технологическом   цикле   АЭС   применяются 3 центробежные   насосы   специальных   конструкций   обычного   и   герметичного исполнения.  Еще   более   широкое   применение   нашли   насосы   на   промышленных предприятиях,   в   сельском   хозяйстве   и   для   водоснабжения   городов. Центробежные   насосы   работают   в   промышленности   в   системах хозяйственного   и   технического   водоснабжения,   а   также   используются   для подачи   различных   растворов   и   реагентов   в   технологических   схемах производств.   Очень   широко   применяются   в   строительной   и   угольной промышленности   при   гидромеханизации   разработки   грунтов   и   при гидравлическом способе добычи угля. Для различных целей применяются в легкой, химической, пищевой и нефтяной промышленности. Используются в трубопроводных системах транспорта воды и нефти на дальние расстояния. Следует отметить, что все системы коммунального водоснабжения основаны на использовании центробежных насосов.  Универсальный   принцип   действия   центробежного   насоса   позволяет применять   его   и   для   комплектации   систем   вентилирования   и кондиционирования при перенаправлении воздушных масс.  Во   время   работы   центробежного   насоса   следят   за   показаниями манометра,   установленного   на   нагнетательной   линии;   за   состоянием подшипников   насоса;   за   показаниями   амперметра   электродвигателя; проверяют состояние сальников насоса, в случае необходимости слегка их осторожно подтягивают. 4 1Классификация насосов 1. По числу колес: 1.1 одноколесные ­ одним колесом создают напор не более 40­50м. 1.2 многоколесные (многоступенчатые) ­ для больших напоров, количество колес   бывает   до   10,   иногда   12.   Дальнейшее   увеличение   количества ступеней нецелесообразно вследствие больших потерь напора. 2. По создаваемому напору: 2.2 низконапорные (до 20м); 2.3 средненапорные (от 20 до 60м); 2.4 высоконапорные (свыше 60 м). 3. По способу подвода жидкости к колесу: 3.1 с односторонним подводом (всасыванием) жидкости к колесу; 3.2 с двухсторонним подводом жидкости к колесу; колесо такого насоса представляет   собой   как   бы   сложенные   тыльными   сторонами   2 обыкновенных   колеса;   в   этом   случае   жидкость   входит   в   колесо   с   2­х сторон и производительность насоса увеличивается. 4. По расположению вала насоса: 4.1 горизонтальные (наиболее распространенные); 4.2 вертикальные, которые применяются чаще всего для откачивания воды из глубоких колодцев, скважин, куда они опускаются. 5. По способу разъема корпуса: 5.1 с горизонтальным разъемом корпуса; 5.2   с   вертикальным   разъемом   корпуса   ­   эти   насосы   называются секционными, т.к. корпус состоит из нескольких секций (по числу колес). 5 6. По способу отвода жидкости из рабочего колеса в камеру: 6.1   спиральные,   в   которых   жидкость   из   рабочего   колеса   поступает непосредственно в нагнетательный трубопровод; 6.2   турбинные,   в   которых   жидкость   из   рабочего   колеса   поступает   в спиральный   корпус   через   направляющий   аппарат,   представляющий неподвижное колесо с лопатками. 7. По способу соединения с двигателем: 7.1 приводные, соединяемые с двигателем ремённой передачей; 7.2   соединяемые   непосредственно   с   двигателем   ­   обычно   с электродвигателями или паровой турбиной. 8. По назначению: 8.1 водопроводные. 8.2 канализационные; 8.3   производственно­технические   ­   для   перекачивания   нефти,   кислот, горячей и шахтной воды; 8.4 землесосы, применяемые для намыва плотин и при дноуглубительных работах.   8.5 шламовые, применяемые в цементной и нефтяной промышленности, цветной металлургии. 9. По степени быстроходности рабочего колеса: 9.1 тихоходные; 9.2 нормальные; 9.3 быстроходные. 6 2 Устройство и принцип действия центробежного насоса На рисунке 1 изображена схема центробежного насоса 1 – всасывающий трубопровод;  2 – рабочее колесо;  3 – корпус;  4 – лопатки; Рисунок 1 – Схема центробежного насоса 5 – нагнетательный трубопровод; Центробежный насос состоит из корпуса, имеющего спиральную форму, и расположенного внутри жестко закрепленного колеса, состоящего из двух дисков,   с   закрепленными   между   ними   лопастями.   Они   отогнуты   от радиального   направления   в   сторону   противоположную   той,   в   какую направлено вращение колеса. Соединение насоса с трубопроводами, напорным и всасывающим, производится через патрубки. Принцип действия центробежных насосов заключается в следующем: в наполненном   водой   корпусе   и   всасывающем   трубопроводе   приводится   во вращение рабочее колесо. Возникающая при его вращении центробежная сила 7 приводит к вытеснению воды от центра колеса к его периферийным участкам. Там создается повышенное давление, которое начинает вытеснять жидкость в напорный трубопровод.   Понижение давления в центре рабочего колеса вызывает поступление жидкости   в   насос   через   всасывающий   водопровод.   Таким   образом осуществляется   работа   по   непрерывной   подаче   жидкости   центробежным насосом.  3  Расчет центробежного насоса Рассчитать и подобрать центробежный насос для подачи   Q  = 0,0042 м3/c толуола из емкости, находящейся под атмосферным давлением            Pатм = 1 ат, в аппарат, работающий под избыточным давлением Pизб   = 0,19 МПа и при температуре t = 23 ℃ . Геометрическая высота подачи Нг  = 7 м, длина трубопровода на линии всасывания Lвс=3,0 м, на линии нагнетания    Lн = 24 м. На линии всасывания устанавливается один нормальный вентиль ζ1. На линии нагнетания установлены следующие элементы:  ζ2 ­ нормальный вентиль,   ζ3 ­ отвод 110 °   R0 d =6, ζ4  ­ задвижка, ζ5  – вход в трубу с острыми краями. Скорость   всасывания   ωвс=0,8м/с ,   скорость   нагнетания   ωн=1,5м/с . Определить   диаметр   трубопровода,   потери   на   трение   и   местное сопротивление,   полный   напор,   мощность   двигателя   и   подобрать   насос   по ГОСТу. Последовательность расчета Определим   внутренний   диаметр   всасывающего   и   нагнетательного   трубопроводов 8 d=√ 4∙Q π∙ω  ,  (1) где Q – производительность, м3/c;         ω  – ср. скорость движения потока м/с. dвс=√ 4∙0,0042 dн=√ 4∙0,0042 3,14∙0,8 =0,082м=82мм 3,14∙1,5 =0,060м=60мм  Определим режим течения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводе ℜ=ω∙d∙ρ μ  ,    (2) где ρ – плотность жидкости, кг/м3 ,                 µ – динамический коэффициент вязкости, мПа ∙ с. ℜвс= 0,8∙0,082∙1483,15 0,552∙10−3 =176258,4=1,76∙105 ℜн= 1,5∙0,060∙1483,15 0,552∙10−3 =241817,9=2,42∙105     1∙104<1,76∙105  – режим Турбулентный 1∙104<2,42∙105  – режим Турбулентный 9 Определим   потери   напора   на   трение   для   всасывающего   и нагнетательного трубопровода ∙ω2 hтр=λ∙L 2g  ,  d    (3) где L – длина трубопровода, м                g – коэффициент свободного падения, м/с  – коэффициент гидравлического трения                 λ hтрвс=0,017∙ 3 0,082 ∙ 0,82 2∙9,81=0,020м hтрн=0,016∙ 24 0,060 ∙ 1,52 2∙9,81 =0,0734м Если    5∙104<ℜ<2,8∙106   , то коэффициент трения для двух типов трубопровода рассчитывается по формуле: λ=0,11∙(0,2∙10−3+ 68 ℜ )1 4 Подставляем полученные значения в формулу (3)   λвс=0,11∙(0,2∙10−3+ λн=0,11∙(0,2∙10−3+ 68 1,76∙105)1 4=0,017    68 2,42∙105)1 4=0,016               Определим потери напора на местные сопротивления                                    hξ=∑ξ∙ω2 2g  , 10 (4) где ∑  ξ – сумма коэффициентов Определим сумму коэффициентов для всасывающего трубопровода ∑ ζвс= ζ1  ∑ ζвс= ζ1=3,99 Определим сумму коэффициентов для нагнетательного трубопровода ∑ ζн= ζ2+ζ3+ζ4+ζ5 ∑ ζн= 4,45+1,13 ∙0,09 +0,5+0,5=5,55 Подставляем полученные значения в формулу (4) hвс=3,99∙ 0,82 2∙9,81 =0,130м   hн=5,55∙ 1,52 2∙9,81=0,636м   Определим потери для всасывающего  и нагнетательного трубопровода            hвс=0,020+0,130=0,150 hн=0,73+0,636=1,37 Вычислим общие потери  h=hтр+hξ hобщ=hвс+hн 11 (5)  (6) hобщ=0,15+1,37=1,52 Определим полный напор  H= Pизб ρ∙g+Hг+hобщ  ,   (7)  где Hг – геометрическая высота подачи, м H=0,19∙106 1483,15 +7+1,52=21,57м   Подберем насос по ГОСТ.  Получим марку насоса: Х20/31 Q=5,5*10^­3 м³/с;  H=25 м;  n=48,3 об/с;   ηн=0,55;  N=13 кВ;  ηg=0,87 Тип электродвигателя А02­41­2. Список используемой литературы 1.   А.   Г.   Касаткин,   Основные   процессы   и   аппараты   химической технологи:   Учебник   для   вузов.   –   10   изд.,   стереотипное,   доработанное. Перепечатанное с изд. 1973 г. – М.: ООО ДИТ «Альянс», 2004. – 753с. 2. К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков Примеры и задачипо курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. чл. – корр. АН СССР П.Г. Романкава. – 10 изд. перераб. и доп. ­ Л.: Химия, 1987 г. – 576 с., ил. 12 3. Интернет­ресурсы: 3.1 https://ru.wikipedia – справочная информация. 3.2 https://studopedia.ru — основные рабочие параметры. 3.3 http://aqueo.ru — плюсы и минусы. 3.4 http://www.eti.su — область применения. 3.5 http://udobnovdome.ru — принцип действия центробежного насоса. 13