Приклад розрахунку мережі трубопроводів та підбору насоса

Розрахувати та підібрати відцентровий насос і двигун для подачі води з відкритого резервуару, в якому відмітка розрахункового рівня ↓А в резервуарі з рівнем ↓С, що знаходиться в будівлі цеху згідно заданій схемі насосної установки, відмітка осі насоса ↓О.

Схема установки показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема насосної установки

Вихідні дані:

Витрата води Q = 35 /с;

Діаметр всмоктуючої труби = 150 мм;

Діаметр нагнітальної труби = 125 мм;

Довжина всмоктуючого трубопроводу 15 мм;

Довжина нагнітального трубопроводу 450 м;

Відмітка рівня води ↓А - 162;

Відмітка рівня води ↓С - 167;

Відмітка осі насоса ↓О - 155;

температура води t = 20 °С;

матеріал труб - сталь, що була у вживанні

абсолютна шорсткість =1 мм;

вільний напір води = 3 м;

коліно (r/R) = 0,5.

Розрахунок

Для вибору насоса розраховують характеристику мережі трубопроводів, яка визначається за формулою (2.1). Вхідна в неї геометрична висота підйому рідини визначається як різниця відміток рівнів рідини

= С – А = 167 – 162 = 5 м.

Тоді сума постійних напорів Н₀ з формули (2.3)

= + = 5 + 3 = 8 м.

Для визначення змінної складової в формулі (2.1) задаємося чотирма значеннями витрати від Q = 0 до Q = :

= 0 м³/с; 0,015 м³/с; = 0,03 м³/с; = 0,035 м³/с.

Щоб визначити втрати напору у всмоктуючому трубопроводі, спочатку розраховують середні швидкості руху води для прийнятих витрат за формулою

.

При = 0 м³/с =0 м/с

При 0,015 м³/с = =0,85 м/с;

При = 0,03 м³/с = =1,7 м/с;

При = 0,035 м³/с = =1,98 м/с.

Визначаємо відповідні критерії Рейнольдса за формулою (2.7), де кінематичний коефіцієнт в’язкості (додаток1):

=0;

= ;

= ;

= ;

Для всіх прийнятих витрат отриманий турбулентний режим. Встановимо по матеріалу труб і числу Рейнольдса, чи будуть вони гідравлічно шорсткими. Визначаємо товщину ламінарної плівки за формулою (2.9) та зіставляємо із заданою шорсткістю (середньою висотою виступу) :

=0;

= ;

= ;

= ;

Товщина ламінарної плівки для усіх витрат вийшла менше абсолютної шорсткості ,тобто, . Отже, труби з гідравлічно шорсткими стінками. Для сталевих труб, що були у вживанні, коефіцієнт тертя при турбулентному режимі визначається за формулою Шевелева (2.13)

Втрати напору на тертя для всіх прийнятих витрат визначаються за формулою (2.6):

;

;

;

.

Витрати напору на місцеві опори у всмоктуючому трубопроводі визначаються за формулою (2.14), в якій сума коефіцієнтів місцевих опорів записується згідно схеми всмоктуючого трубопроводу – як сума коефіцієнта клапана і трьох поворотів

.

Значення =6,5; =0,29 приймають з додатку 2;

;

= ;

= ;

= .

Складаємо загальні витрати у всмоктуючому трубопроводі по (2.5):

;

;

;

.

Для визначення загальних витрат напору в нагнітальному (напірному) трубопроводі приймають коефіцієнт шорсткості для сталевих труб n=0,012 (додаток 3).

Визначають коефіцієнт Шезі за формулою (2.19), прийнявши y=1/6:

.

Знаходять витратну характеристику К за формулою (2.18)

.

Визначають постійну трубопроводу S за формулою (2.17)

.

Тоді загальні втрати в нагнітальному трубопроводі за формулою (2.20)

;

;

;

.

Складають загальні втрати у всмоктуючому та нагнітальному трубопроводах за формулою (2.2):

;

;

.

Визначають повний напір води в мережі, який необхідно забезпечити на початку нагнітального трубопроводу:

;

;

;

.

По зведеному графіку подач та напорів [7] орієнтовно приймають марку насоса 4К-6. В каталозі насосів [7, c.2l] знаходять робочі характеристики насоса.

В тому ж масштабі, що й характеристика Q-Н для даного насоса, будують характеристику мережі Q- . Накладають кальку з побудованою характеристикою Q- на дві робочі характеристики Q-H для насосів. Для заданої максимальної витрати Q = 0,035 м³/с робоча точка насоса знаходиться на перетині характеристики мережі Q- та робочої характеристики Q-H з діаметром робочого колеса D= 272 мм для насоса 4К-6. Виписують з каталогу технічні параметри насоса 4К-6 (табл. 3.1).

Таблиця 3.1

Марка насоса	Витрата Q, л/с	Повний напір Н, м	Частота обертів	Потужність, кВт	ККД насоса, %	Допустима висота всмоктування	Діаметр робочого колеса D, м
На валу насоса	Електро-двигуна
4К-6	37,5	72,5		40,5

Габаритні розміри та схеми насосів типу К приведені в [7, с.30, 31, 32].