WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 |

«Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по процессам и аппаратам химической технологии, нефтехимии и биотехнологии МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ...»

-- [ Страница 1 ] --

ОСНОВЫ ПРИКЛАДНОЙ ГИДРАВЛИКИ.

НАСОСЫ

Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по

процессам и аппаратам химической технологии,

нефтехимии и биотехнологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова»

ОСНОВЫ ПРИКЛАДНОЙ ГИДРАВЛИКИ.

НАСОСЫ

Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по процессам и аппаратам химической технологии, нефтехимии и биотехнологии Чебоксары УДК 66. Составитель Н.И. Савельев Основы прикладной гидравлики. Насосы: Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по процессам и аппаратам химической технологии, нефтехимии и биотехнологии / Сост. Н.И. Савельев. Чуваш. ун-т Чебоксары, 80 с.

Приведены указания по выполнению четырех работ по основам гидравлики. Работы включают теоретическую, расчетную и экспериментальную части, контрольные вопросы. Рассмотрены типовые конструкции и основные закономерности работы насосов.

Для студентов II и III курсов химико-технологических, машиностроительных и энергетических специальностей.

Отв. редактор канд. техн. наук, доцент Н.И. Савельев Утверждено Редакционно-издательским советом университета.

Оглавление ВВЕДЕНИЕ

Работа 1. ГИДРОСТАТИКА

1.1. Теоретическая часть

1.2. Расчетная часть

1.3. Экспериментальная часть

1.4. Ответы для самоконтроля

Работа 2. РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ....... 2.1. Теоретическая часть

2.2. Расчетная часть

2.3. Экспериментальная часть

2.4. Ответы для самоконтроля

Работа 3. УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ

3.1. Теоретическая часть

3.2. Расчетная часть

3.3. Экспериментальная часть

3.4. Ответы для самоконтроля





Работа 4. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ 4.1. Теоретическая часть

4.2. Расчетная часть

4.3. Экспериментальная часть

4.4. Ответы для самоконтроля

Работа 5. НАСОСЫ

5.1. Устройство и закономерности работы насосов..... 5.2. Насосы для химической промышленности............ 5.3. Расчетная часть

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Целью изучения дисциплины «Процессы и аппараты химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» является подготовка обучающихся к самостоятельному решению основных задач, связанных с транспортировкой жидкостей, газов; получением и разделением гетерогенных смесей; переносом тепловой энергии; с массообменными процессами разделения жидких и газообразных смесей веществ.

Гидравлические и гидромеханические процессы и аппараты используются практически во всех отраслях промышленности, так как во многих технологических операциях прямо или косвенно используются жидкости, газы, суспензии, эмульсии.

Методические указания предусматривают:

- запоминание новой базовой терминологии;

- закрепление знаний об основных закономерностях;

- приобретение практических навыков выполнения инженерных расчетов;

- изучение методов экспериментального исследования отдельных процессов и обобщения полученных результатов.

При выполнении работ и оформлении полученных результатов рекомендуется соблюдать следующие основные правила.

1. В расчетах использовать международную систему единиц измерения СИ. На каждом шаге расчета приводить наименование вычисляемой величины в именительном падеже без глагола, например, «Объемный расход воды, м3/с».

2. Числовые значения величин приводить с 3 … 4 значащими цифрами. Значения очень больших или малых величин приводить в экспоненциальной форме, например Re 2,346 103.

3. Значения физических величин из справочных источников выписывать с указанием их размерности, порядка и источника информации. Например, в книге «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» на странице 537 приведено, что при температуре 60оС величина 106, м2/с, имеет значение 0,478. В расчетные уравнения следует подставлять значение коэффициента кинематической вязкости, м2/с Цель: Закрепление теоретических знаний по гидростатике и экспериментальное изучение работы флорентина.

Общая последовательность выполнения работы 1. Изучить теоретическую часть работы, подготовить и дать устные ответы на контрольные вопросы.

2. Рассмотреть примеры практического использования законов гидростатики и письменно решить 4 задачи.

3. Выполнить экспериментальную часть работы. Оформить отчет по выполненной работе и защитить его.

1.1. Теоретическая часть 1.1.1. Основные понятия, определения Гидравлика изучает законы покоя и движения жидкостей. Она подразделяется на гидростатику (учение о равновесии жидкостей) и гидродинамику (учение о движении жидкостей).





Жидкостями называют физические тела, которые легко изменяют свою форму под действием приложенных сил. Жидкость принимает форму того сосуда, в который она помещена.

Различают капельные жидкости, в которых преобладают силы межмолекулярного притяжения, и газообразные среды (газ, пар), в которых преобладают кинетические силы межмолекулярного отталкивания.

Плотность жидкости, кг/м3, масса вещества в единице объема m V. Плотность зависит от химического состава жидкости, ее температуры и внешнего давления. Для примера плотность некоторых жидких веществ составляет, кг/м3: гексан (С6Н12) – 655; вода – 1000; тетрахлорметан (CCl4) – 1584; серная кислота 100% (H2SO4) – 1827, ртуть 13660. Плотность жидкостей уменьшается при увеличении температуры.

Плотность паров, газов, кг/м3, при умеренных давлениях вычисляют по уравнению состояния идеальных газов где – молярная масса газа, пара, парогазовой смеси, кг/кмоль;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/кмоль; R = 8314;

Р и Ро – абсолютное и нормальное давление, Па; Ро = 101,3·103;

Т и То – абсолютная и нормальная температура, К; То = 273,2; 22, – объем идеального газа в нормальных условиях, м3/кмоль.

Давление P limR S S 0 – сила, воздействующая по нормали (перпендикулярно) на единицу выделенной поверхности. Давление всегда направлено к площадке (является сжимающим). Величина гидростатического давления в точке не зависит от ориентации площадки S в пространстве.

1.1.2. Единицы измерения давления В системе СИ: Паскаль Техническая атмосфера 1 ат = 1,0 кгс/см2 = 98,1 кПа =735 мм рт. ст. (мм Hg).

Давление внесистемное 1 бар = 105 Па = 0,1 МПа = 100,0 кПа = 750 мм рт. ст.

Нормальное, стандартное давление, физическая атмосфера 1 атм = 1,033 кгс/см2 = 101,3 кПа =760 мм рт. ст.

1.1.3. Базы отсчета давления В термодинамических расчетах, например, при вычислении плотности газа по уравнению (1.1), необходимо использовать значение абсолютного давления Рабс..

Рис.1.1. Отсчет давления.

Когда давление в рассматриваемом аппарате, трубопроводе меньше атмосферного, избыточное давление выражается отрицательным числом.

В этой области абсолютное давление иногда называют остаточным давлением Pабс Pост, а избыточное давление с обратным знаком называют вакуумом или разряжением Pвак Pизб.

1.1.4. Дифференциальное уравнение гидростатики Баланс сил, действующих на неподвижный элементарный объем жидкости dV, описывается уравнением где grad P – градиент давления, Па/м; fV – вектор объемных (гравитационной, инерционной др.), сил Н/м3.

На свободной, соприкасающейся с газом поверхности капельной жидкости на высоте zо от условной нивелирной (нулевой) плоскости, выполняется граничное условие 1.1.5. Интегральное уравнение гидростатики Случай несжимаемой жидкости ( = idem) Интегрирование уравнения (1.3а) с условием (1.3б) дает Вводят новый параметр, глубину погружения в слой жидкости от свободной поверхности Из равенств (1.4а) и (1.4б) вытекает основное уравнение гидростатики где Ро – величина давления на поверхности жидкости при h = 0.

Измененное уравнение гидростатики используют также для пересчета значения давления в разных единицах измерения Случай сжимаемого газа ( = var) Уравнение (1.3а) с учетом (1.1) приводят к виду где Но – фиктивная высота столба газа постоянной плотности, м;

Решение уравнения (1.5а) для случая T=Tо = idem с учетом граничного условия Р = Ро при z = 0 записывается 1.1.6. Сила давления жидкости на плоскую стенку Сила R давления жидкости на плоскую поверхность равна произведению площади поверхности S на величину давления в геометрическом центре (центре «тяжести») Pцт этой поверхности, Н Силу давления в технике широко используют в системах объемного гидропривода, при транспортировке жидкостей сжатым газом или вакуумом, для разделения несмешивающихся жидкостей разной плотности.

1.1.7. Сила давления жидкости на погруженные тела Рис.1.3. К расчету вытал- равнодействующая сила составляет кивающей силы.

Интегрирование по всему объему тела дает уравнение для расчета гидростатической выталкивающей силы, которая равна весу вытесненной жидкости (закон Архимеда), Н 1.1.8. Сосуд Мариотта. Пьезометрический уровнемер Сосуд Мариотта (рис. 1.4), используют для получения стабильного потока жидкости при её сливе из ёмкости.

Рис. 1.4. Схема сосуда Мариотта Давление у нижнего среза газовой трубки Р1 и давление у дна сосуда на входе в сливную трубу Р2 зависят от давления на свободную поверхность жидкости Ро и глубины погружения Рассмотрение равенств (1.8а) дает зависимость Величина давления Р1 и значение разницы высот (h2 – h1) не зависят от количества жидкости в сосуде, поэтому поток жидкости при сливе сохраняется стабильным.

Пьезометрический уровнемер Через слой жидкости пропускают контролируемый поток газа (рис. 1.4) и измеряют разницу давлений (Р1 – Ро).

Уровень жидкости над нижним срезом трубки в соответствии с основным уравнением гидростатики вычисляют по уравнению 1.1.9. Контрольные вопросы по теоретической части 1. Какой параметр называют плотностью? Напишите 2 варианта уравнения для расчета плотности идеального газа. Какие величины входят в эти уравнения?

2. Какой параметр называют давлением? Выразите единицу измерения давления Па через базовые единицы измерения в системе СИ (м, кг. с).

3. Расскажите о способах отсчета давления. Какую величину называют отрицательным избыточным давлением? Какой параметр называют остаточным давлением?

4. Получите из дифференциального уравнения dP dz g (1.3а) основное уравнение гидростатики (1.4в). Какие величины входят в него?

5. Рассчитайте величину гидростатического давления и силу давления столба воды (=1000 кг/м3) высотой 10 м на дно цилиндрического аппарата диаметром 2 м.

6. Опишите последовательность расчета силы, действующей на погруженное в жидкость тело произвольной формы (закон Архимеда).

7. Нарисуйте схему сосуда Мариотта. Расскажите о его назначении и принципе работы.

8. Нарисуйте схему пьезометрического уровнемера. Расскажите о его назначении и принципе работы.

9. Нарисуйте схему объемного гидропривода (пункт 1.2.1). Как рассчитывают усилие, которое создает гидроцилиндр? От каких параметров зависит скорость перемещения поршня?

10. Нарисуйте схему (пункт 1.2.2) транспортирования жидкости сжатым газом (монтежю). От каких параметров зависит высота подъема жидкости?

11. Нарисуйте схему транспортирования жидкости вакуумом (пункт 1.2.3). От каких параметров зависит высота подъема жидкости?

12. Нарисуйте схему флорентийского сосуда (пункт 1.2.4). Расскажите о назначении и принципе его работы. Для чего необходим в нижней части слой «тяжелой» жидкости высотой Нт?

Варианты задач для самостоятельного решения Поряддругие ковый номер Пример определения кода заданий. Студент группы Х31- Яндубаев М.М. в списке группы имеет, например, номер 16.

Из строки 16 таблицы 1.1 по цифре номера группы *2 он для задач 1.1 и 1.2 выбирает код 2-ж, а для задач 1.3.и 1.4 – код 14-к.

Цифра кода обозначает вариант, буква – подвариант решаемой задачи. Для задачи 1.1 числовые данные приведены в таблице 1.2.

1.2.1. Объемный гидропривод (расчет гидроцилиндра) Рис. 1.5. К задаче 1.1.

Задача 1.1. Для подъема груза массой М используют гидропривод с насосом, который создает давление Р = 10 МПа.

Продолжительность операции подъема груза на высоту Н составляет.

Определите необходимый диаметр гидроцилиндра d в миллиметрах и объемную производительность насоса гидропривода Q в дм3/мин.

При расчете силы давления по уравнению (1.6) площадь поперечного сечения гидроцилиндра (круга) вычисляют по формуле Вариант 1.1-1 1.1-2 1.1-3 1.1-4 1.1-5 1.1-6 1.1- 1.2.2. Транспортирование жидкости сжатым газом В расходную емкость Е1 подают сжатый газ (как правило, воздух, а при транспортировке легковоспламеняющихся жидкостей – азот) с избыточным давлением Ризб. (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Схема подъема жидкости Е3 самотеком сливают в сжатым газом (монтежю).

Задача 1.2. Рассчитайте, используя для своего варианта данные из таблицы 1.3, минимально необходимое избыточное давление газа для подъема на высоту Н жидкости, имеющей плотность.

Плотность, кг/м 1.2.3. Транспортирование жидкости вакуумом жидкости вакуумом транспортируемой жидкости.

Остаточное давление в приемной емкости Е2 для исключения вскипания жидкости обязательно должно быть больше давления насыщенных паров транспортируемой жидкости.

Задача 1.3. Рассчитайте, на какую высоту можно поднять вакуумом жидкость, которая имеет температуру t оС. В расчетах принять, что остаточное давление превышает давление насыщенных паров на 20%, которое вычислить по уравнению Антуана (T=273+t) Подвариант Значения коэффициентов уравнения Антуана для задач 1.3 и 5.1 [2] 1.2.4. Разделение несмешивающихся жидкостей вывода «тяжелой» жидкости Избыточное давление у дна флорентина создается весом слоев «легкой» и «тяжелой» жидкостей. Это давление в подъемной трубе уравновешивается весом столба «тяжелой» жидкости Из равенства (1.12) следует, что высоты расположения сливных штуцеров для «легкой» и «тяжёлой» жидкостей от границы раздела слоев во флорентине взаимосвязаны уравнением Задача 1.4. Рассчитайте необходимую общую высоту жидкостей (ZЛ +НТ) во флорентине для отделения органической жидкости от воды при ZЛ =НТ и (ZЛ – ZТ) = 100 мм = 0,10 м.

Исходные данные приведены в таблице 1.4.

1.3. Экспериментальная часть 1.3.1. Описание экспериментальной установки 1.3.2. Порядок выполнения работы Собирают экспериментальную установку. В воронку 1 на 1/3 высоты наливают воду и проверяют герметичность соединения шланга с сосудами. По закону сообщающихся сосудов в воронке 1 и бюретке 2 устанавливается одинаковый уровень воды.

В делительную воронку 1 приливают смесь «легких» углеводородов до её общего заполнения на 50%. Мерной линейкой с точностью до 1 мм измеряют значения высот жидкостей относительно границы раздела фаз ZЛ1 и ZТ1 (рис. 1.9).

В воронку 1 доливают смесь «легких» углеводородов до её общего заполнения на 75%. Измеряют и записывают значения высот слоев жидкостей ZЛ2 и ZТ2 во втором опыте.

Поднимают бюретку 2 вверх примерно на 100 мм. В журнал записывают значения ZЛ3 и ZТ3 в третьем опыте.

1.3.3. Анализ полученных результатов Вычисляют значения отношения разницы высот к высоте слоя «легкой» жидкости Z Л ZТ Z Л 1 ZТ Z Л.

По таблице 1.4 находят значение плотности воды при комнатной температуре. По уравнению (1.13) вычисляют значение плотности смеси «легких» углеводородов в трех опытах.

Сравнивают между собой результаты трех опытов.

1.4. Ответы для самоконтроля Задача 1.1.

Значение объемного расхода U, дм3/мин, для варианта Задача 1.2.

Необходимое избыточное давление Р, МПа, для варианта Задача 1.3.

Подвариант Задача 1.4.

Подвариант Работа 2. РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ Цель: Закрепление теоретических знаний и экспериментальное наблюдение режимов течения жидкости в трубе.

Общая последовательность выполнения работы 1. Изучить теоретическую часть работы, записать в журнал основные положения и подготовить устные ответы на контрольные вопросы. Сдать теоретическую часть работы.

2. Рассмотреть примеры использования уравнения неразрывности, критерия Рейнольдса и решить четыре задачи.

3. Выполнить экспериментальную часть работы.

2.1. Теоретическая часть 2.1.1. Основные понятия, определения Сечение потока S [м2] – площадь поверхности, нормальной к вектору скорости и ограниченной границами потока. Поток капельной жидкости ограничивается стенками канала, а в открытых каналах и поверхностью границы жидкость – газ.

Смоченный периметр П [м] – длина внешней границы поперечного сечения потока S, на которой жидкость соприкасается со стенками канала.

объем жидкости, пересекающий фиксированное сечение потока S за единицу времени (секунда, час, минута).

масса жидкости, пересекающая сечение S за единицу времени.

Локальная скорость жидкости W [м/с] – скорость перемещения частиц жидкости (газа) в данной точке.

Вязкость (внутреннее трение) – свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одного слоя относительно другого слоя.

ражает значение касательного напряжения, возникающего при единичном значении градиента скорости (dW/dn).

Единица измерения динамического коэффициента вязкости µ в системе СИ Внесистемная единица 1 Пуаз (П) = 0,1 Па·с;

1 сантипуаз (сП) = 0,01 П = 10-3 Па·с = 1 мПа·с.

Динамической коэффициент вязкости характеризует текучесть среды. При температуре 20оС он составляет У неньютоновских жидкостей (пасты, расплавы полимеров и др.) коэффициент динамической вязкости зависит, кроме температуры, от величины градиента скорости (dW/dn).

Коэффициент кинематической вязкости = / [м2/с].

При увеличении температуры кинематическая вязкость жидкостей уменьшается, а газов – возрастает.

Ламинарный режим – движение жидкости параллельными струйками без перемешивания.

Турбулентный режим – движение жидкости с интенсивным перемешиванием в поперечном направлении из-за образования «вихрей».

2.1.2. Средняя скорость жидкости (газа) в потоке W, [м/с] – условная скорость перемещения непроницаемой поверхности («поршня»), которая имеет площадь сечения потока S, и удовлетворяет уравнению объемного расхода 2.1.3. Уравнение неразрывности потока При стационарном течении массовый расход вдоль потока является неизменной (idem) величиной Для несжимаемой жидкости (плотность =idem) неизменным является и объемный расход вдоль стационарного потока 2.1.4. Эквивалентный диаметр канала Если поток в канале имеет смоченный периметр П, то баланс сил трения и давления для участка длиной L записывается где – величина касательного напряжения на смоченной поверхности, Па; Р – разница давления по концам канала, Па.

С целью унификации гидравлических расчетов движение в таком канале заменяют на движение жидкости в условном круглом канале с эквивалентным диметром dэ, в котором отношение силы трения к силе давления имеет такое же значение Из сопоставления равенств (2.3а) и (2.3б) получают 2.1.5. Режимы движения жидкости (газа) Английский физик Осборн Рейнольдс в 1883 году установил, что режим движения зависит от величины безразмерного комплекса, который носит его имя. Критерий Рейнольдса для гидравлики является базовым критерием подобия. Он характеризует отношение масштаба удельной кинетической энергии потока к масштабу потерь механической энергии из-за трения.

Для сплошных потоков его вычисляют по формуле Ламинарный и турбулентный режимы движения в прямых каналах имеют следующие границы:

В переходной области 2300 Re 10 000 участки потока с ламинарным режимом течения чередуются с участками с турбулентным режимом. На соотношение таких участков в потоке влияют значение Re и интенсивность внешних возмущений.

Ниже на рис. 2.1, 2.2, 2.3 представлены иллюстрации режимов движения из книги [3].

Рис. 2.1. Течение воды в круглой трубке, сделанное видимым при помощи окрашенной струйки (опыт Рейнольдса).

Рис.2.2. Течение масла около круглого цилиндра.

2.1.6. Профиль локальной скорости жидкости в круглой трубе при ламинарном режиме течения Рис. 2.4. К расчету профиля локальной скорости в круглой трубе.

Из баланса сил для выделенного элемента получают где Р – разница давления по концам выделенного участка трубы, Па; – величина касательного напряжения на цилиндрической поверхности, Па; – безразмерный радиус, =r/R.

Уравнение (2.6а) показывает, что величина линейно возрастает от нулевого значения на оси трубы до максимального значения о на стенке (рис. 2.4).

Из решения (2.6б) с учетом граничного условия на стенке W(=1)=0 находят профиль скорости ламинарного потока в трубе 2.1.7. Параметры при ламинарном режиме течения Подстановка зависимости (2.6в) в соотношение (2.1) для ламинарного потока в круглом канале дает Совместное рассмотрение равенств (2.6в) и (2.7б) с учетом R d 2 дает уравнение для расчета средней скорости и уравнение для расчета гидравлического сопротивления трубы при ламинарном режиме течения жидкости (формулу Пуазейля) Из (2.7г) получают уравнение в обобщенной форме где – коэффициент гидравлического трения.

При ламинарном режиме течения в трубе 64 Re.

2.1.8. Параметры при турбулентном режиме течения В турбулентном потоке на поступательное движение жидкости накладывается вращательное движение постоянно изменяющихся в пространстве и времени «вихрей» (рис.2.5).

Рис. 2.5. Схема турбулентного потока в трубе.

Поэтому локальная скорость испытывает постоянные пульсации w’ относительно локальной средней величины Wлс Линейный масштаб пульсаций l возрастает пропорционально расстоянию от стенки y Величина пульсаций скорости w’ зависит от их линейного масштаба l и градиента скорости Пульсационное движение обусловливает появление дополнительной турбулентной (динамической) вязкости. По модели Л. Прандтля [3] Турбулентная вязкость быстро возрастает с увеличением расстояния от стенки, в ядре потока она на порядки превышает молекулярную вязкость. Вследствие турбулентного обмена уменьшается относительная разница между средней и максимальной скоростью жидкости в трубе 2.1.9. Контрольные вопросы по теоретической части 1. Как рассчитывают среднерасходную скорость? В каком соотношении находятся среднерасходная и максимальная скорости жидкости в трубе?

2. Запишите интегральное уравнение неразрывности стационарного потока.

3. Для чего вводят и как вычисляют эквивалентный диаметр канала?

4. Что характеризует вязкость, в каких единицах её измеряют?

5. Что характеризует число Рейнольсда? Покажите, что он является безразмерной величиной.

6. Какой режим называют ламинарным, в какой области значений числа Рейнольдса он реализуется?

7. Какой режим называют турбулентным? При каких значениях числа Рейнольдса он существует?

8. Как изменяется касательное напряжение по радиусу трубы при ламинарном и турбулентном режимах течения?

9. От каких параметров зависит гидравлическое сопротивление трубопровода при ламинарном режиме течения жидкости?

10. От каких параметров зависит турбулентная вязкость по модели Л. Прандтля?

11. Как изменится средняя скорость потока при неизменном расходе, если диаметр трубопровода уменьшить в 1,3 раза?

12. Как изменится средняя линейная скорость потока газа в трубе, если газ в трубе охлаждается от 273 оС до 0оС? Изменение давления не учитывать.

Поряддругие ковый номер 2.2.1. Определение пропускной способности аппарата Объемную производительность цилиндрического аппарата вычисляют по уравнению (2.1). Поперечное сечение труб и цилиндрических аппаратов вычисляют по уравнению (1.10).

Задача 2.1. Рассчитайте объемную производительность тарельчатой колонны диаметром d, в которой производится разделение смеси углеводородов методом ректификации при нормальном атмосферном давлении и температуре t.

Среднюю скорость парового потока W в ректификационных колоннах с барботажными тарелками рассчитывают по уравнению [1, с.322], м/с где С – эмпирический коэффициент, м/с; ж и п – плотность жидкости и плотность парового потока, кг/м3.

Плотность паров, имеющих среднюю мольную массу, вычислить по уравнению Клапейрона (1.1).

риант Плотность ж, кг/м Мольная кг/кмоль Температура t, оC 2.2.2. Расчет необходимого диаметра трубопровода Диаметр напорного трубопровода рассчитывают на основе зависимостей (2.1), (2.2), (1.10) по уравнению Рекомендуемые значения скорости потоков в трубопроводах приведены в таблице 2.3.

Ориентировочные значения скоростей в трубопроводах Жидкости во всасывающих трубопроводах насосов 0,5... 1, Жидкости в нагнетательных трубопроводах насосов 1… Газы в нагнетательных трубопроводах компрессоров 10 … Пары, насыщенные при абсолютном давлении 100…250 кПа 20 … Пары, насыщенные при абсолютном давлении 20…50 кПа 40 … Пары, насыщенные при абсолютном давлении 5…20 кПа 60 … Задача 2.2. По данным из таблицы 2.4 определите диаметр трубопровода, который может обеспечить перекачивание М тонн жидкости с плотностью ж за промежуток времени t минут при среднерасходной скорости W м/с.

Вариант 2.2-1 2.2-2 2.2-3 2.2-4 2.2-5 2.2-6 2.2- 2.2.3. Расчет необходимой скорости для обеспечения турбулентного режима течения При переходе от ламинарного режима течения к турбулентному интенсивность тепло- и массообменных процессов возрастает в несколько раз. Поэтому при проектировании оборудования стремятся выполнить условие (2.5б).

Задача 2.3. По данным из таблицы 2.5 рассчитайте минимальную среднюю скорость W2 движения жидкости «liq» с температурой t оC по трубке с внутренним диаметром 21 мм для обеспечения турбулентного режима (Re 104).

Под- вари- 2.2.4. Расчет числа трубок в теплообменнике для обеспечения турбулентного режима В кожухотрубчатых теплообменниках [4] один из теплоносителей проходит внутри пучка параллельно соединенных трубок, суммарное поперечное сечение которых зависит от внутреннего диаметра трубок dвн и их общего количества n, м Задача 2.4. Используя результат решения задачи 2.3 и уравнение (2.12), рассчитайте необходимое число трубок n для обеспечения турбулентного режима (Re 104).

2.3. Экспериментальная часть 2.3.1. Устройство демонстрационной установки Состав демонстрационной установки для визуального наблюдения режимов движения жидкости в трубке (рис. 2.6):

Рис. 2.6. Схема установки в поток воды.

2.3.2. Порядок выполнения работы Собирают демонстрационную установку. Закрывают кран 3 и в сосуд 1 наливают воду. При перекрытом шланге 5 в склянку 4 наливают трассер (чернила). Проверяют работу крана 3 на сливе воды и зажима 5 на шланге подачи трассера.

Опыт 2.1. При закрытом кране 3 в трубку 2 с водой вливают порцию трассера так, чтобы в ней образовалась «пробка»

окрашенной воды высотой около 10 мм. Приоткрывая кран 3, из трубки 2 сливают примерно 50 мл воды. Визуально наблюдают процесс деформации «пробки» окрашенной воды.

Опыт 2.2. Приоткрывают кран 3. Открывают зажим 5 и в трубке 2 получают непрерывную струйку трассера. Изменяя расход воды, визуально наблюдают за видом окрашенной струйки трассера.

Устанавливают режим, при котором начинается волновое движение струйки трассера. Замеряют время, за которое уровень воды в сосуде 1 уменьшится на 30 мм.

Вычисляют объемный и массовый расходы воды, значение средней скорости и величину критерия Рейнольдса.

2.4. Ответы для самоконтроля Задача 2.1.

Значение объемного расхода Q, м3/ч, для варианта Задача 2.2.

Расчетный диаметр трубопровода, мм, для варианта Задача 2.3.

Подвариант Задача 2.4.

Подвариант Цель: Закрепление теоретических знаний о балансе механической энергии в потоке жидкости.

Последовательность выполнения работы 1. Изучить теоретическую часть работы и подготовить устные ответы на контрольные вопросы.

2. Рассмотреть примеры практического использования уравнения Бернулли и решить четыре задачи своего варианта.

3. Выполнить экспериментальную часть работы.

3.1. Теоретическая часть 3.1.1. Основные понятия, определения Удельная механическая энергия – количество механической энергии в единице объема жидкости; e E V [Дж/м3].

В движущихся потоках удельная энергия выражается через отношение мощности N [Вт] к объемному расходу Q [м3/с] Удельная потенциальная энергия положения, Па, – энергия, затраченная для подъема 1 м3 жидкости на высоту z м относительно нивелирной плоскости; еz g z.

Удельная энергия давления, Па, – энергия, которой обладает 1 м3 жидкости со статическим давлением Р; ер = Р.

Удельная кинетическая энергия жидкости, Па, – энергия, необходимая для разгона 1 м3 неподвижной жидкости до скорости W; еW W 2 2.

Полная удельная механическая энергия, Дж/м Механическая энергия, отнесенная к единице веса (тяжести) жидкости, м; f Е (m g ) Дж Н (Н м) Н м.

Пьезометрическая высота, м, – высота подъема жидкости под действием статического давления; h p P g.

Скоростной напор, м, – кинетическая энергия, отнесенная к единице веса; hW W 2 2 g. На такую высоту теоретически может подняться струя жидкости из фонтана.

3.1.2. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости Суммарная удельная механическая энергия струи идеальной жидкости вдоль линии тока является неизменной величиной Геометрическая форма уравнения Бернулли 3.1.3. Уравнение Бернулли для реальной жидкости В потоке реальной жидкости при её перемещении из исходного положения 1 до положения 2 часть удельной механической энергии Рпт из-за трения превращается в тепловую и баланс энергии записывается 3.1.4. Баланс энергии при перекачивании жидкости Рис. 3.1. Схема работы насоса Баланс удельной энергии жидкости, которую перекачивают из расходной емкости с давлением Р1 в приемную емкость с давлением Р2 (рис.3.1), записывается Из равенства (3.4а) вытекает уравнение для расчета необходимого напора насоса, которое включает 4 слагаемые Теоретический расход энергии при перекачивании жидкости (полезную мощность Nнт) определяют по уравнению, Вт В большинстве случаев W1=0. Общие потери удельной энергии на разгон жидкости до скорости W2, трение и преодоление местных сопротивлений вычисляют по уравнению, Па где – коэффициент гидравлического трения; l/d – относительная длина трубопровода; – сумма коэффициентов местных сопротивлений.

С учетом равенства (3.5б) и условия W10 уравнение (3.5а) принимает вид, Вт где Q – объемный расход перекачиваемой жидкости, м /с. 3.1.5. Труба Вентури Труба Вентури представляет канал переменного сечения, который включает конфузор, горловину и диффузор (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема трубы Вентури.

Трубу Вентури используют для создания разряжения, смешения потоков, для улавливания мелкодисперсной пыли из газового потока распыленной водой.

3.1.6. Измерение расхода диафрагмой Диафрагма 1 представляет собой диск с отверстием, который устанавливают на прямом участке трубопровода (рис. 3.3).

Вблизи диафрагмы образуются зоны циркуляционного движения и поток жидкости, как в трубе Вентури, вначале ускоряется, а затем замедляется. В отверстии диафрагмы 1 скорость жидкости больше, чем в трубе, поэтому в жидкости до и после диафрагмы возникает разница давлений Рд, которую измеряют дифференциальным манометром 2. По известным значениям внутреннего диаметра трубы dт, отверстия в диафрагме dо и показания дифференциального манометра Рд определяют расход.

Соотношение между скоростью в отверстии диафрагмы Wo и скоростью в трубе Wт находят по уравнению неразрывности потока (2.2б) для круглых каналов Теоретическая разница давлений непосредственно до и после диафрагмы определяется уравнением Бернулли (3.1а), из которого при zт=zо с учетом соотношения (3.6а) получают Совместное рассмотрение выражений (3.6а) и (3.6б) дает уравнение, которое позволяет определить теоретический расход по значению разницы давлений на диафрагме Рд.

Реальный расход жидкости вычисляют по уравнению, м3/с где – коэффициент расхода; = f(m, Re) = (0,6 … 0,8); k – коэффициент учета шероховатости трубы; k 1; Рд – разница давления на диафрагме, Па; – плотность, кг/м3.

3.1.7. Измерение локальной скорости Локальную скорость газа можно определить при помощи трубки Пито – Прандтля, которую помещают в поток газа, и дифференциального манометра, например, U-образной трубки с манометрической жидкостью (рис. 3.4).

Струйки газа со скоростью W1 набегают на открытый торец внутренней трубки 1 и тормозятся до скорости W2=0. При этом кинетическая энергия таких струек в соответствии с уравнением Бернулли (3.1а) переходит в энергию давления Р2.

Из равенства (3.7а) получают уравнение для расчета значения локальной скорости, м/с где – тарировочный коэффициент, который учитывает особенности реального процесса торможения струек у входного отверстия трубки Пито; 1; м – плотность манометрической жидкости, кг/м3; – плотность среды, кг/м3.

3.1.8. Измерение расхода ротаметром Ротаметр (рис. 3.5) имеет вертикальный корпус 1 конической формы, внутри которого размещен поплавок 2 диаметром dп. Поплавок может свободно перемещаться по высоте.

Жидкость проходит между корпусом и поплавком через кольцевой канал со скоростью Ws. Из-за конической формы корпуса площадь поперечного сечения кольцевого канала по высоте ротаметра h возрастает S (h) 0,785 D k dп.

выталкивающей силы Архимеда Vп g уравновешивается гидродинамической силой R При изменении расхода жидкости динамическое равновесие (3.8) поддерживается по высоте ротаметра и сохранения неизменРис. 3.5. Схема ной величины скорости жидкости Ws в кольротаметра.

3.1.9. Контрольные вопросы по теоретической части 1. Какие слагаемые включает уравнение для расчета полной удельной механической энергии движущейся жидкости?

2. Напишите уравнение Бернулли для идеальной жидкости. Какой физический смысл имеет это уравнение?

3. Напишите уравнение Бернулли в геометрической форме. Какой физический смысл имеет величина hP ?

4. Напишите уравнение Бернулли в геометрической форме. Какой физический смысл имеет величина hW?

5. Напишите уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Какой физический смысл имеет это уравнение?

6. Объясните физический смысл четырех слагаемых, которые входят в уравнение для расчета необходимого напора насоса.

7. Почему при движении жидкости через конфузор статическое давление уменьшается?

8. Почему при движении жидкости через диффузор статическое давление возрастает?

9. Объясните принцип измерения расхода диафрагмой.

10. Какие величины входят в уравнение для расчета объемного расхода Q k (d 4) 2 Pд через диафрагму?

11. Нарисуйте схему измерения локальной скорости потока газа т рубкой Пито-Прандтля.

12. Расскажите об устройстве и принципе работы ротаметра.

Поряддругие ковый номер 3.2.1. Определение расхода энергии при перекачивании жидкости Теоретический расход энергии для перекачивания жидкости вычисляют по уравнениям (3.5б, 3.5в, 2.2б).

Задача 3.1. Определите необходимую полезную мощность насоса для перекачивания жидкости «liq» по трубопроводу длиной l м и диаметром d мм со средней скоростью W м/с. Жидкость перекачивается на высоту z=(z2–z1) м, разница давлений в приемной и расходной емкостях составляет P=(Р2–Р1) МПа.

Параметры Параметры системы 3.2.2. Расчет необходимого диаметра диафрагмы Ориентировочный диаметр диафрагмы dо для измерения объемного расхода жидкости рассчитывают по уравнению (3.6б) при величине коэффициента расхода 0,7 и значении поправочного коэффициента k 1. Разницу статического давления до и после диафрагмы Рд выбирают из условия возможности её измерения с необходимой точностью простыми приборами.

По значению ориентировочного диаметра выбирают стандартную диафрагму с ближайшим диаметром, затем уточняют значения коэффициентов, k.

Задача 3.2. Рассчитайте ориентировочное значение диаметра диафрагмы dо в трубопроводе диаметром dT, по которому со среднерасходной скоростью WТ транспортируют жидкость плотностью. Разница давления до и после диафрагмы должен составлять величину Рд.

Параметр Параметр Значение параметра для подварианта 3.2.3. Определение локальной скорости Для определения локальной скорости трубкой Пито – Прандтля измерят разницу между значениями полного и статического давлений (рис.3.4). Локальную скорость вычисляют по уравнению (3.7б). Плотность газа находят по уравнению (1.1).

Задача 3.3. Рассчитайте по показаниям датчика Пито – Прандтля локальную скорость движения дымовых газов при атмосферном давлении, которые имеют температуру tоC и мольную массу µ = 27 кг/кмоль. Разницу давлений измеряют жидкостным U-образным манометром с водой. Разница уровней воды в коленах жидкостного манометра составляет h мм.

Параметр потока 3.3-11 3.3-12 3.3-13 3.3-14 3.3-15 3.3-16 3.3- Параметр 3.2.4. Расход жидкости при истечении через отверстие При истечении жидкости, имеющей давление Р1 и скорость W1=0, в пространство с давлением Р2, энергия давления преобразуется в кинетическую энергию. Из уравнения (3.1а) следует, что теоретическая скорость истечения при z1=z2 составляет Если разница давлений создана только столбом жидкости высотой h, то уравнение (3.8а) с учетом уравнения гидростатики (1.4в) приводится к виду Объемный расход жидкости через круглое отверстие диаметром d вычисляют по уравнению где – коэффициент расхода, который учитывает эффект сжатия струи и потери части удельной энергии из-за трения.

Задача 3.4. Рассчитайте объемный расход воды из открытой емкости через отверстие диаметром d мм, которое расположено на глубине h м от свободной поверхности. Для отверстий в тонкой стенке принять 0,62.

Данные для решения задачи 3.4.

Параметр отверстия 3.4-11 3.4-12 3.4-13 3.4-14 3.4-15 3.4-16 3.4- Параметр 3.3. Экспериментальная часть 3.3.1. Описание демонстрационной установки энергия положения gz1 преобразуется в энергию гидростатиРис. 3.6. Схема установки ческого давления Р2.

В сопле 3 энергия давления Р2 преобразуется в кинетическую энергию свободной струи W 2 2. При подъеме струйки воды на высоту z3 эта кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию положения gz3.

2.3.2. Порядок выполнения работы Собирают установку. Закрывают кран 2 и в сосуд 1 наливают воду. Проверяют герметичность соединений.

Опыт 3.1. По мерной линейке отсчитывают начальную высоту z1 уровня воды в сосуде 1. Открывают полностью кран и отсчитывают высоту z3 подъема струи воды фонтанчика. Закрывают кран 2.

Сравните значения z1 и z3. Рассчитайте теоретическую скорость истечения воды из сопла по значению z3 в опыте 3.1.

Опыт 3.2. Под струю воду подставьте мерный цилиндр и определите промежуток времени, в течение которого в цилиндре соберется 250 см3 воды. В начале и в конце опыта запишите значения высоты z3 подъема струи воды фонтанчика.

Рассчитайте теоретический расход воды через сопло по известному диаметру отверстия d. Сравните значения фактического и теоретического расхода воды.

3.4. Ответы для самоконтроля Задача 3.1.

Теоретически необходимая мощность, кВт Задача 3.2.

Расчетный диаметр отверстия в диафрагме, мм Подвариант 3.2-1 3.2-2 3.2-3 3.2-4 3.2-5 3.2-6 3.2- Подвариант 3.3-11 3.3-12 3.3-13 3.3-14 3.3-15 3.3-16 3.3- Задача 3.4.

Подвариант 3.4-11 3.4-12 3.4-13 3.4-14 3.4-15 3.4-16 3.4- Работа 4. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Цель: Получение навыка расчета гидравлического сопротивления трубопроводов и аппаратов, экспериментальное изучение потерь давления при движении воды.

Последовательность выполнения работы 1. Изучить теоретическую часть работы и подготовить устные ответы на контрольные вопросы.

2. Рассмотреть примеры выполнения инженерных расчетов и решить 4 задачи своего варианта.

3. Выполнить экспериментальную часть работы, оформить отчет и защитить работу.

4.1. Теоретическая часть 4.1.1. Основные понятия, определения Гидравлическое сопротивление, Па, – разница статического давления в двух последовательно расположенных поперечных сечениях трубопровода или аппарата, возникающая при движении потока жидкости или газа из-за потерь энергии на трение и преодоление местных сопротивлений.

Абсолютная шероховатость трубопровода [мм] – высота элементов шероховатости на внутренней поверхности трубопровода.

Относительная шероховатость – доля высоты элементов шероховатости от диаметра трубопровода, =/d.

Вязкий подслой – слой у самой стенки в турбулентном потоке, в котором течение жидкости является ламинарным.

Толщина вязкого подслоя о при увеличении числа Рейнольдса уменьшается, она составляет сотые доли от диаметра труб.

Гидравлически гладкая труба – труба, в которой абсолютная высота элементов шероховатости меньше толщины вязкого подслоя о.

Местное гидравлическое сопротивление – потери энергии при обтекании потоком жидкости локальных препятствий, у которых изменяется направление или величина локальной скорости. Местными сопротивлениями являются запорные и регулирующие устройства, повороты, ответвления трубопровода.

Двухфазный поток – поток жидкости (газа), который содержит взвешенные частицы дисперсной фазы.

Барботажная тарелка – устройство для организации тепло- и массообмена между потоками газа (пара) и жидкости путем пропускания пузырьков газа или пара через слой жидкости или газожидкостного слоя.

Неньютоновская жидкость – жидкость, у которой коэффициент динамической вязкости зависит, кроме температуры, от градиента скорости.

Уклон открытого канала – отношение разницы геометрических высот по концам канала к его длине, i=z/l.

4.1.2. Гидравлическое сопротивление трубопровода При движении жидкости по трубопроводу энергия затрачивается на создание скорости, преодоление силы трения о стенки трубопровода и преодоление местных сопротивлений Потери давления на трение в канале длиной l с поперечным сечением потока S и смоченным периметром П обусловлены касательным напряжением о на смоченной стенке, которая имеет площадь Пl 4.1.3. Коэффициент гидравлического трения гидравлически гладких труб Коэффициент гидравлического трения гидравлически гладких труб (о ) зависит только от значения числа Рейнольдса, независимо от режима течения 4.1.4. Коэффициент гидравлического трения в шероховатых трубах Рис.4.1. Зависимость коэффициента гидравлического трения шероховатых труб от числа Re и степени шероховатости.

Коэффициент гидравлического трения для шероховатых труб определяется соотношением высоты элементов шероховатости и толщины вязкого подслоя у стенки трубы. Для практических расчетов предложены формулы В автомодельной области, правее линии А (рис.4.1) где – относительная шероховатость трубы, d.

4.1.5. Местные сопротивления Значения коэффициентов местных сопротивлений приводятся в литературе по гидравлическим расчетам [1, 4, 5].

Гидравлическое сопротивление участка трубы с диафрагмой (рис. 4.2), можно рассчитать по эмпирическому уравнению 4.1.6. Гидравлическое сопротивление слоя зернистого материала Через слой зернистого материала (катализатора, адсорбента, осадка на фильтре и др.) газ или жидкость движется по криволинейным каналам между твердыми частицами.

Слой зернистого материала характеризуют двумя основными величинами.

Доля свободного объема, по-другому, порозность, представляет отношение объема каналов между частицами Vк к объему всего слоя Vсл, = Vк/Vсл [м3/м3].

Удельная поверхность представляет поверхность всех каналов (частиц) в единице общего объема слоя а=F/Vсл [м2/м3].

Действительная скорость сплошной среды в каналах Wд больше среднерасходной Wср и зависит от порозности слоя Эквивалентный диаметр каналов в слое составляет Сопротивление слоя высотой Н вычисляют по формуле где =f(Re) – коэффициент трения, Re Wд d э.

4.1.7. Гидравлическое сопротивление барботажной тарелки Гидравлическое сопротивление барботажной тарелки массообменных аппаратов (абсорберов, ректификационных колонн, скрубберов) включает, как правило, сопротивление «сухой» тарелки (без жидкости), потери на преодоление силы поверхностного натяжения и потери давления на преодоление гидростатического давления газожидкостного слоя на тарелке где – коэффициент сопротивления «сухой» тарелки; 1,5;

Wо – скорость газа в отверстиях, м/с; – поверхностное натяжение жидкости, Н/м; dэ – эквивалентный диаметр отверстий, м;

hж – глубина барботажа в пересчете на чистую жидкость, м;

г и ж – плотность газа (пара) и жидкости, кг/м3.

4.1.8. Пропускная способность трубопровода Пропускная способность трубопровода (рис. 3.1) с известными параметрами (d, l,, ) зависит от величины располагаемой разницы давлений на гидравлические потери, которую находят из уравнения (3.4б) Коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса, поэтому расчет выполняют методом последовательного приближения с использованием уравнения объемного расхода, м3/с Транспортировку жидкости под действием только силы тяжести можно осуществлять тремя способами (рис. 4.3).

При транспортировке жидкости по сифону, во избежание её вскипания в верхней точке, должно выполняться условие, м где Ратм – атмосферное давление, Па; Рнп – давление насыщенных паров транспортируемой жидкости, Па.

В безнапорных открытых каналах со свободной поверхностью жидкости гидравлическое сопротивление преодолевается за счет гидравлического уклона i Эквивалентный диаметр трубы, заполненной, например, на 50% поперечного сечения потоком жидкости, составляет 4.1.9. Контрольные вопросы по теоретической части 1. Для чего необходимо рассчитывать гидравлическое сопротивление трубопровода или аппарата?

2. Какие трубопроводы называют гидравлически гладкими? Как влияет число Рейнольдса на толщину вязкого подслоя?

3. Какие потоки называют двухфазными? Приведите примеры.

4. Какие величины входят в уравнение для расчета полного гидравлического сопротивления трубопровода?

5. От каких параметров зависит коэффициент гидравлического трения гидравлически гладких труб?

6. От каких параметров зависит коэффициент гидравлического трения шероховатых каналов?

7. Чем обусловлены потери энергии на местных сопротивлениях? Приведите примеры местных сопротивлений.

8. Как рассчитывают эквивалентный диаметр каналов в слое зернистых материалов?

9. Как рассчитывают гидравлическое сопротивление слоя зернистых материалов?

10. Как рассчитывают гидравлическое сопротивление барботажной тарелки?

11. Как определяют пропускную способность напорного трубопровода с известными техническими показателями?

12. Как определяют пропускную способность открытого канала со свободной поверхностью жидкости?

Поряддругие ковый номер 4.2.1. Определение полного гидравлического сопротивления трубопровода Гидравлическое сопротивление трубопровода вычисляют по уравнению (4.1) с использованием зависимостей (4.2, 4.3) и справочных данных о шероховатости труб, коэффициентах местных сопротивлений.

Задача 4.1. Определите гидравлическое сопротивление трубопровода длиной l м и внутренним диаметром d мм, по которому транспортируется жидкость «liq» со скоростью W м/с.

Абсолютная шероховатость труб составляет =0,2 мм.

Жидкость имеет плотность кг/м3 и коэффициент динамической вязкости мПас (1 мПас =10-3 Пас). Коэффициент гидравлического трения вычислить по уравнению (4.3б).

4.2.2. Расчет гидравлического сопротивления барботажной тарелки Гидравлическое сопротивление вычисляют по уравнению (4.6). Эквивалентный диаметр щелевого отверстия шириной и длиной B определяют по зависимости Задача 4.2. Рассчитайте гидравлическое сопротивление барботажной тарелки с щелевыми отверстиями шириной мм при высоте слоя жидкости h мм. Отверстия на тарелке занимают f % поперечного сечения колонны. Коэффициент гидравлического сопротивления сухих тарелок принять равным =1,5.

На тарелке через слой жидкости «liq» при атмосферном давлении и температуре кипения tоС проходят ее пары. Плотность паров вычислить по уравнению Клапейрона (1.1). Среднюю скорость паров по сечению колонны рассчитать по эмпирическому соотношению Скорость в отверстиях тарелки находить по уравнению неразрывности (2.2б).

риант 4.2.3. Расчет наклонной сливной трубы (безнапорного канала) Жидкости при движении самотеком рекомендуется транспортировать со скоростью W = 0,1 … 0,5 м/с (табл.2.3). Необходимый уклон вычисляют по уравнению (4.10), коэффициент гидравлического трения – по уравнению (4.3б).

Задача 4.3. Поток воды заполняет поперечное сечение трубы на 50%. Рассчитайте необходимый диаметр трубы d (мм) и необходимый перепад высот по концам трубы z (м) для слива Q м3/ч воды со скоростью W м/с. Длина трубы равна l м, коэффициент гидравлического трения составляет = 0,036, сумма местных сопротивлений – =5.

Вариант 4.3-11 4.3-12 4.3-13 4.3-14 4.3-15 4.3-16 4.3- 4.2.4. Расчет элементов вытяжной вентиляции Вытяжная вентиляция в производственных помещениях обеспечивает удаление из рабочих мест вредных и опасных веществ. В зависимости от конкретных условий задают кратность воздухообмена за час k. Объемный расход воздуха вычисляют по уравнению, м3/ч где V – объем помещения, м ; k – кратность воздухообмена, 1/ч.

Гидравлическое сопротивление воздуховода вычисляют по уравнению (4.1). Скорость воздуха рекомендуется брать в интервале 5 … 20 м/с. При малой скорости в воздуховоде осаждается пыль. При большой скорости воздуховод становится источником интенсивного шума.

Затраты энергии на транспортирование воздуха (мощность привода вентилятора) вычисляют по формуле где Р – полное гидравлическое сопротивление воздуховода;

Па; – коэффициент полезного действия вентилятора; = 0,6.

Задача 4.4. Рассчитайте необходимую мощность привода вытяжного вентилятора из помещения высотой H м, шириной B м и длиной L м. Часовая кратность воздухообмена должна составлять k единиц. Скорость воздуха в воздуховоде равна W м/с.

Воздуховод имеет квадратное сечение, его общая длина l составляет l = 2(B+L) м.

Коэффициент гидравлического трения принять ориентировочно равным 0,03, сумму местных сопротивлений – = 3.

Плотность воздуха при 20оС составляет 1,2 кг/м3, коэффициент кинематической вязкости 1510-6 м2/с.

Рассчитайте уточненное значение коэффициента гидравлического трения по уравнению (4.3б) при абсолютной шероховатости стенок воздуховода =1 мм и сравните его с ориентировочным значением ’ 0,030.

4.3. Экспериментальная часть Задача экспериментальной части – определение коэффициента гидравлического трения при течении водопроводной воды в трубе и сравнение его значения с расчетной величиной.

4.3.1. Схема опытной установки Рис. 4.4. Схема установки для измерения коэффициента гидравлического трения трубки: 1 – вентиль запорный; 2 – трубка с отборниками давления; 3 – дифференциальный манометр; 4 – мерный сосуд.

4.3.2. Порядок выполнения работы Собирают установку. Проверяют герметичность соединений. Измеряют температуру водопроводной воды, находят значения её плотности [кг/м3 ] и вязкости [м2/с].

Задают пять значений числа Рейнольдса в интервале от 1000 до 20·103. По известной величине внутреннего диаметра трубки d [м] вычисляют среднюю скорость W [м/с] и объемный расход Q [см3/с] воды. Выбирают вместимость мерного сосуда так, чтобы длительность каждого замера превышала 10 секунд.

Проводят опыты, данные заносят в таблицу 4.6.

4.3.3. Обработка и анализ опытных данных Выполняют расчеты, результаты заносят в таблицу 4.6.

Опытное значение коэффициента гидравлического трения вычисляют по уравнению (4.16) Результаты расчетов Гидравлическое сопротивлеР Объемный расход воды Число Рейнольдса Коэффициент гидравличеоп ского трения, опытное значение по уравнению (4.16) То же, величина по уравнер нию (4.2а), Re То же, величина по уравнер нию (4.2б), Re Опытные значения коэффициента гидравлического трения сравнивают с теоретическими значениями, вычисленными по уравнению (4.2) для гидравлически гладких труб.

4.4. Ответы для самоконтроля Задача 4.1.

Задача 4.2.

Задача 4.3.

Подвариант 4.3-11 4.3-12 4.3-13 4.3-14 4.3-15 4.3-16 4.3- Задача 4.4.

Потребляемая мощность вентилятора, кВт, для варианта Подвариант 4.4-11 4.4-12 4.4-13 4.4-14 4.4-15 4.4-16 4.4- Цель: Закрепление теоретических знаний об устройстве и закономерностях работы насосов.

Последовательность выполнения работы 1. Изучить закономерности работы насосов и подготовить устные ответы на контрольные вопросы по первой части.

2. Рассмотреть устройство центробежных химических насосов и подготовить устные ответы на вопросы по второй части.

3. Выполнить расчетную часть работы. Оформить и защитить отчет.

5.1. Устройство и закономерности работы насосов 5.1.1. Основные понятия, определения Насос (вентилятор) – устройство для принудительного перемещения жидкости (газа) по трубопроводу (воздуховоду) путем сообщения перемещаемой среде энергии от двигателя.

Компрессор (газодувка) – машина для сжатия и перемещения газа. При рассмотрении их работы, в отличие от вентиляторов, необходимо учитывать уменьшение объема газа, повышение его температуры.

Степень сжатия – отношение давления на выходе из компрессора (газодувки) к давлению на входе Рвых Рвх.

Объемная производительность – объем жидкости (газа), который перекачивает насос (перемещает вентилятор, нагнетает компрессор) за единицу времени, м3/с, Q V.

Напор насоса – высота, на которую может поднять насос перекачиваемую жидкость при отсутствии потерь на трение и одинаковых давлениях в расходной и приемной емкостях. Напор выражается в метрах столба перекачиваемой жидкости. Повышение статического давления Рн и напор насоса Нн взаимосвязаны основным уравнением гидростатики Pн g H н.

Полезная мощность – энергия, переданная насосом (вентилятором, компрессом) перекачиваемой жидкости (перемещаемому газу) за единицу времени, Вт.

Для насосов (вентиляторов) она пропорциональна объемной производительности Nпн Pн Q.

В компрессорах объем газа при сжатии уменьшается, поэтому полезная мощность выражается произведением теоретического значения удельной работы сжатия lк, Дж/кг на массовый расход G, кг/с, N пк lк G.

Коэффициент полезного действия (к.п.д.) – отношение полезно использованной энергии к затраченной энергии. Для насосов (вентиляторов, компрессоров) это отношение полезной мощности к использованной мощности двигателя, N пн N дв.

Гидравлическая характеристика насоса (вентилятора) – зависимость создаваемого напора Нн, потребляемой мощности Nн и коэффициента полезного действия (к.п.д.) от объемной производительности Q насоса (вентилятора).

Характеристика сети – зависимость полного гидравлического сопротивления трубопровода от объемного расхода.

Центробежный насос – гидравлическая машина для перекачивания жидкости путем передачи механической энергии жидкости от вращающегося рабочего колеса с лопастями.

Предельная высота всасывания насоса – максимальная высота подъема перекачиваемой жидкости, при которой обеспечивается стабильная работа насоса (отсутствие кавитации).

5.1.2. Классификация насосов По назначению насосы подразделяют на гидротехнические; артезианские; химические; нефтяные; пищевые и др.

По принципу работы насосы подразделяют на 3 группы.

1. Объемного действия (поршневые, плунжерные, мембранные, винтовые, ротационные).

2. Лопастные, динамического действия (центробежные, осевые, вихревые).

3. Насосы без механического двигателя, насос-аппараты (монтежю, газлифт, струйные).

По материалу проточной части насосы различают на стальные, керамические, гуммированные и др.

5.1.3. Общие закономерности Необходимый напор насоса определяется общим балансом удельной энергии (3.4б). Гидравлические потери в трубопроводе вычисляют по уравнению (3.5б).

Необходимый полный напор насоса составляет, м где Нвс и Ннг – высота подъема жидкости из расходной емкости до насоса и от насоса до приемной емкости, м; Р2 и Р1 – давление над жидкостью в приемной и расходной емкостях, Па; hвс и hнг – потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, метры столба перекачиваемой жидкости, м.

Допустимая высота всасывания ограничивается условием отсутствия кавитации, а именно образования в зоне пониженного давления насоса пузырьков пара и последующей их мгновенной конденсации в зоне повышенного давления.

Статическое давление во всасывающем патрубке насоса составляет, Па Для исключения кавитации это давление Рвс должно превышать давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости Рнп на величину дополнительного местного понижения давления во входной части насоса Pкав ghкав, Па Условие (5.2б) определяет допустимую величину геометрической высоты всасывания, м Давление насыщенных паров веществ вычисляют по уравнению Антуана (1.11). Значение hкав, необходимого надкавитационного напора на входе NPSH, приводят в паспортных данных насосов.

5.1.4. Устройство и работа насосов объемного действия В насосах объемного действия жидкость из всасывающей линии к выходному патрубку перемещается отдельными изолированными порциями, объемами.

В поршневых, плунжерных, мембранных насосах имеются впускной и выпускной клапаны, рабочий орган свершает возвратно-поступательное движение (рис. 5.2, 5.3).

Плунжерные насосы оснащают, как правило, механизмом регулирования рабочего хода плунжера и используют в качестве дозаторов жидких реагентов.

Рис. 5.2. Схема работы поршневого насоса: а – однократного действия, б – двойного действия, в – плунжерного насоса.

В мембранных насосах жидкость перекачивается за счет деформации гибких мембран, которые полностью изолируют перекачиваемую жидкость от окружающей среды (рис.5.3).

Рис. 5.3. Схема мембранного насоса: а – однократного действия с механическим приводом, б – двойного действия с механическим приводом, в – двойного действия с пневматическим приводом.

Мембраны деформируют под действием возвратнопоступательного движения штока механического привода (а, б) или сжатым газом (воздухом), который попеременно подают в камеры за мембранами (в).

В шестеренчатых, винтовых, перильстатических насосах клапаны отсутствуют, в них рабочие элементы совершают вращательное движение (рис. 5.4). Такие насосы по сравнению с насосами с возвратно-поступательным движением рабочего органа обеспечивают более равномерную подачу.

В шестеренчатом насосе с внешним зацеплением (а) два зубчатых колеса вращаются в противоположных направлениях.

Жидкость от всасывающего патрубка к нагнетальному перемещается вдоль корпуса в впадинах между зубцами колес.

В насосе с внутренним зацеплением двух вращающихся зубчатых колес (б) имеется серповидная перегородка, при перемещении вдоль которой зубцы колес перекачивают жидкость.

Рис. 5.4. Насосы объемного действия с вращательным движением:

а – шестеренчатый с внешиним зацеплением; б – шестеренчатый с внутренним зацеплением; в – перильстатический; г – одновинтовой.

В корпусе перильстатического насоса (в) имеется неподвижный гибкий шлаг и ротор с пережимающими роликами. При вращении ротора жидкость перемещается по гибкому шлангу.

В одновинтовом насосе (г) статор (корпус) имеет внутреннюю спираль с числом заходов «n+1», а ротор представляет стальную спираль с числом заходов «n», т.е. ротор имеет на один заход меньше, чем статор.

Статор и ротор находятся в постоянном зацеплении. При вращении ось ротора перемещается по окружности, поэтому вращательное движение ротору от двигателя передают через карданный вал. Каждая полость между корпусом и ротором отделена от других по линиям их контакта.

Объемная производительность (подача) насосов объемного действия определяется уравнением вида, м3/с где v – объемный коэффициент полезного действия; V – объем отдельных камер, м3; z – число камер, перемещающих жидкость за один ход поршня (плунжера) или за один оборот ротора; n – число ходов, оборотов рабочего органа за минуту, 1/мин.

5.1.5. Устройство и работа лопастных насосов В лопастных насосах энергия двигателя непрерывно передается перекачиваемой жидкости при быстром вращении рабочего колеса с лопастями (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Схема центробежного насоса: 1 – приосевой всасывающий канал; 2 – передний диск; 3 – несущий основной диск; 4 – лопасть рабочего колеса; 5 – ступица; – вал; 7 – корпус с периферийной улиткой; 8 – обтекатель; 9 – всасывающий патрубок; 10 – выходной, нагнетательный патрубок.

Рабочее колесо насоса с профилированными лопатками вращается в корпусе 7. Жидкость через потрубок 9 поступает в приосевое пространство, лопатки захватывают её и с большой скоростью выбрасывают в улитку (спиральную камеру) 7.

Для увеличения производительности используют центробежные насосы двухстороннего всасывания. В них рабочее колесо имеет всасывающие каналы с обеих сторон (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Насос двухстороннего всасывания: а – вид сбоку, б – поперечный разрез; в – вид со стороны всасывающего патрубка.

Для увеличения напора применяют многоступенчатые насосы. В них жидкость последовательно проходит через несколько рабочих колес, которые закрепле- Рис. 5.7. Многосекционный ны на общем валу (рис.5.7). центробежный насос Большой напор на одной ступени обеспечивают вихревые насосы (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Вихревой насос: а – внешний вид рабочего колеса; б – схема работы насоса; 1 – рабочее колесо; 2 – лопасти; 3 – торроидальная камера; 4 – корпус; 5 – межлопаточные циркуляционные полости.

В вихревых насосах жидкость многократного захватывается лопастями 2 и выбрасывается в торроидальную камеру 3. В ней формируется циркуляционно-вращательное движение жидкости, создается большая турбулентная вязкость. Рабочее колесо перемещает жидкость от входного патрубка до выходного.

Лопастные насосы предназначены, главным образом, для непрерывной подачи жидкостей с умеренной вязкостью. В зависимости от производительности, необходимого напора, условий эксплуатации они имеют разнообразные конструкции.

Лопастные насосы очень широко используют в промышленности благодаря следующим основным достоинствам.

Компактность. В лопастных насосах вращательное движение рабочему колесу передают непосредственно от электродвигателя без редуктора.

Надежность. В них отсутствуют клапаны, трущиеся под большой нагрузкой механические детали.

Равномерность подачи, отсутствие динамических нагрузок. Подача жидкости осуществляется непрерывно без разделения на отдельные объемы.

Управляемость. Объемную производительность лопастных насосов можно плавно изменять во время работы.

5.1.6. Закономерности работы центробежного насоса В рабочем колесе центробежного насоса перекачиваемая жидкость движется вдоль лопаток с относительной скоростью W и одновременно вращается вместе с рабочим колесом с окружной скоростью U (рис.5.9).

Теоретический напор центробежных насосов вычисляют Рис. 5.9. Векторная диаграмма При увеличении подачи жидкости Q возрастает радиальная составляющая скорости С2R = Q/S2R. Это вызывает увеличение угла 2 и уменьшение теоретического напора, м где S2R – суммарная площадь каналов на выходе потока жидкости из рабочего колеса, м2; 2 – угол наклона лопаток на выходе из колеса от касательной к окружности.

Фактически создаваемый напор насоса HН всегда меньше теоретического значения HТ (рис. 5.10а). При малых подачах между лопатками возникают обратные течения, а при больших подачах резко возрастают потери энергии из-за трения.

Полезная мощность центробежного насоса при увеличении подачи жидкости Q возрастает по линейной зависимости Рис. 5.10. Зависимость от объемной производительности Q: а – напора и полезной мощности центробежного насоса; б – напора и коэффициента полезного действия.

Коэффициент полезного действия N пн N дв при увеличении подачи Q вначале линейно возрастает, а затем начинает снижаться из-за увеличения гидравлических потерь (рис. 5.10б).

При изменении числа оборотов рабочего колеса от n’ до n” векторные диаграммы скоростей (рис. 5.9) будут геометрически подобными (углы сохраняются). Это позволяет записать общее соотношение Из соотношения (5.6а) получают закономерности изменения основных параметров центробежного насоса при изменении числа оборотов рабочего колеса (законы пропорциональности) 5.1.7. Контрольные вопросы по первой части 1. Расскажите о назначении и общей классификации насосов.

Напишите уравнение для расчета полезной мощности насоса.

2. Расскажите о классификации насосов по назначению, принципу действия и материалу проточной части.

3. Какие величины входят в уравнение для расчета допустимой высоты всасывания насоса Н вс ( Р1 Рнп ) (g ) hвс hкав ?

4. Нарисуйте схему и расскажите об устройстве и работе поршневого насоса двойного действия.

5. Нарисуйте схему и расскажите об устройстве и работе мембранного насоса.

6. Нарисуйте схему и расскажите об устройстве и работе шестеренчатого насоса.

7. Нарисуйте схему и расскажите об устройстве и работе центробежного насоса.

8. Нарисуйте схему и расскажите об устройстве и работе вихревого насоса.

9. Расскажите об основных достоинствах лопастных насосов динамического действия.

10. Какие величины входят в уравнение Эйлера для расчета теоретического напора центробежного насоса 11. Объясните наличие максимума на зависимости к.п.д. центробежного насоса от его объемной производительности.

12. Почему необходимая мощность центробежного насоса пропорциональна числу оборотов рабочего колеса в третьей степени?

5.2. Насосы для химической промышленности В химической и нефтеперерабатывающей промышленности насосами необходимо перекачивать жидкости с одним или несколькими специфическими свойствами, а именно - химически активные жидкости (кислоты, щелочи, окислители), - горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, - жидкости, содержащие токсичные вещества, - жидкости, застывающие при обычной температуре, - жидкости с высокой температурой.

В зависимости от свойств перекачиваемой среды химические и нефтяные насосы имеют разнообразные конструкции, которые различаются [5, 6, 7] - по материалу проточной части;

- по видам уплотнений (герметизации вала);

- по степени взрывозащищенности;

- по надежности;

- ремонтопригодности.

5.2.1. Устройство химических центробежных насосов Насос консольный повышенной герметичности.

В химической промышленности преимущественно используют центробежные консольные насосы (рис. 5.11).

В них подшипники вала рабочего колеса расположены в отдельном корпусе, не имеют прямого контакта с перекачиваемой средой. Это обеспечивает надежность работы подшипникового узла, простоту обслуживания всего насосного агрегата.

Рис. 5.11. Схема и внешний вид центробежного консольного насоса Поскольку химические насосы используют для перекачивания опасных жидкостей, особое внимание уделяют герметизации узла контакта вращающегося вала с корпусом насоса.

В химических центробежных насосах, в зависимости от свойств перекачиваемой среды, её температуры и давления, используют разнообразные уплотнения [8, 9].

Насос с двойным торцевым уплотнением вала.

В торцевых уплотнениях неподвижные и вращающиеся элементы соприкасаются по кольцевым поверхностям в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала (рис. 5.12).

Поверхности трения Вращающиеся кольца, создающие поверхности трения, постоянно прижаты к неподвижным кольцам 1 и 5 пружинами.

Это обеспечивает сохранение герметизации при радиальных смещениях вала и компенсацию износа пар трения.

В камеру торцевого уплотнения подают под давлением затворную жидкость, которая препятствует попаданию перекачиваемой жидкости во внешнюю среду.

Насос центробежный полупогружной.

с двигателем, трансмиссионной части и погружной насосной части (рис. 5.13).

перекачиваемой жидкостью обеспечивает подвод жидкости к рабочему колесу под гидростатическим давлением и самоопорожнение насосной части при сливе жидкости из резервуара под действием силы тяжести.

крышке резервуара дает возможность значительно уменьшить затраты на эксплуатацию Рис. 5.13. Насос полупогружной Герметичный центробежный насос. Отличительной особенностью герметичных насосов является подвод внешней энергии для вращения рабочего колеса через герметичный экран, который обеспечивает полное отсутствие контакта перекачиваемой жидкости с внешней средой.

Такие насосы необходимы для перекачивания взрыво- и пожароопасных, токсичных, радиоактивных, очень ценных жидкостей. Их используют также для перекачивания рабочих сред в замкнутых системах, например, в системах охлаждения.

Герметичные насосы по конструкции подразделяют на насосы со встроенным электродвигателем (рис. 5.14) и насосы с экранированной муфтой на постоянных магнитах (рис.5.15).

встроенным электродвигателем обмотки статора.

Вращающееся электромагнитное поле «проникает» через стенку гильзы и приводит во вращение ротор по принципу работы асинхронного электродвигателя. Подшипники насоса смазываются перекачиваемой жидкостью. При необходимости эту жидкость охлаждают в выносном теплообменнике.

Герметичный насос с магнитной муфтой также имеет герметичную гильзу из материала, «прозрачного» для магнитного поля. Такая гильза отделяет ведущую, внешнюю полумуфту от внутренней, ведомой полумуфты (рис. 5.15).

Рис. 5.13. Насос герметичный с магнитной муфтой:

а - поперечный разрез; б – схема работы магнитной муфты На полумуфтах закреплены постоянные магниты, которые передают момент вращения от вала двигателя к валу рабочего колеса. Для привода таких насосов используют серийные электродвигатели, что является основным их достоинством.

5.2.2. Маркировка центробежных химических насосов Центробежные химические насосы маркируют по его основным техническим показателям с использованием буквенноцифрового обозначения [10, 11].

Пример 1. Маркировка центробежного химического насоса типа АХ, АХО где АХ – обозначение насоса (химический горизонтальный консольный на отдельной стойке); 125 – диаметр входного штуцера, мм; 100 – диаметр выходного штуцера, мм; 315 – номинальный диаметр рабочего колеса, мм; К – условное обозначение материала деталей проточной части (сталь 12Х18Н9ТЛ); 55 – двойное торцевое уплотнение; У – климатическое исполнение; 2 – категория размещения при эксплуатации.

Пример 2. Маркировка полупогружного электронасосного агрегата типа АХИ АХИ 3/80-0,4-В-М-У2 ТУ 658 РК 0218035К-014-00, где АХИ – обозначение типа насоса; 3 – подача, м3/ч; 80 – напор, м; 0,4 – глубина погружения, м; В – условное обозначение материала проточной части насоса; М – вид уплотнения вала (манжета); У– климатическое исполнение; 2 – категория размещения при эксплуатации.

Пример 3. Маркировка насоса герметичного для химических производств типа ХГ ХГЕ-50-32-200 по ТУ 3661-012-00217969- (варианты ХГЕ-50-32-200а, ХГЕ-50-32-200б, ХГЕ-50-32-200в) где ХГ – химический герметичный; Е – условное обозначение исполнения насоса для взрыво- или пожароопасных производств; 50 – диаметр входного патрубка, мм; 32 – диаметр выходного патрубка, мм; 200 – номинальный диаметр рабочего колеса, мм; К – условное обозначение материала проточной части; У – климатическое исполнение; 2 – климатическое размещение при эксплуатации.

Буквы «а», «б», «в» за номинальным диаметром рабочего колеса указывают об использовании серийного рабочего колеса с обточкой по наружному диаметру. Такую обточку используют для уменьшения напора и потребляемой мощности насоса.

Для указания материала проточной части насоса используют буквы, которые обозначают: А – углеродистая сталь; В – чугун марки СЧ15 или СЧ20; М – сталь типа 15Х18Н12С4ТЮ ГОСТ 5632-72; Е – сталь типа 10Х17Н13М2Т; И – сталь типа 06ХН28МДТ; К – сталь типа 12Х18Н9Т; Т – титан ВТ1-0 ОСТ 1.90013-81; ТЛ – титан ВТ-5Л СТУ 2177-90; Д1 – сталь типа 90Х28МФТАЛ ТУ 26-06-1231-79.

Тип уплотнения вала указывают цифрами или буквами по руководящему документу [8]: 55 – двойное торцевое; СД – сальниковое двойное; М – манжетное; Щ – щелевое.

Климатическое исполнение указывают по стандарту [12].

Буквы обозначают климат: У – умеренный; УХЛ – умеренный и холодный; Т – тропический; М – морской.

Категории размещения также указывают по стандарту [12]. Цифры обозначают размещение и эксплуатацию насоса: 1 – на открытом воздухе; 2 – под навесом; 3 – в закрытых не отапливаемых помещениях; 4 – в закрытых отапливаемых помещениях; 5 – в помещениях (объемах) с повышенной влажностью.

5.2.3. Производительность центробежного насоса Фактическую производительность насоса определяют из условия равенства фактического напора насоса общему сопротивлению трубопровода, по которому перекачивают жидкость.

Общее сопротивление трубопровода вычисляют по уравнению (5.1) для расчета необходимого напора насоса. Сумму первых слагаемых этого уравнения, не зависящих от расхода жидкости, называют статическим напором. Два последних слагаемых уравнения (5.1) определяют потери напора на трение и преодоление местных сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Эти потери при увеличении объемного расхода и, соответственно, скорости, возрастают по квадратичному закону (4.1а). В результате из уравнения (5.1) с учетом зависимости (4.1а) получают общее выражение гидравлической характеристики трубопровода Фактическая производительность центробежного насоса при перекачивании жидкости по конкретному трубопроводу определяется точкой пересечения рабочей характеристики насоса 2 с гидравлической характеристикой трубопровода (рис. 5.16).

Конкретный насос для трубопровода выбирают так, чтобы рабочая точка находилась в окрестности Рис. 5.16. Нахождение ента полезного действия (рис. 5.10б).

Для уменьшения напора и потребляемой мощности насосов используют обточку рабочего колеса (рис. 5.17, 5.18).

Рис. 5.18. Характеристика насосРис. 5.17. Характеристика насосного агрегата Х-150-125-315 (часного агрегата Х-50-32-125 (частота вращения 1450 об/мин) тота вращения 2900 об/мин) В нижней части рисунков 5.17 и 5.18 приведены зависимости коэффициента полезного действия насоса и допустимого кавитационного запаса hд (R=1 – коэффициент запаса) от объемной подачи насоса Q.

5.2.4. Регулирование производительности насоса Подачу жидкости центробежным насосом регулируют, как правило, при помощи вентиля (задвижки, регулирующего клапана), установленного на напорном трубопроводе.

закрытия гидравлическое сопротивление трубопровода увеличивается или уменьшается. В результате изменяется положение вентиль (задвижка, регулирующий клапан) создает потоку жидкости дополнительное гидравлиРис. 5.19. Регулирование по- ческое сопротивление и приводит к увеличению расхода энердачи насоса вентилем на нагии двигателем.

гнетательной линии Другой способ регулирования производительности основан на использовании законов пропорциональности (5.6б).

Для плавного изменения числа оборотов рабочего колеса питание асинхронного электродвигателя осуществляют через частотный преобразователь. Уменьшение или увеличение частоты Рис. 5.20. Регулирование подвигателя.

дачи насоса частотным преобразователем При необходимости изменения объема перекачиваемой жидкости в широком диапазоне используют систему параллельно работающих одинаковых центробежных насосов (рис. 5.21а).

Общая гидравлическая характеристика двух параллельно работающих насосов Q(1+1) в первом приближении представляет удвоенную по оси Q гидравлическую характеристику одного насоса Q1 (рис. 5.21б).

Рис. 5.21. Параллельная работа двух насосов на общую сеть:

а – схема технологическая; б – схема гидравлическая.

Общая подача двух насосов на общую сеть всегда меньше удвоенной производительности одного насоса Q(11) 2Q1, так как при увеличении подачи в соответствии с уравнением (5.7) возрастают гидравлические потери в общем трубопроводе.

5.2.4. Контрольные вопросы по химическим насосам 1. Какие специфические требования предъявляют к химическим насосам?

2. Нарисуйте схему и расскажите об основных узлах центробежного консольного насоса.

3. Нарисуйте схему и расскажите о принципе работы двойного торцевого уплотнения.

4. Нарисуйте схему и расскажите о работе полупогружного центробежного насоса.

5. Нарисуйте схему и расскажите о работе герметичного центробежного насоса со встроенным двигателем.

6. Нарисуйте схему и расскажите о работе герметичного центробежного насоса с магнитной муфтой.

7. Что обозначают буквы и цифры в маркировке химического консольного насоса АХ 125-100-315-К-55-У2?

8. Что обозначают буквы и цифры в маркировке химического полупогружного насоса АХИ 3/80-0,4-В-М-У2?

9. Что обозначают буквы и цифры в маркировке химического герметичного насоса ХГЕ-50-32-200б?

10. Как определяют производительность центробежного насоса при работе на конкретный трубопровод?

11. Как изменяются гидравлические характеристики насоса при обточке рабочего колеса?

12. Расскажите об основных способах регулирования производительности центробежного насоса.

Номера вариантов задач для решения Поряддругие ковый Данные горизонтальных консольных химических насосов типа «АХ»



Pages:   || 2 |
 
Похожие работы:

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА УПРАВЛЯЮЩИЕ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА Методические указания к курсовому проектированию Факультет электроэнергетический Специальность 230101 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети Вологда 2009 УДК 681.3 Компьютерная графика: Методические указания к курсовому проектированию.- Вологда: ВоГТУ, 2009. – 36 с. Описываются основные требования к оформлению курсовых проектов....»

«Министерство образования и науки Украины Севастопольский национальный технический университет ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсовой работы по дисциплине “Эксплуатация судовых энергетических установок и безопасное несение машинной вахты” для студентов всех форм обучения по направлению 6. 070104 Морской и речной транспорт специальности “Эксплуатация судовых энергетических установок ” Севастополь Create PDF files...»

«Ф. Ф. Гринчук, С. В. Хавроничев КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ 610 кВ Часть I 3 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Ф. Ф. Гринчук, С. В. Хавроничев КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ 610 кВ Часть I Учебное пособие РПК...»

«Пилипенко Н.В., Сиваков И.А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности инженерных систем и сетей Учебное пособие Санкт-Петербург 2013 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Пилипенко Н.В., Сиваков И.А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности инженерных систем и сетей Учебное пособие Санкт-Петербург Пилипенко Н.В., Сиваков И.А....»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина Кафедра отечественной истории и культуры КУЛЬТУРОЛОГИЯ методические указания к контрольным работам для студентов заочного отделения ИГЭУ Иваново 2005 1 Составители: Г.А. Будник, А.М. Добрынина Редакторы: О.Е. Богородская, Т.Б. Котлова Представлены темы, планы, опорные конспекты, списки литературы и вопросы к...»

«Министерство образования и науки Украины Севастопольский национальный технический университет МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практическим занятиям по дисциплине Научно-исследовательская работа студентов для студентов специальностей 7.100302 и 8.100302 – Эксплуатация судовых энергетических установок дневной формы обучения Севастополь 2006 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) УДК 621.001. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине...»

«ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЕТЕВАЯ КОМПАНИЯ ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ СТО 56947007ОАО ФСК ЕЭС МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по обеспечению электромагнитной совместимости на объектах электросетевого хозяйства Стандарт организации Дата введения: 21.04.2010 ОАО ФСК ЕЭС 2010 Предисловие Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ О техническом регулировании, объекты стандартизации и общие...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ЕЭС РОССИИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КОНТРОЛЮ СОСТОЯНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК РД 153-34.0-20.525-00 Вводится в действие с 01.09.2000 г. РАЗРАБОТАНО Новосибирским государственным техническим университетом, Московским энергетическим институтом, Научнопроизводственной фирмой ЭЛНАП, Открытым акционерным обществом Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации...»

«Министерства образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Теплогазоснабжение и вентиляция НАСОСЫ, ВЕНТИЛЯТОРЫ, КОМПРЕССОРЫ Программа дисциплины, методические указания, задания и примеры выполнения задач контрольной работы для студентов заочной формы обучения специальности 1-70 04 02 Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна Минск 2007 УДК 621.51+621.63+621.65 (075.8) Программа дисциплины, методические указания, задания на контрольные...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) П.Г. КРУГ НЕЙРОННЫЕ СЕТИ И НЕЙРОКОМПЬЮТЕРЫ Учебное пособие по курсу Микропроцессоры для студентов, обучающихся по направлению Информатика и вычислительная техника МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО МЭИ 2002 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com УДК 621.398 К 84 УДК 621.398.724(072) Утверждено учебным управлением МЭИ в качестве учебного пособия Рецензенты: проф., д-р. техн. наук...»

«Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Теплогазоснабжение и вентиляция МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по дипломному проектированию для студентов специальности 1-70 04 02 Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна Минск БНТУ 2010 УДК 697(075.8) ББК 38.73я7 М 54 Сос тав ите л и: В.В. Артихович, Л.В. Борухова, В.М. Копко, А.Б. Крутилин, Л.В. Нестеров, М.Г. Пшоник, И.И. Станецкая, Т.В. Щуровская Ре це нзе нты: зав. кафедрой...»

«НГАВТ - Стр 1 из 239 Колпаков Б.А. Лебедев Б.О. ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА Часть 1 – Теплофизические основы судовой энергетики Учебное пособие Рекомендовано УМО в качестве учебного пособия для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению 652900 Кораблестроение и океанотехника и специальности 140200 Судовые энергетические установки Новосибирск, 2002 Новосибирская Государственная Академия Водного Транспорта НГАВТ - Стр 2 из 239 УДК 621 Колпаков Б.А., Лебедев Б.О. Техническая физика. Часть 1...»

«Министерство образования Российской Федерации Дальневосточный государственный технический университет им. В.В. Куйбышева НАСОСЫ И ТЯГОДУТЬЕВЫЕ МАШИНЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Учебное пособие Владивосток 2002 УДК 621.184.85 С47 Слесаренко В.В. Насосы и тягодутьевые машины тепловых электростанций: Учебное пособие. – Владивосток: Издательство ДВГТУ, 2002. - с. Учебное пособие предназначено для студентов дневного и заочного обучения специальностей Тепловые электрические станции и Промышленная...»

«Казанский государственный архитектурно-строительный университет Кафедра теплоэнергетики Солнечные устройства и установки для систем теплоснабжения методические указания к курсовому проекту по автономным системам ТГВ для студентов специальности 270109 Казань 2010 УДК 696/697 ББК 38.762.2;38.763 К57 К57 Солнечные устройства и установки для систем теплоснабжения: Мстодические указания к курсовому проекту по автономным системам ТГВ для студентов специальности 270109 / Сост. А. В. Кодылев, Казань...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Московский физико-технический институт (Государственный университет) И. В. Захаров, А. Т. Никитаев, В. Н. Простов, А. П. Пурмаль. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА (ЗАДАЧИ • ПРИМЕРЫ • ЗАДАНИЯ) Учебное пособие Москва 2007 ББК 24.53я73 УДК 544.3 (076) Рецензенты: Кафедра неорганической химии и методики преподавания химии Московского педагогического государственного университета. Доктор физико-математических наук, профессор О.М. Саркисов. Захаров И.В.,...»

«ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА В.М. ФОКИН ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1 2006 В.М. ФОКИН ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1 УДК 621:006.354; 621.004:002:006. ББК 31. Ф Рецензент Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Геральд Павлович Бойков Фокин В.М. Ф75 Основы энергосбережения и энергоаудита. М.: Издательство Машиностроение-1, 2006. 256 с. Представлены основные...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ им. проф. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА Л. Н. Савушкин, Г. Н. Фурсей МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ СПб ГУТ ))) САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012 УДК 539.19(075.8)+536(075.8) ББК 322.36я7+22.3я7 М75 Рецензент профессор, академик РАО А.С. Кондратьев Утверждено редакционно-издательским советом университета...»

«1 Министерство образования и науки Украины Севастопольский национальный технический университет ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОСВОЕНИЯ ШЕЛЬФА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовому проекту по дисциплине Техническая эксплуатация энергетических установок технических средств освоения шельфа для студентов и магистрантов всех форм обучения специальности 7.100302 и 8. Эксплуатация судовых энергетических установок специализации 7.100 302.03 и 8.100...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенский государственный университет (ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет) Факультет Машиностроения, транспорта и энергетики (ФМТЭ) Кафедра Сварочное, литейное производство и материаловедение (СЛПиМ) Т.А. Дурина ЗАЩИТА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 150204 (Методическое пособие)...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Методические указания к самостоятельной работе по курсу “Техническая термодинамика” 2007 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Методические указания к самостоятельной работе по курсу “Техническая термодинамика” Рассмотрено на заседании кафедры Промышленная теплоэнергетика Протокол...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.