1. Определение основных параметров насоса
1.1 Определение производительности насоса
Производительность насоса определяется по следующей формуле:
где Qmax. сут. - максимальный суточный расход воды потребителями поселка (исключая расход на противопожарные нужды), м 3;
Т - продолжительность работы насосной установки (берется с графика водопотребления), ч.
1.2 Определение напора
Напор насосной установки зависит от выбранной схемы подачи воды.
Рис.1. Схема насосной установки: 1 - колодец; 2 - приемный клапан с сеткой; 3 - колено; 4 - насос; 5 - обратный клапан; 6 - регулировочная задвижка; 7 - водонапорная башня
Поскольку вода в ВБ находится под атмосферным давлением, то напор определим по следующей зависимости:
где Н0 - геометрическая высота подъемы воды, м;
h - потери напора на линиях всасывания и нагнетания, м.
Геометрическая высота подъема определяется по формуле:
где Zк - геодезическая отметка уровня воды в колодце, м;
Zб - геодезическая отметка уровня ВБ, м.
|
|
Потери напора определяются как сумма потерь напора на линиях всасывания и нагнетания:
2. Определение потерь напора
Поскольку на трубопроводе имеются местные сопротивления, то, согласно принципу наложения потерь, общие потери напора на нем являются алгебраической суммой потерь по длине и потерь напора в местных сопротивлениях и определяются по следующей зависимости:
гдеl - коэффициент гидравлического сопротивления трения; l - длина трубопровода, м; d - диаметр трубопровода, м; åzi - сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Выбираем скорость движения для всасывающих линий 1 м/с для диаметров труб от250 до 800 мм.
По выбранной скорости и расходу определяем диаметр трубопровода по формуле:
м А=2,187
Коэффициент гидравлического сопротивления трения определяем по следующей методике:
Находим число Рейнольдса по формуле:
n - коэффициент кинематической вязкости, м2/с., при
Т. к. Re > 2320 (режим турбулентный), определяем составной критерий:
Где D - абсолютная шероховатость, м
При = 10…500, коэффициент определяют по формуле Альтшуля (переходная зона):
Колено () - 0,8 м. Приемный клапан с сеткой - 39 м.
м
Потери напора на линии нагнетания:
Vнаг=1,3…2, 0 м/с
По выбранной скорости и расходу определяем диаметр трубопровода по формуле:
м
м. А=6,959
м/с
Т.к. Re > 2320 (режим турбулентный), определяем составной критерий:
Где D - абсолютная шероховатость, м, (м.2, стр16, приложение 2)
При = 10…500, коэффициент определяют по формуле Альтшуля (переходная зона):
|
|
обратный клапан 32 м.
регулировочная задвижка на линии нагнетания: lэкв=0,6 м
м
Потери напора: м
Напор: м
3. Выбор насоса для насосной установки
На сводный график полей насосов типа К и КМ (К - насос консольный, КМ - насос консольно-моноблочный) наносим координаты Q и H и находим точку их пересечения. Данная точка лежит в поле насоса К160/30 с частотой вращения n = 1450
К160/30, DК=168, DВ =50, n =1450 | |||
Q, м³/ч | H, м | N, кВт | η |
36 | 37,5 | 12 | 35 |
72 | 38 | 15 | 58 |
108 | 37,5 | 18 | 69 |
144 | 35 | 20 | 74 |
180 | 32 | 22 | 75 |
216 | 27 | 24 | 71 |
4. Определение рабочей точки насоса
Для определения рабочей точки строим совместный график характеристики выбранного насоса и суммарной характеристики всасывающего и нагнетающего трубопроводов насосной станции. Характеристику насоса строим по данным насоса, а суммарную характеристику трубопроводов по следующей зависимости:
где АН - удельное сопротивление трубопроводов (характеристика) насосной станции, с2/м5;
где На - напор в т. А, м;
Qа - расход в точке А, м3/с.
q, м³/ч | 14,4 | 28,8 | 43,2 | 57,6 | 72 | 86,4 | 100,8 |
Н, м | 17,9 | 18,2 | 18,7 | 19,5 | 20,4 | 21,5 | 22,9 |
5. Определение параметров обточки колеса и мощности насоса
Рабочая точка насоса очень редко совпадает с расчетной. Для того, чтобы обеспечить перевод работы насоса из т. Р в т. А существует несколько способов.
Изменение крутизны характеристики трубопроводов за счет дросселирования потока воды на выходе из насоса задвижкой. При закрытии задвижки кривая Нс пойдет круче.
Изменение заводской характеристики насоса:
а) изменение частоты вращения;
б) подрезание диаметра рабочего колеса
Первый способ наиболее простой, но менее эффективный, т.к снижается к. п. д. установки. Второй способ (а) применяется редко из-за сложности систем регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей, используемых для привода центробежных насосов. В случае 2 (б) сохраняется высокий к. п. д. установки при минимальных издержках на переоборудование установки, следовательно воспользуемся им.
Для расчета параметров насоса при обточке колеса воспользуемся теорией подобия. Если соотношение действительного диаметра к подрезанному обозначить через (коэффициент обточки), т.е. то математическая зависимость между основными показателями насоса будет выглядеть следующим образом:
Из данной формулы следует, что с уменьшением диаметра колеса, характеристики насоса будут проходить ниже заводских. При определенном значении одна из характеристик пройдет через т.А. Задача сводится к нахождению значения . Также следует учитывать, что чрезмерная обточка колеса не допускается из-за снижения к. п. д. Пределы обточки принимают в зависимости от коэффициента быстроходности насоса nS:
Где n - число оборотов рабочего колеса [2, с. 19]
Q - расход насоса, м3/с;
Н - напор насоса, м
Поскольку nS получилось в пределе 120 … 200, то выбираем пределы обточки 11 … 15%.
Для определения значения коэффициента обточки задаемся максимальным значением коэффициента, равным 1,2. Определяем координаты т.2:
Соединим точку А и точку 2. Прямая пересекает заводскую характеристику в точке 1.
Значение Х можно определить через Н1 и Q1:
Искомую величину коэффициента обточки получаем, как среднее арифметическое значений Х1 и Х2:
6. Выбор электродвигателя
Мощность электродвигателя для привода насоса с подрезанным колесом определяется по формуле:
Где k - коэффициент запаса мощности, принимаемый равным 1,3;
r- плотность воды, кг/м³;
hпер - к. п. д. передачи от двигателя к насосу (0,98-1);
hоб - к. п. д. насоса с обточенным колесом, определяемый по формуле:
гдеhр - к. п. д. насоса с нормальным колесом в рабочей точке (Мет2 Приложение 5).
|
|
Где hр - к. п. д. насоса с нормальным колесом в рабочей точке.
КВт
Значения Q, N и Н для насоса с обточенным колесом.
N, КВТ | 3,4 | 4 | 4,85 | 5,5 | 6 | 6,2 | 6,5 |
Nоб | 1.97 | 2.32 | 2.81 | 3.19 | 3.48 | 3.6 | 3.77 |
Q, м³/ч | 14,4 | 28,8 | 43,2 | 57,6 | 72 | 86,4 | 100,8 |
Qоб | 10.39 | 20.8 | 31.17 | 41.56 | 51.95 | 62.34 | 72.73 |
Н, м | 26,8 | 27,2 | 26,8 | 26,3 | 24 | 21,5 | 18,6 |
Ноб | 21.56 | 21.88 | 21.56 | 21.16 | 19.31 | 17.3 | 14.96 |
По мощности и частоте вращения из каталога подбираем асинхронный двигатель: АИР 100 S2 Nдв=4 кВт n = 3000 об/мин
Литература
1. Т.А. Кирсанова, Методические указания для студентов "Расчет водоснабжения поселка", КГСХА 2007
2. Т.А. Кирсанова, Методические указания для студентов "Расчет насосной установки", КГСХА, 2007
3. Ловкис З.В. "Гидравлика и гидравлические машины"