Институт Урбанистики, архитектуры и строительства
Кафедра «Теплогазоснабжение и нефтегазовое дело»
Направление 08.03.01 «Строительство»
Профиль: Теплогазоснабжение и вентиляция
Контрольная работа
по дисциплине:
«Насосы, вентиляторы и компрессоры»
Выполнил: студент 3 курса, группы б4-СТЗСипу31
Ширма Анна Владимировна
Принял: д.т.н., профессор кафедры ТНД
Медведева О.Н.
Содержание
Введение
1. Кинематика потока в рабочем колесе нагнетателя
2. Высота всасывания центробежного насоса и условия, влияющие на высоту установки насоса
Задача 1
Задача 2
Задача 3
Задача 4
Задача 5
Задача 6
Задача 7
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Силовые общепромышленные установки -- это установки, которые имеются практически на каждом промышленном предприятии независимо от специфики и характера технологического процесса. К общепромышленным установкам относят компрессорные, насосные, вентиляционные, воздуходувные установки и подъемно-транспортные устройства. Расход электроэнергии силовыми общепромышленными установками составляет 45 -- 60% общезаводского электропотребления, а именно (для крупного машиностроительного завода): 20 -- 25% электроэнергии потребляют компрессорные для выработки сжатого воздуха; 15 -- 20% -- вентиляционные установки; 5 -- 6% -- насосные водозабора и перекачки воды; 7 -- 8 % -- подъемно-транспортные устройства. В силовых установках применяют асинхронные и синхронные двигатели трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и напряжением от 127 В до 10 кВ, а при необходимости регулирования производительности установок -- двигатели постоянного тока. Мощность таких силовых установок в общем случае изменяется в широком диапазоне от долей единицы, единиц (например, электродвигатели задвижек, затворов, подачи масла) до десятков (30 -- 60) мегаватт (кислородные турбокомпрессоры и воздуходувки доменных печей). Характер нагрузки, как правило, ровный, особенно для мощных компрессорных, насосных и вентиляционных установок, а толчки нагрузки имеют место только при пусках двигателей. Двигатели основных механизмов (компрессоры, вентиляторы, насосы) имеют продолжительный режим, а двигатели вспомогательных устройств (например, задвижки, затворы, дозаторы) -- повторно-кратковременный или кратковременный режим работы. Коэффициент мощности таких приемников электроэнергии достаточно стабилен (0,8 -- 0,9). Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов чаще всего применяют синхронные двигатели, работающие в режиме перевозбуждения (с опережающим коэффициентом мощности). Расположение электрооборудования силовых установок стабильно. Требуемая степень бесперебойного электроснабжения приемников электроэнергии силовых установок зависит от назначения и мощности установки, характера и требований технологического процесса конкретного производства.
1. Кинематика потока в рабочем колесе нагнетателя
Конструкция рабочего колеса насоса или вентилятора представляет собой систему лопаток (аэродинамических профилей), заканчивающихся острой кромкой. Профили закреплены между двумя дисками, один из которых насажен на вал, соединенный с валом электродвигателя. При вращении колеса каждая лопатка вследствие циркулярного обтекания, взаимодействуя с потоком, вызывает появление реакции, равной по величине подъемной силе.
Энергия, передаваемая потоку рабочим колесом, определяется значением абсолютных с, относительных w и окружных u скоростей на входе и выходе из межлопастного пространства.
Абсолютная скорость с - это скорость движения потока относительно неподвижного корпуса нагнетателя. Абсолютная скорость равна сумме относительной w и переносной (окружной) u скоростей:
(1)
Относительная скорость w - это скорость движения потока жидкости относительно вращающегося рабочего колеса насоса. Вектор ее направлен по касательной к лопатке рабочего колеса, т.е. вдоль линии тока.
Вектор окружной скорости u, направлен по касательной к данной точке рабочего колеса радиусом r в сторону вращения, а ее значение определяют по следующему уравнению:
(2)
где, - радиус рабочего колеса;
- угловая скорость вращения рабочего колеса.
Векторы окружной и абсолютной скоростей образуют угол a, вектор относительной скорости с обратным направлением окружной скорости - угол b.
Выделим сечение между двумя соседними лопатками и рассмотрим течение жидкости в нем (рис 1.).
Пусть на входе в рабочее колесо (1) имеются окружная скорость u1, относительная скорость w1, и абсолютная скорость с1. Направление скорости w1 определяется углом b1, который называется углом входа. На выходе из рабочего колеса (2) имеем соответственно скорости u2, w2, c2. Направление скорости w2 определятся углом b2.
Рисунок 1 Кинематика потока в рабочем колесе нагнетателя
Таким образом, на входе и выходе из рабочего колеса получаем треугольники скоростей (рис 2).
Рисунок 2 Треугольники скоростей
Как видно из рисунка 2, абсолютную скорость потока можно разложить на радиальную (расходную) составляющую, равную сr=сsina окружную составляющую cu=ccosa называемую скоростью закручивания.
2. Высота всасывания центробежного насоса и условия, влияющие на высоту установки насоса
Центробежные насосы обеспечивают широкую область подач и давлений; соотношения между основными параметрами этих насосов очень разнообразны.
Высота всасывания насоса относится одному из очень важных параметров при определении положения насоса по отношению к уровню воды в источнике, из которого он будет перекачивать воду.
В промышленности выделяют геометрическую и вакуумметрическую высоту всасывания.
Геометрическая высота всасывания представляет собой разность отметок двух горизонтальных плоскостей, одна из которых проходит через условную линию на всасывании насоса (как правило это ось насоса), а вторая совпадает со свободной поверхностью перекачиваемой жидкости в приемном резервуаре или источнике.
Высота всасывания и кавитация насоса
По условиям работы насоса, на стороне всасывания могут быть установлены определенные ограничения, которые обусловлены возможностью возникновения в некоторых зонах всасывающего трубопровода особого явления, называемого кавитацией.
Сущность кавитации заключается в образовании разрывов сплошности потока в тех местах, где давление снижается до величины, соответствующей давлению насыщенного пара при данной температуре жидкости. В таких местах происходит быстрое вскипание жидкости, но так как давление в потоке не бывает строго постоянным, а пузырьки пара переносятся потоком, то вслед за вскипанием происходит обратный процесс быстрой конденсации пузырьков пара.
Обобщенно говоря разрушение кавитацией поверхности проточной части насосов имеет весьма характерный вид, а работа кавитирующего насоса сопровождается шумом, внутренним треском, ударами и повышенной вибрацией.
Явление кавитации обычно возникает во всасывающей части насоса. В некоторых случаях кавитация может возникнуть и на напорной части в месте срыва потока с рабочих поверхностей лопаток.
Геометрическая высота всасывания
Рисунок 3 Схема определения геометрической высоты всасывания
Для определения высоты всасывания воды и предупреждения кавитации, для обеспечения нормальной работы центробежного насоса на всасывающей стороне является определение и поддержание такого давления разрежения, при котором кавитация не появится.
Степень разряжения зависит от превышения внешнего атмосферного давления над внутренним абсолютным давлением всасывания жидкости во входной части рабочего колеса.
Для определения высоты всасывания насоса напишем уравнение сохранения энергии (уравнение Бернулли) для струйки жидкости А-Б, движущейся от поверхности нижнего уровня до входа на рабочие лопасти насоса
(3)
где - гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода
Наименьшая высота расположения точки Б входа в межлопаточные каналы над нижним уровнем, при которой возникает кавитация, называется срывная или критическая геометрическая высота всасывания.
(4)
- кавитационный запас
С - коэффициент, определяющий стойкость насоса к кавитационным явлениям. Он лежит в пределах 500 - 1500.
n - частота вращения насоса
Q - подача насоса
Работа насоса при - практически недопустима, потому что малейшее случайное понижение давления в потоке повлечет за собой в этих условиях развитие кавитации и срыв работы насоса. Нормальная работа возможно только когда допустимая высота всасывания ниже критической (максимальной высоты всасывания).
Максимальная высота всасывания
Надежность работы насоса в кавитационном смысле обеспечивается обычно запасом около 25%, т.е.
(5)
Разумеется, допустимая высота всасывания существенно зависит от температуры жидкости. Очевидно, что повышение температуры всасываемой жидкости уменьшает максимальную и допустимую высоты всасывания.
При высоких температурах жидкости допустимая высота всасывания может быть отрицательной, что указывает на необходимость расположения уровня всасывания жидкости выше оси насоса. Следовательно, возможно два различных варианта установки насоса.
Установка насоса по схеме а характерна для насосов, подающих жидкости с низкой температурой, а установка по схеме б - для насосов, подающих жидкости с высокой температурой, а так же при всасывании насосами холодной воды из пространств с достаточно высоким вакуумом.
Установки, выполненные по схеме б часто встречаются в теплоэнергетике в схемах регенерации и питания паровых котлов.
Рисунок 4 Схемы установки насоса
Когда насос перекачивает горячую воду, резервуар, из которого он всасывает, приходится располагать выше насоса. Но по строительным и компоновочным соображениям иногда бывает трудно осуществить требуемую расчетом высоту. Поэтому можно уменьшить её снижением скорости воды во всасывающем трубопроводе и понижением его сопротивления.
Такое достигается увеличением диаметра всасывающего трубопровода, уменьшением его длины, а также выбором рациональной конструкции тех элементов всасывающего трубопровода, которые дают место снижению напора.
В некоторых случаях допускаемую высоту всасывания можно понизить повышением давления в резервуаре, из которого происходит всасывание.
Задача 1
Определить напор насоса, подающего воду из сборного резервуара в водонапорную башню, и мощность двигателя к нему, если подаваемый расход жидкости равен Q, диаметр всасывающего трубопровода d, длина трубопровода l, отметка воды в сборном резервуаре , отметка оси , отметка верхнего уровня воды в водонапорной башне , длина напорного трубопровода , диаметр напорного трубопровода .
На всасывающем трубопроводе установлены приемный клапан с сеткой, три колена, переход и задвижка. Полный коэффициент полезного действия насоса равен 0,83. Данные для расчета приведены в табл.1. Номер варианта выбирается в соответствии с предпоследней цифрой шифра зачетной книжки
Исходные данные:
Q= 30 , d=150 мм, l=12 м, =92 м, =96 м, =135 м, =550 м
=125 мм
Решение
Напор, который должны развивать насосы первого подъема, рассчитывают конкретно для данной схемы размещения насосной станции в системе водоснабжения. Если насосная станция первого подъема подает воду на очистные сооружения или в резервуар оборотной системы водоснабжения, то полный напор, который должны развивать насосы, определяют по формуле:
(6)
где -- геометрическая высота подъема, равная разности отметок наивысшего уровня воды в приемном резервуаре и наинизшего горизонта воды в водоприемнике; и -- потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах соответственно. В тех случаях, когда насосы первого подъема подают воду непосредственно в сеть, полный напор определяют по формуле:
(7)
где -- геометрическая высота подъема, равная разности отметок расчетной (диктующей) точки сети и наинизшего горизонта воды в водоприемнике;. -- свободный напор, требуемый в расчетной точке водопроводной сети; -- сумма потерь напора в водоводах и водопроводной сети (до расчетной точки); -- потери напора во всасывающем трубопроводе.
Геометрическая высота всасывания:
Q=30 =8,333 л/с
Используя таблицы Ф.А. Шевелева, для Q=8,333 л/с и d=150 мм находим 1000i=2,95; . Потери по длине всасывающей линии:
сумма коэффициентов местных сопротивлений
Местные потери напора
Потери при всасывании на преодоление сопротивлений по длине и местных потерь
м.вод.ст.
Геометрическая высота нагнетания
Потери напора в нагнетательном трубопроводе
м. вод. ст.
(по таблицам Ф.А. Шевелева для Q=8,333 л/с и d=125 мм находим 1000i=7,04; . Коэффициентом 1,1 учтены местные потери напора.
Полный напор насоса равен
(8)
м.вод.ст.
Ответ: м.вод.ст.
Задача 2
Определить подачу воды в сети, коэффициент полезного действия насоса и мощность электродвигателя, приняв КПД электродвигателя ?=0,92, при последовательном соединении двух одинаковых насосов. Характеристика одного из них дана в табл.3.
Данные для построения характеристики сети приведены в табл.4. Номер варианта принимается по второй цифре шифра зачетной книжки.
Исходные данные: Q= 175 , Н=20 м, ?=0,57, l=1200 м, d=180 мм, Z=30 м