Пример расчёта заданий 11-20.

Рассчитать трубопровод и подобрать центробежный насос для подачи уксусной кислоты 70%-ной с начальной

температурой 20°С при расходе

Q = 72 м3 ч

из емкости в

колонну. Коэффициент сопротивления теплообменника

xT = 28 .

Разность уровней в сосудах h = 18 м, давление в колонне

изб

pk  = 0, 015МПа ,  в  емкости p0 = 740 мм.рт.ст. Трубопровод

состоит из трех участков, длина которых

lВ = 12м ,

lH1 = 18м ,

lH 2 = 50м

(рис.1). Коэффициент сопротивления обратного

клапана с сеткой принять равным 7,0. Материал трубопровода –

углеродистая сталь, относительная шероховатость трубы

D = 0, 5мм .

Рис.1. К заданию 11-20: 1 – приемный (обратный) клапан с сеткой-фильтром, 2 – центробежный насос, 3 – теплообменник, 4 – колонна

 

 

Расчет центробежного насоса ведется в следующей последовательности:

- гидравлический расчет трубопроводной сети,

- подбор насоса.

Расчет трубопроводов заключается в определении его диаметра и гидравлического сопротивления (потерь напора). Диаметр d рассчитывается по уравнению расхода Q

Q = uS = pd2u 4 (при этом скоростью движения жидкости u

задаемся в пределах 0,5 - 3 м/с):

1/ 2

d = æ 4 ×Q ö

è    ø

ç p×u ÷

 

 

1/ 2

(1)

ç         ÷

æ 4 × 72 ö

 

d =   3600

= 0,16 м .

ç 3,14 ×1 ÷

ç         ÷

è         ø

Найденное значение округляется до ближайшего в таблице сортамента труб (прил. 1, табл. 1), после чего уточняется величина скорости

u = 4 ×Q

p×d2

(2)

Ближайший по сортаменту 168×9 мм (т.е. внутренний диаметр трубопровода равен 168 - 2 × 9 = 150 мм=0,15 м ), поэтому

4 × 72

u =   3600 = 1,132 м с .

3,14 × 0,152

Гидравлическое         сопротивление        трубопровода рассчитывается по выражению:

DhП = å DhL + å Dhм

(3)

Потеря напора на прямых участках трубопровода определяется по формуле Дарси - Вейсбаха:

DhL

l u2

DhL = l d × 2g

(4)

(в нашем случае диаметр принимается одинаковым на всей длине трубопровода).

Коэффициент сопротивления l находится по соответствующим формулам в зависимости от величины критерия Рейнольдса Re и относительной шероховатости трубы

D .

Критерий Рейнольдса Re рассчитывается по формуле

Re =

r×u×d

m                                             (5)

где r и m - плотность ( кг м3 ) и вязкость ( Па × с ) перекачиваемой жидкости при заданной температуре (табл.2, прил.1).

Re = 1068, 5 ×1,132 × 0,15 = 72560

2, 5 ×10-3

1. Для ламинарного режима течения при Re < 2320:

l = 64

Re

(6)

2. Для  турбулентного  режима  в  области

гидравлически гладких труб при 3000 < Re < 15 d

D

l = 0, 3264

Re0,25

(7)

3. В области частично шероховатых труб

при15 d < Re < 300 d :

D               D

l = 0,11×æ D + 68 ö

è        ø

ç d Re ÷

0,25

 

(8)

4. Для шероховатых или области квадратичного

сопротивления при Re > 300 d :

D

d

ç ÷

l = 0,11æ D ö

è ø

0,25

 

(9)

Таким образом, при значениях Re = 72560

частично шероховатых труб, следовательно

- это область

æ 0, 5 ×10-3

l = 0,11×ç           +

0,25

68 ö

÷

 

= 0, 028

è 0,15  72560 ø

Величины коэффициентов местных сопротивлений даны в табл.XIII на c.520 /3/. Сопротивление теплообменника задано в

виде суммарного коэффициента сопротивления xT

задании.

и указано в

Общая потеря напора трубопроводной сети

æ l       ö u2

è            ø

DhП = çl d + åx÷ 2g

Dh  = æ 0, 028 × 12 +18 + 50 + 28 + 7 + 3× 0,1+

(10)

è

П    ç             0,15

2

+3× 5 + 3× 0, 5 + 3×1) 1,132

2 ×9,81

= 4, 557 м

Следующим этапом решения задачи является подбор

насоса для данной установки при требуемой подаче

QH = Q .

Решение этого вопроса сводится к вычислению потребного

напора установки

HПОТР

и, следовательно, напора насоса

HН .

Величины  QH

и HН

являются исходными для подбора

соответствующего насоса и его двигателя.

Потребный напор установки определяется по выражению

 

 

или

HПОТР

= h + pk - p0 + Dh

rg       П

(11)

HПОТР = HСТ + DhП ,                                  (12)

где

HСТ

= h + pk - p0

rg

- статический напор; h - высота  подъема

жидкости (разность уровней в сосудах), м;  pk

- давление  в

приемной колонне, Па; p0

- давление на свободной поверхности

питающей емкости, Па;

DhП

- суммарные потери напора  в

трубопроводе, определяемые по уравнению (10).

В задании дано избыточное давление в колонне, переводим его в абсолютное:

изб                                                    6

pk = pk + pатм = 0, 015 ×10 + 760 ×133, 3 = 116300 Па .

HСТ

= h + pk - p0 = 18 + 116300 - 740 ×133, 3 = 19, 685 м .

rg                1068, 5 × 9,81

HПОТР

= h + pk - p0 + Dh

rg       П

= 19, 685 + 4, 557 = 24, 242 м .

По значениям QH , HН = HПОТР

по таблице 2.5 на с.92 в /3/

выбираем марку насоса. Насосы типа Х предназначены для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей без включений или с твердыми включениями с размером частиц до 0,2 мм при их концентрации до 0,2%. Выбираем (округляя в сторону увеличения напора и производительности с небольшим запасом) центробежный насос типа Х90/33 со следующими характеристиками: число оборотов n = 48,3 об/c; КПД насоса – 0,7; тип электродвигателя – АО2-62-2; мощность - 17 кВт; КПД электродвигателя – 0,88.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5