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istruzione professionale

"Stato di Yaroslavl università tecnica»

Dipartimento di “Processi e apparati della tecnologia chimica”

Compito di calcolo

nella disciplina "Processi e apparati della tecnologia chimica"

CALCOLO DELL'IMPIANTO DI POMPAGGIO

Completato il compito

studente S.S. Kovalčuk

Insegnante

Dottorato di ricerca tecnologia. Scienze, professore associato

AV. Zucchero

Introduzione

Le unità di pompaggio sono ampiamente utilizzate in tutti i settori economia nazionale: nell'industria, nell'edilizia, nei trasporti, nel agricoltura. Ciò implica conoscenza fondamenti teorici idraulica e capacità di svolgere pratiche calcoli idraulici per un ampio corso di specialisti.

L'incarico riguarda "Calcolo unità di pompaggio"copre un complesso dei più importanti calcoli applicati nel campo dell'idraulica ed è consigliato per l'esecuzione da parte degli studenti che studiano il corso "Processi e apparati della tecnologia chimica".

Quando inizi a completare un'attività, dovresti studiarne attentamente i contenuti e familiarizzare con la letteratura scientifica, tecnica ed educativa.

Quando si esegue un'attività di calcolo, è necessario essere guidati dalla seguente metodologia:

1) Disegnare uno schema dell'impianto di pompaggio secondo l'opzione accettata;

2) eseguire i calcoli della tubazione, costruire le caratteristiche di progetto della rete in coordinate: pressione richiesta H, flusso del fluido V;

3) Selezionare una pompa e tracciare le caratteristiche della pompa su un grafico raffigurante le caratteristiche della rete;

1. Compito di calcolo

Dati iniziali:

acqua liquida;

temperatura t – 40 C o;

portata Vf – 10 l/s – 0,01 m 3 /s;

testa geometrica Ng – 25 m;

pressione nei serbatoi – P 1 = 0,1 MPa, P 2 = 0,15 MPa;

lunghezza totale della tubazione L – 150 m.

Resistenza locale sulla tubazione ξ:

Sulla linea di aspirazione:

dispositivo di aspirazione ( valvola di ritegno con rete protettiva) 1 pezzo = 4,3;

rotazione regolare (retrazione) 2 pz.=0,14*2=0,28;

Sulla linea di pressione:

valvola (o valvola) 1 pz. = 0,5;

rotazione regolare (retrazione) 2 pz. = 0,14*2 = 0,28;

uscita dal tubo (all'apparecchio B) 1 pz. = 1.

Velocità della girante n = 3000 giri/min.

Figura 1. Schema di installazione del pompaggio.

2. Calcolo idraulico della condotta

2.1 Selezione del diametro del tubo

Il diametro del tubo viene calcolato utilizzando la formula

(1)

dove d – diametro del tubo (calcolato), m;

V – portata del liquido specificata, m 3 / s;

W – velocità media del fluido, m/s.

Il calcolo secondo (1) viene effettuato separatamente per la linea di aspirazione e per la linea di pressione, mentre W per la linea di aspirazione viene preso 0,8 m/s, per la linea di pressione 1,5 m/s.

Il diametro effettivo del tubo è

d1 =159 x 5,0 mm

d2 =108 x 5,0 mm

In base al diametro effettivo accettato del tubo, viene specificata la velocità media del fluido

2.2 Determinazione dell'altezza di installazione della pompa (altezza di aspirazione)

L'altezza di aspirazione consentita viene calcolata utilizzando la formula

dov'è l'altezza di aspirazione consentita, m;

P 1 – impostare la pressione nel serbatoio di alimentazione, Pa;

R np – pressione di vapore saturo di un liquido ad una data temperatura, Pa;

ɷ - densità del liquido, kg/m3;

Perdita di pressione nella linea di aspirazione, m;

Riserva di cavitazione ammissibile, m.

Determinazione della riserva di cavitazione ammissibile

Azioni critiche

dove V è la prestazione della pompa (portata del fluido specificata), m 3 /s;

n – velocità di rotazione della girante della pompa, giri/min.

La riserva di cavitazione ammissibile è aumentata rispetto a quella critica del 20...30%

Calcolo della perdita di carico nella linea di aspirazione

Il calcolo viene eseguito secondo il principio della somma delle perdite di pressione

(5)

dove λ – coefficiente di attrito;

l 1 – lunghezza della linea di aspirazione, m;

d 1 – diametro del tubo di aspirazione, m;

ξ arr.cl. ξ p.p.

– coefficienti di resistenza locale;

w 1 – velocità del fluido nella linea di aspirazione, m/s.

Il coefficiente di attrito dipende dal criterio di Reynolds Re e dalla relativa rugosità

λ = f(Re,E) (6)

(7)

Il criterio di Reynolds viene calcolato utilizzando la formula

dove ρ è la densità del liquido, kg/m3;

μ – coefficienti di viscosità dinamica, Pa.s.

La rugosità relativa (levigatezza) viene calcolata utilizzando la formula

dove e è il valore della rugosità equivalente.

Nel calcolare il criterio di Reynolds, abbiamo dimostrato che il regime è turbolento, il che significa che il coefficiente di attrito viene selezionato secondo il grafico di G.A. Murana

Calcoliamo la perdita di pressione utilizzando la formula (5)

motore elettrico di potenza della pipeline della pompa

Al valore l 1 secondo l'assegnazione è associato un determinato valore h all. . Pertanto il calcolo viene effettuato con il metodo delle approssimazioni successive. Per fare questo è necessario:

Impostare il valore l 1c m;

Determinare h p.s. ;

Calcola h sole;

Verificare la condizione l 1 =h cc +3 m

La deviazione è inferiore al 10%, quindi il calcolo è corretto.

2.3. Costruzione della curva di pressione richiesta (caratteristiche della rete)

dove Í g – altezza geometrica della risalita del liquido, m;

P 1, P 2 – pressione rispettivamente nei serbatoi di pressione e di alimentazione, Pa;

La somma dei coefficienti di resistenza locale lungo l'intera tubazione.

Somma delle resistenze locali

dove ξ ob.kl – dispositivo di aspirazione (valvola di ritegno con rete protettiva);

ξ p.p – virata dolce (retrazione);

ξ edificio – valvola (o valvola);

ξ out – uscita dal tubo (verso l'apparecchio B).

I primi due termini della (1.9.) non dipendono dalla portata. La loro somma è detta pressione statica N st

(10)

Nel caso di un regime turbolento, assumendo la legge quadratica della resistenza (λ=const), si può considerare una costante la seguente espressione:

(11)

Tenendo conto delle formule precedenti, l'espressione della pressione richiesta può essere rappresentata come

Per costruire la curva di pressione richiesta, è necessario specificare diversi valori di flusso del liquido, sia inferiori alla portata data, sia maggiori di essa, e anche uguali a quella data.

Tabella 1 Caratteristiche della rete

3. Selezione della pompa

I parametri iniziali per la scelta di una pompa sono le sue prestazioni corrispondenti alla portata del fluido data e al consumo di pressione N richiesto. La frequenza di rotazione specifica viene calcolata utilizzando la formula:

dove n è la velocità di rotazione della girante della pompa, giri/min

Il tipo di pompa è determinato dalla frequenza di rotazione specifica n y

13…25 – centrifugo a bassa velocità

Utilizzando il programma riassuntivo di portata e pressione per un dato tipo di pompa, determiniamo la marca della pompa. Per fare ciò, sul grafico viene tracciato un punto con coordinate V ass, N materiali di consumo.

Per portata V = 0,01 m 3 / se pressione N consumo = 33,49, pompa marca 3K9 n = 2900 giri/min.

Dopo aver selezionato la marca della pompa caratteristica principale devono essere trasferite al grafico dalla rete caratteristica. La curva di efficienza ή = f(V) viene trasferita nel campo dello stesso grafico Utilizzando i parametri ottenuti, viene calcolata la potenza sull'albero della pompa [kW].

chilowatt,

dove N in – potenza all'albero, kW;

ρ – densità del liquido, kg/m3;

V – capacità della pompa (portata del liquido specificata) m 3 /s;

2. è stata realizzata una rete caratteristica;

3. calcolata la frequenza specifica di rotazione;

4. selezionato il tipo di pompa in base alla frequenza specifica;

5. Abbiamo scelto la marca della pompa 3K9, la velocità operativa n = 2900 giri/min.

Elenco delle fonti utilizzate

1. Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Esempi e problemi per il corso sui processi e le apparecchiature. – L.: Chimica, 1981. – 560 p.

2. Kasatkin A.G. Processi e apparati di base della tecnologia chimica. – Mosca 2005. – 750 pag.

3. Turkin V.V. Calcolo dell'unità di pompaggio. - Yaroslav. Politecnico int. Yaroslavl, 1991. – 19 p.

4. Calcolo dell'unità di pompaggio

1. Determinazione dei parametri principali della pompa

1.1 Determinazione delle prestazioni della pompa

Le prestazioni della pompa sono determinate dalla seguente formula:

dove Qmax. giorni - consumo massimo giornaliero di acqua da parte delle utenze del villaggio (esclusi i consumi per esigenze antincendio), m 3 ;

T - durata di funzionamento dell'unità di pompaggio (tratta dal programma di consumo dell'acqua), ore.

1.2 Determinazione della pressione

La pressione dell'unità di pompaggio dipende dallo schema di approvvigionamento idrico selezionato.

Fig.1. Schema di installazione del pompaggio: 1 - pozzo; 2 - valvola di aspirazione con rete; 3 - ginocchio; 4 - pompa; 5 - valvola di ritegno; 6 - valvola di regolazione; 7 - torre dell'acqua

Poiché l'acqua nel WB è sotto pressione atmosferica, determineremo la pressione utilizzando la seguente relazione:

dove H 0 è l'altezza geometrica dell'acqua, m;

h - perdita di pressione sulle linee di aspirazione e mandata, m.

L'altezza di sollevamento geometrica è determinata dalla formula:

dove Z k è il segno geodetico del livello dell'acqua nel pozzo, m;

Z b - segno geodetico del livello WB, m.

La perdita di carico è definita come la somma delle perdite di carico sulle linee di aspirazione e mandata:

2. Determinazione della perdita di carico

Poiché sulla tubazione sono presenti resistenze locali, quindi, secondo il principio di sovrapposizione delle perdite, le perdite di pressione totali su di essa sono la somma algebrica delle perdite lungo la lunghezza e delle perdite di pressione nelle resistenze locali e sono determinate dalla seguente relazione:

dov'è il coefficiente di resistenza all'attrito idraulico; l - lunghezza della tubazione, m; d - diametro della tubazione, m; i è la somma dei coefficienti di resistenza locale.

Selezioniamo una velocità di movimento per le linee di aspirazione di 1 m/s per diametri di tubo da 250 a 800 mm.

Il coefficiente di resistenza all'attrito idraulico viene determinato utilizzando il seguente metodo:

Troviamo il numero di Reynolds utilizzando la formula:

Coefficiente viscosità cinematica, m2/s., a

Perché R e >

Dov'è la rugosità assoluta, m

Gomito () - 0,8 m Valvola di aspirazione con rete - 39 m.

Perdita di pressione sulla linea di scarico:

Vcarico=1,3…2,0 m/s

In base alla velocità e alla portata selezionate, determiniamo il diametro della tubazione utilizzando la formula:

Perché R e > 2320 (modalità turbolenta), determiniamo il criterio composito:

Dov'è la rugosità assoluta, m, (m.2, pagina 16, appendice 2)

A = 10...500 il coefficiente è determinato dalla formula Altschul (zona di transizione):

valvola di ritegno 32 m.

valvola di regolazione sulla linea di scarico: leq=0,6 m

Perdita di carico: m

3. Selezione di una pompa per un impianto di pompaggio

Sul grafico riassuntivo dei campi delle pompe di tipo K e KM (K è una pompa a sbalzo, KM è una pompa a sbalzo monoblocco), tracciamo le coordinate Q e H e troviamo il punto della loro intersezione. Questo punto rientra nel campo della pompa K160/30 con velocità di rotazione n = 1450

K160/30, RE K =168, RE SI =50, n =1450

4. Determinazione del punto di funzionamento della pompa

Per determinare il punto operativo, costruiamo un grafico congiunto delle caratteristiche della pompa selezionata e delle caratteristiche totali delle tubazioni di aspirazione e scarico della stazione di pompaggio. Costruiamo la caratteristica della pompa in base ai dati della pompa e la caratteristica totale delle tubazioni secondo la seguente relazione:

dove A N - resistività condutture (caratteristiche) della stazione di pompaggio, con 2 / m 5;

dove N a è la pressione nel punto A, m;

Q a - portata nel punto A, m 3 /s.

5. Determinazione dei parametri di rotazione della ruota e della potenza della pompa

Il punto di funzionamento della pompa molto raramente coincide con quello calcolato. Per garantire il trasferimento del funzionamento della pompa dal punto P al punto A, esistono diversi metodi.

Modifica della pendenza delle caratteristiche della tubazione strozzando il flusso d'acqua all'uscita della pompa con una valvola. Quando la valvola è chiusa, la curva H c diventerà più ripida.

Modifica delle caratteristiche di fabbrica della pompa:

a) variazione della velocità di rotazione;

b) tagliare il diametro della girante

Il primo metodo è il più semplice, ma meno efficace, poiché diminuisce l'efficienza dell'impianto. Il secondo metodo (a) viene utilizzato raramente a causa della complessità dei sistemi di controllo della velocità motori elettrici asincroni utilizzato per azionare pompe centrifughe. Nel caso 2 (b), l'elevata efficienza dell'impianto viene mantenuta con costi minimi per la riattrezzatura dell'impianto, pertanto lo utilizzeremo.

Per calcolare i parametri della pompa quando si gira una ruota, utilizzeremo la teoria della somiglianza. Se il rapporto tra il diametro effettivo e il diametro di taglio è indicato con (coefficiente di svolta), ad es. quindi la relazione matematica tra gli indicatori principali della pompa sarà simile a questa:

Da questa formula ne consegue che al diminuire del diametro della ruota le caratteristiche della pompa saranno inferiori a quelle di fabbrica. Ad un certo valore, una delle caratteristiche passerà attraverso T.A. Il compito si riduce a trovare il valore. Va inoltre tenuto presente che non è consentita una rotazione eccessiva della ruota a causa di una diminuzione dell'efficienza. I limiti di rotazione vengono presi in base al coefficiente di velocità della pompa n S:

Dove n è il numero di giri della girante

Q - portata della pompa, m 3 /s;

N - testata della pompa, m

Poiché n S risulta essere compreso tra 120 e 200, scegliamo i limiti di svolta tra 11 e 15%.

Per determinare il valore del coefficiente di svolta, impostiamo il valore massimo del coefficiente pari a 1,2. Determinare le coordinate del punto 2:

Il valore di X può essere determinato tramite H 1 e Q 1:

Otteniamo il valore richiesto del coefficiente di svolta come media aritmetica dei valori X 1 e X 2:

6. Selezione di un motore elettrico

La potenza del motore elettrico per azionare una pompa con una ruota tagliata è determinata dalla formula:

Dove k è il fattore di riserva di carica, assunto pari a 1,3;

Densità dell'acqua, kg/m;

trasmissione - efficienza della trasmissione dal motore alla pompa (0,98-1);

giri al minuto - efficienza di una pompa con una ruota lavorata, determinata dalla formula:

dove p è l'efficienza di una pompa con girante normale nel punto di funzionamento (Met2 Appendice 5).

Dove p è l'efficienza di una pompa con girante normale nel punto di funzionamento.

Valori di Q, N e H per una pompa con ruota lavorata.

In base alla potenza e alla velocità di rotazione selezioniamo dal catalogo un motore asincrono: AIR 100 S2 Ndv=4 kW n = 3000 giri/min

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