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職業教育

「ヤロスラヴリ州立工科大学」

部門「化学技術のプロセスと装置」

決済業務

「化学技術のプロセスと装置」の分野で

ポンプユニットの計算

タスク完了

学生SS コヴァルチュク

先生

カンド。 技術。 理学部准教授

AV。 スガク

序章

ポンプユニットは、産業、建設、輸送など、国民経済のあらゆる分野で広く使用されています。 農業. これには知識が含まれます 理論的基礎幅広い専門家のために、水力学と実用的な水力計算を実行する能力。

タスクは「計算 ポンピングユニット» 水力学の分野における最も重要な応用計算のセットをカバーしており、コース「化学技術のプロセスと装置」を学習している学生に推奨されます。

タスクに取り掛かるには、その内容を注意深く研究し、科学的および技術的および教育的文献に精通する必要があります。

計算タスクを実行するときは、次の方法論に従う必要があります。

1) 受け入れられたオプションに従って、ポンプユニットの図を描きます。

2）パイプラインの計算を実行し、ネットワークの設計特性を座標で構築します：必要な水頭H、流体の流れV。

3) ポンプの選択を実行し、ポンプの特性をネットワークの特性を示すグラフにプロットします。

1.決済業務

初期データ:

液体の水;

温度 t - 40 C o;

消費量Vウェル - 10 l / s - 0.01 m 3 / s;

幾何学的ヘッドH g - 25 m;

タンク内の圧力 - P 1 \u003d 0.1 MPa、P 2 \u003d 0.15 MPa;

パイプラインの全長 L - 150 m。

パイプライン上の局所抵抗 ξ:

吸引ライン:

吸気装置（保護メッシュ付きチェックバルブ）1個= 4.3;

滑らかな回転 (後退) 2 個 = 0.14 * 2 = 0.28;

圧力ライン:

バルブ（またはバルブ） 1個 = 0.5;

スムースターン(リトラクト) 2個 \u003d 0.14 * 2 \u003d 0.28;

パイプから出る（装置Bへ）1個。 = 1。

インペラの回転数 n = 3000 rpm。

図 1. ポンプ ユニットのスキーム。

2.パイプラインの油圧計算

2.1 パイプ径の選択

パイプの直径は、式によって計算されます

(1)

ここで、d はパイプの直径 (計算)、m です。

V は指定された流体流量、m 3 / s です。

W は平均流体速度、m/s です。

(1)による計算は、吸引ラインと圧力ラインで別々に実行されますが、W は吸引ラインで 0.8 m/s、圧力ラインで 1.5 m/s となります。

実際のパイプ径は

d 1 \u003d 159 x 5.0 mm

d 2 \u003d 108 x 5.0 mm

受け入れられたパイプの実際の直径に応じて、液体の平均速度が指定されます

2.2 ポンプ（サクションリフト）の設置高さの決定

許容吸込揚程は次の式で計算されます。

どこで 許容吸引高さ、m;

P 1 - 供給タンク内の所定の圧力、Pa;

R n.p. は、特定の温度 Pa での液体の飽和蒸気の圧力です。

ε - 液体密度、kg/m 3 ;

吸引ラインの圧力損失、m;

許容キャビテーション リザーブ、m

許容キャビテーション リザーブの決定

クリティカルサプライ

ここで、V はポンプ容量 (与えられた流体流量)、m 3 / s です。

n はポンプ インペラの回転数、rpm です。

許容キャビテーション リザーブは、臨界キャビテーションと比較して 20 ～ 30% 増加します

サクションラインの損失水頭の計算

計算は、圧力損失を追加するという原則に従って実行されます

(5)

ここで、λ は摩擦係数です。

l 1 - 吸引ラインの長さ、m;

d 1 - 吸引パイプの直径、m;

ξarr.cl。 ξ a.p. – 局所抵抗係数;

w 1 - 吸引ラインの液体速度、m/s。

摩擦係数は、レイノルズ基準 Re と相対粗さに依存します。

λ = f(Re,E) (6)

Renolds 基準は次の式で計算されます。

(7)

ここで、ρ は液体の密度、kg/m3 です。

μ – 動粘度係数、Pa.s.

相対粗さ (滑らかさ) は、次の式で計算されます。

ここで、e は等価粗さの値です。

Renolds 基準を計算すると、レジームが乱流であることを示しました。これは、G.A. のグラフに従って摩擦係数が選択されることを意味します。 ムリナ

式（5）に従って水頭損失を計算します

ポンプ パイプライン パワー 電気モーター

割り当てによるｌ １ の値は、ｈ ｓｕｎ の特定の値に関連付けられる。 . したがって、計算は逐次近似法によって行われます。 これには、次のものが必要です。

l 1s m の値で設定します。

h p.s.を決定する ;

h sun を計算します。

状態を確認してください l 1 \u003d h dc +3 m

偏差は 10% 未満なので、計算は正しいです。

2.3. 必要な圧力の曲線の作成 (ネットワーク特性)

必要な圧力 H消費量 - パイプラインの最初の圧力で、所定の流量を提供します。 必要な圧力の流量 H ex = f (V) への依存性は、必要な圧力の曲線、またはネットワークの特性と呼ばれます。 必要な圧力は式によって計算されます

ここで、H g は液体上昇の幾何学的高さ m です。

P 1、P 2 - それぞれタンク内の圧力、圧力と流量、Pa;

パイプライン全体の局所抵抗係数の合計。

ローカル抵抗の合計

どこで ξ ob.cl - 吸気装置（保護グリッド付きチェックバルブ）;

ξ p.p - スムーズな回転 (後退);

ξ zd - ゲートバルブ (またはバルブ);

ξ out - パイプから出る (装置 B へ)。

(1.9.) の最初の 2 つの項は流量に依存しません。 それらの合計は、静的水頭 H st と呼ばれます。

(10)

乱流領域の場合、二次抗力法則 (λ=const) を仮定すると、次の式は定数値と見なすことができます。

(11)

前の式を考慮して、必要なヘッドの式は次のように表すことができます。

必要な圧力の曲線をプロットするには、流体流量のいくつかの値を、指定された流量よりも小さい値と大きい値の両方、および指定された値と等しい値に設定する必要があります。

表 1 ネットワークの特徴

3. ポンプの選択

ポンプを選択するための最初のパラメータは、所定の流体流量と必要な揚程 H 消費に対応するその性能です。 式に従って特定の速度を計算します。

ここで、n はポンプ インペラの回転速度、rpm

特定の速度に応じて n y ポンプのタイプを決定します

13 ... 25 - 遠心低速

特定のタイプのポンプの流量と圧力の要約グラフを使用して、ポンプのブランドを決定します。 これを行うには、座標 V ass、N consum を使用してグラフに点をプロットします。

流速 V=0.01m 3 /s および揚程 H = 33.49 の場合、ポンプ ブランド 3K9 n=2900 rpm。

ポンプのブランドを選択した後 主な特徴特性ネットワークからグラフに転送する必要があります。 効率曲線 ή \u003d f (V) は、同じグラフのフィールドに転送され、得られたパラメータに基づいて、ポンプ シャフトの出力が計算されます [kW]

キロワット、

ここで、N in はシャフトの動力、kW です。

ρ は液体の密度、kg/m3 です。

V - ポンプ性能（与えられた流体流量）m 3 / s;

2.特徴的なネットワークが構築されました。

3. 特定の回転速度を計算します。

4.特定の周波数に応じてポンプのタイプを選択します。

5.ポンプ3K9のブランド、作業回転数n = 2900 rpmを選択しました。

使用したソースのリスト

1. パブロフ K.F.、ロマンコフ P.G.、ノスコフ A.A. プロセスとデバイスの過程での例とタスク。 - L.: Chemistry, 1981. - 560 p.

2. カサトキン A.G. 化学技術の基本的なプロセスと装置。 - モスクワ 2005. - 750 p.

3. ターキン V.V. ポンピングユニットの計算。 -ヤロスラフ。 工科大学 in-t。 ヤロスラヴリ、1991. - 19 p.

4. ポンプユニットの計算

1.ポンプの主なパラメータの決定

1.1 ポンプ性能の決定

ポンプの性能は次の式で決まります。

ここで Q max 。 日 - 村の消費者による 1 日あたりの最大水消費量 (消火に必要な消費量を除く)、m 3;

T - ポンプユニットの動作時間（水消費スケジュールから取得）、h。

1.2 ヘッドの決定

ポンプユニットの圧力は、選択した給水方式によって異なります。

図1。 ポンプユニットのスキーム：1 - 井戸。 2 - メッシュ付きの受信バルブ。 3 - 膝; 4 - ポンプ。 5 - チェックバルブ。 6 - 調整バルブ。 7 - 給水塔

WB 内の水は大気圧下にあるため、落差は次の関係で決まります。

どこで H 0 - 水の上昇の幾何学的高さ、m;

h - 吸引ラインと排出ラインの圧力損失、m。

幾何学的な持ち上げ高さは、次の式によって決定されます。

どこで Z to - 井戸の水位の測地線、m;

Z b - 測地レベル WB、m。

損失水頭は、吸入ラインと吐出ラインの損失水頭の合計として定義されます。

2. 水頭損失の決定

パイプラインには局所抵抗があるため、損失の重ね合わせの原理によれば、パイプラインの総圧力損失は、長さに沿った損失と局所抵抗の圧力損失の代数和であり、次の関係によって決定されます。 :

どこで 油圧摩擦抵抗の係数; l - パイプラインの長さ、m; d - パイプラインの直径、m; i - 局所抵抗の係数の合計。

パイプ径 250 ～ 800 mm のサクション ラインの移動速度は 1 m/s を選択します。

油圧摩擦抵抗係数は、次の方法で決定されます。

式を使用してレイノルズ数を見つけます。

係数 動粘度、m 2 /秒、で

なぜなら、R e >

絶対粗さ、mはどこですか

肘 () - 0.8 m メッシュ付き吸気バルブ - 39 m。

排出ラインの損失水頭:

Vload=1.3…2.0m/s

選択した速度と流量に基づいて、次の式を使用してパイプラインの直径を決定します。

なぜなら Re > 2320 (乱流モード)、複合基準を決定します。

どこで - 絶対粗さ、m、(m.2、p16、付録 2)

= 10 ... 500 では、係数は Altshul 式 (遷移ゾーン) によって決定されます。

逆止弁 32 m。

排出ラインの制御弁: leqv=0.6 m

損失水頭: m

3. ポンプユニットのポンプの選択

K および KM タイプ (K - カンチレバー ポンプ、KM - カンチレバー モノブロック ポンプ) のポンプのフィールドの要約グラフで、座標 Q と H をプロットし、それらの交点を見つけます。 この点速度 n = 1450 のポンプ K160/30 のフィールドにあります。

K160 / 30、D K \u003d 168、D B \u003d 50、n \u003d 1450

4.ポンプのデューティポイントの決定

動作点を決定するために、選択したポンプの特性と、ポンプ場の吸込および吐出パイプラインの合計特性の結合グラフを作成します。 ポンプ データに従ってポンプ特性を構築し、次の関係に従ってパイプラインの合計特性を構築します。

ここで A H - 抵抗率ポンプ場のパイプライン（特性）、s 2 /m 5;

どこで N a - tの圧力 A、m;

Q a - ポイントAでの流量、m 3 / s。

5. 車輪回転パラメータとポンプ出力の決定

ポンプの動作点が計算値と一致することはめったにありません。 点 P から点 A へのポンプ動作の移行を確実にするために、いくつかの方法があります。

バルブでポンプの出口で水の流れを絞ることにより、パイプラインの特性の勾配を変更します。 バルブを閉じると、Hc カーブは急になります。

ポンプの工場特性の変更:

a) 回転速度の変化

b) インペラーの直径を切る

最初の方法は最も単純ですが、インストールの効率が低下するため、あまり効果的ではありません。 2 番目の方法 (a) は、遠心ポンプの駆動に使用される非同期電動機の速度制御システムが複雑であるため、めったに使用されません。 ケース 2 (b) では、設備の再装備のための最小限のコストで設備の高効率が維持されるため、それを使用します。

ホイールを回すときのポンプのパラメータを計算するには、類似性の理論を使用します。 実際の直径とアンダーカットの直径の比率を (回転係数) で表すと、つまり ポンプの主な指標間の数学的関係は次のようになります。

この式から、ホイールの直径が小さくなると、ポンプの特性が工場出荷時の特性よりも低くなることがわかります。 特定の値で、特性の 1 つが t.A. を通過します。 問題は値を見つけることです。 また、効率が低下するため、ホイールの過剰な回転は許可されていないことにも留意する必要があります. 回転制限は、ポンプ速度係数 n S に応じて取られます:

ここで、n は羽根車の回転数です。

Q - ポンプ流量、m 3 / s;

H - ポンプヘッド、m

n S が 120 ... 200 の限界にあることが判明したので、11 ... 15% の回転限界を選択します。

回転係数の値を決定するために、係数の最大値を 1.2 に設定します。 ポイント 2 の座標を決定します。

X の値は、H 1 と Q 1 によって決定できます。

回転係数の望ましい値は、X 1 と X 2 の値の算術平均として得られます。

6. モーターの選択

カットホイールでポンプを駆動するための電気モーターの出力は、次の式で決まります。

ここで、k は 1.3 に等しい力率です。

水密度、kg/m³;

車線 - エンジンからポンプへの伝達効率 (0.98-1);

について - 式によって決定される回転ホイールを備えたポンプの効率：

ここで、p は動作点での通常の羽根車を備えたポンプの効率です (Met2 付録 5)。

ここで、p は動作点での通常のホイールを備えたポンプの効率です。

回転ホイールを備えたポンプのQ、N、およびH値。

カタログからの出力と回転数により、私たちは選択します 非同期モーター：AIR 100 S2 Nmot=4kW n=3000rpm

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