Гидроустановки: Методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольных работ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УДК 621.22

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина»

Рецензент: Доктор технических наук, профессор Московского государственного университета природообустройства А.Т. Кавешников

Составители: Померанцев О.Н., Кожевникова Н.Г., Цымбал А.А., Кривчанский В.Ф., Ещин А.В. Гидроустановки. Методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольных работ. Разработаны с учетом требований

ГИДРОУСТАНОВКИ

Министерства образования и науки Российской Федерации. Предназначены для выполнения контрольных работ студентами пятого курса факультета заочного образования по специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», а также других специальностей, изучающих курс «Гидроэлектроустановки». – М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2004. – 29 с.

Методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольных работ В методических рекомендациях представлены задания, а также примеры выполнения контрольной работы по курсу «Гидроэлектроустановки», даны краткие теоретические сведения.

Москва 2004

© ФГОУ ВПО МГАУ, 2004 2

подводящей трубки к трубопроводу. Это объясняется малой плотности воздуха,

ВВЕДЕНИЕ

находящегося в подводящей трубке вакуумметра. Для водоснабжения применяют лопастные (центробежные, диагональные, осевые) и поршневые насосы, а также водоподъемники – тараны и эрлифты. Центробежные насосы применяют преимущественно в тех случаях, когда

Геодезическая высота подъёма воды НГ (м) – это расстояние по вертикали от уровня воды в источнике (нижнем бьефе) до уровня воды в водоприёмнике (верхнем бьефе):

H Г = ∇ ВУ − ∇ НУ ,

небольшие расходы воды нужно подать на большую высоту. Осевые насосы применяют при подъеме больших объемов воды на небольшую высоту [1].

(1)

где ∇ ВУ , ∇ НУ – отметки уровней воды, соответственно в верхнем и нижнем бьефах.

Напор насоса – это разность удельных энергий жидкости на выходе и

Геометрическая высота всасывания hВ (м) – это расстояние по вертикали

входе в насос. Насос развивает напор, равный напору в системе насосной

между уровнями воды в источнике (нижнем бьефе) до оси насоса.

установки, в которой он работает. Этот напор складывается из геометрического

Геометрическую высоту всасывания считают положительной величиной, если

напора,

ось насоса расположена выше уровня воды в источнике, и отрицательной, если

гидравлических

сопротивлений

всасывающего

и

напорного

трубопроводов и разности давлений после и до насоса [2].

ниже уровня воды в источнике.

Рассмотрим насосную установку (рис. 1) [3], подающую воду из

Геометрическая высота нагнетания hн (м) – это расстояние по вертикали

источника к потребителю с помощью насоса 5. На всасывающем 2 и напорном

от

10 трубопроводах насосной установки установлены задвижки 9 и монтажные

Геометрическую высоту нагнетания считают положительной, если ось насоса

вставки 3. Для измерения давления и вакуума в трубопроводах перед и за

расположена ниже уровня воды в водоприёмнике, и отрицательной, если выше

насосом чаще всего используют пружинные манометры 6 и вакуумметры 4.

уровня воды в водоприёмнике.

Ими измеряют избыточное давление рМАН = р – ро и вакуум по отношению к

оси

насоса

до

уровня

воды

в

водоприёмнике

(верхнем

бьефе).

В ходе выполнения задания для определения показаний приборов

атмосферному давлению рВАК = ро – р (ро – атмосферное давление, р –

неоднократно

абсолютное давление).

необходимо иметь в виду следующее:

используют

уравнение

Бернулли,

при

записи

которого

Манометры и вакуумметры через трёхходовые краны 7 и подводящие

1. Для двух поперечных сечений потока жидкости должны быть учтены все

трубки 8 соединены с трубопроводами перед и за насосом. С помощью

источники потерь и повышения энергии, находящиеся между этими

трёхходовых кранов производится «проливка» или «продувка» подводящих

сечениями.

трубок в зависимости от наличия в них давления или вакуума. В результате

2. Входящие в уравнение Бернулли величины давления в жидкости (р)

этого подводящие трубки манометров заполняются водой, а вакуумметров –

могут быть взяты в любой точке поперечного сечения потока, в том числе

воздухом. Манометр показывает давление, отличное от давления в точке

и на поверхности открытого источника, где оно известно и равно

подсоединения подводящей трубки к трубопроводу. Разница этих давлений

атмосферному (ро).

соответствует давлению столба жидкости в подводящей трубке прибора. Показания вакуумметра соответствуют вакууму в точке подсоединения 3

4

5

равномерными, средние величины которых V = Q/F,

(2)

где Q – расход жидкости через сечение, F – площадь поперечного сечения потока. На самом деле скорости вдоль поперечных сечений неравномерны. Однако для практических расчётов допущение об их постоянстве вполне 10 – напорный трубопровод; 11 – водоприемник (нижний бьеф).

вставка; 4 – вакуумметр; 5 – насос; 6 – манометр; 7 – трехходовой кран; 8 – подводящая трубка; 9 – задвижка;

Рис. 1. Насосная установка: 1 – водоисточник (нижний бьеф); 2 – всасывающий трубопровод; 3 – монтажная

3. Скорости жидкости во всех поперечных сечениях потока принимают

приемлемо. 4. Горизонтальная плоскость сравнения (0–0) может быть расположена произвольно. Однако, для упрощения расчётов, в качестве плоскости сравнения

лучше

всего

принимать

плоскость,

проходящую

по

поверхности воды в водоисточнике или в водоприёмнике, либо плоскость, проходящую через отметку оси насоса, от которой ведётся отсчёт высот всасывания и нагнетания. Рассмотрим несколько примеров расчета насосных установок. Пример 1. Изображенную на рис. 2 насосную установку принято называть насосной установкой с положительной высотой всасывания.

Рис. 2. Насосная установка с положительной высотой всасывания

6

Свободные поверхности (отметки уровня) воды в нижнем бьефе ниже, а в

h ВДЛ = A ⋅ Q 2 ⋅ L1 ,

(5)

верхнем – выше отметки оси насоса. В этом случае насос имеет положительную

где А – удельное сопротивление трубопровода (с /м ); Q – подача насосной

высоту всасывания и нагнетания. Геодезическую высоту подъёма воды

установки, м3/с; L1 – длина всасывающего трубопровода, на которой

определяют так:

определяются потери, м.

HГ = hВ + hН .

4

(3)

Потери напора в напорном трубопроводе насосной установки h ∑Н = h НМ + h НДЛ ,

Порядок расчета:

Для подачи воды насосом по трубопроводам из водоисточника в водоприемник необходимо затратить энергию. Энергия расходуется на подъем

м; h НДЛ – потери напора по длине в напорном трубопроводе насосной установки, м; h НДЛ = A ⋅ Q 2 ⋅ L1

воды с одной отметки поверхности на другую, вышележащую, и преодоления гидравлических сопротивлений во всасывающем и напорном трубопроводах. Эта энергия, отнесенная к весу жидкости, проходящей через насос в единицу

установки равны: h ∑ = h В∑ + h Н∑ .

1.1. Определим геодезическую высоту подъема по формуле (1).

(8)

Напор насоса определяют по формуле

1.2. Определяем потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах

H = HГ + h∑ +

насосной установки. Потери напора в коммуникациях насосной установки могут быть рассчитаны с помощью справочников по гидравлике. В нашем случае (для упрощения расчетов) местные потери напора заданы, а потери напора по длине трубопровода определяются расчетом и только на участках трубопроводов длиной L1 и L2. На остальных участках трубопроводов, из-за малой их длины, потери незначительны и ими можно пренебречь.

v 2ВУ − v 2НУ , 2g

(9)

где v ВУ , v НУ – соответственно скорости потока в водоприёмнике и в водоисточнике, м/с. 2. Определение показаний приборов 1 и 2 Прибор 1 – это вакуумметр, так как насос расположен выше уровня воды в водоисточнике. Для определения его показаний составим уравнение Бернулли

Потери напора во всасывающем трубопроводе насосной установки (4)

где h ВМ – местные потери напора во всасывающем трубопроводе насосной установки; h

(7)

Потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах насосной

времени, называется удельной энергией, или напором насоса.

В ДЛ

(6)

где h НМ – местные потери напора в напорном трубопроводе насосной установки,

1. Определение напора насоса, необходимого для подачи воды.

h ∑В = h ВМ + h ВДЛ ,

3

– потери напора по длине всасывающего трубопровода

для сечений 1–1 и 2–2 (рис. 3). Плоскость сравнения 0–0 проходит через отметку оси насоса. В сечении 1–1 расчётную точку, где измеряется давление, принимаем на свободной поверхности водоисточника (точка А на рис. 3); в сечении 2–2 – в точке подсоединения подводящей трубки прибора к трубопроводу, так как прибором является вакуумметр, и его трубка заполнена

насосной установки.

воздухом (точка В на рис. 3). 7

8

следует и из рис. 3. Знак «минус» учтен еще при составлении уравнения Бернулли. Скорость потока в сечении (2–2) vB =

4Q . πd 2B

(13)

Прибор 2 – это манометр, так как насос установлен ниже уровня воды в водоприёмнике. Для определения его показания составим расчётную схему (рис. 4) и напишем уравнение Бернулли для сечений 3–3 и 4–4. За плоскость сравнения принимаем горизонтальную плоскость 0–0, проходящую через отметку оси насоса. Присоединительная трубка манометра заполнена водой,

Рис. 3. Схема для определения показаний прибора 1

поэтому в сечении 3–3 расчетную точку выбираем на оси трехходового крана (точка Н на рис. 4). В сечении 4–4 точку целесообразно назначить на открытой

Запишем уравнение Бернулли для этого случая p 0 v 2НУ p v2 + − h В = В + В − y В + h В∑ , ρg 2 g ρg 2 g

поверхности потока – точка В. (10)

где р0 – атмосферное давление, Па; рВ – абсолютное давление в точке В, Па; hВ, уВ – соответственно расстояния по вертикали от плоскости сравнения 0–0 до точек А и В, м; vНУ – скорость потока в сечении (1–1), м/с; vВ – скорость потока в сечении (2–2), м/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; ρ – плотность жидкости, кг/м3. Преобразуем полученное уравнение Бернулли: h ВАК =

p0 − pB v 2 − v 2HУ = h В − y B + h B∑ + B , ρg 2g

(11)

где hВАК – показание прибора 1 (вакуумметра), выраженное в метрах водяного столба. Отметим, что величина hВ здесь рассматривается как координата точки А, а не как геометрическая высота всасывания. Координату точки В найдем следующим образом: y B = 0,25 ⋅ d B − 0,95 ⋅ d B ,

(12)

где: dВ – диаметр трубопровода в сечении (2–2). Значение уВ получается отрицательным, так как точка В лежит ниже плоскости сравнения 0–0. Это 9

Рис. 4. Схема для определения показаний прибора 2 Составим уравнение Бернулли для этого случая p v2 p Н v 2Н + + y Н = 0 + ВУ + h Н + h Н∑ , ρg 2 g ρg 2 g

(14)

где рН, vН – соответственно, давление (Па) и скорость (м/с) потока в сечении 3–3; уН, hН – соответственно расстояния по вертикали от плоскости сравнения 10

до точек Н и В, м. g – ускорение свободного падения, м/с2; ρ – плотность 3

4. Определение стоимости электроэнергии, затраченной на подъём воды 4.1. Мощность насосной установки

жидкости, кг/м . Преобразуем это уравнение Бернулли следующим образом:

h МАН

p − p0 v −v , = Н = h Н − y Н + h ∑Н + 2g ρg 2 BУ

2 H

N НУ = (15)

(21)

где ηНУ – кпд насосной установки;

где hМАН – показание прибора 2 (манометра), выраженное в метрах водяного столба (м).

9,81 ⋅ Q ⋅ H , кВт, ηНУ

ηНУ = ηН ⋅ ηДВ ⋅ ηПЕР ⋅ ηС ,

(22)

где ηН – кпд насоса; ηДВ – кпд двигателя; ηПЕР – кпд передачи, при

Определим координату точки Н

y Н = (0,5 ⋅ d Н + 0,5) − 1,5 ⋅ d Н ,

(16)

где: dН – диаметр трубопровода в сечении 3–3. Отрицательное значение уН означает, что с учётом заданных в таблице 1 размеров насосной установки точка Н, в действительности, расположена ниже плоскости сравнения 0–0, а не выше, как это следует из рис. 4. (17)

Отметим, что величина hн здесь рассматривается как координата точки В. 4Q , м/с. πd 2Н

(18)

(19)

(20)

Напор насоса, полученный по показаниям измерительных приборов 1 и 2

11

учитывает

потери

электроэнергии

от

распределительного устройства до двигателя. 4.2. Электроэнергия, затраченная на подъём воды, Э = N НУ ⋅ t , кВт ⋅ ч ,

(23)

4.3. Стоимость электроэнергии A = Э ⋅ a , руб.,

(24)

5. Определение коэффициента сопротивления прикрытой задвижки

используя для этого формулу мощности насоса

(т. Н) и прибором 1 (т. В) (рис. 4), м.

равен напору насоса, полученному по формуле (9).

сети,

подачи насоса. Определим подачу насоса при прикрытой задвижке (QХ),

где z – расстояние по вертикали между точками замера давления прибором 2 z = yН − yВ .

кпд

после насоса, увеличивается её сопротивление, что приводит к уменьшению

Напор насоса H = h ВАК + h МАН

–

При прикрытии задвижки, установленной на напорном трубопроводе

3. Определение напора насоса по показаниям приборов. v 2 − v 2В +z+ Н , 2g

ηС

где а – стоимость 1 кВт ⋅ ч электроэнергии, р/ кВт ⋅ ч ; а = 0,63 р/ кВт ⋅ ч .

Скорость потока в сечении 3–3 vН =

ηПЕР = 1 ;

где t – время работы насосной установки, ч.

Геометрическая высота нагнетания hН h Н = H Г − h В , м.

непосредственном соединении валов двигателя и насоса с помощью муфты

NН =

9,81 ⋅ Q ⋅ H . ηН

(25)

По условию задания с прикрытием задвижки мощность насоса уменьшается на 23 %, а напор увеличивается на 18 %, кпд снижается до 85 % от исходного значения, поэтому 0,77 ⋅ N Н =

9,81 ⋅ Q ⋅ 1,18 ⋅ H . 0,85 ⋅ ηН 12

(26)

откуда подача насосной установки при прикрытой задвижке составит QX =

коэффициента сопротивления самой задвижки. Эти потери определяются

0,77 ⋅ N Н ⋅ 0,85 ⋅ ηН . 1,18 ⋅ H ⋅ 9,81

(27)

Коэффициенты 0,77 перед мощностью и 1,18 перед напором насоса показывают соответственно снижение мощности насоса на 23 % и повышение напора на 18 % от исходных значений, принятых за 100 %. С

уменьшением

подачи

насоса

снижаются

скорости

потока

и

следующим образом: h ′∑H = h ′∑ − h ′∑B .

Представим потери напора в напорном трубопроводе как сумму потерь напора в задвижке h ЗАД и потерь напора в оставшейся части напорной линии h Б.ЗАД :

h ∑Н = h ЗАД + h Б.ЗАД .

гидравлические сопротивления во всасывающей и напорной линиях насосной

(32)

Тогда потери в прикрытой задвижке

установки.

h ′ЗАД = h ′∑H − h ′Б.ЗАД .

Для определения потерь напора в трубопроводах насосной установки при прикрытой задвижке можно использовать выражение для определения напора насоса, учитывая, что с прикрытием задвижки напор насоса увеличился на 18 %

h′Б.ЗАД соответствуют закону квадратичного сопротивления 2

h ′∑ = 1,18 ⋅ H − H Г −

(v′ВУ )

2

− (v′НУ ) , 2g

(28)

задвижке, м/с. QX Q

и v′НУ = v НУ ⋅

QX . Q

прикрытой задвижке найдем при помощи закона квадратичного сопротивления: (30)

h ЗАД = ξ ЗАД ⋅

закон

квадратичного

сопротивления, нельзя, так как они изменяются при её прикрытии не столько за

v 2H , 2g

Коэффициент сопротивления прикрытой задвижки h ′ЗАД

(v′H )2

2g

,

(37)

где v′H – скорость потока в прикрытой задвижке, м/с; v′H = v H ⋅

QX . Q

счёт изменения расхода в трубопроводе, сколько за счёт изменения

13

(36)

где ξ ЗАД = 0,06 – коэффициент сопротивления полностью открытой задвижки.

ξ′ЗАД =

Потери напора в напорной линии насосной установки h Н∑ при прикрытой используя

(35)

где h ЗАД – потери напора в полностью открытой задвижке, м;

Потери напора во всасывающем трубопроводе насосной установки при

непосредственно,

открытой задвижке, м;

(29)

⎛Q ⎞ h ′∑В = h В∑ ⋅ ⎜ X ⎟ . ⎝ Q ⎠

(34)

где hБ.ЗАД – потери напора в напорной линии без учёта потерь в полностью

h Б.ЗАД = h H∑ − h ЗАД ,

Из условия неразрывности потока определим эти скорости: v′ВУ = v ВУ ⋅

⎛Q ⎞ h ′Б.ЗАД = h Б.ЗАД ⋅ ⎜ X ⎟ , ⎝ Q ⎠

2

где v′ВУ , v′НУ – скорости потока в верхнем и нижнем бьефах при прикрытой

вычислить

(33)

Потери напора в напорной линии без учёта потерь в прикрытой задвижке

от исходного значения:

задвижке

(31)

14

(38)

6. Определение показаний прибора 2 при прикрытой задвижке

1.2. Потери напора во всасывающем трубопроводе насосной установки

Показание прибора 2 определим по выражению (15), подставив значения скоростей потока и потерь напора, соответствующие режиму работы насосной установки при прикрытой задвижке: h ′МАН =

определяют по формуле (4); потери напора в напорном трубопроводе – по формуле (5). Общие потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах

pН − p0 ( v′ ) − ( v′H ) . = h Н − y Н + h ′∑Н + BУ 2g ρg 2

насосной установки определяют по формуле (6).

2

1.3. Напор насоса определяют по формуле (9). 2. Определение показаний приборов 1 и 2.

Пример 2.

Прибором 1 является манометр, так как насос установлен ниже уровня воды в водоисточнике.

Схема насосной установки приведена на рис. 5.

Составим уравнение Бернулли (расчетная схема приведена на рис. 6).

Уровни воды в нижнем и верхнем бьефах выше оси насоса. В этом случае насос

имеет

отрицательную

геометрическую

высоту

всасывания

yB +

и

p 0 v 2НУ p v2 + = h B + B + B + h ∑B . ρg 2g ρg 2g

положительную геометрическую высоту нагнетания, а насосную установку называют насосной установкой с отрицательной высотой всасывания. Геодезическая высота подъема: H Г = −h В + h Н .

Рис. 6. Схема для определения показаний прибора 1

Рис. 5. Насосная установка с отрицательной высотой всасывания

Следовательно, h 1МАН =

Порядок расчета:

1. Определение необходимого для подъема воды напора насоса. 1.1. Геодезическую высоту подъёма определяют по формуле (1).

pB − p0 v 2 − v 2B , = h B − y B + h B∑ + НУ 2g ρg

где y B = (0,5 ⋅ d B + 0,4) − 0,95 ⋅ d B . Скорость потока во втором сечении определяют по формуле (13). Прибором 2 является манометр, так как насос расположен ниже уровня воды в водоприёмнике.

15

16

Расчётная схема для составления уравнения Бернулли приведена на рис.

QX =

7. Уравнение

Бернулли

аналогично

уравнению

Бернулли

(14),

5.2. Потери напора в насосной установке при прикрытой задвижке

составленному в предыдущем примере. Преобразовав его определим показания

h ′∑ = 1,21 ⋅ H − H Г −

манометра. Геометрическую высоту нагнетания hН и скорость потока vН определяют

0,8 ⋅ N Н ⋅ 0,85 ⋅ ηН . 1,21 ⋅ H ⋅ 9,81

(v′ВУ )2 − (v′НУ )2 . 2g

5.3. Потери напора во всасывающей линии насосной установки при прикрытой задвижке определяют по формуле (30).

по формулам (17) и (18).

5.4. Потери напора в напорной линии насосной установки при прикрытой задвижке определяют по формуле (31). 5.5. Потери напора в прикрытой задвижке определяют по формуле (33). 5.6. Коэффициент сопротивления прикрытой задвижки определяют по формуле (37). 6. Определение показания прибора 2 при прикрытой задвижке. Показание прибора 2 определим по выражению (15), подставив значения скоростей потока и потерь напора, соответствующие режиму работы насосной установки при прикрытой задвижке. Сравнить показания прибора 2 при прикрытой задвижке с показанием Рис. 7. Схема для определения показаний прибора 2 3. Определение напора насоса по показаниям приборов.

прибора при полностью открытой задвижке. Пример 3.

Напор насоса H = − h 1ВАК + h 2МАН + z +

v 2Н − v 2В . 2g

Схема насосной установки приведена на рис. 8.

4. Определение стоимости электроэнергии, затраченной на подъём воды. 4.1. Мощность насосной установки N определяют по формуле (21). 4.2. Электроэнергию Э, затраченную на подъём воды, определяют по формуле (23). 4.3. Стоимость электроэнергии определяют по формуле (24). 5. Определение коэффициента сопротивления прикрытой задвижки. 5.1. Подача насосной установки при прикрытой задвижке 17

Рис. 8. Насосная установка сифонного типа

18

Насос имеет положительную высоту всасывания и отрицательную

Показание прибора

геометрическую высоту нагнетания. В этом случае насосную установку

h 1МАН =

называют насосной установкой сифонного типа.

p0 − p v 2 − v 2НУ , = h B + y B + h B∑ + B 2g ρg

где y B = 0,25 ⋅ d B .

Геодезическая высота подъема HГ = hВ − hН.

Прибором 2 является вакуумметр, так как насос расположен выше уровня воды в водоприёмнике. Составим уравнение Бернулли (смотри рис. 10).

Порядок расчета:

1. Определение необходимого для подъема воды напора насоса.

yH +

1.1. Геодезическую высоту подъёма определяют по формуле (1). 1.2. Потери напора во всасывающем

трубопроводе насосной установки

Показание прибора

определяют по формуле (4); потери напора в напорном трубопроводе – по

h 2ВАК =

формуле (6). Общие потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах насосной установки определяют по формуле (8).

p v2 p H v 2Н + = − h H + 0 + BУ + h Н∑ . ρg 2g ρg 2g

p0 − pН v 2 − v 2ВУ = h Н − y Н + h Н∑ + Н ,, ρg 2g

где h H = H Г − h В . Знак минус уже учтен при составлении уравнения Бернулли.

1.3. Напор насоса – по формуле (9). 2. Определение показаний приборов 1 и 2. Прибор 1 – это манометр, так как насос расположен выше уровня воды в водоисточнике.

Рис. 10. Схема для определения показаний прибора 2 Несмотря

на то

что

насос

расположен

выше

уровня воды

в

водоприемнике, показание вакуумметра получается отрицательным. Это Рис. 9. Схема для определения показаний прибора 1

означает, что измеряемое прибором 2 давление выше атмосферного. В этом случае подводящая трубка прибора заполнена водой, поэтому точку измерения

Составим уравнение Бернулли для сучая приведенного на рис. 9.

− hB +

2 НУ

2 B

p0 v p v + = yB + + + h B∑ . ρg 2g ρg 2g 19

давления необходимо принять на оси трёхходового крана – точка Н на рисунке 10. Учитывая это обстоятельство, вакуумметр необходимо заменить на

20

мановакуумметр – прибор, который может измерять давление выше и ниже

5.6. Потери напора в напорной линии насосной установки без учёта потерь в

атмосферного.

прикрытой задвижке

Тогда выражение для показания прибора 2 примет следующий вид: h 2МАН =

pН − p0 v 2 − v 2Н , = − y Н + h H − h Н∑ + ВУ 2g ρg

где y Н = 0,5 ⋅ d Н + 0,3.

2

⎛Q ⎞ h ′Б.ЗАД = h Б.ЗАД ⋅ ⎜ X ⎟ . ⎝ Q ⎠ 5.7. Потери напора в напорной линии насосной установки без учёта потерь в полностью открытой задвижке, м:

Следует отметить, что при расходах меньше заданного давление в напорном патрубке насоса может быть равно атмосферному и даже ниже.

h Б.ЗАД = h H∑ − h ЗАД , 5.8. Потери напора в полностью открытой задвижке, м:

3. Определение напора насоса по показаниям приборов. h ЗАД = ξ ЗАД ⋅

Напор насоса H = h 1ВАК + h 2МАН + z +

v 2Н − v 2В . 2g

v 2H . 2g

5.9. Коэффициент сопротивления прикрытой задвижки определяют по формуле (37).

4. Определение стоимости электроэнергии, затраченной на подъём воды. 4.1. Мощность насосной установки N определяют по формуле (21).

6. Определение показания прибора 2 при прикрытой задвижке. Показание прибора 2 определим по выражению (15), подставив значения

4.2. Электроэнергию Э, затраченная на подъём воды, определяют по формуле

скоростей потока и потерь напора, соответствующие режиму работы насосной

(23).

установки при прикрытой задвижке:

4.3. Стоимость электроэнергии определяют по формуле (24). 5. Определение коэффициента сопротивления прикрытой задвижки. 5.1. Подача насосной установки при прикрытой задвижке 1,27 ⋅ N Н ⋅ 0,85 ⋅ ηН QX = . 1,33 ⋅ H ⋅ 9,81

2 h ′МАН =

p − p0 ( v′ ) 2 − ( v′H ) 2 . = h Н − y Н + h ′∑Н + BУ 2g ρg

Сравнить показания прибора 2 при прикрытой задвижке с показанием прибора при полностью открытой задвижке.

5.2. Потери напора в насосной установке при прикрытой задвижке h ′∑ = 1,33 ⋅ H − H Г −

(v′ВУ )2 − (v′НУ )2 2g

.

5.3. Потери напора во всасывающей линии насосной установки при прикрытой задвижке определяют по формуле (30). 5.4. Потери напора в напорной линии насосной установки при прикрытой задвижке определяют по формуле (31). 5.5. Потери напора в прикрытой задвижке определяют по формуле (33).

21

22

ЗАДАНИЕ для выполнения контрольной работы

Определить гидравлические и энергетические параметры насосной установки в различных условиях ее работы. Коэффициент сопротивления задвижки ξЗАД и подача насоса Q заданы при полностью открытой задвижке; местные потери в нагнетательной линии заданы с учетом потерь в задвижке. Материал трубопровода – сталь. Значение удельного сопротивления А для стальных труб взять из таблицы 4. Исходные данные для вариантов №№ 1 – 40:

Схема установки представлена на рис. 2.

1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Н.У., В.У., hв,, м м м

2 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 26 26 26 26

3 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 70 75 80 85

4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 10 10 10 10

Местные потери

dв, м

dн, м

D1, м

D2, м

L1, м

Потери по длине L2, всас. в нагн. hTL, м во линии линии м hвстм, м hнагтм, м

5 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,6 0,6 0,6 0,6

6 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

7 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

8 0,9 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3

9 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 38 40 42 44

10 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440

23

2 26 26 26 26 26 26 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29

3 90 95 100 105 110 115 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115

4 10 10 10 10 10 10 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

8 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3

9 46 48 50 52 54 56 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34

10 450 460 470 480 490 500 305 315 325 335 345 355 365 375 385 395

11 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 0,23 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

12 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26

13 AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L

14 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

15 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Требуется:

Таблица 1 № вар.

1 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

11 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,23 0,23 0,23 0,23

12 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,26 0,26 0,26 0,26

13 AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L

ξзад.

Q, м3/с

14 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,05 0,05 0,05 0,05

15 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

1. Определить напор насоса по формуле H = HГ + h∑ +

v 2ВУ − v 2НУ . 2g

2. Определить показания приборов 1 и 2. 3. Определить напор насоса по показаниям приборов: H = h ВАК + h МАН + z +

v 2Н − v 2В . 2g

4. Определить стоимость электроэнергии за 100 сут работы насосной установки при работе 21 ч в сутки с учетом удельной стоимости электроэнергии а = 0,63 р/кВт·ч; кпд насоса ηН = 0,82 и кпд двигателя ηДВ = 0,92. 5. Определить коэффициент сопротивления прикрытой задвижки ξЗАД, если с ее прикрытием мощность насоса уменьшается на 23 %, а напор увеличивается на 18 % от исходных расчетных величин при полностью открытой задвижке; при этом кпд насоса снизится до 85 % от исходной величины, а кпд электродвигателя не изменится. 6. Определить показания прибора 2 при прикрытой задвижке.

24

Исходные данные для вариантов №№ 41 – 70:

H = − h 1ВАК + h 2МАН + z +

Схема установки представлена на рис. 5. Таблица 2 № вар.

1 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 26 67 68 69 70

Н.У., В.У., м м

2 20 24 30 35 40 45 52 15 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40

3 40 48 60 65 72 78 80 100 40 50 60 65 70 75 80 90 100 40 60 65 75 80 90 50 60 70 80 85 90 100

hв,, м

dв, м

dн, м

D1, м

D2, м

L1, м

L2, м

4 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 3,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 8,5 8,0 7,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

5 0,4 0,5 0,6 0,7 0,7 0,8 0,8 0,9 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,5 0,6 0,7 0,3 0,4 0,5 0,6

6 0,3 0,4 0,5 0,6 0,6 0,7 0,8 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 0,4 0,3 0,5 0,3 0,3 0,3 0,3 0,4 0,5

7 0,6 0,7 0,8 0,8 0,7 1,0 0,8 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,7 0,6 0,5 0,4

8 0,4 0,5 0,6 0,6 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 0,5 0,4 0,3 0,3 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3

9 10 15 20 5 25 15 20 10 15 20 25 10 5 15 20 25 5 10 15 20 25 30 35 40 10 20 25 15 30 35

10 200 250 300 350 400 450 500 150 100 50 150 200 250 300 350 400 450 500 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 200 350

Местные потери во всас. линии hвстм, м

в нагн. линии hнагтм, м

Потери по длине hTL, м

11 0,42 0,32 0,21 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24

12 0,52 0,42 0,31 0,30 0,22 0,20 0,18 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 0,44 0,46 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28

13 AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L

Требуется:

1. Определить напор насоса по формуле H = HГ + h∑ +

v 2ВУ − v 2НУ . 2g

2. Определить показания приборов 1 и 2. 3. Определить напор насоса по показаниям приборов: 25

ξзад.

Q, м3/с

14 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

15 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,75 2,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75

v 2Н − v 2В . 2g

4. Определить стоимость электроэнергии за 100 сут работы насосной установки при работе 21 ч в сутки с учетом удельной стоимости электроэнергии а = 6,0 р/кВт·ч; кпд насоса ηН = 0,82 и кпд двигателя ηДВ = 0,92. 5. Определить коэффициент сопротивления прикрытой задвижки ξЗАД, если с ее прикрытием мощность насоса уменьшается на 20 %, а напор увеличивается на 21 % от исходных расчетных величин при полностью открытой задвижке; при этом кпд насоса снизится до 85 % от исходной величины, а кпд электродвигателя не изменится. 6. Определить показания прибора 2 при прикрытой задвижке. Исходные данные для вариантов №№ 71 – 100:

Схема установки представлена на рис. 8. Таблица 3 № вар.

1 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

Н.У., В.У., м м

2 18 19 20 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

3 22 23 24 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

hв,, м

dв, м

dн, м

D1, м

D2, м

L1, м

L2, м

4 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9

5 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,3 0,4 0,5 0,6

6 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,3 0,3 0,4 0,5 0,5 0,6 0,7 0,8 0,3 0,3 0,4 0,4

7 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,3 0,4 0,5 0,6

8 0,4 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,7 0,7 0,4 0,4 0,5 0,6 0,6 0,7 0,8 0,9 0,4 0,4 0,5 0,5

9 7 8 9 10 7 8 9 10 7 8 9 10 7 8 9 10 7 8 9 10

10 100 105 110 115 120 125 130 100 105 110 115 120 125 130 100 105 110 115 120 125

26

Местные потери во всас. линии hвстм, м

в нагн. линии hнагтм, м

Потери по длине hTL, м

ξзад.

Q, м3/с

11 0,15 0,20 0,25 0,30 0,15 0,20 0,25 0,30 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,15

12 0,45 0,50 0,55 0,40 0,60 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,50 0,55 0,40 0,35 0,30

13 AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L

14 0,06 0,05 0,04 0,07 0,08 0,90 0,10 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09

15 0,95 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,10 1,15 1,20 1,25 0,50 0,55 0,60 0,65

1 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

2 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

3 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

4 5,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9

5 0,7 0,8 0,9 1,0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

6 0,5 0,5 0,6 0,7 0,8 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5

7 0,7 0,8 0,9 1,0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

8 9 10 0,6 7 130 0,7 8 100 0,8 9 105 0,9 10 110 0,4 7 115 0,4 8 120 0,5 9 125 0,5 10 130 0,6 7 100 0,7 8 105

11 0,20 0,25 0,30 0,35 0,20 0,25 0,20 0,35 0,25 0,30

12 0,50 0,55 0,60 0,40 0,60 0,30 0,35 0,40 0,45 0,40

13 AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L AQ2L

14 0,10 0,04 0,05 0,06 0,07 0,05 0,06 0,07 0,09 0,08

15 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,10 0,60 0,70

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Флексер Я. Н. Практикум по гидравлике и сельскохозяйственному водоснабжению. – М.: Колос, 1969. 2. Васильев Б. А., Греков Н. А. Гидравлические машины. – М.: Агропромиздат, 1988. 3. Померанцев О. Н. Определение гидравлических и энергетических

Требуется:

параметров насосной установки в различных условиях работы: Методическое

1. Определить напор насоса по формуле

пособие по выполнению домашнего

H = HГ + h∑ +

задания для студентов эколого-

мелиоративного и строительного факультетов. – М.: МГУП, 2002.

v 2ВУ − v 2НУ . 2g

2. Определить показания приборов 1 и 2. 3. Определить напор насоса по показаниям приборов: H = − h 1МАН + h 2МАН + z +

v 2Н − v 2В . 2g

4. Определить стоимость электроэнергии за 100 сут работы насосной установки

CОДЕРЖАНИЕ

при работе 21 ч в сутки с учетом удельной стоимости электроэнергии а = 6,0 Стр.

р/кВт·ч; кпд насоса ηН = 0,82 и кпд двигателя ηДВ = 0,92. 5. Определить коэффициент сопротивления прикрытой задвижки ξЗАД, если с ее

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………

3

прикрытием мощность насоса уменьшается на 27 %, а напор увеличивается на

Пример 1……………………………………………………………………

6

33 % от исходных расчетных величин при полностью открытой задвижке; при

Пример 2……………………………………………………………………

15

этом кпд насоса снизится до 85 % от исходной величины, а кпд

Пример 3……………………………………………………………………

18

электродвигателя не изменится.

Задание для выполнения контрольной работы………………………….

23

6. Определить показания прибора 2 при прикрытой задвижке.

Список литературы………………………………………………………..

28

Удельные сопротивления А для стальных труб

Таблица 4 Диаметр D, м

1,00

0,90

0,80

0,70

0,60

0,50

0,40

0,30

А (для Q, м3/с)

0,0017

0,003

0,0055

0,011

0,023

0,058

0,19

0,85

27

28

Методические рекомендации по изучению дисциплины и задания для контрольных работ ПОМЕРАНЦЕВ Олег Николаевич КОЖЕВНИКОВА Наталья Георгиевна ЦЫМБАЛ Александр Андреевич КРИВЧАНСКИЙ Виктор Филиппович ЕЩИН Александр Вадимович

ГИДРОУСТАНОВКИ

Компьютерная верстка Кривчанской О.А. Редактор: Сергованцева Т.В. План 2004 г., п. 097, 098 Подписано к печати 25.01.05 Формат 60 х 84/16 Бумага офсетная. Печать – ризограф. Уч.-изд.л.1,5 Тираж 100 экз. Заказ № Цена Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина» 127550, Москва, Тимирязевская, 58 29