Gidravlika_i_ghidromiekhanizatsiia_s.kh_._protsiessov__Praktikum
.pdf
ся. Таким образом, точки в конце горизонтальных участков будут соответствовать моментам включения насоса, а точки начала — моментам выключения; д) определяется по графику водоподачи число включений насоса в сутки, а затем среднее — в час. Если оно превысит 2–4 в час, то следует выбрать типовую башню, имеющую больший объем. При этом больший предел
допускается для малых насосов, имеющих мощность до 10 кВт.
Таблица 5.12 — Расчетный расход воды на тушение одного наружного пожара в населенных пунктах
Количество жителей, |
Расчетное количество |
Застройка одно- и |
Застройка зданиями |
одновременных по- |
двухэтажными зда- |
высотой три и более |
|
тыс. чел. |
жаров |
ниями, л/с |
этажей, л/с |
|
|||
5 |
1 |
10 |
10 |
10 |
1 |
10 |
15 |
25 |
2 |
10 |
15 |
|
|
|
|
Примечание. Расчетный расход воды на наружное пожаротушение для сельских населенных пунктов с количеством жителей от 50 до 500 человек допускается принимать 5 л/с.
Насосная установка и подбор насосов
Для подбора насоса по формуле (5.6) вычисляется расчетный потребный напор насосной установки Нр, соответствующий заданному, то есть расчетному, расходу Qр. Точку на графике, имеющую параметры Нр и Qр, будем называть расчетной и обозначать буквой Р.
Расчетная точка наносится на сводный график подач и напоров (pиcунок 5.12) насосов, выпускаемых промышленностью. При выборе насосов следует отдавать предпочтение более дешевым консольном насосам, типа К или КМ, но, если предполагаемая высота всасывания превысит 5 м, то из-за невозможности обеспечить безкавитационный режим их работы необходимо выбирать погружные насосы типа ЭЦВ. Окончательно выбирается насос, напорная характеристика которого расположена ближе всего сверху расчетной точки.
Для забора воды из скважин в сельскохозяйственном производстве используются погружные насосы типа ЭЦВ. Эти насосы опускаются в скважину
191
на нагнетательном трубопроводе с таким расчетом, чтобы всасывающие отверстия насоса находились под наинизшим уровнем воды не менее, чем на 1 м.
По справочным данным строятся рабочие характеристики выбранного насоса и совмещаются с гидравлической характеристикой насосной установки, рассчитанной по формуле (5.13). По точке пересечения напорной характеристики насоса и характеристики насосной установки (она называется рабочей точкой насоса и обозначается буквой А) определяются все рабочие параметры насоса. Подробнее порядок подбора насоса изложен в соответствующем примере.
Напор насосной установки определяется по формуле:
Нр = Нн.у = Нг + |
р2 − р1 |
+ h, |
(5.11) |
|
г |
||||
|
|
|
где h — общие потери напора в трубопроводе насосной установки.
h = ал |
l |
|
х2 |
, |
(5.12) |
|
d 2g |
||||||
|
|
|
||||
где а = 1,1–1,2 — коэффициент, учитывающий местные потери напора; l, d — длина и диаметр трубопровода;
υ— средняя скорость воды в трубопроводе;
λ— коэффициент гидравлического трения, (приложение 8). Гидравлическая характеристика насосной установки:
Нн.у = Нг + |
р2 − р1 |
+ ВQ2 , |
(5.13) |
|
г |
||||
|
|
|
где В — постоянная для данной установки при турбулентном режиме движения жидкости величина.
В = |
hр |
, |
(5.14) |
|
Q2 |
||||
|
|
|
||
|
р |
|
|
где hр — потери напора в трубопроводе насосной установки при расчетном расходе;
192
Qр — расчетный расход, наименьший расход, который должен быть обеспечен в насосной установке.
Пример расчета
Исходные данные
Рисунок 5.15 — Схема насосной установки
Таблица 5.13
Население, |
Животноводство, |
Производство, |
Нб, м |
ст , м |
дин , м |
|
тыс. чел. |
гол. |
ед. в сутки |
||||
|
|
|
||||
1,5 |
Свиноматки с |
Бетонный за- |
14 |
30 |
20 |
|
поросятами — |
вод — 200 м3 |
|||||
|
800 |
|
|
|
|
Требуется:
1.определить максимально–суточное водопотребление населения, животноводства, производства и общее;
2.записать в таблицу часовое водопотребление (в % и в м3/ч) и водопотребление с начала суток. Построить часовой и интегральный графики суточного водопотребления;
193
3.построить графики и определить регулирующий объем башни для круглосуточной, двухсменной и автоматической работы насосов;
4.определить количество включений насоса при его автоматической работе;
5.рассчитать насосную установку при автоматической работе насоса, подобрать насос и по рабочей точке определить рабочие параметры насоса.
Порядок расчета
1.Определяем по формуле (5.3) среднесуточные расходы водопотребления различными водопотребителями:
а) население:
Qсут.ср.н. = Nнqн = 1500 × 300 = 450 000 = 450 м3/сут,
где Nн = 1500 чел. — число жителей;
qн = 300 л/сут — норма водопотребления на одного жителя (таблица 5.8); б) животноводство:
Qсут.ср.ж. = Nжqж = 800 × 60 = 48000 = 48 м3/сут,
где Nж = 800 гол. — число животных;
qж = 60 л/cут — норма водопотребления на одно животное (таблица 5.9); в) производство:
Qсут.ср.п. = Nпqп = 200 × 300 = 60000 = 60 м3/сут,
где Nп = 200 м3 — производство ед. продукции в сутки;
qп = 300 л/сут — норма водопотребления на ед. продукции (таблица 5.10). 2. Определяем по формуле (5.4) максимально–суточные расходы водо-
потребления населения, животноводства, производства и общее:
Qсут.макс.i = Ксут.макс. Qсут.макс.i.
а) население:
Qсут.макс.н. = Ксут.максQсут.ср.н = 1,3 × 450 = 585 м3/сут,
где Ксут.макс = 1,3 — для всех видов потребителей. б)животноводство:
Qсут.макс.ж. = Ксут.максQсут.ср.ж = 1,3 × 48 = 62,4 м3/сут;
194
в) производство:
= 1,3 × 60 = 78 м3/сут.
Тогда общее максимально-суточное водопотребление потребителей:
n
Qсут.макс = ∑Qсут.макс = Qсут.макс.н + Qсут.макс.ж + Qсут.макс.п =
1
= 585 + 62,4 + 78 = 725,4 м3/сут.
Соответственно объемы максимально-суточного водопотребления:
Vмакс.н = 585 м3; Vмакс.ж = 62,4 м3; Vмакс.п = 78 м3.
Общее — Vмакс = 725,4 м3.
3.На основании полученных результатов заполняем таблицу 5.14 и строим часовой график водопотребления рисунок 5.16, а также интегральный график водопотребления (рисунок 5.17).
4.Определяем регулирующий объем башни:
а) работа насоса в течение 24 часов.
Определяем объем регулирования из рисунка 5.17 согласно пункту 2.
V24 = (414 – 300) = 114 м3.
б) работа насоса в течение 14 часов.
Определяем объем регулирования из рисунка 5.17 согласно пункту 2. Принимаем включение насоса в 6 часов и выключение в 20 часов.
V14 = V1 + V2 = (120 + 72) = 192 м3.
в) автоматическая работа насоса.
Определяется подача насоса по формуле (5.7):
Qн = Qч.макс + Qпож. – Qв.п = 44,109 + 36 – 5,97 = 74,14 = 20,6 л/с,
— максимальный часовой расход водопотребления в сутки с максимальным водопотреблением (таблица 5.14);
Qпож. = 10 л/с = 36 м3/ч — противопожарный расход (таблица 5.12);
Qв.п — расход второстепенных водопотребителей на производстве: поливка территории, душ, мытье полов, мойка технологического оборудования:
195
Qв.п = 0,5(Qж. + Qп.) = 0,5 × (6,365 + 6,569) = 5,97 м3/ч;
Qж. и Qп. определяем по таблице 5.14.
Таблица 5.14 — Таблица суточного водопотребления потребителями
|
|
|
|
|
|
|
|
Всего |
Всего с |
|
Водопотребители |
Население |
Животноводство |
Производство |
начала |
||||||
|
|
|
|
|
|
за час |
суток |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
% |
м3/ч |
% |
м3/ч |
% |
м3/ч |
м3/ч |
м3 |
|
|
0–1 |
2 |
11,7 |
0,5 |
0,312 |
– |
– |
12,012 |
12,012 |
|
|
1–2 |
3 |
17,55 |
1 |
0,624 |
– |
– |
18,174 |
30,186 |
|
|
2–3 |
3,3 |
19,305 |
0,5 |
0,312 |
– |
– |
19,617 |
49,303 |
|
|
3–4 |
3,3 |
19,305 |
0,5 |
0,312 |
– |
– |
19,617 |
69,420 |
|
|
4–5 |
3,3 |
19,305 |
2,2 |
1,373 |
– |
– |
20,678 |
90,098 |
|
|
5–6 |
4,5 |
26,325 |
2,2 |
1,373 |
– |
– |
27,698 |
117,796 |
|
|
6–7 |
5 |
29,25 |
4,5 |
2,808 |
7,14 |
5,569 |
37,627 |
155,423 |
|
|
7–8 |
5 |
29,25 |
4,5 |
2,808 |
7,14 |
5,569 |
37,627 |
193,050 |
|
|
8–9 |
5,5 |
32,175 |
10,2 |
6,365 |
7,14 |
5,569 |
44,109 |
237,159 |
|
|
9–10 |
5,5 |
32,175 |
5,4 |
3,37 |
7,14 |
5,569 |
41,114 |
278,273 |
|
суток |
10–11 |
5,5 |
32,175 |
7,2 |
4,493 |
7,14 |
5,569 |
42,237 |
320,510 |
|
11–12 |
5 |
29,25 |
6 |
3,744 |
7,14 |
5,569 |
38,563 |
359,073 |
||
|
||||||||||
Часы |
12–13 |
5 |
29,25 |
4,2 |
2,621 |
7,14 |
5,569 |
37,440 |
396,513 |
|
13–14 |
4,2 |
24,57 |
9,1 |
5,678 |
7,14 |
5,569 |
35,817 |
432,330 |
||
|
||||||||||
|
14–15 |
5,5 |
32,175 |
6,5 |
4,056 |
7,14 |
5,569 |
41,800 |
474,130 |
|
|
15–16 |
5,5 |
32,175 |
2 |
1,248 |
7,14 |
5,569 |
38,992 |
513,122 |
|
|
16–17 |
5 |
29,25 |
4,2 |
2,621 |
7,14 |
5,569 |
37,440 |
550,562 |
|
|
17–18 |
4,5 |
26,325 |
3,7 |
2,309 |
7,14 |
5,569 |
34,203 |
584,765 |
|
|
18–19 |
4,5 |
26,325 |
8,2 |
5,117 |
7,14 |
5,569 |
37,011 |
621,776 |
|
|
19–20 |
4,5 |
26,325 |
7,2 |
4,493 |
7,14 |
5,569 |
36,387 |
658,163 |
|
|
20–21 |
3,4 |
19,89 |
3,6 |
2,246 |
– |
– |
22,136 |
680,299 |
|
|
21–22 |
3 |
17,55 |
4,6 |
2,87 |
– |
– |
20,420 |
700,719 |
|
|
22–23 |
2 |
11,7 |
1 |
0,624 |
– |
– |
12,324 |
713,043 |
|
|
23–24 |
2 |
11,7 |
1 |
0,624 |
– |
– |
12,324 |
725,367 |
|
|
Итого |
100 |
585 |
100 |
62,5 |
100 |
77,96 |
– |
725,360 |
|
Полученное значение Qн больше, чем Qч.макс, поэтому принимаем
Qр = Qн = 74,14 = 20,6 л/ч.
Определяем время непрерывной работы насоса для подачи максималь- но-суточного водопотребления:
Тн.с = Vмакс = 725,36 = 9,78ч
Qн 74,14
196
и строим вспомогательную линию (5, рисунок 5.17).
Назначим предварительно регулирующий объем бака Vр равным 2 % от
Vмакс:
Vр = 0,02 × 725,36 = 14,5 м3.
Полный объем емкости бака башни:
Vб = β (Vр + Vз) = 1,2 × (14,5 + 6) = 24,6 м,
где Vз — десятиминутный противопожарный запас.
Vз = Qпож. t = 10 × 600 = 6000 = 6 м3,
β = 1,2 — коэффициент запаса, соответствующий повторнократковременному режиму работы насоса.
Принимаем объем резервуара типовой башни:
Vт = 25 м3.
Определяем действительный объем регулирования:
Vр = Vт – Vз = (25 – 6) = 19 м3.
Строим график водоподачи (6, рисунок 5.17) и определяем среднее число включений насоса в час при автоматической работе:
nд.ч = n24общ = 1924 = 0,79 ,
что меньше предельного значения n = 2; где nобщ = 19 — количество включенийнасосавтечениесуток(числогоризонтальныхучастков(6, рисунок5.17).
197
198
Рисунок 5.16 — Суточный график часового водопотребления
Рисунок 5.17 — Определение регулирующего объема водонапорной башни и частоты включения насоса при 24-часовой работе насоса, 14-часовой работе насоса и автоматической работе насоса
199
Подбор насоса
Исходные данные: насос предназначен для работы в насосной установке, по которой вода подается из скважины в водонапорную башню.
Для подъема воды из скважины принимаем погружной насос типа ЭЦВ. Насосы данного типа должны устанавливаться с подпором, т. е. под низший уровень воды в скважине (динамический уровень), отметка которогодин не менее, чем 1 м. Принимаем заглубление ∆h = 4 м, обеспечивая этим определенный запас на возможные понижения динамического уровня в результате, например, засорения фильтра.
Определяется из геометрических соотношений длина нагнетательного трубопровода:
l = L + Hб + ( н.с – дин ) + ∆h = (92 + 14 + 85 – 20 + 4) = 175 м,
где L = 92 м — длина трубопровода oт скважины до основания башни; Нб = 14 м — высота ствола башни;
н.с – дин — расстояние от поверхности земли до динамического уровня воды в скважине.
Расчетный расход насосной установки был определен ранее (в данном задании он определяется для автоматического режима работы).
Qр = 74,14 м3/с = 20,6 л/с.
Температура воды принимается равной 10 °С.
Подбираем диаметр нагнетательного трубопровода (всасывающим трубопроводом погружные насосы не оборудуются), для чего назначаем предварительно
υ = 1,25 м/с = 12,5 дм/с.
Из уравнения непрерывности
Qр = υS = const
находится площадь поперечного сечения трубопровода:
S = Qхр = 1220,,57 =1,65дм2 .
200