Gidravlika_i_ghidromiekhanizatsiia_s.kh_._protsiessov__Praktikum

где λ — коэффициент гидравлического трения, определяемый для структурного режима по формуле Пуазейля;

l — длина трубопровода;

1,1 — коэффициент, учитывающий местные потери давления.

Определяется давление, которое необходимо создать в начале трубопровода, чтобы обеспечить заданную производительность гидротранспортной установки (потребное давление гидротранспортной установки):

где н, к — соответственно отметки центров тяжести начального и конечно-

го сечений трубопровода (рисунок 7.3, 7.4).

Выбор напорного и вспомогательного оборудования

Системой машин для комплексной механизации производственных процессов на животноводческих фермах и комплексах предусматривается подача вязких сельскохозяйственных материалов по трубам двумя способами: гидравлическим и пневматическим. Поэтому подбор напорного оборудования гидротранспортной установки начинается с выбора способа трубопроводного транспорта.

При пневматическом способе материалы транспортируются с помощью сжатого воздуха. Наиболее широкое применение этот способ нашел при подаче по трубам кормовых смесей на свиноводческих фермах и комплексах, а также для перекачки жидкого навоза к месту хранения или на поля.

Типовая схема пневматической установки для транспортирования жидких кормовых смесей на свиноводческих фермах по трубам приведена на рисунок 7.3. В смесителе приготавливается кормосмесь соответствующего зоо-

241

техническим условиям состава — влажность 70–75 %. Из смесителя готовая смесь самотеком поступает в продувочный котел (объемом 5 м3). После заполнения продувочного котла открывается задвижка на кормопроводе и закрывается на входе в котел. Из ресивера воздух под давлением поступает в продувочный котел и вытесняет смесь по кормопроводу в бункернакопитель. Компрессор поддерживает давление в ресивере до 2 МПа. Давление в ресивере рр пневматической установки определяется из условия:

где рг.у — давление, которое необходимо создать в начале трубопровода. При гидравлическом способе материалы транспортируются с помощью

насосов.

Данный способ транспортирования по сравнению с пневматическим имеет более простую по устройству, а следовательно, более дешевую установку, которая легко может быть полностью автоматизирована.

Сравнительно малые размеры насоса позволяют устанавливать его в небольших помещениях.

Недостатком транспортирования жидкотекучих кормов с помощью насоса является то, что трубы после раздачи остаются заполненными кормом и при периодической промывке кормопроводов происходит потеря корма. Поэтому применение насосной раздачи считается экономичным и рациональным на свинооткормочных фермах с поголовьем до 12 тыс., так как при этом условии масса корма, остающегося в трубах, сравнительно невелика.

При гидравлическом способе раздачи кормов (рисунок 7.4) основным звеном гидротранспортной установки является насос. Поэтому от правильности выбора насоса зависит надежность и экономичность работы системы в целом.

Гидросмеси, как указывалось выше, по своим физико-механическим свойствам резко отличаются от однородных жидкостей. Они имеют высокий динамический коэффициент вязкости до 10 Н с/м2 и включают механические частицы размером до 15 мм. Вследствие этого многие насосы не могут пере-

242

качивать такие гидросмеси. Из всего многообразия типов и видов насосов можно рекомендовать центробежные, одновинтовые и поршневые.

Из центробежных насосов находят применение фекальные насосы типа НФ или грунтовые тина ГР и ГРУ, которые могут перекачивать сельскохозяйственные материалы влажностью не ниже 80 % и развивать давление до

0,5 МПа (рисунок 7.5; 7.6).

Наиболее перспективными насосами являются одновинтовые типа IB, которые способны подавать кормосмеси с более низкой влажностью (не менее 70 %), при этом развивают давление до 1,5 МПа (рисунок 7.7; 7.8).

С учетом вышеизложенного насос подбирается в зависимости от вида и свойств гидросмеси таким образом, чтобы его рабочие расход и давление были равны или несколько превышали расчетные расход и потребное давление гидротранспортной установки, а КПД был близок к максимальному.

Для этого на графике, где приведены рабочие характеристики насосов, из которых делается выбор, наносится расчетная точка характеристики гидротранспортной установки (она соответствует расчетным расходу и потребному давлению). Выбирается насос, главная рабочая характеристика которого лежит выше расчетной точки, но ближе, чем характеристики других насосов. При этом коэффициент полезного действия насоса должен быть достаточно высоким. В оптимальном случае расчетная точка совместится с главной рабочей характеристикой насоса при наибольшем КПД.

Если у нескольких насосов окажутся близкими рабочие параметры, то окончательный выбор насоса делается с помощью технико-экономического расчета. Выбирается вариант, который дает наименьшие суммарные (капитальные и эксплуатационные) издержки на транспортирование гидросмеси.

Затем строятся рабочие характеристики выбранного насоса. Для этого с помощью графиков, приведенных в справочной литературе, определяются значения давления, развиваемого насосом, и КПД при четырех расходах: Q1 — наименьший расход, указанный на графике; Q2 = (Q1 + Q)/2, где Q — расчетный расход гидротранспортной установки (Q2 округляется до ближай-

243

шего значения, совпадающего с координатной сеткой графика); Q3 = Q и Q4 — наибольшее значение расхода, имеющееся на графике.

По данным на миллиметровой бумаге строятся рабочие характеристики насоса. При построении графиков необходимо соблюдать правила их построения и ГОСТ на масштабы.

Рабочие параметры насоса определяются по рабочей точке, которая представляет собой точку пересечения главной рабочей характеристики насоса р = f (Q) с характеристикой гидротранспортной установки рг.у = f (Q).

При построении характеристики гидротранспортной установки используютсятежерасходы, которыебылипринятыдлярабочиххарактеристик насоса.

Для указанных расходов (кроме расчетного) по формуле (7.7) вычисляется средняя скорость движения гидросмеси.

По формулам (7.8) и (7.9) рассчитываются потери давления в трубопроводе.

Для принятых расходов определяется по формуле (7.11) потребное давление насосной установки. Полученные результаты желательно занести в таблицу. В таблицу записываются вычисленные ранее параметры расчетной точки характеристики гидротранспортной установки.

На графике, где показана главная рабочая характеристика насоса, в том же масштабе наносятся точки, соответствующие полученным значениям расхода и давления, а также расчетная точка.

Эти точки соединяются плавной линией, которая называется характеристикой гидротранспортной установки и представляет собой графическое изображение системы уравнений (7.7)–(7.11), то есть зависимость потребного давления гидротранспортной установки от расхода.

Находится рабочая точка насоса (на графике обозначается буквой А), которая, как указывалось выше, представляет собой точку пересечения главной рабочей характеристики насоса с характеристикой гидротранспортной установки, и по ней определяются рабочие параметра насоса: QА, давление рА, коэффициент полезного действия ηА.

244

Мощность, потребляемая насосом, вычисляется по формуле:

в которой при подстановке в качестве р, Q, η используются соответствующие рабочие параметры насоса.

Пример расчета гидротранспортной установки

Исходные данные

Гидротранспортная установка предназначена для подачи корма на свиноферму, количество свиней k = 2 500; кормление двухразовое (n = 2), продолжительность каждого кормления t = 1 ч. Суточный рацион кормления на одно животное включает смесь комбикорма, масса М1= 2,5 кг, и запаренного картофеля, масса М2 = 3,5 кг. Влажность исходных материалов соответственно W1 = 13,5 % и W2 = 80 %. Влажность кормосмеси Wс = 80 %. Длина трубопровода l = 200 м, высота подъема кормосмеси Н = 5 м.

Требуется определить диаметр трубопровода и подобрать насос.

Порядок расчета

1.Определяется масса воды Мв, которую необходимо добавить в исходные материалы дляполучениянеобходимойвлажностикормосмеси поформуле:

2. Вычисляется масса кормосмеси, приходящаяся на одно животное: q = M1 + М2 + Мв = (2,5 + 3,5 + 8,3) = 14,3 кг.

245

3.По справочным данным, например, таблица 7.5, находятся параметры, характеризующие физические свойства гидросмеси, или с помощью общеизвестных соотношений: плотность ρ =1070 кг/м3, удельный вес γ = 10,3 кН/м3, динамический (структурный) и кинематический коэффициенты вязкости µ= 0,8 Па · с,

υ= 7,6 × 10-4 м2/с, напряжение начальногосдвигаτ0 = 3,8 Па.

4.Определяется по формуле 7.6 пропускная способность (производительность) гидротранспортной установки:

Q = qk = 14,3×2500 =17м3/ч = 4,72л/с. tnс 1×2×1070

5. Намечается скорость движения кормосмеси в трубопроводе, при которой отсутствует прилипание смеси к стенкам, а потери давления по возможности минимальны. С учетом сказанного примем υ = 1 м/с = 10 дм/с.

Далее с помощью уравнения неразрывности вычисляется площадь поперечного сечения трубопровода, и затем соответствующий диаметр:

S = Qх = 410,72 = 0,472дм2 ; d = 0,775 дм = 77,5 мм.

Принимаем ближайшее стандартное значение (приложение 9):

d = 83 мм; S = 0,541 дм2.

6.Применяя уравнение неразрывности, находим фактическую скорость движения кормосмеси в трубопроводе:

х= QS = 04,,54172 = 8,74 = 0,874м/с.

7.Находится число Рейнольдса:

= хd = 0,874×0,083 =

Re н 7,6×10−4 95,4,

вычисляется обобщенное число Рейнольдса по формуле (7.8):

246

определяется коэффициент гидравлического трения:

л= Re64 = 8864,7 = 0,72 .

8.Находятся потери давления в трубопроводе по формуле (7.9):

9. Определяется потребное давление насосной установки (7.11):

рг.у = γН + ∆р = 10,3 × 5 м + 765 = 817 кПа ≈ 0,82 МПа.

Таким образом, расчетными параметрами, необходимыми для подбора насоса, являются расход Qр = 4,72 л/с; потребное давление рр = 0,82 МПа; влажность гидросмеси η = 80 %.

10.Выбираем насос IВ 20/10 и строим рабочие характеристики выбранного насоса при влажности кормовой смеси Wс = 80 %, (рисунок 7.9).

11.Строим кривую сопротивления трубопровода гидротранспортной установки, повторив пункты примера 7, 8, 9. Полученные расчеты сводим в таблицу 7.6.

Таблица 7.6 — Параметры, характеризующие гидротранспортную установку

определяем мощность, необходимую на привод насоса:

247