Методические указания по изучению дисциплины и выполнению (стр. 7 из 8)

Написанное в общем виде уравнение Бернулли преобразуется к расчетному виду согласно условию задачи, из него находится искомая величина. Если в полученном расчетном уравнении окажется более одной неизвестной величины, то оно решается либо методом подбора, либо методом последовательных приближений. Эти методы достаточно освещены в рекомендуемой литературе, например в [5, с. 123…126].

2. 4. Гидравлический расчет разомкнутой сети

сельскохозяйственного водоснабжения

31…40. Выполнить упрощенный гидравлический расчет разомкнутой (тупиковой) сети сельхозводоснабжения, которая предназначена для населенного пункта с производственно-хозяйственным комплексом.

Исходные условия. На основании генерального плана хозяйства составлена схема водопроводной сети (см. на рис. 4.1 – 4.5 схему, соответствующую номеру задачи в табл. 2). Известны условные геодезические отметки s_i узловых точек, длина участков трубопровода между ними, путевой расход Q_п и расходы Q_i в узловых точках, соответствующие общему максимальному расходу водопроводной сети, необходимый свободный напор [Н_св].

Требуется: определить расчетные расходы и выбрать диаметры труб для всех участков трубопровода; вычислить напоры в узловых точках; построить график пьезометрических напоров; определить основные параметры водонапорной башни (минимальный напор, регулирующий и полный объемы бака), работающей совместно с насосной станцией в автоматическом цикличном режиме; выбрать соответствующий типоразмер насосного агрегата.

Расчетный расход на участке сети определяется в общем случае по формуле:

Q_р = Q_т + 0,55 Q_п, (7)

где Q_т – транзитный расход, пропускаемый дальше рассматриваемого участка трубопровода;

Q_п – путевой расход на этом участке;

0,55 – коэффициент, определяющий в среднем долю путевого расхода, участвующего совместно с транзитным расходом в создании потерь напора на рассматриваемом участке.

Для определения оптимальных диаметров трубопроводов в зависимости от расчетных расходов можно воспользоваться приложением 1. По известным значениям расхода и диаметра определяется средняя скорость потока на каждом участке. Затем по приложениям 1 и 2 находятся соответствующие величины А_кв и q, которые подставляются в уравнение для вычисления потерь напора.

Далее необходимо перейти к расчету свободных напоров в узловых точках. Свободным называется пьезометрический напор, отсчитываемый от геодезической отметки s поверхности земли.

Расчет выполняется из условия, что свободный напор в любом узле, где имеется отбор воды, должен быть не меньше некоторой минимальной величины [Н_св], называемой необходимым напором. Это наименьший напор, при котором обеспечивается нормальная работа технических устройств водопотребителей. Он учитывает высоту расположения устройств над поверхностью земли, а также потери напора в них и во внутренних трубопроводах. Величины [Н_св] приводятся в справочной литературе. В конечных точках системы можно принять

Рис. 4. Схемы к гидравлическому расчету разомкнутой сети сельхозводоснабжения: 1 – резервуар чистой воды; 2 – насосная станция; 3 – водонапорная башня; 5, 6, 7 – производственно-хозяйственные объекты.

свободные напоры равными [Н_св]. Составляя уравнения Д. Бернулли для соседних узлов, двигаясь навстречу потоку, можно последовательно вычислить свободные напоры во всех узлах. Например, если в узле 7 (рис. 4.1) принять Н_св7 = [Н_св], то в узлах 6 и 4 свободные напоры вычисляются по следующим формулам:

Н_св6 = [Н_св] + s₇ – s₆ + h_6–7, (8)

Н_св4 = Н_св6 + s₆ – s₄ + h_4–6, (9)

где h_6–7, h_4–6 – потери напора соответственно на участках 6–7 и 4–6.

Аналогично определяются свободные напоры в других узлах. Выявляется диктующая точка (в которой свободной напор наименьший), соответственно главное направление (от начала сети до диктующей точки), отвод от главного направления. Если в диктующей точке не выполняется условие Н_св.д ³ [Н_св], то необходимо добавить к ней напор до [Н_св], соответственно повысить напоры в остальных точках на величину этой добавки. Если окажется при этом, что свободный напор в конечной точке отвода значительно превышает [Н_св], то целесообразно погасить это превышение, подобрав меньшие по сравнению с первоначально взятыми диаметры труб на участках отвода.

При автоматической цикличной работе насосной станции с водонапорной башней часовая подача насоса принимается равной максимальному часовому расходу системы или несколько большей (до 20%).

Q_н = (1,0…1,2) × 3,6 × SQ_i, (10)

где SQ_i – суммарный расход потребителей, л/с.

Регулирующий объем бака водонапорной башни определяется по формуле

W_р = Q_н /4z_max, (11)

где z_max – максимально допустимое число циклов, т.е. включений насосного агрегата в час (2…6).

Полный объем бака водонапорной башни находится по формуле

W = (1,2…1,3) × (W_р +W_п), (12)

где W_п – противопожарный объем воды.

Высота водонапорной башни определяется по свободному напору в точке ее установки (узел 3). При определении напора насоса Н_н нужно учесть кроме высоты водонапорной башни разность отметок (s₃ – s₁) и сопротивления трубопровода 2–3 и 1–2. Всасывающий трубопровод 1–2 рассчитывается как короткий по уравнению Бернулли. Для изготовления его целесообразно применять стальные тонкостенные трубы. Диаметр его определяется по подаче насоса Q_н и рекомендуемой средней скорости v_в = 0,6…1,0 м/с.

По полученным значениям Q_н и Н_н подбирается в каталоге соответствующий типоразмер насосного агрегата. Для этого можно использовать сводные графики рабочих полей насосов из следующей литературы: [1, С. 130]; [2, С. 186]; [3, С. 161]; [5, С. 202…204]; (приложение 3).

2. 5. Режимы работы насосов и их регулирование

41…50. Используя условия предыдущей задачи, определить режим работы (рабочую точку) выбранного насоса при минимальном уровне воды в водонапорной башне. Вычислить мощность, потребляемую насосом при подаче и напоре, соответствующим этому режиму. Какими будут величины подачи, напора и мощности насоса, если: 1) частоту вращения его рабочего колеса уменьшить на 15%; 2) диаметр рабочего колеса уменьшить на 15%?

Режим работы насоса определяется точкой пересечения напорной характеристики его Н=F(Q) с характеристикой трубопровода Н_тр=F(Q), построенных в одинаковых масштабах. Характеристики насосов приводятся в каталогах, в справочной литературе. (Характеристики некоторых консольных насосов, необходимые для решения этой задачи, в табличном виде приведены в приложении 4).

Характеристика трубопровода строится по зависимости

Н_тр=Н_б + s₃ – s₁ + К_сQ², (13)

где Н_б – уровень воды в водонапорной башне, м;

К_с – приведенный коэффициент сопротивления трубопровода, с²/м⁵;

Q – текущее значение расхода (для построения кривой достаточно взять 5 или 6 значений через равные интервалы от 0 до максимальной подачи насоса по напорной характеристике).

s₃ ,s₁ – геодезические отметки основания водонапорной башни и свободной поверхности воды в резервуаре 1.

Величину К_с можно найти из уравнения (13), если подставить в него расчетные значения подачи Q_н и напора Н_н насоса, полученные в предыдущей задаче

К_с = [Н_н – (Н_б + s₃ – s₁)] / Q_н². (14)

Таким образом, подача Q_А и напор Н_А насоса, соответствующие искомому рабочему режиму, находятся в точке А пересечения вышеназванных кривых. Для определения КПД в рабочем режиме h_А наносится также кривая h=F(Q) выбранного насоса. Далее с учетом его вычисляется потребляемая мощность. Для ответов на остальные вопросы задачи нужно проработать теоретический материал литературы [1, с.127…131]; [2, с. 175…186].

2. 6. Расчет объемного гидропривода

51…60. Для передачи энергии от двигателя мобильной машины к рабочему органу и управления режимами его работы применен нерегулируемый объемный гидропривод (ОГП). Структурная схема ОГП задана в двух вариантах: с гидромотором (рис. 5.1); с гидроцилиндром (рис. 5.2). Исходные данные к решению задач приведены в табл. 3. Рабочая жидкость – масло МГ – 30 (плотность r=910 кг/м³, кинематическая вязкость n=0,30 Ст при t=50°С). Принять потери давления в гидрораспределителе 0,3 МПа, в фильтре – 0,15 МПа; объемный и общий КПД: гидромотора – 0,95 и 0,90, гидроцилиндра – 1,0 и 0,97, насоса – 0,94 и 0,85.

Требуется: на основе заданного варианта структурной схемы (рис.5) составить и начертить в соответствии с требованиями ГОСТ 2.704–76 принципиальную схему гидропривода; определить рабочее давление и расход заданного гидродвигателя; выбрать диаметры трубопроводов и определить потери давления в них; определить подачу, давление, мощность насоса и общий КПД гидропривода.

Рис. 5. Структурные схемы объемного гидропривода: Б – бак; Н – насос; Р – гидрораспределитель; ГМ – гидромотор; ГЦ – гидроцилиндр; Ф – фильтр.

Рабочее давление в цилиндре определяется из уравнения равновесия сил, приложенных к поршню со штоком при установившемся движении. Расход вычисляется по заданным значениям внутреннего диаметра цилиндра и скорости штока.