РАСЧЁТНОЕ ЗАДАНИЕ № 1

СИСТЕМЫ.
РАСЧЁТ И ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
(КЛАПАНА)

СРЕДЫ t0C (значения в таблицах)
3. ОБЪЁМНЫЙ РАСХОД СРЕДЫ Q –

дата (день) рождения  5 – м3/ч

ГРУППА БАТЗУ 17 – 01

Номер варианта задания № 1 определяется порядковым номером ФИО студента
в списке группы на момент времени проведения установочной сессии.

насоса с трубой при помощи диффузора (т.к. практически всегда DNТР

на два стандартных значения больше чем DN напорного патрубка насоса)

pДОП

а

b

ЗК

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ В ФОРМУЛАХ И ПРАВИЛЬНО ПЕРЕВОДИТЬ ЧИСЛЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ЕДИНИЦ

ИЗМЕРЕНИЯ

1 m3/ч = 1/3600 м3/с
1м2 = 10 000 см2 = 1 000 000 мм2
1 м = 100 см = 1 000 мм

(номинального размера) DNтр
Q = V  S
S = 0,785DN2
DN=√(S/0,785)
ПОРЯДОК РАСЧЁТА
DN

= √(Q/0,785V)

Условие выбора
условного прохода трубы
DNРАСЧ.ТР  DNТР.СТ

Рекомендуемая скорость движения жидких сред в напорных трубопроводах от 1 до 3 м/с

3. Проверка соблюдения условия V = 1 – 3 м/с
(допускается vмакс  3,5 м/с)
при выбранном стандартном значении DNтр

После выбора стандартного условного прохода DNтр требуется рассчитать реальную скорость среды в трубе при заданном расходе и далее в формулах использовать данное значение.

μ = 0,00178 / (1 + 0,0337t + 0,000221t2)
Порядок

значений Х, ….10-4 – Х,…. 10-5

4.1 Проверка соответствия расчетного значения динамической вязкости  справочно-табличным значениям.

4.1.1 Определение абсолютной () и относительной () погрешностей значения  (    1 %).

0,001 Пас)
Требуется перевод табличных единиц измерения !!!

плотность среды при рабочей температуре, кг/м3
Порядок значений Х, ….10-6

– Х,…. 10-7

6. Расчёт значения числа Рейнольдса при течении среды в трубе выбранного условного прохода DN




где v – скорость потока среды, м/с;
DN – условный проход трубопровода, м;
ρ - плотность среды (в расчёте воды), кг/м 3;
μ – динамический коэффициент вязкости, Нс/м2 (Пас);
 – кинематический коэффициент вязкости, м 2/с.

ламинарном режиме. Reл = 2300
7.1 Определение скорости движения среды при

выбранном стандартном значении DNтр в ламинарном режиме течения.

7.2 Определение расхода среды в ламинарном режиме течения при известном выбранном стандартном значении DNтр.

7.3 Определение режима течения жидкости при заданном расходе среды при условиях:

10DNТР; 50DNтр; 100DNтр; 500DNтр.

7.4 Определение условного прохода трубы при заданном расходе среды при ламинарном течении жидкости в трубе.

сети
(при изотермическом течении потока среды)
р С.К. – давление, необходимое для

создания скорости потока на выходе из трубопровода, Н/м2;
р Т.Р. – давление, необходимое для преодоления трения при изотермическом течении потока в прямой трубе, Н/м2;
р М.С. – давление, расходуемое на преодоление местных сопротивлений трубопровода, Н/м2;
р ПОД. – давление, необходимое для подъёма жидкости или преодоления гидростатического давления, Н/м2;
р АПП. – давление, необходимое для преодоления гидравлического сопротивления технологического аппарата, Н/м2;
р ДОП. – дополнительное давление в конце трубопровода, Н/м2;

из трубы рС.К. Н/м2
р С.К. – давление, необходимое для

создания скорости потока на выходе из трубопровода, Н/м2;
ρ – плотность среды, кг/м3;
v – скорость потока, м/c.

9.2 Определение давления, необходимого для преодоления трения при изотермическом течении потока в прямой трубе рТР. Н/м2

λ – коэффициент трения;
L – длина прямого участка трубопровода, м;
dЭ – эквивалентный диаметр трубопровода, для труб круглого сечения dЭ = d (d – внутренний диаметр трубы), м;

9.2.1 Определение коэффициента трения λ при турбулентном режиме течения среды

λ – коэффициент трения зависит от двух основных факторов (величин):
ε – средние значения шероховатости внутренних стенок труб, м;
Re – значения числа Рейнольдса.

справочные
значения
абсолютной
шероховатости
ε

ε
Опечатка, отсутствует ноль после запятой.
Область шероховатого трения – коэффициент

трения  зависит только от шероховатости стенок и не зависит от числа Re.

Область гладкого трения – коэффициент трения  зависит только от числа Re.

Область переходная – коэффициент трения  зависит и от числа Re и от шероховатости стенок.

Пример определения λ:
При Re = 1 600 000 и dЭ / ε = 200
т.к. красная вертикальная линия от значения Re пересекает линию отношения = 200 в области шероховатого трения горизонтальная красная линия показывает значение
λ = 0,031

р М.С. – давление, расходуемое на преодоление местных сопротивлений без

учёта потерь на трение, Н/м2;
ρ – плотность среды, кг/м3;
v – скорость потока, м/c;
 – коэффициент местного сопротивления.

9.3.1 Определение состава местных сопротивлений в ТС

диффузор
угол 900
угол 450
угол 450
конфузор
запорный клапан (ЗК)
регулирующий орган (ИУ)

Значения коэффициента  различных местных сопротивлений определяется по формулам, приведенным в таблице 22 или в последующих слайдах.

Эти элементы трубопроводной системы являются местными сопротивлениями (МС).
Для каждого из них по справочным таблицам и формулам надо определить коэффициент сопротивления ξ и найти падение давление на каждом МС потом сложить и сделать анализ их влияния на общие потери давления.

(отвод)
угол 450 (отвод)
запорный клапан
конфузор (плавное сужение/концентрический переход)

регулирующий клапан (РО/ИУ)

Для расчёта недостающих параметров диффузора и конфузора при определении ξ следует воспользоваться ГОСТ 17348-2001 в котором указаны их типы, материалы, геометрические размеры из которых необходимо определить углы конусности (сужения/расширения), также из указанного ГОСТа следует выбрать конкретные переходы и их маркировку.
Отводы выбираются из ГОСТ 30753-2001 или ГОСТ 17375-2001 .
Следует помнить, что радиус закругления (изгиба) отводов влияет на потери давления при движении среды.
В качестве запорного клапана можно выбирать шаровые клапаны (имеющие самое низкое значение ξ ≈ 0,5 – 1 в сравнении с другими конструкциями (типами)) или плунжерные конструкции (односедельные) клапанов (имеющие обычно значение ξ от 3 до 7). Пункт 12 справочной таблицы на следующем слайде. Обычно для стандартных конструкций односедельных клапанов отношение h/d лежит в диапазоне от 0,1 до 0,25.
В качестве регулирующих клапанов чаще всего используют плунжерные конструкции односедельных или двухседельных регулирующих клапанов (в зависимости от DN: до DN65 – DN100 – отдают предпочтение односедельным клапанам, свыше DN 100 – практически всегда выбирают для регулирования жидких сред двухседельные клапаны .
В КУРСОВОЙ РАБОТЕ ВСЯ ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА, ТРУБОПРОВОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (ПЕРЕХОДЫ, ОТВОДЫ, СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ФЛАНЦЫ, МУФТЫ, ТРУБЫ) и НАСОС с электроприводом ДОЛЖНЫ БЫТЬ ВЫБРАНЫ (указан ТИП, МАРКА, ТИПОРАЗМЕР и т.д.). Приведены (указаны) все необходимые технические параметры и характеристики

давления р ПОД. Н/м2
ρ – плотность среды, кг/м3;
q –

ускорение свободного падения, q = 9,81 м/c2;
H – высота подъёма или слой жидкости, м.

Н/м2;
ρ – плотность среды, кг/м3;
v – скорость потока, м/c;
АПП –

коэффициент местного сопротивления технологического аппарата.

9.5 Определение давления, необходимого для преодоления гидравлического сопротивления технологического аппарата (теплообменника) р АПП. Н/м2

m – число рядов в пучке в направлении потока:

Нечётный месяц рождения m = 15;
Чётный месяц рождения m = 10.

шахматное расположение труб в теплообменнике при поперечном обтекании средой

Так как отсутствуют конкретные данные о теплообменнике, в данном пункте 9.5 значение Re в формулах следует взять в (три-пять) раза меньше, чем значения Re в трубе.

дополнительного давления в конце трубопроводной системы
(на выходе из теплообменника) р

ДОП. Н/м2

9.7 Определение полного давления, необходимого для преодоления всех гидравлических сопротивлений трубопроводной системы
р, Н/м2

Численное значение величины полного давления является основанием выбора напора насоса в ТС, м

105 Па = 100 000 Па (Н/м2) = 0,1 МПа = 1 кгс/cм2 = 1 бар =
= 10 метров водного столба

трубопроводной арматуре
р, Н/м2
Данное давление является давлением р1 при

расчёте и проверке на возникновение кавитации в РО
(выраженное в абсолютном давлении)

Величина напора насоса Н в рабочей точке (смотреть следующий слайд)

паспорте насоса, руководстве по эксплуатации или справочниках.
Расход 85 м3/ч (берётся

из исходных данных задания);
Исходя из параметров насоса и мощности двигателя (смотреть порядок расчёта мощности двигателя) восстановить перпендикуляр до нужной линии зависимости Н от Q и Р (например 45 кВт);
Величина напора при данных параметрах будет Н = 84 метра (этот напор и показывается на графике потерь давления);
КПД насоса несколько меньшеη ≈ 0,63 (значение ниже номинального значения ηН ≈ 0,67 )
Двигатель работает с недогрузкой
Номинальные значения параметров показаны на линиях точками и штриховыми линиями.
Напор будет больше номинального напора только на 3 – 4 метра, а производительность при этом будет меньше на 15 м3/ч (т.е. меньше номинальной производительности, которая = 100 м3/ч на 15 %).
Следует выбрать такой насос, чтобы текущие (требуемые, расчётные) значения напора и производительности попадали в рабочую зону расходно-напорной характеристики насоса. Что в данном случае полностью выполняется.
Рабочая зона характеризуется высоким значением КПД насоса и коэффициентом загрузки двигателя. Для данного насоса рабочая зона показана (ограничена) зелёными штриховыми прямыми линиями и участком рабочей характеристики.

– коэффициент запаса:  = 1,15 ÷ 1,3
Q – расход

среды, м3/ч;
– плотность среды при температуре t0С, г/см3;
р – перепад давления на клапане, кгс/см2 (данное значение определено в п. 9.3).

11. Выбор регулирующего (или запорно-регулирующего) клапана по техническому каталогу (справочнику) с учётом ФХС и параметров среды и условий эксплуатации:

Выбор клапана по техническому каталогу

Проверка правильности выбора по диаграмме

УСЛОВИЯ ВЫБОРА:
КVУ  KVУ МАКС
0,5DNТР ≤ DNИУ ≤ DNТР

клапана.
13. Определение влияние вязкости технологической среды на работу клапана

Расчёт числа Рейнольдса для клапана Reкл

– кинематическая вязкость среды, см2/c;
DNИУ – условный проход клапана, (мм);
Q – расход среды через клапан, м3/ч.

14. Re ≥ 2300, то влияние вязкости НЕ УЧИТЫВАЕТСЯ.
Re < 2300, коэффициент вязкости Ψ определяется по справочным таблицам

КV.В = ψ  КV.МАКС.

КV.В. ≤ КV.У.

сопротивления ξ ИУ
где DNИУ – условный

проход ИУ, см.
КV.У. – значение условной пропускной способности ИУ, м3/ч.

– определение коэффициента кавитации КС.
КС. = ƒ(ξ )

КС выбирается из справочной таблицы в зависимости от типа ИУ и направления подачи среды

кавитация.
∆рКАВ. = КС.  (р1 – рН.П.)
рН.П.
Выполнение условия ∆рМИН

∆рКАВ. – завершение расчёта

Выполнение условия ∆рМИН ≥ ∆рКАВ - повторение расчёта

Определение ∆рКАВ.МАКС.

КС.МАКС. = ƒ(ξИУ)

∆рКАВ. МАКС.= КС.МАКС.  (р1 – рН.П.)

КС.МАКС.

Выполнение условия
КV.МАКС ≤ КV.У.
расчёт закончен

Р1 – абсолютное давление перед ИУ, кгс/см2 ;
рН.П. – абсолютное давление насыщенных паров среды, кгс/см2 .

полный напор, м;
k3 – коэффициент запаса, k3 = от 1,1

до 1,5 (большие значения коэффициента запаса должны соответствовать меньшей мощности (до 5 кВт), меньшие значения – большей мощности (свыше 5 кВт);
ηн – КПД насоса (КПД насоса указывается в каталогах и справочниках на насосное оборудование, в случае отсутствия этих сведений численное значение КПД насоса можно принимать в диапазоне от 0,4 до 0,85 в зависимости от режима использования насоса и его типа);
ηп – КПД передачи;
γ – удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м3: удельный вес перекачиваемой жидкости γ =   q;
 – плотность жидкости, кг/м3;
q – ускорение свободного падения, м/с2: q = 9,81 м/с2.

ПОРЯДОК РАСЧЁТА

2. Выбор насоса из каталога

КАТАЛОГ НАСОСОВ

расчёта мощности ЭП насоса с учётом параметров и характеристик насоса
3.2

Разработать электрическую принципиальную схему управления электропривода насоса, обеспечивающую работу в двух режимах:
I – ручной режим работы ЭП:
- ручное дистанционное включение/отключение;
автоматическое отключение при давлении в гидравлической системе «максимум»;
возможность ручного включения ЭП при любом уровне давления в системе (кроме «максимум»).
II – автоматический режим работы ЭП:
ручное дистанционное включение (первичное включение);
автоматическое отключение при давлении в гидравлической системе «максимум».
автоматическое (повторное) включение при давлении в гидравлической системе «минимум»;
блокирование действия кнопки «СТОП»;
блокирование действия кнопки «ПУСК» при наличии давления в гидравлической системе между значением «минимум» и «максимум» после первичного включения;
блокирование самопроизвольного включения ЭП насоса при подачи напряжения в СУ при давлении в гидравлической системе «минимум»
Выбор режима работы – ключом управления.
Реализация автоматического режима работы ЭП – при помощи манометра типа ДМ-2050 (ДМ-2010) с исполнением выходного электроконтактного устройства согласно задания в таблице.
Реализация ручного дистанционного управления ручного и автоматического режима – при помощи одного двухкнопочного поста управления.
Работа ЭП насоса (в случае его включенного состояния) не должна прекращаться при изменении режима работы ЭП ключом управления.
В автоматическом режиме работы ЭП действие кнопки «СТОП» должно быть блокировано.
Электрические защиты ЭП для режима работы S1.

релейной схемы управления электроприводом насоса
Принципиальные схемы подключения электроконтактных (электрических) манометров

согласно ГОСТ 2405 – 88

замыкающий контакт);
исполнение II – одноконтактная цепь на размыкание (1р —

один размыкающий контакт);
исполнение III – двухконтактная цепь на размыкание-размыкание ( 2р — левый (min - размыкающий, правый (max) – размыкающий);
исполнение IV – двухконтактная цепь на замыкание-замыкание (2з – левый (min) - замыкающий, правый (max) – замыкающий);
исполнение V – двухконтактная цепь на размыкание-замыкание (1р+1з — левый (min) - размыкающий, правый (max) - замыкающий;
исполнение VI двухконтактная цепь на замыкание-размыкание (1з+1р — левый (min) - замыкающий, правый (max) - размыкающий;

min

min

min

min

max

max

max

max

исполнение VI

исполнение IV

исполнение III

исполнение V

насоса меняется пропорционально квадрату изменения скорости вращения рабочего колеса насоса.
Момент

насоса меняется пропорционально квадрату изменения скорости вращения рабочего колеса насоса.

Потребляемая мощность насоса меняется пропорционально кубу изменения скорости вращения рабочего колеса насоса.

4. Произвести перерасчёт Q, H, P при изменении частоты вращения ЭП относительно базовой комплектации, указанной в каталоге насосов
(стандартные частоты вращения асинхронных ЭП:
3000, 1500, 1000, 750, 600, 500, 375 мин-1 )

необходимо прочитать учебное пособие «Исполнительные устройства автоматизации» 2009 г. Автор

Драчёв В. А.