Управление вечернего и заочного образования

Расчетная часть

Таблица 1. Исходные данные

L, м	250
H, м	5
D, мм	200
ξз	0.5
ξф*	9
ξкол	0.25
T, С^о	25
ρ, кг/м^3	715
Вид жидкости	бензин
Q, м^3/с	0.2
Атмосферное давление,Па	98000
Рн.п., Па	800
ν, м2/с	0.0000051
g м/с2	9.81
Δ, м	0.00001

Давление насыщенных паров, вязкость бензина при 25^оС и шероховатость труб были определены в приложении.

Задание №1

Рассчитать необходимое количества насосных установок

Рис. 1 – схема насосной установки

Основная задача определить расходы для всех 3-х участков трубы. Для этого найдем напор для случайного перечня расходов. Для получения основного параметра
(скорости потока):
(19)
Далее подставляем значения в формулы в следующем порядке: 8 => 3-7 => 2. По итогу получим потери напора на 1-ом участке трубопровода. Далее определим направление потоков: жидкость из 1 резервуара через z_o разделяется на 2 параллельных потока 2 и 3. То есть сложный трубопровод можно разделить на 2 условных участка (простые трубопроводы):
1-ая и 2-ая трубы образуют последовательное соединениебудут
Исследуя 1-ый участок для 2-ой трубы делаем тоже самое, что и для 1-ой, то есть идем от расхода по формулам, находя напор.
Для определения необходимого числа насосных установок, необходимо определить максимальный расход Q_max одной установки, затем требуемый расход разделить на Q_max. При эксплуатации насоса нам нужно поддерживать давление во всасывающей линии выше р_п.н., это выступает ограничением Q_max.
Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-2:
(20)
(21)
Выразим р_вс
(22)
Введем замену :
(23)
Нам известно, что при давлении на входе в насос не должно опускаться ниже р_н.п.=1466 Па. Для решения данной задачи воспользуемся графоаналитическим методом. Будем произвольно предполагать расходы Q₁, Q₂ … Q_i. Для каждого Q_i будем рассчитывать:

1. 
   Скорость потока
   

(24)

2. 
   Число Re:
   

(25)

3. 
   коэффициент гидравлического сопротивления λ:
   

При Re <2320:
(26)
При 2320 , (27)
При 10d

, (28)
При 10d/Δ , Re>500d/Δ (29)

4. 
   (30)
   

Далее строим зависимость Р_вс=f(Q). Проводим горизонтальную прямую, соответствующую р_вс=1334 Па. Пересечение этой прямой с построенной зависимостью Р_вс=f(Q) соответствует максимальному расходу. Результаты расчета представлены в таблице 2 и рис.6.
Таблица 2. Расчет расхода насосной установки

Q	V	ξф	ξкол	ξз	Re	Рвс
м^3/c	м/c	-	-	-	-	Па
0,0100	0,0637	9	0	1	24965	61215
0,0200	0,1273	9	0	1	49931	55965
0,0300	0,1910	9	0	1	74896	47215
0,0400	0,2546	9	0	1	99862	34965
0,0500	0,3183	9	0	1	124827	19215
0,0593	0,3774	9	0	1	147997	1466
0,0600	0,3820	9	0	1	149793	-36
0,0700	0,4456	9	0	1	174758	-22786
0,0800	0,5093	9	0	1	199724	-49036
0,0900	0,5730	9	0	1	224689	-78787

Жирным выделено верно решение


Рис. 2 – зависимость Р_вс от Q
Для более точного решения воспользуемся итерационным методом Ньютона
Таблица 3 – Метод Ньютона

Номер итерации	Q	P	P'	Qi-1
1	0,060142	17748,52	-1750019	0,05
2	0,059287	-1800,04	-2104990	0,060142
3	0,059281	-12,7969	-2075060	0,059287
4	0,059281	-0,00067	-2074844	0,059281

Получили Q_max = 0,059281

Для перекачки общего расхода жидкости Q=0,2 м³/с необходимо n=0,2/0,059281=3,37≈4 установки.

Задание №2

Исследовать возможности улучшения работоспособности всасывающей линии
Для исследования влияния диаметра на максимальный расход в каждой установке и на количество необходимых установок произвольно будем подбирать диаметр труб. Для каждого случая будем рассчитывать расход и количество насосных установок по тем же формулам, которые использовали для решения первого задания. Затем построим зависимости расхода и количества насосных установок от диаметра.
Таблица 3. Исследование влияния диаметра на расход в системе.

d	V	Q	Re	λ	Число установок	Pвс
0,1	1,9910	0,0156	390398	0,012658	13	1466
0,2	2,6710	0,0839	1047449	0,00989	2	1466
0,3	3,0107	0,2128	1771028	0,008673	1	1466
0,4	3,2080	0,4031	2516115	0,007944	1	1466
0,5	3,3346	0,6547	3269222	0,007441	1	1466

Как видно из таблицы дальнейшее увеличение диаметра не приводит к уменьшению количества насосных установок, так же для увеличения эффективности можно использовать более качественные трубы с меньшими показателями шероховатости, а также другие клапана и задвижки.

Выводы

• 
  Необходимое число насосов в установке – 4
  
• 
  использование труб с диаметром более 0,3 м нецелесообразно, так как невозможно установить менее одного насоса.
  
• 
  Использование труб с диаметром менее 0,3 м приводит к резкому возрастанию числа установок.
  

Приложение

Рис. . Номограмма вязкости нефтепродуктов от температур