РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №2
по гидравлике
(2-ое переиздание)
Ижевск 2007
Сборник задач составлен к.т.н., доцентом кафедры "Процессы и аппараты" Корляковым С. В., к.т.н., старшим преподавателем кафедры "Процессы и аппараты" Васильченко М. Ю., старшим преподавателем кафедры "Процессы и аппараты" Шмыковой Н. В.
Рецензент - Лебедев Л. Я., к. т. н., доцент кафедры "Детали машин".
Общее количество часов на выполнение работы студентами для специальностей: 311500 (МПСХП), 311300 (ФМСХ), 311900 (ТОРМ) и 311400 (ФАЭСХ) 34 часов.
Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры ТМППЖ (протокол № 1 от 28. 08. 2007 года.)
Упражнение № 1
Центробежный насос марки … с числом оборотов n = 2900 об/мин (рабочее колесо не обточено) поднимает воду из колодца в открытый водонапорный резервуар на высоту h по трубопроводу диаметром d, длиной l. Коэффициент потерь по длине трубопровода принять l = 0,03. Местные потери составляют 10 % от потерь по длине.
Определить по рабочей характеристике (рис. 1, 2, 3, 4) расход насоса и развиваемый им напор, мощность на валу и его КПД, допустимую вакуумметрическую высоту всасывания 
.
При параллельной работе на общий трубопровод с теми же данными двух одинаковых насосов определить для каждого из них подаваемый расход, а также КПД, потребную мощность и допустимую вакуумметрическую высоту всасывания.
| Варианты | ||||||||||
| Марка насоса | К20/18 | К20/30 | ||||||||
| h, м | ||||||||||
| d, мм | ||||||||||
| l, м |
| Варианты | ||||||||||
| Марка насоса | К45/30 | К45/55 | ||||||||
| h, м | ||||||||||
| d, мм | ||||||||||
| l, м |
| Варианты | ||||||||||
| Марка насоса | К20/18 | К20/30 | ||||||||
| h, м | ||||||||||
| d, мм | ||||||||||
| l, м |
Упражнение № 2
В случае работы насоса на трубопровод (тип насоса и характеристика трубопровода - из упражнения №1) с производительностью Q¢, определить:
1. Какую часть напора Нз следует затратить на преодоление сопротивления в задвижке и мощность Nз, необходимую для этого, при сохранении числа оборотов насоса и регулировании расхода задвижкой.
2. В случае регулирования расхода изменением числа оборотов вычислить новое число оборотов из условия получения требуемой производительности насоса Q¢.
| Варианты | ||||||||||
| Q¢, л/с | 4,5 | 4,0 | 3,5 | 3,0 | 2,5 | 5,0 | 4,5 | 4,0 | 3,5 | 3,0 |
| Варианты | ||||||||||
| Q¢, л/с | 6,0 | 5,5 | 5,0 | 4,5 | 4,0 | 5,6 | 5,2 | 4,8 | 4,6 | 4,2 |
| Варианты | ||||||||||
| Q¢, л/с | 3,0 | 2,6 | 2,2 | 1,8 | 1,4 | 4,0 | 3,5 | 3,0 | 2,5 | 2,0 |
Примечание: Графические построения к упражнениям №1 и №2 выполнить на одном листе миллиметровой бумаги.
Рис. 1. Характеристики насоса К20/30.
 |
Рис. 2. Характеристики насоса К45/30.
Рис. 3. Характеристики насоса К45/55.
 |
Рис. 4. Характеристики насоса К20/18.
Упражнение № 3
Составить расчет водоснабжения из артскважины центральной усадьбы совхоза, используя следующие данные:
1. План поселка и водопроводной сети с указанием расположения водоисточника (артскважины), а также отметок поверхности земли в узловых и концевых точках (рисунок 5, Приложение 1).
2. Данные о количестве основных потребителей и нормах водопотребления в сутки (Приложение 2).
3. Данные для построения суточного графика водопотребления (Приложение 3).
4. Данные о величине узловых расходов в % от общего пикового расхода (Приложение 4).
5. Значение экономичных скоростей и экономичных расходов при различных диаметрах труб (Приложение 5).
6. Глубина от поверхности земли до динамического уровня воды в скважине по вариантам (Приложение 6).
Приложение 1
Геометрические высоты водонапорной башни и узловых точек
| Варианты | с 1 по 10 | с 11 по 20 | с 21 по 30 |
| zБ, м | 106,5 | 226,5 | 120,0 |
| z1, м | 104,0 | 224,0 | 117,5 |
| z2, м | 95,0 | 215,0 | 108,5 |
| z3, м | 93,5 | 213,5 | 107,0 |
| z4, м | 85,0 | 205,0 | 98,0 |
| z5, м | 92,2 | 212,2 | 105,7 |
| z6, м | 84,5 | 204,0 | 98,0 |
| z7, м | 95,0 | 215,0 | 108,0 |
| z8, м | 97,4 | 217,0 | 111,0 |
| z9, м | 100,6 | 220,7 | 114,0 |
| z10, м | 87,0 | 207,0 | 100,5 |
| z11, м | 85,2 | 205,0 | 92,7 |
| z12, м | 88,0 | 208,0 | 104,0 |
| z13, м | 87,0 | 207,0 | 100,5 |
| z14, м | 88,0 | 208,0 | 110,7 |
Рис. 5. План поселка и водонапорной сети.
Приложение 2
Количество основных потребителей и нормы водопотребления в сутки.
| Потребители | Норма л/сут. | Количество по вариантам | |||||||||
| Жители | |||||||||||
| Автомашины | |||||||||||
| Тракторы | |||||||||||
| Крупный рогатый скот | |||||||||||
| Свиньи | |||||||||||
| Овцы и козы |
| Потребители | Норма л/сут. | Количество по вариантам | |||||||||
| Жители | |||||||||||
| Автомашины | |||||||||||
| Тракторы | |||||||||||
| Крупный рогатый скот | |||||||||||
| Свиньи | |||||||||||
| Овцы и козы |
| Потребители | Норма л/сут. | Количество по вариантам | |||||||||
| Жители | |||||||||||
| Автомашины | |||||||||||
| Тракторы | |||||||||||
| Крупный рогатый скот | |||||||||||
| Свиньи | |||||||||||
| Овцы и козы |
Приложение 3
Данные для построения суточного графика водопотребления.
| Часы суток | Часовое водопот-ребление в % от суточного | Часы суток | Часовое водопот-ребление в % от суточного | Часы суток | Часовое водопот-ребление в % от суточного |
| 0-1 | 0,75 | 8-9 | 3,5 | 16-17 | 3,5 |
| 1-2 | 0,75 | 9-10 | 3,5 | 17-18 | 3,5 |
| 2-3 | 1,0 | 10-11 | 6,0 | 18-19 | 6,0 |
| 3-4 | 1,0 | 11-12 | 8,5 | 19-20 | 6,0 |
| 4-5 | 3,0 | 12-13 | 8,5 | 20-21 | 6,0 |
| 5-6 | 5,5 | 13-14 | 6,0 | 21-22 | 3,0 |
| 6-7 | 5,5 | 14-15 | 5,0 | 22-23 | 2,0 |
| 7-8 | 5,5 | 15-16 | 5,0 | 23-24 | 1,0 |
Приложение 4
Данные о величине узловых расходов по отношению к общему пиковому расходу.
| № № узлов | |||||||
| Узловые расходы в % от общего пикового расхода | 6,5 | 7,6 | 9,0 | 5,5 | 11,3 | 6,5 | 9,7 |
| № № узлов | |||||||
| Узловые расходы в % от общего пикового расхода | 8,5 | 1,9 | 3,2 | 3,6 | 14,5 | 6,2 | 6,0 |
Приложение 5
Значения экономичных скоростей и экономичных расходов при различных диаметрах труб.
| Диаметр труб, мм | |||||
| Экономичная скорость, м/с | 0,4-0,5 | 05,-0,6 | 0,65-0,7 | 0,7-0,75 | 0,8-0,9 |
| Экономичный расход, л/с | 0,8-1,0 | 2,2-2,6 | 5,1-5,5 | 8,5-9,2 | 14,1-15,9 |
Приложение 6
Глубина hд от поверхности земли до динамического уровня воды в скважине
| Варианты | ||||||||||
| hд, м |
| Варианты | ||||||||||
| hд, м |
| Варианты | ||||||||||
| hд, м |
Порядок расчета
1. Определить потребный объем воды в сутки для всего поселка. Расчет свести в таблицу 1.
Таблица 1
| Потребители | Количество потребителей | Норма, л/сутки | Суточный объем, л |
| Жители | |||
| Автомашины | |||
| Тракторы | |||
| Крупный рогатый скот | |||
| Свиньи | |||
| Овцы и козы | |||
| Всего: |
2. Построить суточный график водопотребления и определить пиковый расход в л/с.
3. Определить узловые расходы, сведя расчет в таблицу 2.
Таблица 2
| № № узлов | ||||||||||||||
| Узловые расходы в % от пикового | ||||||||||||||
| Узловые расходы в л/с. |
4. Вычислить расходы в ветвях и подобрать диаметры труб, пользуясь таблицей экономичных скоростей и расходов.
Учесть, что минимально допустимый диаметр внешней водопроводной сети равен 50 мм. Вычислить гидравлические потери в трубах подобранного диаметра.
Местные потери принять равными 10% от потерь по длине.
Расчет свести в таблицу 3.
Таблица 3
| №№ ветвей | Длина, м | Расход, л/с | d, мм | hl, м | h=1,1 hl, м |
| 0-1 | |||||
| 1-2 | |||||
| … | |||||
| 12-14 |
5. Определить диктующую точку по максимальной сумме zi + hБ-i, где zi - отметка поверхности земли у возможной диктующей точки; hБ-i - суммарные потери напора на участке от водонапорной башни до возможной диктующей точки.
6. Построить напорную линию вдоль основной магистрали и определить (уточнить) диаметры ответвлений, используя наличный напор.
7. Определить высоту водонапорной башни по формуле:
НБ=( zд.т. - zБ) + hБ-д.т. + hсв,
где hcв - свободный напор (принять равным 10 м).
8. Определить расчетный расход насосной станции в м3/час, полагая ее работу равномерной в течение 16 часов, с 5 до 21 часа.
Вычислить потребный объем водонапорного бака, используя построенный график суточного водопотребления.
9. Определить напор насосной станции, учитывая глубину hд динамического уровня в артскважине (Приложение 6) и высоту водонапорной башни НБ. Высоту бака принять 2 м. При расчете потерь напора длину стальной водоподъемной трубы считать равной L = hд + НБ + 15 м. Диаметр трубы определить в зависимости от диаметра скважины по следующей таблице:
| Расход насоса, м3/час | 10-13,5 | 14-17 |
| Диаметр водоподъемной трубы, мм |
Подсчитать потери в трубе. Местные потери принять равными 10% потерь по длине.
10. Подобрать погружной артезианский насос по каталогу.
Представить следующий графический материал (на одном листе миллиметровки или ватмана):
1. Суточный график водопотребления.
2. План водонапорной сети в масштабе 1:10000 с указанием высотных отметок, а также следующих данных по каждой ветви: а) длины в км; б) диаметра в мм; в) расхода в часы пик в л/с; г) потери напора в м.
3. Сокращенный схематический профиль по артскважине, водонапорной башне и основной магистрали с показанием напорной линии. Принять горизонтальный масштаб 1:10000, вертикальный 1:100. Артскважину показать с разрывом. Глубину промерзания грунта принять равной 2,5 м.
 |