1.5 Расчёт сопротивлений трубопроводов и включённых в них аппаратов

Под сопротивлениями понимают потери напора, эквивалентные затратам энергии потока на работу против сил трения, обусловленных вязкостью перекачиваемой среды.

Суммарные потери напора вычисляют по формуле

, (5)

где h_п.вс. - потери напора на всасывающем участке трубопровода, м; h'_н - потери напора в напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника, м; h_Т - потери напора в теплообменнике, м; h''_н - потери напора в напорном участке трубопровода от теплообменника до танка, м.

Различают два вида потерь напора: потери по длине и потери в местных сопротивлениях.

Потери напора по длине определяют по формуле Дарси-Вейсбаха

, (6)

где - коэффициент гидравлического трения на данном участке; l - длина участка трубопровода, м; d - внутренний диаметр трубопровода, м; - скоростной напор на данном участке, м.

Для определения при турбулентном режиме движения необходимо сравнить абсолютную шероховатость трубы с толщиной вязкого подслоя . Если , то трубы считают гидравлически гладкими, если же , то трубы - гидравлически шероховатые.

Абсолютную шероховатость определяют по формуле

,

где К_эк - эквивалентная шероховатость выбранных труб.

Толщину вязкого подслоя находят по формуле

, (7)

где d - внутренний диаметр трубопровода, м; Re - число Рейнольдса; _гл - значение коэффициента трения для гидравлически гладких труб, которое можно рассчитать в широком интервале чисел Рейнольдса по формуле Конакова

(8)

и при Re<10⁵ - по формуле Блазиуса

. (9)

Потери напора в местных сопротивлениях вычисляют по формуле Вейсбаха

(10)

где ∑ξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; υ - скорость жидкости за местным сопротивлением, м/с.

Расчёт сопротивлений (потерь напора) в трубопроводе ведётся отдельно по каждому участку.

Всасывающий участок трубопровода.

Потери напора определяют по формуле

, (11)

где h_l - потери напора по длине на данном участке, м; h_мс - потери напора в местных сопротивлениях, м.

Для расчета коэффициента трения предварительно его значение для гидравлически гладких труб находят по формуле 9 

рассчитывают толщину вязкого подслоя по формуле 7

м

Абсолютная шероховатость трубы по формуле составит

Сравнивая величину абсолютной шероховатости с толщиной вязкого подслоя (Δ≥δ), приходят к выводу, что всасывающий трубопровод является гидравлически гладким. Следовательно коэффициент гидравлического трения λ =0,0236.

Потери напора по длине составят

На рассматриваемом участке трубопровода имеется 1 местное сопротивление:

- вход в трубопровод, для которого коэффициент местного сопротивления равен _вс=0,5.

Определяют потери напора в местных сопротивлениях по формуле 10

Суммарные потери напора на всасывающем участке составят

h_п.вс=0.197+0.020=0.217 м.

напорный участок трубопровода от насоса до теплообменника. Находят коэффициент трения для гидравлически гладких труб по формуле Конакова

толщина вязкого подслоя на данном участке по формуле  будет равна

м

Принимают, что абсолютная шероховатость труб, используемых для всасывающей и напорной линий, одинакова.

Толщина вязкого подслоя меньше абсолютной шероховатости, т.е. труба на рассматриваемом участке является гидравлически шероховатой. Следовательно в данном случае:

Тогда коэффициент гидравлического трения 

определяют по формуле Френкеля:

_{Следовательно, =0,0400.}

Потери напора по длине по соотношению:

Потери напора в местных сопротивлениях по формуле

На данном участке 1 местное сопротивление - плавный поворот под углом 90 градусов, которое представляет собой нормализованный крутоизогнутый штампованный приварной отвод с малым радиусом гиба Rср=2dн.

В этом случае пов=0.15

Потери напора в местных сопротивлениях:

Суммарные потери напора составят:

h'_н=1,181+0,032=1,213 м.

Расчет потерь напора в теплообменнике.

коэффициент гидравлического трения в трубах теплообменника при Re меньше 10⁵ рекомендуется считать по формуле Блазиуса

Толщина вязкого подслоя в трубах теплообменника по формуле составит

м

Принимаем абсолютную шероховатость теплообменных труб такойже как для всасывающей и напорной линий. Так как толщина вязкого подслоя больше абсолютной шероховатости труб теплообменника то трубы являются гидравлически гладкими и уточнение не требуется.

Находят потери напора по длине в теплообменных трубах. С учетом формулы

(12)

где l_∑ - длина пути, который проходит молоко в трубках всех ходов теплообменника , м; l_∑=2^.6=12 м.

расчёт потерь напора в местных сопротивлениях теплообменника.

Для расчета потерь напора в местных сопротивлениях теплообменника необходимо вычислить площади сечения штуцеров, распределительной коробки и площадь поперечного сечения труб одного хода и рассчитать коэффициенты местных сопротивлений.

Для определения площади сечения штуцера принимают его диаметр равным диаметру труб напорного трубопровода, т.е.

м²

Площадь сечения распределительной коробки одного хода теплообменника

где D - внутренний диаметр кожуха теплообменника, м.

м²

Площадь поперечного сечения труб одного хода теплообменника - f_T =0,0031 м² .

Схема для расчета местных сопротивлений в

теплообменнике

коэффициенты местных сопротивлений в теплообменнике:

- при выходе потока жидкости из штуцера в распределительную коробку (внезапное расширение)

=3819,2

- при входе потока жидкости из распределительной коробки в теплообменные трубы первого хода (внезапное сужение)

= 0,363

- при выходе потока жидкости из теплообменных труб в распределительную коробку (внезапное расширение)

- при входе потока жидкости из распределительной коробки в штуцер (внезапное сужение):

Для определения потерь напора в местных сопротивлениях теплообменника необходимо уточнить скорость молока в распределительной коробке аппарата. Из уравнения расхода

(13)

м/с

Потери напора в рассмотренных местных сопротивлениях теплообменника по уравнению составят:

-при входе жидкости в распределительную коробку из штуцера

м;

-при входе потока из распределительной коробки в первый ход теплообменника

м;

-при выходе потока жидкости из теплообменных труб в распределительную камеру

м;

-при выходе потока жидкости из распределительной камеры в штуцер

м;

При переходе из одного хода теплообменника в другой поток делает 4 поворота под углом 90˚. В этом случае коэффициент местного сопротивления равен ξ=0,4. Потери напора рассчитывают по скоростному напору в трубах

м;

Потери напора в местных сопротивлениях теплообменника будут равны

∑h_мс=h_мс.1+h_мс.2z+h_мс.3z+2zh_мс.пов+h_мс.14=0,100+2∙0,0002+

+2∙0,0001+2∙2∙0,0010+0,039 = 0,144 м.

суммарные потери напора в теплообменнике составят

h_Т= h_lТ+∑h_мс,

h_T = 0,010+0.144 = 0,154 м.

напорный участок трубопровода от теплообменника до танка

коэффициент гидравлического трения по формуле 8 составят

толщина вязкого подслоя на участке по формуле 7 будут равны

м

Так как толщина вязкого подслоя больше абсолютной шероховатости, то труба на данном участке является гидравлически гладкой и, следовательно,

=0.0287

потери напора по длине по формуле 6

м

На этом участке трубопровода имеется 4 местных сопротивления: счетчик молока, 2 плавных поворота под углом 90 градусов и выход из труб в танк.

Принимают коэффициент местного сопротивления для

счетчика ξсч=22,6

Коэффициент местного сопротивления для плавного поворота на 90⁰ как и раньше принимают равным ξ_пов=0,15.

Коэффициент местного сопротивления для выхода из труб равен ξ_вых=1,0.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке трубопровода составит

∑ξ= 22,6+2*0,15+1=23,9

а потери напора в местных сопротивлениях по формуле 10 будут равны

м;

Общие потери напора на участке составят

h''_н=2,480+1,879=4,359 м.

Суммарные потери напора в сети

∑h_п =0,217+1,213+0,154+4,359=5,943 м.

2 Выбор типа и марки насоса

2.1 Обоснование выбора типа насоса

Решающим фактором при выборе типа насоса являются физико-химические свойства перекачиваемой жидкости. С учетом того, что молоко является пищевым продуктом, наиболее подходящим для перекачивания данной жидкости можно считать центробежный насос вертикальный, одноступенчатый консольный типа X общепромышленного применения¹.

2.2 Описание устройства насоса и назначения его основных узлов и деталей

Насос типа X состоит (рисунок 61) из рабочего колеса 2, корпуса 4, вала 5, крышки 1 корпуса насоса, являющейся корпусом сальника и опорного кронштейна 6. Подвод перекачиваемой жидкости к насосу осуществляется по оси насоса, отвод – вертикально вверх.

Рабочее колесо закрытого типа, закреплено на валу насоса гайкой 3. На заднем диске рабочего колеса имеются разгрузочные отверстия для уравновешивания осевых сил.

Корпус насоса несущий. Опорная часть корпуса выполнена в виде лап, которые закреплены на фундаментной плите или раме. Уплотнение вала рабочего колеса насоса должно обеспечивать герметичность в процессе его работы, быть стойким к перекачиваемым средам и обладать хорошей износостойкостью.

Схема центробежного насоса типа Х

Вал вращается в двух подшипниковых опорах, смазываемых консистентной смазкой. Консистентную смазку подают через масленки, расположенные на крышках подшипников.

Направление вращения колеса – по часовой стрелке, если смотреть со стороны двигателя.