Расчетное определение гидравлического сопротивления тарелки и гидрозатвора.

При тех же значениях расхода газа и жидкости рассчитывают гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки, которое рассматривается как сумма сопротивлений сухой тарелки и слоя жидкости на тарелке

(3.6)

Первая составляющая в уравнении (3.6) представляет потерю скоростного напора газа (пара) вследствие преодоления ряда местных сопротивлений на " сухой" неорошаемой тарелке и определяется из уравнения

, (3.7)

где x – коэффициент сопротивления тарелки (для колпачковых тарелок x=4, 5¸ 5); w₀ – скорость газа (пара) в наиболее узком сечении, м/с; r_n – плотность воздуха при температуре опыта, кг/м³ (см. табл.3.3).

Вторая составляющая в уравнении (3.6) для колпачковых тарелок определяется высотой слоя жидкости на тарелке

, (3.8)

где r_Ж – плотность жидкости при температуре опыта, кг/м³; h – высота слоя барботажа, м

, (3.9)

где l₁ – расстояние от края сливной перегородки до верхней прорези колпачка, м (l₁=0, 007 м); l₂ - высота открытия прорези, м (l₂ =0, 004м); D – градиент уровня жидкости на тарелке (в нашем случае не учитывается); Dh – высота слоя жидкости над водосливом, м

, (3.10)

где k₁ – коэффициент, зависящий от формы сливной планки k₁=2, 8 ¸ 3, 2; k₂ – коэффициент, учитывающий сжатие потока, k₂ =1, 01 ¸ 1, 02; a_V – расход жидкости на единицу длины сливной перегородки, м³/(с× м).

Рассчитав сопротивление тарелки DР^Т_р, определяем величину гид-розатвора, т.е. высоту слоя жидкости в сливном устройстве Н_р

, (3.11)

где l_СЛ – высота сливной перегородки, м (l_СЛ = 0, 011м); D – градиент уровня жидкости на тарелке, м; Dh – высота слоя жидкости над сливной перегородкой, м; DР^Т_р – рассчитанное гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки, Па.

Таблица 3.2

Расчетные данные по определению гидравлического сопротивления сухой и орошаемой тарелки и гидрозатвора

№	Расход жидкости на единицу длины перегородки aV, М3/с× м	Расход воздуха V, м3/с	Скорость воздуха w0, м/с	Перепад давления, Па	Гидрозатвор Нр, мм. вод. ст.
		DРТр

Для одинаковых величин расхода газа сравнить опытные и расчетные значения гидравлических сопротивлений сухой и орошаемой тарелки и величины гидрозатвора, оценив абсолютную величину расхождений Δ

, , .

Контрольные вопросы.

1. Классификация тарелок.

2. Типы барботажных тарелок. Принцип работы.

3. Типы тарелок с переливными устройствами. Принцип работы.

4. Типы тарелок без переливов. Принцип работы.

5. Определение диаметра колонны.

6. Гидравлическое сопротивление тарелки.

7. Роль гидравлического затвора в работе колонны и его расчет.

8. Сепарационное пространство. Чем определяется его высота?

9. Межтарельчатое расстояние. Чем оно определяется?

Лабораторная работа №4

«Снятие характеристик центробежного насоса»

Теоретические основы.

Центробежные насосы предназначены для перекачивания жидкостей. Внутри корпуса центробежного насоса находятся одно или несколько рабочих колес. Соответственно центробежные насосы делятся на одно– и многоступенчатые. Рабочее колесо состоит из двух дисков, соединенных изогнутыми лопастями. Жидкость, находящаяся между ними, приводится во вращение вместе с рабочим колесом. При этом каждая частица жидкости перемещается по сложной траектории.

Во – первых, центробежная сила, отбрасывая жидкость, заставляет её двигаться радиально, вдоль лопаток от оси колеса к периферии.

Во – вторых, увлекаемая лопатками вращающегося колеса жидкость, помимо радиальной скорости, приобретает еще окружную скорость, одинаковую со скоростью колес. Так как окружная скорость на периферии колеса больше, чем у входа на лопатки, то абсолютная (равнодействующая) скорость жидкости на выходе из колеса становится больше, чем на входе. Таким образом, жидкость, проходящая через колесо центробежного насоса, приобретает добавочное количество энергии.

Жидкость, стремительно выбрасываемая с периферии рабочего колеса, поступает в спиральный канал. Канал (в виде улитки) кольцом охватывает рабочее колесо. Увеличивающееся к выходному патрубку поперечное сечение канала приводит к плавному снижению большой скорости полученной жидкости в рабочем колесе до нормальной скорости в трубопроводе.

При этом часть кинетической энергии жидкости переходит в потенциальную, что сопровождается увеличением давления (напора).

Для повышения напора в многоступенчатых центробежных насосах жидкость, выходящая из первого рабочего колеса, поступает с помощью направляющего аппарата во второе рабочее колесо, затем в третье и т.д.

Общий напор, создаваемый насосом, в этом случае будет равен сумме напоров, приобретенных в каждом колесе.

Работа центробежного насоса при постоянном числе оборотов характеризуется следующими величинами:

1. Производительностью Q, м³/сек;

2. Создаваемым напором Н, м;

3. Коэффициентом полезного действия h, %;

4. Потребляемой мощностью N, Вт.

У центробежных насосов величины Q, Н, N, h связаны между собой, и изменение одной из них вызывает изменение остальных.

Величины, характеризующие работу центробежных насосов при постоянном числе оборотов, обычно представляют в виде графических зависимостей: напора Н, мощности N, к.п.д. h от производительности Q. Такие зависимости Н – Q, N – Q, h – Q называют характеристиками насоса и устанавливают опытным путем. При изменении числа оборотов центробежного насоса его подача, напор и потребляемая мощность также изменяются в следующих соотношениях:

; ; (4.1)

 

Рис. 4.1. Характеристики центробежного насоса

 

Описание установки.

Схема установки представлена на рис. 4.2.

Вода из бака 1 через всасывающий патрубок с обратным клапаном 2 центробежным насосом 3 подается через ротаметр 6 в систему трубопроводов и возвращается в бак 1. Центробежный насос 3 установлен на одном валу с электродвигателем 4. Давление, развиваемое насосом, фиксируется манометром 5. Расход воды регулируется вентилем 9 и замеряется ротаметром 6. Величины напряжения и тока отмечаются по показаниям вольтметра 7 и амперметра 8.

 

Рис. 4.2. Схема установки:

1 – бак для воды; 2 – всасывающий патрубок с обратным клапаном; 3 – центробежный насос; 4 – электродвигатель; 5 – манометр; 6 – ротаметр; 7 – вольтметр; 8 – амперметр; 9 - вентиль

 

Методика проведения работы.

Пуск насоса осуществляется при полностью закрытом вентиле 9. При нулевой производительности насоса фиксируют давление, величину тока и напряжение. Увеличивая производительность насоса (4¸ 5 значений по заданию преподавателя), для каждого значения производительности (Q) замеряют давление (Р), величину тока (J) и напряжение (U). По полученным данным строят графические зависимости ; ; . Полный напор насоса Н, выраженный в метрах столба подаваемой жидкости (воды в нашем случае), определяют следующим образом:

, (4.2)

где Р_м – показания манометра в метрах столба подаваемой жидкости (воды); h – высота всасывания, в нашем случае она зависит от уровня жидкости в баке 1 и составляет примерно 0, 2 м.

Так как всасывающий и нагнетательный трубопроводы имеют одинаковые диаметры, то w_Н =w_ВС, и таким образом, Н = Р_М +h.

Мощность, потребляемая насосной установкой, кВт

, (4.3)

где V – напряжение, В; J – сила тока, А.

Коэффициент полезного действия насосной установки определяют по формуле

, (4.4)

где Q – производительность насоса, м³/с; r – плотность жидкости, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м/с²; H – полный напор, создаваемый насосом, в метрах столба подаваемой жидкости.

Все величины, измеряемые в процессе испытания и полученные расчетом, заносятся в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Таблица измерений

КПД h, %	Производительность Q, м3/с	Давление	Полный напор Н, м.вод.ст,	Сила тока J, А	Напряжение V, В	Мощность N, кВт
кг/см2	м.вод.ст
1.
2.
3.
4.
5.

 

Контрольные вопросы.

1. Насосы. Определение.

2. Классификация насосов.

3. За счет чего создается давление в центробежных насосах?

4. Каким образом возникает разность давлений в объемных насосах?

5. Перечислить основные параметры насосов.

6. Что такое подача насоса?

7. Физический смысл напора, создаваемого насосом.

8. Расчетное уравнение полезной мощности насоса.

9. Что характеризует коэффициент полезного действия насоса?

10. Что больше: мощность на валу или мощность, потребляемая двигателем насоса?

11. Почему установочная мощность двигателя должна быть больше номинальной?

12. Какое уравнение является базовым для вывода расчетного выражения полного напора насоса?

13. Уравнение для расчета полного напора насоса.

14. Движущая сила процесса всасывания насоса.

15. Чему может быть равна теоретическая высота всасывания насоса при перекачивании жидкостей из открытых резервуаров?

16. Каким образом влияет температура перекачиваемой жидкости на высоту всасывания?

17. Может ли быть отрицательной величина всасывания насоса?

18. Причина возникновения кавитации.

19. Симптомы и последствия кавитации.

20. Схема центробежного насоса.

21. Назначение многоступенчатого насоса.

22. Почему центробежный насос перед пуском должен быть залит перекачиваемой жидкостью?

23. Законы пропорциональности центробежных насосов.

24. Что называют характеристиками насосов?

25. Дать универсальную характеристику центробежного насоса.

26. Дать совмещенную характеристику центробежного насоса и сети.

27. При наличии нескольких насосов каким образом можно увеличить производительность насосной установки?

28. При наличии нескольких насосов каким образом можно увеличить напор?

29. Как строятся графические характеристики центробежного насоса?

30. Схема поршневого насоса простого действия.

31. Зависит ли производительность поршневого насоса от напора?

32. Способы улучшения равномерности подачи поршневых насосов.

Лабораторная работа № 5

«Изучение работы циклона»

Теоретические основы.

Одним из наиболее простых и широко распространенных способов очистки газовых потоков от находящихся в них твердых частиц является центробежное разделение таких неоднородных систем. В качестве аппаратов–пылеуловителей, в которых можно осуществить этот способ, используют так называемые циклоны различных конструкций.

Процесс разделения неоднородных смесей «газ–твердые частицы» под действием центробежных сил обуславливается разностью плотностей газового потока и твердых частиц, находящихся во вращательном движении. Центробежные силы, возникающие при этом, обеспечивают большую эффективность процесса по сравнению с процессом разделения, проходящем в поле только сил тяжести. Соотношение этих сил называют фактором разделения

,

где G = m× g – сила тяжести, Н; – центробежная сила, отбрасывающая твердую частицу из вращающегося газового потока к стенкам циклона, Н; m – масса твердой частицы, кг; w – окружная скорость частицы (условно принимается равной скорости газового потока во входном патрубке циклона), м/с; R – радиус циклона, м.

Фактор разделения характеризует увеличение разделяющей способности в условиях действия центробежной силы

. (5.1)

Из выражения (7.1) видно, что эффективность разделения возрастает с увеличением скорости газового потока и уменьшением радиуса циклона. Однако значительное увеличение скорости газового потока связано с резким возрастанием гидравлического сопротивления циклона и усилением местных завихрений, срывающих уже осевшие на внутренней поверхности циклона твердые частицы, что приводит к ухудшению очистки газа.

Обычно наиболее эффективными являются скорости газа на входе в циклон в интервале 20–25 м/с. Работа циклона оценивается по совокупности его основных характеристик:

1) эффективности разделения (степени очистки или коэффициента полезного действия);

2) гидравлического сопротивления (достижение высокой степени очистки при малом гидравлическом сопротивлении).

Степень очистки (в %) можно рассчитать, зная начальную С_Н и конечную С_К концентрации твердых частиц в газовом потоке, проходящем через циклон

%, (5.2)

где Сн – концентрация пыли на входе в циклон, кг/м³; Ск – концентрация пыли на выходе из циклона, кг/м³.

Степень очистки газового потока зависит от размера и плотности твердых частиц, от плотности и вязкости газового потока, от типа циклона и его геометрических размеров и, конечно, от скорости газового потока на входе в циклон. Оптимальное значение скорости газа на входе в аппарат, обеспечивающей высокую степень очистки, определяется в каждом отдельном случае с учетом свойств разделяемых неоднородных систем (например, фракционного состава твердой фазы, слипаемости твердых частиц, допускаемого уноса твердых частиц и др.), условий работы циклона и его гидравлического сопротивления.

Общее гидравлическое сопротивление можно представить как сумму потерь давления на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений, а именно: потери давления при входе в циклон, потери давления на преодоление сопротивления в корпусе циклона, потери давления при переходе газового потока из внешней зоны циклона большого диаметра во внутреннюю зону (в выхлопную трубу) с поворотом на 180°, а также потери давления на преодоление сопротивления трения в выхлопной трубе.

Выражая общее гидравлическое сопротивление через динамический напор во входном патрубке и заменяя сумму частных коэффициентов гидравлических сопротивлений через общий коэффициент гидравлического сопротивления циклона x_Ц, получим

DР_Ц =x_Ц , (5.3)

где r – плотность газовой среды в paбочих условиях, кг/м³; w_BX– скорость газа во входном патрубке, м/с.

Скорость газа во входном патрубке определяется

, (5.4)

где F_BX – площадь поперечного сечения входного патрубка, м²; V – расход газа, м³/с; D_пат – диаметр входного патрубка. D_пат=14 мм.

При расчете величины общего гидравлического сопротивления циклона чаще ее определяют как функцию условной скорости газа w_Ц, отнесенной к площади свободного поперечного сечения цилиндрической части корпуса циклона

DР_Ц=x . (5.5)

Условная скорость газа в циклоне, обеспечивающая степень очистки, лежит в пределах 3, 0–3, 5 м/с и рассчитывается по уравнению

. (5.6)

Как было отмечено выше, степень улавливания при всех прочих одинаковых условиях зависит от скорости газового потока, а следовательно, и от соотношения (см. формулу 5.3 и 5.5) .

Наилучшие условия очистки запыленного газа обеспечиваются, как показывают данные по эксплуатации циклонов, при значениях этого соотношения в интервале 500–750 м²/с². Выше этих значений будет перерасход энергии при практически постоянной степени очистки h, нижеэтих значений степень очистки циклона будет заметно снижаться.

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: