Задачи для самостоятельной работы студентов
(с решениями)
По дисциплине: «Гидравлические и пневматические системы»
Подготовила преподаватель Осипова Н.М.
Примеры задач по расчету и подбору насосов с решениями
Задача
1
Плунжерный
насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м3/ч.
Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода – 24 см. Частота вращения
рабочего вала составляет 40 об/мин.Требуется найти объемный коэффициент
полезного действия насоса.
Решение:
Площадь
поперечного сечения плунжера :
F = (π·d²)/4 = (3,14·0,1²)/4 = 0,00785 м²2
Выразим
коэффициент полезного действия из формулы расхода плунжерного насоса:
ηV = Q/(F·S·n) = 1/(0,00785·0,24·40) · 60/3600 =
0,88
Плунжерный
насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м3/ч.
Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода – 24 см. Частота вращения
рабочего вала составляет 40 об/мин.Требуется найти объемный коэффициент
полезного действия насоса.
Решение:
Площадь
поперечного сечения плунжера :
F = (π·d²)/4 = (3,14·0,1²)/4 = 0,00785 м²2
Выразим
коэффициент полезного действия из формулы расхода плунжерного насоса:
ηV =
Q/(F·S·n) = 1/(0,00785·0,24·40) · 60/3600 = 0,88
Задача 2
Двухпоршневой
насос двойного действия создает напор 160 м при перекачивании масла с
плотностью 920 кг/м3. Диаметр поршня составляет 8 см, диаметр штока
– 1 см, а длинна хода поршня равна 16 см. Частота вращения рабочего вала
составляет 85 об/мин. Необходимо рассчитать необходимую мощность
электродвигателя (КПД насоса и электродвигателя принять 0,95, а установочный
коэффициент 1,1).
Решение:
Площади
попреречного сечения поршня и штока:
F = (3,14·0,08²)/4 = м²
F = (3,14·0,01²)/4 = м²
Производительность
насоса находится по формуле:
Q = N·(2F-f)·S·n
= м³/час
Далее
находим полезную мощность насоса:
NП = 920·9,81·0,0045195·160 =
С
учетом КПД и установочного коэффициента получаем итоговую установочную
мощность:
NУСТ = 6526,3/(0,95·0,95)·1,1 = 7954,5 Вт = 7,95
кВт
Задача
3
Трехпоршневой
насос перекачивет жидкость с плотностью 1080 кг/м3 из открытой
емкости в сосуд под давлением 1,6 бара с расходом 2,2 м3/час.
Геометрическая высота подъема жидкости составляет 3,2 метра. Полезная мощность,
расходуемая на перекачивание жидкости, составляет 4 кВт. Необходимо найти
величину потери напора.
Решение:
Найдем
создаваемый насосом напор из формулы полезной мощности:
H = NП/(ρ·g·Q) = 4000/(1080·9,81·2,2)·3600 = 617,8 м
Подставим
найденное значение напора в формулу напора, выраженую через разность давлений,
и найдем искомую величину:
hп = H - (p2-p1)/(ρ·g) - Hг =
617,8 - ((1,6-1)·105)/(1080·9,81) - 3,2 = 69,6 м
Задача
4
Реальная
производительность винтового насоса составляет 1,6 м3/час.
Геометрические характеристики насоса: эксцентриситет – 2 см; диаметр ротора – 7
см; шаг винтовой поверхности ротора – 14 см. Частота вращения ротора составляет
15 об/мин. Необходимо определить объемный коэффициент полезного действия насоса.
Решение:
Выразим
искомую величину из формулы производительности винтового насоса:
ηV = Q/(4·e·D·T·n) = 1,6/(4·0,02·0,07·0,14·15) ·
60/3600 = 0,85
Задача
5
Необходимо
рассчитать напор, расход и полезную мощность центробежного насоса, перекачивающего
жидкость (маловязкая) с плотностью 1020 кг/м3 из резервуара с
избыточным давлением 1,2 бара а резервуар с избыточным давлением 2,5 бара по
заданному трубопроводу с диаметром трубы 20 см. Общая длинна трубопровода
(суммарно с эквивалентной длинной местных сопротивлений) составляет 78 метров
(принять коэффициент трения равным 0,032). Разность высот резервуаров
составляет 8 метров.
Решение:
Для
маловязких сред выбираем оптимальную скорость движения в трубопроводе равной 2
м/с. Рассчитаем расход жидкости через заданный трубопровод:
Q = (π·d²) / 4·w = (3,14·0,2²) / 4·2 = 0,0628 м³/с
Скоростной
напор в трубе:
w²/(2·g) = 2²/(2·9,81) = 0,204 м
При
соответствующем скоростном напоре потери на трение м местные сопротивления
составят:
HТ = (λ·l)/dэ · [w²/(2g)] =
(0,032·78)/0,2 · 0,204 = 2,54 м
Общий
напор составит:
H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп =
((2,5-1,2)·105)/(1020·9,81) + 8 + 2,54 = 23,53 м
Остается
определить полезную мощность:
NП = ρ·g·Q·H = 1020·9,81·0,0628·23,53 = 14786 Вт
Задача 6
Целесообразна
ли перекачка воды центробежным насосом с производительностью 50 м3/час
по трубопроводу 150х4,5 мм?
Решение:
Рассчитаем
скорость потока воды в трубопроводе:
Q = (π·d²)/4·w
w = (4·Q)/(π·d²) = (4·50)/(3,14·0,141²) · 1/3600 = 0,89 м/с
Для
воды скорость потока в нагнетательном трубопроводе составляет 1,5 – 3 м/с.
Получившееся значение скорости потока не попадает в данный интервал, из чего
можно сделать вывод, что применение данного центробежного насоса
нецелесообразно.
Задача
7
Определить
коэффициент подачи шестеренчатого насоса. Геометрические характеристики насоса:
площадь поперечного сечения пространства между зубьями шестерни 720 мм2;
число зубьев 10; длинна зуба шестерни 38 мм. Частота вращения составляет 280
об/мин. Реальная подача шестеренчатого насоса составляет 1,8 м3/час.
Решение:
Теоретическая
производительность насоса:
Q = 2·f·z·n·b = 2·720·10·0,38·280·1/(3600·106) =
0,0004256 м³/час
Коэффициент
подачи соответственно равен:
ηV = 0,0004256/1,8·3600 = 0,85
Задача
8
Насос,
имеющий КПД 0,78, перекачивает жидкость плотностью 1030 кг/м3 с
расходом 132 м3/час. Создаваемый в трубопроводе напор равен 17,2 м.
Насос приводится в действие электродвигателем с мощностью 9,5 кВт и КПД 0,95.
Необходимо определить, удовлетворяет ли данный насос требованиям по пусковому
моменту.
Решение:
Рассчитаем
полезную мощность, идущую непосредственно на перекачивание среды:
NП = ρ·g·Q·H = 1030·9,81·132/3600·17,2 = 6372 Вт
Учтем
коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя и определим полную
необходимую мощность электродвигателя:
NД = NП/(ηН·ηД) =
6372/(0,78·0,95) = 8599 Вт
Поскольку
нам известна установочная мощность двигателя, определим коэффициент запаса
мощности электродвигателя:
β = NУ/NД = 9500/8599 = 1,105
Для
двигателей с мощностью от 5 до 50 кВт рекомендуется выдирать пусковой запас
мощности от 1,2 до 1,15. Полученное нами значение не попадает в данный
интервал, из чего можно сделать вывод, что при эксплуатации данного насоса при
заданных условиях могут возникнуть проблемы в момент его пуска.
Задача
9
Центробежный
насос перекачивает жидкость плотностью 1130 кг/м3 из открытого
резервуара в реактор с рабочим давлением 1,5 бар с расходом 5,6 м3/час.
Геометрическая разница высот составляет 12 м, причем реактор расположен ниже
резервуара. Потери напора на трение в трубах и местные сопротивления составляет
32,6 м. Требуется определить полезную мощность насоса.
Решение:
Рассчитаем
напор, создаваемый насосом в трубопроводе:
H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп =
((1,5-1)·105)/(1130·9,81) - 12 + 32,6 = 25,11 м
Полезная
мощность насоса может быть найдена по формуле:
NП = ρ·g·Q·H = 1130·9,81·5,6/3600·25,11 = 433 Вт
Задача
10
Определить
предельное повышение расхода насоса, перекачивающего воду (плотность принять
равной 1000 кг/м3) из открытого резервуара в другой открытый
резервуар с расходом 24 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости
составляет 5 м. Вода перекачивается по трубам 40х5 мм. Мощность
электродвигателя составляет 1 кВт. Общий КПД установки принять равным 0,83.
Общие потери напора на трение в трубах и в местных сопротивлениях составляет
9,7 м.
Решение:
Определим
максимальное значение расхода, соответствующее максимально возможной полезной
мощности, развиваемой насосом. Для этого предварительно определим несколько
промежуточных параметров.
Рассчитаем
напор, необходимый для перекачивания воды:
H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп =
((1-1)·105)/(1000·9,81) + 5 + 9,7 = 14,7 м
Полезная
мощность, развиваемая насосом:
NП = Nобщ/ηН =
1000/0,83 = 1205 Вт
Значение
максимального расхода найдем из формулы:
NП = ρ·g·Q·H
Найдем
искомую величину:
Qмакс = NП/(ρ·g·H) =
1205/(1000·9,81·14,7) = 0,00836 м³/с
Расход
воды может быть увеличен максимально в 1,254 раза без нарушения требований
эксплуатации насоса.
Qмакс/Q = 0,00836/24·3600 = 1,254
Задача11
При
гидравлическом испытании системы объединенного внутреннего противопожарного
водоснабжения допускается падение испытательного дав- ления в течение 10 мин на
Δр = 4,9 х 104 Па. Определить допускаемую вели- чину утечки ΔW в течение 10 мин
при гидравлическом испытании системы вместимостью W = 80 м3 . Деформацией
трубопроводов пренебречь. Коэффи- циент объемного сжатия воды β = 0,5 х 10-9
1/Па. Решение: Коэффициент объемного сжатия определяется по формуле: W p W D D ,= b откуда
допускаемая величина утечки в течение 10 мин при гидравличе- ском испытании
системы: = × × × × = D × × = D W p 0,5 10
80 4,9 10 0,00196 м3b-9 4
W = 1,96 л
Задача 12
Определить усилия, необходимые для открытия всасывающего клапана
пожарного насоса, если длина рукава Н = 7 м, d = 125 мм, а глубина погру- жения
всасывающего клапана h = 2 м. Диаметр клапана D = 200 мм. Решение: 3 S1 = πD2 /
4 = (3,14 х 0,22 ) / 4 = 0,0314 м2 , S2 = πd2 / 4 = (3,14 х 0,1252 ) / 4 =
0,0124 м 2 , F1 = ρgНS1 = 1000 х 9,81 х 7 х 0,0314 = 2,156 кН, F2 = ρg (Н – h)
S2 = 1000 х 9,81 х 5 х 0,0124 = 0,608 кН, F = F1 – F2 = 1,54 кН
Задача 13
Круглая труба водовыпуска из пожарного водоема диаметром d = 1 м
за- крыта наклонной крышкой. Угол наклона крышки α по отношению к урезу воды
равен 600 . Ось водовыпуска находится на глубине Н = 2 м. Определить силу
давления и центр давления воды на крышку. d, мм D, мм H, м h, м 125 200 8 1,5 4
Решение: Сила давления на крышку: = × × × × = × = = 4sin 60 3,14 1 1000 9,81 2 4sin 2 2 a p r r d P ghc S gH
17,75 кН Центр давления воды на крышку: = = = sin 60 2 asin Н
уц 2,35 м Ответ: Р = 17,75 кН; уц = 2,35 м.
Задача 13
Определить скорость течения жидкости с помощью трубки Пито и диа-
метр трубы, если уровень жидкости в трубке поднялся на высоту hv. hv = 0,09 м;
Q = 0,02 м3 /с Решение: Составим уравнение Бернулли для сечения I-I и II-II: 5
2 g ат 2 r r Pr h h g V g Р
gh v + + = +ат + , откуда
1,33 м/с= 0,09 × 9,81× 2 = 2ghv =V
Определим площадь трубы: S = Q / V = 0,02 / 1,33 = 0,015 м S = πd2 / 4, откуда
искомый диаметр трубы = × = = 3,14 4 4 0,015 p S d 0,14 м Ответ: V = 1,33 м/с; d = 0,14 м
Задача 14
Сопротивление участка водопроводной трубы с арматурой необходимо
перед установкой проверить в лаборатории путем испытаний на воздухе.
Определить, с какой скоростью следует вести продувку, сохраняя подо- бие
режимов движения (Reн = Reм), если скорость воды в трубе должна быть 2,5 м/с.
Какова будет потеря напора hx при работе трубы на воде с указанной скоростью,
если при испытании на воздухе потеря давления оказалась равной ΔРм = 8,35 кПа,
νводы = 10-6 м 2 /с, νвоздуха = 15,6 х 10-6 м 2 /с, ρводы = 103 кг/м3 , ρвоздуха
= 1,2 кг/м3 , t = 20 0С. Решение: Определим скорость продувки из
гидравлического подобия Reн = Reм: м м н н n n V d V d ,= = × × -6= = -6 н н м 10
2,5 15,6 10 n м V 39 м/сnV Потери давления: 2d 2 м Vм l Рм × × × = D r l , откуда 6 = × × × = × × D 2= × 3 2 м м м
1,2 39 Р 2 8,35 10 2 l d V d r 9,15dl
Потеря напора: = × × × = × × = 2 9,81 d 9,15 2,5 2gd 2 2 l Vн d hx l 2,91 м Ответ: Vм = 39 м/с; hx = 2,91 м
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.