Расчёт участка 1-2 (приёмный отросток).
Расход воды на участке:
Диаметр трубопровода приёмного отростка d1-2 = 100 мм = 0,1 м. Тогда скорость воды в трубопроводе:
м/с.
Коэффициент кинематической вязкости воды при температуре 15 0С составляет n = 1,14×10-6 м2/с, тогда число Рейнольдса:
.
Полученное значение укладывается в интервал (4000<Re<3×106), на котором для расчёта коэффициента трения трубопровода l может быть использована формула Кольбрука:
.
На участке 1-2 присутствуют следующие местные сопротивления: вход в трубу с приёмной сеткой (коэффициент потерь x1), невозвратный клапан (коэффициент потерь x2), три отвода с углом d = 900 (коэффициент потерь x3), коробка четырёхклапанная невозвратно-запорная (коэффициент потерь x4).
Для входа в трубу коэффициент потерь x1 = 0,5.
Для невозвратного клапана при Dу100 коэффициент потерь x2 = 4,8 [РД 5.76.038-84, с. 219].
Коэффициент потерь отвода:
,
Для отвода с углом d = 900:
; 
; 
; 
; 
.
Тогда коэффициент потерь для отвода равен:
.
Коэффициент потерь четырёхклапанной невозвратно-запорной коробки x4 = 5.
Длина прямых труб на участке l1-2 = 9,1 м.
Тогда полный коэффициент потерь для участка I-II равен:
,
.
Потеря напора на участке 1-2 равна:
.
Расчёт участка 2-3.
Расход на участке Q = 0,0175 м3/с.
Скорость воды в трубопроводе:
.
Число Рейнольдса:
.
Полученное значение укладывается в интервал (4000<Re<3×106), на котором для расчёта коэффициента трения трубопровода l может быть использована формула Кольбрука:
.
На участке 2-3 присутствуют следующие местные сопротивления: семь отводов с углом d = 900 (коэффициент потерь x3), трёхклапанная коробка (коэффициент потерь x4), два тройника на проход (коэффициент потерь x5), фильтр(грязевая коробка) (коэффициент потерь x6).
Коэффициент потерь отвода:
,
Для отвода с углом d = 900:
; ; ; ; .
Тогда коэффициент потерь отвода равен:
.
Для трёхклапанной коробки при Dу100 x4 = 2,3.
Для тройника на проход коэффициент потерь при Re > 104 может быть рассчитан по формуле [РД 5.76.038-84, с. 217]:
,
Для грязевой коробки коэффициент потерь x6 = 0,7.
Длина прямых труб на участке l2-3 = 25,4 м.
Тогда полный коэффициент потерь для участка 2-3 равен:
,
.
Потеря напора на участке 2-3 равна:
.
Суммарная потеря напора на всасывающей магистрали:
,
м.
Расчёт нагнетательной магистрали (участок 4-8).
Расход воды на участке:
.
Тогда скорость воды в трубопроводе:
м/с.
Коэффициент кинематической вязкости воды при температуре 15 0С составляет n = 1,14×10-6 м2/с, тогда число Рейнольдса:
.
Полученное значение укладывается в интервал (4000<Re<3×106), на котором для расчёта коэффициента трения трубопровода l может быть использована формула Кольбрука:
.
На участке 4-8 присутствуют следующие местные сопротивления: четыре отвода с углом d = 900 (коэффициент потерь x3), два тройника на поворот (коэффициент потерь x7), два клапана проходных невозвратно-запорных (коэффициент потерь x8), два клапана проходных запорных (коэффициент потерь x9), сепаратор трюмных вод (коэффициент потерь x10).
Коэффициент потерь отвода:
,
Для отвода с углом d = 900:
; ; ; ; .
Тогда коэффициент потерь отвода равен:
.
Для тройника на поворот коэффициент потерь x7 = 1,2 [РД 5.76.038-84, с. 191].
Для клапана проходного невозвратно-запорного при Dу100 коэффициент потерь x8 = 4,8 [РД 5.76.038-84, с. 221].
Для клапана проходного запорного при Dу100 коэффициент потерь x9 = 4,8 [РД 5.76.038-84, с. 226].
Для сепаратора трюмных вод коэффициент потерь x10 = 15 [Александров А.В., «Судовые системы», с. 135].
Длина прямых труб на участке l4-8 = 7,3 м.
Тогда полный коэффициент потерь для участка 4-8 равен:
,
.
Потеря напора на нагнетательной магистрали:
,
.
Полная потеря напора в системе:
,
.
3.2.5. Строим характеристику сети. Уравнение полной характеристики трубопровода можно представить в виде:
,
где: Hст - статический напор:
,
где Zн + Zв – разница высот уровней, на которых находятся приёмный и отливной патрубки; 
– потери напора в трубопроводах системы.
Тогда коэффициент k:
.
По найденным значениям k и Hст с помощью уравнения характеристики сети находим значения Нс для 6 - 10 значений расхода Q (начиная с 0). Значения сводятся в таблицу, на основании которой строится график зависимости Hс = f(Q).
При этом должно быть выполнено первое условие согласования системы и насоса: рабочая точка должна укладываться в рабочий диапазон насоса, указанный на характеристике. Причём чем ближе к номинальному значению подачи, тем лучше.
Пример: Zв = 0,5 м; Zн = 3,1 м. Статический напор:
.
Q = 63 м3/ч; Dh = 15,57 м. Найдём коэффициент k:
.
С помощью уравнения характеристики сети находим значения Hс при разных значениях Q и заносим в табл. 2.1.
Таблица 1
| Q, м3/ч | Hс, м |
| 3,6 | |
| 4,03 | |
| 5,33 | |
| 7,49 | |
| 10,52 | |
| 14,41 | |
| 19,17 | |
| 24,79 | |
| 31,28 |
По данным табл. 1 строим характеристику сети (рис. 3).
Рис. 3. Совмещенные характеристики сети и насоса
Наложим характеристику выбранного насоса НЦВС-63/20М на полученную ранее характеристику сети (рис.3). На пересечении характеристик находится рабочая точка А системы, параметры в данной точке: Qс = Qн = 63 м3/ч; Нс = Нн = 20 м.
Примечание: Действия при невыполнении первого условия согласования системы и насоса. Если рабочая точка выходит за левую границу рабочего диапазона насоса, нужно уменьшить потери напора, увеличив диаметр трубопроводов до следующего большего стандартного значения. Если же рабочая точка выходит за правую границу рабочего диапазона насоса или находится слишком близко к его границе, следует ввести дополнительное сопротивление на нагнетательной магистрали. Величина этого дополнительного сопротивления находится графически – проводим перпендикуляр от значения номинальной подачи до характеристики насоса, и находим значение Dhдоп от точки пересечения этой линии с характеристикой системы до точки пересечения с характеристикой насоса. Эту дополнительную потерю прибавляем к потере на нагнетательной магистрали, и по обновлённым данным снова строим характеристику системы.
3.2.6. Осуществляем проверку второго условия согласования насоса и системы - условия всасывания. Для этого строим отдельно характеристику всасывающей магистрали. Уравнение характеристики:
,
– потери напора во всасывающей магистрали.
Находим коэффициент kвсас:
.
По найденным значениям kвсас и Zв с помощью уравнения характеристики всасывающей магистрали находим значения Нвсас для 6 - 10 значений расхода Q (начиная с 0). Значения сводятся в таблицу, на основании которой строится график зависимости Hвсас = f(Q). Условие всасывания выполняется, если полученная характеристика всасывающей магистрали в рабочем режиме проходит ниже линии допустимой вакуумметрической высоты всасывания (снимается с характеристик выбранного насоса).
Пример: Zв = 0,5 м; Q = 63 м3/ч; Dhвсас = 6,66 м. Найдём коэффициент kвсас:
.
С помощью уравнения характеристики всасывающей магистрали найдём значения Hвсас при разных значениях Q (табл. 2).
Таблица 2
| Q, м3/ч | Hвсас, м |
| 0,50 | |
| 0,68 | |
| 1,24 | |
| 2,16 | |
| 3,46 | |
| 5,12 | |
| 7,16 | |
| 9,56 | |
| 12,34 |
По полученным значениям строим характеристику и накладываем её на линию допустимой вакуумметрической высоты всасывания насоса НЦВС-63/20М (рис. 4).
Рис.4 Характеристика всасывающей магистрали, совмещённая с линией допустимой вакуумметрической высоты всасывания.
Условие всасывания выполняется, если в рабочем режиме характеристика Hвсас проходит ниже линии допустимой вакуумметрической высоты всасывания. Из графика видно, что это условие выполняется - в расчётном режиме работы системы полная потеря напора на всасывающей магистрали Нвсас = 5,5 м, и не превышает величину допустимой вакуумметрической высоты всасывания насоса, составляющей в данном режиме Ндоп.вак. = 7,28 м.
Отсюда следует, что выбранный насос НЦВС-63/20М удовлетворяет заданным условиям работы осушительной системы.
Примечание: Если это условие не выполняется, то существуют два способа согласования насоса и системы. Первый – это ввод (или увеличение, если оно было введено ранее для выполнения первого условия) дополнительного сопротивления на нагнетательной магистрали. Ограничением применения данного способа является левая граница рабочего диапазона на характеристике. Если это способ не обеспечивает выполнения условия, следует увеличить диаметр трубопроводов нагнетательной магистрали (в первую очередь отростков, если их диаметр был принят меньше диаметра магистрального трубопровода). В этом случае расчёт нагнетательной магистрали выполняется заново и строится новая характеристика.
ВАРИАНТЫЗАДАНИЙ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Исходные данные для расчёта приведены в таблице 3.
Размеры системы задаются ведущим преподавателем после разработки студентом расчетной схемы системы.
| Вар. | Тип судна | L, м | B, м | H, м | Т, м | lтр* | l1-2 | l2-3 | l4-5 | Zв | Zн |
| Универсальное сухогрузное | 14,5 | 5,0 | 3,5 | 14,5 | 60,0 | 5,5 | 17,0 | 0,8 | 2,5 | ||
| Танкер-продуктовоз | 32,2 | 18,2 | 12,6 | 15,4 | 14,2 | 4,0 | 22,0 | 1,0 | 10,4 | ||
| Контейнеровоз | 32,2 | 21,5 | 13,5 | 42,6 | 28,0 | 114,0 | 27,0 | 1,2 | 11,1 | ||
| Навалочное | 32,3 | 19,5 | 14,1 | 24,7 | 11,0 | 158,0 | 25,0 | 1,1 | 12,1 | ||
| Лесовоз | 19,3 | 8,8 | 7,0 | 16,0 | 68,0 | 7,6 | 20,0 | 0,9 | 5,4 | ||
| Универсальное сухогрузное | 29,8 | 15,0 | 10,5 | 27,5 | 122,0 | 9,4 | 22,0 | 1,1 | 8,4 | ||
| Танкер-химовоз | 16,0 | 8,0 | 6,3 | 13,8 | 12,4 | 3,0 | 17,0 | 0,8 | 4,8 | ||
| Контейнеровоз | 32,2 | 18,8 | 12,0 | 28,4 | 4,0 | 133,0 | 24,0 | 1,1 | 9,7 | ||
| Навалочное | 32,3 | 18,0 | 12,8 | 27,0 | 11,0 | 126,0 | 23,0 | 1,1 | 10,8 | ||
| Танкер-продуктовоз | 22,6 | 12,8 | 9,0 | 14,4 | 13,3 | 3,5 | 21,0 | 0,8 | 7,4 | ||
| Универсальное сухогрузное | 28,4 | 14,2 | 10,0 | 24,5 | 118,0 | 9,6 | 22,0 | 1,1 | 8,0 | ||
| Танкер-химовоз | 20,4 | 11,5 | 8,7 | 14,2 | 13,0 | 3,3 | 20,0 | 0,9 | 7,1 | ||
| Контейнеровоз | 29,8 | 16,4 | 10,2 | 28,4 | 28,0 | 92,0 | 22,0 | 1,1 | 8,1 | ||
| Навалочное | 42,0 | 22,0 | 17,0 | 25,5 | 14,0 | 202,0 | 28,0 | 1,2 | 14,4 | ||
| Универсальное сухогрузное | 24,0 | 13,0 | 9,0 | 20,0 | 104,0 | 8,8 | 21,0 | 0,9 | 7,4 | ||
| Танкер | 42,0 | 21,3 | 14,9 | 19,4 | 18,0 | 4,2 | 24,0 | 1,0 | 12,7 | ||
| Контейнеровоз | 22,6 | 11,8 | 8,0 | 21,4 | 33,0 | 59,0 | 21,0 | 0,9 | 6,3 | ||
| Навалочное | 28,0 | 15,2 | 10,6 | 25,5 | 10,0 | 114,0 | 22,0 | 1,1 | 8,5 |
* - для танкеров имеется в виду длина машинного отделения lмо.
Расчётные схемы систем:
Схема к вариантам 1 и 5.
Примечание: на участке 1-2 два отвода перед клапанной коробкой имеют углы d=100 и d=800.
Схема к вариантам 6, 11 и 15.
Примечание: на участке 1-2 два отвода перед клапанной коробкой имеют углы d=100 и d=800.
Схема к варианту 8.
Схема к вариантам 13 и 17.
Схема к варианту 3.
Схема к вариантам 9 и 18.
Схема к варианту 4.
Схема к варианту 14.
Схема к вариантам 7, 10 и 12.
Схема к вариантам 2 и 16.