|
|
Расчет гидравлической циркуляционной установкиСОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЕ 2 ВВЕДЕНИЕ 3 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ 5 1.1. Краткое описание циркуляционной установки. 6 1.2. Теоретические основы гидравлического расчета трубопроводов. 7 1.3. Самотечный трубопровод. 11 1.4. Расходомер Вентури. 12 1.5. Скоростная трубка. 14 1.6. Центробежный насос. 14 1.7. Насадок. 16 2. РАСЧЁТ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ 18 2.1. Расход жидкости через насадок в промежуточной ёмкости. 18 2.2. Определение геометрической высоты всасывания насоса. 18 2.3. Построение эпюры скоростей. 21 2.4. Определение показания манометра скоростной трубки. 23 2.5. Определение показаний ртутного дифманометра расходомера Вентури. 24 2.6. Определение суммарных потерь напора, суммарных коэффициентов местных сопротивлений и их эквивалентных длин. 25 2.7. Определение необходимого диаметра самотечного трубопровода. 27 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 31 ЗАДАНИЕ На основе исходных данных, приведенных в таблице 1, произвести расчёт гидравлических параметров циркуляционной установки и её элементов (порядок расчёта допускается произвольный): а) определить геометрическую высоту всасывания насоса Н2; б) определить показания диф. манометра (или диф. пьезометра) скоростной трубки по заданной плотности жидкости в нём ?2. в) построить эпюры скоростей для сечения в месте установки скоростной трубки; г) определить показания ртутного диф. манометра расходомера Вентури (hвент), диаметр узкого сечения которого (dвент) и коэффициент (?вент) заданы; д) определить установившийся уровень жидкости в промежуточной ёмкости (Н1), диаметр насадка которой (dнас) и его коэффициент расхода (?нас) заданы; е) определить суммарные потери напора в местных сопротивлениях нагнетательной линии, суммарные коэффициенты местных сопротивлений и их эквивалентные длины относительно труб большого и меньшего диаметров; ж) определить необходимые диаметр самотечного трубопровода (dc), обеспечивающего установление заданного постоянного уровня в верхнем резервуаре (H3); з) определить минимальную толщину стенок трубы (d2), при которой не происходят её разрыва в момент возникновения гидравлического удара; и) подобрать для установки центробежный насос, указать необходимость обрезки его колеса, вычислить полезную мощность насоса; к) построить характеристику трубопровода для расхода от 0 до заданного по условию, и совместить её с характеристикой насоса (с выделением на графике Q-Н рабочей точки). Таблица 1 - Известные параметры установки и жидкости Наименование Усл. обозн. Ед. изм. Значение Физические свойства жидкости Плотность ?1 кг/м3 760 Кинематический коэффициент вязкости ?1 см2/с 0,007 Плотность жидкости в диф. пьезометре ?2 кг/м3 0 Параметры всасывающей и нагнетательной линий Диаметры трубопроводов d1 мм 81 d2 мм 68 Длины участков трубопроводов l1 м 10 l2 м 8 l3 м 3 l4 м 1 l5 м 3 l6 м 100 l7 м 50 l8 м 5 l9 м 190 l10 м 3 Эквивалентная шероховатость стенок труб диаметром d2 ?2 мм 0,1 Местные сопротивления всасывающей линии - коробка ?кор. - 10 - колено ?кол. - 1 - задвижка ?зад. - 2 Самотечный трубопровод Длина самотечного трубопровода lc м 20 Эквивалентная шероховатость ?c мм 0,2 Суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений lэкв м 2 Уровни жидкости Уровень жидкости в промежуточной ёмкости Н1 м 3,80 Высота между уровнем в верхнем резервуаре и осью насосов Н3 м 0,5 Параметры насадка Диаметр насадка dнас. мм 30 Коэффициент расхода насадка ?нас. - 0,82 Параметры расходомера Вентури Диаметр dвент. мм 30 Коэффициент расхода ?вент. - 0,94 Давления в трубопроводе Показания вакуумметра Рв кПа 40 Показания манометров Рм1 кПа 115 Рм2 кПа 100 Рм3 кПа 96 ВВЕДЕНИЕ Сложные научные и инженерные задачи, успешное решение которых в значительной мере зависит от уровня подготовки инженерно-технических и научных кадров. Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов проектирования и эксплуатации гидравлических систем. При проектировании в задачу гидравлического расчета входит: определение диаметров трубопроводов; определение падения давления; определение давлений (напоров) различных точках системы; увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров. В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления. Результаты гидравлического расчета дают исходный материал для решения следующих задач: определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ; установления характеристик циркуляционных, количества насосов и их размещения; разработки режимов эксплуатации. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЁТА 1.1. Краткое описание циркуляционной установки. Схема гидравлической циркуляционной установки показана на рис. 1. Жидкость по самотечному трубопроводу поступает из верхнего резервуара А в нижний резервуар В, откуда насосом по трубопроводу перекачивается в промежуточную ёмкость С и из неё выливается в резервуар А. На всасывающей линии насосной установки имеется всасывающая коробка с обратным клапаном (1), поворотное колено (2), задвижка (3), вакуумметр (Рв). Циркуляция жидкости по системе обеспечивается горизонтальным центробежным насосом (4). На нагнетательной линии трубопровода установлены манометры (Pм1, Pм2, Pм3), скоростная трубка (5) и расходомер Вентури (6). Промежуточная ёмкость С в донной части имеет насадок (7). Рис. 1. Схема циркуляционной установки: 1 - всасывающая коробка, 2 - колено, 3 - задвижка, 4 - насос, 5 - скоростная трубка, 6 - расходомер Вентури, 7 - насадок; А - верхний резервуар, В - нижний резервуар, С - промежуточная ёмкость. 1.2. Теоретические основы гидравлического расчета трубопроводов. Уравнение Бернулли для установившегося движения по трубопроводу несжимаемой жидкости, выражающее удельный, нанесенный к единице массы энергетический баланс этой жидкости без учета ее энтальпии, может быть записано в виде: , где Z1 и Z2 - геометрическая высота оси трубопровода в сечениях 1 и 2 по отношению к горизонтальной плоскости отсчета, м; ?1 и ?2 - скорости движения жидкости в сечениях 1 и 2, м/с; p1 и p2 - давления жидкости, измеренные на уровне оси трубопровода в сечениях 1 и 2, Па; ?р - падение давления на участке 1-2, Па; - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2. Zg - удельная энергия высоты в данном сечении, отнесенная к единице массы жидкости, Дж/кг; ?2/2-удельная кинетическая энергия жидкости в данном сечении, отнесенная к единице массы жидкости, Дж/кг; р/?- удельная потенциальная энергия жидкости в данном сечении, отнесенная к единице массы жидкости, Дж/кг; ?р/? - потеря потенциальной энергии 1 кг жидкости из-за трения и местных сопротивлений на участке трубопровода 1-2, Дж/кг, которая переходит в теплоту, что приводит к увеличению удельной энтальпии жидкости в процессе ее движения по трубопроводу. Наряду с удельной энергией в гидравлическом расчете широко используется другой параметр - напор, м: , где р - давление в трубопроводе, Па; p/? = H - пьезометрический напор, м; ? - удельный вес жидкости, Н/м3. Падение давления в трубопроводе может быть представлено как сумма двух слагаемых: линейного падения и падения в местных сопротивлениях ?р = ?рл + ?рм, где ?рл - линейное падение давления; ?рм- падение давления в местных сопротивлениях. Линейное падение ?рл представляет собой падение давления на прямолинейных участках трубопровода. Падение давления в местных сопротивлениях ?рм - это падение давления в арматуре (вентилях, задвижках, кранах и т. д.) и других элементах оборудования, не размещенных равномерно по длине трубопровода (коленах, шайбах, переходах и т. п.). В трубопроводах, транспортирующих жидкость или газы: ?рл = Rлl, где ?рл - линейное падение давления на участке, Па; Rл - удельное падение давления, т. е. падение давления, отнесенное к единице длины. трубопровода, Па/м; l - длина трубопровода, м. Если в расчёте используют потери напора, то вместо удельного падения давления применяют безразмерную величину - гидравлический уклон, которая показывает падение напора в метрах на каждый метр протяжённости трубопровода. Учитывая соотношение пьезометрического напора и давления получаем формулу гидравлического уклона: . Исходной зависимостью для определения линейных потерь напора в трубопроводе является уравнение дАрси: , где ? - коэффициент гидравлического трения (безразмерная величина); ? - скорость среды, м/с; d - внутренний диаметр трубопровода, м; Коэффициент гидравлического трения ? зависит от характера стенки трубы (гладкая или шероховатая) и режима движения жидкости (ламинарное или турбулентное). У большинства работающих стальных трубопроводов шероховатость составляет в зависимости от технологии изготовления труб и условий эксплуатации от 0,05 до 2 мм. Под эквивалентной относительной шероховатостью реального трубопровода понимается искусственная относительная равномерная шероховатость цилиндрической стенки, коэффициент гидравлического трения которой в области Re>Reпp такой же, как и в данном реальном трубопроводе. С увеличением Re коэффициент гидравлического трения монотонно уменьшается и при некотором значении Reпр практически достигает минимального значения. При дальнейшем увеличении числа Re коэффициент гидравлического трения остается постоянным. , где d - диаметр трубопровода, мм; ? - абсолютная шероховатость, мм. С достаточной для практических расчетов точностью принимают, что в так называемой переходной области, т. е. при 2300 < Re < Reпр, коэффициент гидравлического трения зависит как от эквивалентной относительной шероховатости ?/d, так и от числа Re, а при Re > Reпр коэффициент гидравлического трения зависит только от ?/d и не зависит от числа Re. Расчетную область сопротивления, в которой работает трубопровод, устанавливают исходя из условий: Re ? Reкр - квадратичная; Re ? Reкр - переходная (доквадратичная). Когда трубопровод работает в квадратичной области коэффициент гидравлического трения ? находят по формуле Шифринсона [2, стр. 167]: . Если трубопровод работает в переходной (доквадратичной) области коэффициент гидравлического трения ? определяют по формуле Альтшуля [2, стр. 166]: . При наличии на участке трубопровода ряда местных сопротивлений суммарное падение давления во всех местных сопротивлениях, Па, определяется по формуле: , где ?? - сумма коэффициентов местных сопротивлений, установленных на участке; ? - безразмерная величина, зависящая от характера сопротивления. Если представить прямолинейный трубопровод диаметром d, линейное падение давления на котором равно падению давления в местных сопротивлениях, то длина такого участка трубопровода, называемая эквивалентной длиной местных сопротивлений равна: . Сопротивления муфтовых, фланцевых и сварных соединений трубопроводов при правильном выполнении незначительны, поэтому их надо рассматривать в совокупности с линейными сопротивлениями. Значения абсолютной шероховатости уже учитывают эти сопротивления. Отношение падения давления в местных сопротивлениях трубопровода к линейному падению в этом трубопроводе представляет собой долю местных потерь. Нетрудно видеть, что доля местных потерь равна отношению эквивалентной длины местных сопротивлений к длине трубопровода: ? = ?рм/?рл = lэ/l . При транспорте жидкости: , где ?р - располагаемый перепад давлений, Па. Доля местных потерь возрастает при увеличении суммы коэффициентов местных сопротивлений на единицу длины трубопровода, а также при снижении располагаемого удельного перепада давлений на единицу длины трубопровода. Сумма падений давления - лйнейного и в местных сопротивлениях - определяется по формуле: ?p = ?pл + ?pм = ?pл(1+ ?pл/?pм) = Rл l (1+?) , откуда Rл = ?p/ [l(1+?)] . Гидравлический расчет значительно упрощается при использовании номограмм или средств электронно-вычислительной техники. 1.3. Самотечный трубопровод. Самотечный трубопровод (рис. 2), сообщающий сосуды А и В, работает в режиме истечения под уровень. В данном случае суммарные потери напора (?hi) в трубопроводе равны разности уровней жидкости (H) в объединяемых трубопроводом ёмкостях: ?hi = H = ?А - ?В . Установившееся движение жидкости в самотечном трубопроводе описывается уравнением [4, стр. 163]: , где ? - скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с; d - диаметр трубопровода, м; l - длина трубопровода, м; ? - коэффициент гидравлического трения; ?? - сумма местных потерь в трубопроводе; g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2. Рис. 2. Расчётная схема самотечного трубопровода. Единица, стоящая в скобках правой части уравнения является коэффициентом местного сопротивления, учитывающим потерю напора на внезапное расширение при выходе потока из трубы в резервуар B. Учитывая, что расход жидкости в трубопроводе Q = ??, где ? - площадь поперечного сечения трубы, равная ?d2/4, получаем основную расчётную формулу [4, стр. 164]: . 1.4. Расходомер Вентури. Для измерения расходов жидкости в трубопроводах часто используется расходомер Вентури (труба Вентури), принцип работы которой основан на применении уравнения Бернулли. Конструктивно расходомер Вентури состоит из двух конических насадков с цилиндрической вставкой между ними (рис. 3). Если в сечениях 1-1 и 2-2 поставить пьезометры, то разность их уровней h будет зависеть от расхода жидкости Q, протекающей по трубе. Рис. 3. Расходомер Вентури. Если считать z1 = z2, то: . Откуда: . Учитывая уравнение неразрывности: Q = ?1?1 = ?2?2 , получим . Находим расход: . Или: , где ? - коэффициент расхода прибора. 1.5. Скоростная трубка. Для измерения скорости в определённой точке потока используется скоростная трубка (трубка Пито), принцип работы которой основан на использовании уравнения Бернулли. Конструктивно трубка Пито может выполняется в виде двух открытых трубок, дифференциального манометра (или дифпьезометра). Передний конец трубки загнут так, чтобы скорость потока ? была направлена во входное отверстие трубки. В трубке устанавливается разность напоров равная скоростному напору потока в исследуемой точке его поперечного сечения: . Следует заметить, что помещение трубки в поток вызывает некоторые возмущения и поэтому на практике показания скоростной трубки составят: , где ? - индивидуальный тарировочный коэффициент прибора. 1.6. Центробежный насос. Центробежный одноступенчатый насос обеспечивает подачу требуемого расхода жидкости по трубопроводу циркуляционной установки. Принцип действия центробежного насоса состоит в том, что жидкость, подводимая к центру рабочего колеса насоса, поступает на его лопасти, вращающиеся с большой скоростью. Под действием центробежных сил жидкость, скользя вдоль лопаток отбрасывается к периферии, где собирается в сборном канале, называемом улиткой, из улитки жидкость поступает в напорный трубопровод. Основные параметры насосов: подача, напор (давление), число оборотов, момент на валу, потребляемая мощность и КПД. Подачей насоса Q называется количество жидкости, перекачиваемое насосом в единицу времени. Напор насоса - удельная механическая энергия жидкости, равен геодезической высоте подачи, сложенной со скоростными напором и потерями напора в трубопроводе: . Полезная гидравлическая мощность насоса, Вт: Np = ?gQH . Коэффициент полезного действия насоса определяется как отношение полезной мощности Nп к затраченной Nз: ? = Nп / Nз = ?gQH / Nз . Момент на валу насоса является отношением мощности N к его угловой скорости ?: M = N / ? . перечисленные параметры взаимозависимы. Кривые зависимостей H = f(Q), N = f(Q), M = f(Q), ? = f(Q), n = const являются главными характеристиками внешними насоса. Высота всасывания Нвс - это расстояние по вертикали между свободной поверхностью откачиваемой жидкости и осью насоса. Преобразование уравнения Бернулли, составленного относительно сечений на уровне свободной поверхности жидкости и на входе в рабочее колесо насоса, даёт формулу высоты всасывания: , где рат - атмосферное давление на свободной поверхности резервуара, Па; pвс - давление на входе в рабочее колесо, Па; Нвс - высота всасывания, м; ?l / d - коэффициент сопротивления по длине всасывающего трубопровода; ?? - сумма коэффициентов местных сопротивлений (всасывающей коробки, фильтра, поворотов, задвижки и т. п.). Рис. 4. Высота всасывания насоса. Вычисленная высота всасывания является предельной расчётной высотой. Реальная высота всасывания всегда выбирается меньше. Поэтому расчётное уравнение может быть представлено в виде неравенства: . Таким образом, высота всасывания насоса не должна превышать величины вакуума на входе в насос, уменьшенного на суммарную величину потерь во всасывающем трубопроводе. 1.7. Насадок. Насадком называется короткая труба (в пределах 3...4 d) цилиндрической, конической или коноидальной формы. Применяются насадки, когда требуется обеспечить определённые характеристики гидросистемы или же сформировать по заданному закону струю вытекающей из насадка жидкости. Расход жидкости через внешний цилиндрический насадок превышает расход через обычное отверстие в тонкой стенке примерно на 30%. Конические насадки разделяются на сходящиеся (конфузоры) и расходящиеся (диффузоры). Сходящиеся насадки обеспечивают минимальные потери давления. С точки зрения экономии мощности наилучший результат обеспечивают коноидальные сходящиеся насадки. Коэффициент расхода этих насадков повышается с увеличением угла расширения. Расходящиеся насадки целесообразны к применению когда требуется получить большие расходы при малых перепадах давления или преобразовать кинетическую энергию потока в энергию пьезометрического давления. а б в г д Рис. 5. Типы насадков: а) цилиндрический Вентури, б) цилиндрический Борда, в) конический сходящийся, г) конический расходящийся, д) коноидальный. Расход жидкости при истечении через насадок в атмосферу определяется выражением: , где ? - коэффициент расхода насадка; ? - площадь отверстия насадка, м2; H - превышение свободной поверхности жидкости в резервуаре над центром тяжести поперечного сечения струи на выходе из насадка, м; ?р - перепад давлений на отверстии, Па; ? - плотность жидкости, кг/м3. В случае истечения жидкости через насадок под уровень величина Н заменяется значением разности уровней открытых поверхностей в сообщающихся резервуарах Z. 2. РАСЧЁТ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ Анализ исходных данных к расчёту показывает на отсутствие значения расчётного расхода циркулирующего по установке при снятии показаний известных уровней и давлений, которое служит основой для поиска неизвестных параметров установки. Поэтому в первую очередь выясняем путь достоверного определения расчётного расхода. 2.1. Расход жидкости через насадок в промежуточной ёмкости. По условию в промежуточной ёмкости С наблюдается установившийся (неизменный) уровень жидкости Н1 = 3,8 м. Истечение жидкости происходит в атмосферу через насадок на дне резервуара, диаметр насадка dнас = 30 мм, коэффициент расхода ?нас = 0,82. Расход жидкости в промежуточной ёмкости: . Установившийся уровень указывает на равенство притока и оттока жидкости, то есть из напорного трубопровода в промежуточную ёмкость С поступает ровно столько жидкости сколько её вытекает через насадок. Из чего делаем вывод, что полученный расход является значением расчётного расхода для всей циркуляционной установки: Q = Qнас = 0,005 м3/с = 5 л/с . 2.2. Определение геометрической высоты всасывания насоса. Всасывающая линия трубопровода состоит из участков труб разных длин и диаметров. Следовательно, при одинаковом расходе скорости потока жидкости в линии различны. Для расчета несколько преобразуем формулу высоты всасывания: , , в которой уменьшаемое является вакуумметрической высотой насоса в метрах столба перекачиваемой жидкости . Заданием определены показания вакуумметра на входе в рабочее колесо насоса Pв = 40 кПа. Учитывая, что по определению вакуумметр сразу дает значение pв = pат - pвс, получаем: . Линейные участки всасывающей линии l1 и l2 составлены из труб с диаметрами d1 и d2 соответственно. Коэффициент потерь напора по длине трубопровода l1 диаметром d1 прямым расчётом определить невозможно, так как задание не даёт значения шероховатости ?1 стенок трубы данного диаметра. Следовательно невозможно достоверное вычисление коэффициента гидравлического трения ?1 . Поэтому потери в трубопроводе данного диаметра определяем на основе значения удельного падения давления. В напорной линии присутствует участок трубопровода аналогичного диаметра l6 = 100 м, в начале и в конце которого установлены манометры, показывающие соответственно Рм2 = 100 кПа и Рм3 = 96 кПа. Расход в циркуляционном контуре установки постоянен, следовательно гидравлические режимы работы рассматриваемых участков сопоставимы. Откуда удельное падение давления в трубе: R = (p2 - p3 ) / l6 = (100 - 96) / 100 = 0,04 кПа/м . Удельное падение напора: hl = R / ?g = (0,04 ?103) / (760 ? 9,81) = 5,365?10-3 м. Откуда потери по длине l1 всасывающего участка трубопровода равны: . Потери по длине на участке l2 = 8 м, диаметр d2 = 68 мм, шероховатость стенок трубы ?2 = 0,1 мм, определяем в нижеследующем порядке. Площадь поперечного сечения трубопровода: ?2 = ?d22 / 4 = 3,14 ? 0,0682 / 4 = 0,00363 м2 . Скорость в трубе: ? = Q / ? = 0,005 / 0,00363 = 1,377 м3/с . Коэффициент кинематической вязкости по заданию ?1 = 0,007 см2/с. Число Рейнольса: Re = ?d / ? = 1,377 ? 0,068 / (0,007 ? 10-4) = 133748 . Предельное число Рейнольдса: Reпр = 568 ? d2 / ?2 = 568 ? 0,068 / 0,0001 = 386240. Так как 2300 < Re = 133748 < Reпр = 386240, делаем вывод, что трубопровод работает в переходной (доквадратической зоне) гидравлического сопротивления. Поэтому коэффициент гидравлического трения определяем по формуле Альтшуля: . Потери напора по длине на участке l2 составят: . Площадь поперечного сечения трубы диаметром d1: . Скорость потока жидкости в трубе: . Потери напора во всасывающей коробке hкор находим допуская, что коэффициент местного сопротивления всасывающей коробки ?кор уже учитывает потери напора на резкое сужение потока жидкости на входе во всасывающий трубопровод: . Колено сочетается с переходом на меньший диаметр. Условно считаем, что заданный коэффициент ?кол учитывает величину местного сопротивления при средней скорости потока жидкости в колене: . Потери напора в задвижке: . Находим геометрическую высоту всасывания насоса: H2 = 5,37 - (0,480 + 0,07 + 0,193 + 0,054 + 0,139) = 4,429 м . 2.3. Построение эпюры скоростей. Построение эпюры скоростей в трубопроводе на месте установки скоростной трубки выполняем по методике расчёта местных скоростей в сечении турбулентного потока внутри трубопровода, описанной в [5, стр. 146-148]. У стенок трубы скорости принимаются нулевыми, к центру они постепенно увеличиваются, то есть у стенок трубы создаётся ламинарный слой малой толщины, за пределами которого находится турбулентное ядро. Градиент скорости в ламинарном слое очень велик, в пределах турбулентного ядра скорость изменяется не так интенсивно. Максимальная скорость потока в трубе находится в точке, лежащей на оси трубы. Динамическая скорость по М.Н. Великанову равна: . где R = d/4 - гидравлический радиус трубы с внутренним диаметром d, м; i - гидравлический уклон. Толщина плёнки пристенного ламинарного слоя: . Скорость на границе ламинарного слоя: . Средняя скорость потока: где ? - универсальная постоянная Прандтля, принимается в пределах 0,3...0,45; ?max - максимальная скорость в сечении, м/с. Откуда находим максимальную скорость в потоке: . Для любой точки сечения отстоящей от оси трубы на величину радиуса ri местная скорость находится в соответствии с уравнением: , причём должно выполняться условие 0 ? ri ? r - ? . Расчет производим в табличной форме, последовательно изменяя в указанных пределах значение ri с шагом 0,01 м. Результаты представлены в таблице 2 и проверены средствами табличного процессора MS Excel 97. ТАБЛИЦА 2. Расчет местных скоростей № п/п ri z0 ?i 1 - 0,081 0 2 0,040251 0,080751 0,676777 3 0,03 0,0705 0,982248 4 0,02 0,0605 1,036854 5 0,01 0,0505 1,06928 6 0 0,0405 1,092424 7 0,01 0,0305 1,06928 8 0,02 0,0205 1,036854 9 0,03 0,0105 0,982248 10 0,040251 0,000249 0,676777 11 - 0 0 По данным таблицы 2 строим эпюру местных скоростей в сечении трубопровода (рис. 2). Рис. 6. Эпюра местных скоростей. 2.4. Определение показания манометра скоростной трубки. Скоростная трубка (трубка Пито) служит для измерения скорости в определённой точке потока. Считаем, что трубка помещена на оси трубопровода, следовательно она снимает скоростной напор максимальной скорости течения потока в трубопроводе: . По условию задания трубка Пито выполнена в виде дифпьезометра, заполненного воздухом, плотность которого определяем из условия, что скоростная трубка установлена в середине участка l7, а поднятием жидкости в трубках пренебрегаем. Находим давление в трубопроводе на месте установки скоростной трубки, зная давление в начале участка pм3 = 96000Па и удельное падение давления в трубопроводе данного диаметра Rуд = (pм2 + pм3) / l6 = (100000 - 96000) / 100 = 40 Па/м. Откуда: рпито = pм3 - 0,5 l7 R = 96000 - 0,5 ? 50 ? 40 = 95000Па . Плотность воздуха в дифпьезометре: , где R - постоянная Больцмана, 0,848 кг?м/моль?град; ? - молярная масса воздуха, 29 г/моль; T - абсолютная температура, 0К; p - абсолютное давление, Па; V - объём, м3/с. Откуда: . Температура заданием среды заданием не оговорена, поэтому абсолютная температура принята при 200С равной 2930К. Давление, регистрируемое манометрами является избыточным, поэтому величину манометрического давления в трубе увеличиваем на величину физической атмосферы 101325 Па. Вычисляем плотность воздуха в дифпьезометре: . Разность уровней в открытой трубке Пито: . Приводим показания к плотности воздуха в дифпьезометре, принимая плотность воздуха при атмосферном давлении 1,206 кг/м3: h = 0,061 ? (1,206 / 2,336) = 0,031 м. 2.5. Определение показаний ртутного дифманометра расходомера Вентури. Расходомер Вентури установлен на участке напорного трубопровода диаметром d2 = 68 мм, диаметр дроссельного отверстия в диафрагме расходомера dвент = 30 мм, коэффициент расхода ?вент = 0,94. Расход жидкости в напорном трубопроводе Q = 5 л/с. Из формулы расхода жидкости для расходомера: выражаем перепад давления в расходомерном устройстве . Показания ртутного дифференциального манометра определяются формулой: . Плотность ртути принимаем ? = 13546 кг/м3 (температура среды заданием не обусловлена, поэтому принято значение плотности по справочнику при 200С). Отсюда вычисляем: м рт. ст. При расчётном расходе Q = 5 л/с показания ртутного дифманометра расходомера Вентури составят 163 мм рт. ст. 2.6. Определение суммарных потерь напора, суммарных коэффициентов местных сопротивлений и их эквивалентных длин. Составляем уравнение Бернулли для напорного трубопровода. Плоскость сравнения проводим через ось насоса. Начальное сечение назначаем на выходе из насоса, конечное на выходе потока из напорной линии, что позволяет охватить весь напорный участок. Длины вертикальных участков трубопровода считаем высотой геодезического напора (заданием не оговорена геодезическая привязка трубопровода). Давления учитываются избыточные (сверхатмосферные). Отсюда: , pн = pм1 + Rl3 = 115000 + 40 ? 3 = 115000 + 120 = 115120 Па; pк = 0 Па; hf = hl + hм - сумма потерь напора в трубопроводе; поэтому сумма потерь в трубопроводе составит: . Сумма потерь напора состоит из суммы потерь по длине трубопровода и суммы потерь в местных сопротивлениях: Предполагаем, что вся нагнетательная линия состоит из труб диаметром d2. Учитывая, что потери напора по длине в данном случае составят: . Сумма местных сопротивлений: . Доля местных сопротивлений: ? = 4,105 / 11,705 = 0,35 или 35%. Эквивалентная длина местных сопротивлений: . Для реальной части напорного трубопровода диаметром d2 длина которого l = 198 м получаем: потери по длине ; эквивалентная длина местных сопротивлений ; потери напора в местных сопротивлениях , или проще ; сумма потерь в трубопроводе hf2 = hм + hl = 6,528 + 2,248 = 8,776 м. Сумма потерь в реальном участке трубопровода диаметром d1 составит: hf1 = hf + hf2 = 15,81 - 8,776 = 7,034 м. Учитывая, что удельные потери напора по длине в данном случае 0,005365, получаем: . Эквивалентная длина местных сопротивлений: . Доля местных сопротивлений: ? = l / lэ = 1155 / 157 = 7,357 . Стоит заметить, что доля местных сопротивлений необычно высока, что обусловлено нереально малым падением напора по длине трубопровода диаметром d1, вытекающего из заданных условием задачи величин. 2.7. Определение необходимого диаметра самотечного трубопровода. Учитывая, что расход жидкости в трубопроводе Q = ??, где ? - площадь поперечного сечения трубы, равная ?d2/4, получаем основную расчётную формулу [4, стр. 164]: . Условием задана эквивалентная длина всех местных сопротивлений трубопровода lэ = 2 м. Считаем, что заданная эквивалентная длина местных потерь учитывает все местные потери напора в трубопроводе, включая потери на входе в самотечный трубопровод, потери в запорной арматуре и потери на выходе. Откуда доля местных потерь: ? = lэ/l = 2 / 20 = 0,1 . То есть местные потери составляют 10% от потерь напора по длине самотечного трубопровода. Расчётная формула приобретает вид: . Если учесть, что Н = Н2 + Н3 = 0,5 + 4,43 = 4,93 м, то необходимо подобрать такой диаметр самотечного трубопровода в котором потери напора hпот = Н = 4,93 м. Подбор диаметра выполняем в табличной форме (таблица 2). Таблица 2 Подбор диаметра самотечного трубопровода при Q = 0,005 м3/с d, м ?, м2 ?, м/с Re Re пред Область ? hпот, м 0,065 0,00332 1,508 140051 184600 доквадрат. 0,0269 8,269 9,096 1,055 0,06 0,00283 1,770 151722 170400 доквадрат. 0,0273 9,092 10,002 1,597 0,055 0,00238 2,106 165515 156200 квадрат. 0,0270 9,823 10,805 2,444 0,05 0,00196 2,549 182066 142000 квадрат. 0,0277 11,064 12,172 4,031 0,045 0,00159 3,147 202296 127800 квадрат. 0,0284 12,623 13,885 7,008 0,048 0,00182 2,754 189258 136604 квадрат. 0,0279 11,614 12,776 4,940 По результатам расчёта строим график зависимости h = f(d) на рис. 7. Рис. 7. Зависимость потерь h в трубопроводе от его диаметра d при расчётном расходе 0,005 м3/с. Искомый диаметр трубы можно определить графоаналитически, для чего достаточно задаться значением перепада уровней Н = hпот на оси абсцисс и, проведя на графике вертикаль, снять соответствующую ординату, которая и будет значением необходимого внутреннего диаметра трубопровода. Таким образом при расчётном расходе необходимый диаметр самотечного трубопровода составит 0,048 м, то есть 48 мм. На практике необходимо принять ближайший больший стандартный диаметр по ГОСТ, а точного соответствия уровней добиваться регулировкой задвижки (изменением местного сопротивления). ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной курсовой работе произведён расчёт основных гидравлических параметров циркуляционной установки. Расчет служит примером инженерного расчёта гидравлической системы из достаточного большого количества самостоятельных конструктивных элементов, различного характера и назначения. Рассмотрены принципы подбора необходимых диаметров напорного трубопровода трубопровода, вопросы исчисления расчётного расхода через насадки, определения сопротивлений по длине и местных потерь в трубопроводной арматуре. Выполнена привязка нагнетающего центробежного насоса. Изучен механизм работы измерительных приборов в системе: манаметра, вакуумметра, дифпьезометра, расходомера Вентури и скоростной трубки Пито. При выполнении расчётов, таблиц и графиков активно применялись средства современной вычислительной техники и программного обеспечения, что позволило повысить точность и безошибочность расчётов, снизить трудоёмкость поиска решений. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Арустанова И.Т. и др. Трубная нефтяная гидравлика. М., 1980, 102с. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидропривод, Машиностроение, 1982, 442с. Долгачёв Ф.М., Лейко В.С. Основы гидравлики и гидропривод. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1981, 183с. Евгеньев А.Е., Крупеник А.П. Справочные материалы по гидравлике, М., 1974, 66с. Киселёв П. Г. Гидравлика, М. Энергия, 1960, 339с. Насосы центробежные нефтяные. ГОСТ 23447-79. М. Стандарты, 13с. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. М., Энергоиздат, 1982, 360с. Чугаев Р. Р. Гидравлика. Л., Энергоиздат, 1982, 672с. 2 Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками, графиками, приложениями и т.д., достаточно просто её СКАЧАТЬ.  |
|
Банк готовых работ
Форма заказа
Скачать работу
экономические  Copyright © refbank.ru 2005-2024
Все права на представленные на сайте материалы принадлежат refbank.ru. Перепечатка, копирование материалов без разрешения администрации сайта запрещено. |
|