Гидрогазодинамика
По способам гидравлического расчета трубопроводы делят на две группы: простые и сложные. Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб, хотя бы и различного диаметра, но с одним же расходом по пути; всякие другие трубопроводы называют сложными. Потери, связанные с отделением одной части потока от другой или слиянием двух потоков в один общий. Сюда относятся, например, тройники… Читать ещё >
Гидрогазодинамика (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство образования и науки Украины.
Национальная Металлургическая Академия Украины.
Кафедра промышленной теплоэнергетики.
КУРСОВАЯ РАБОТА.
по дисциплине «Гидрогазодинамика».
Разработал студент гр. ПТЭ-02−1 Зеркаль К.Г.
Руководитель работы.
Мануйленко А.А.
Курсовая работа защищена с оценкой.
г. Днепропетровск.
2004 г.
1. Задание на курсовую работу.
Рассчитать и выбрать оптимальный диаметр трубопровода для транспортировки воды от насоса Н до промышленной установки ПУ. Определить толщину стенок труб, необходимые пьезометрические напоры у насоса и на участках трубопроводов. Построить напорную характеристику трубопровода и график пьезометрических напоров для приведенных условий:
1) максимальный часовой расход воды [pic];
2) согласно схеме установки (рис. 1.1.) длины участков трубопровода:
[pic].
[pic].
[pic].
[pic] геометрические отметки точек:
[pic][pic] [pic] [pic].
[pic] [pic] местные сопротивления:
— колен с закруглением под [pic]- 6 шт.
— задвижек Дудло: со степенью открытия 5/8 — на участке АВ -.
1 шт., на участке ВС — 1шт.; со степенью открытия 7/8 — на участке СD — 1 шт., на участке DE — 1 шт.;
[pic].
Рис. 1.1. Схема водоснабжения ПУ:
Н — насос, ПУ — промышленные установки.
3) Напор у потребителя, независимый от потерь напора в трубопроводе.
(свободный напор) — [pic];
4) число часов работы установки в сутки — [pic];
5) число дней работы установки в году — [pic] дней.
2. Теоретическая часть.
По способам гидравлического расчета трубопроводы делят на две группы: простые и сложные. Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб, хотя бы и различного диаметра, но с одним же расходом по пути; всякие другие трубопроводы называют сложными.
При гидравлическом расчете трубопровода существенную роль играют местные гидравлические сопротивления. Они вызываются фасонными частями, арматурой и другим оборудованием трубопроводных сетей, которые приводят к изменению величины и направления скорости движения жидкости на отдельных участках трубопровода (при расширении или сужении потока, в результате его поворота, при протекании потока через диафрагмы, задвижки и т. д.), что всегда связано с появлением дополнительных потерь напора. В водопроводных магистральных трубах потери напора на местные сопротивления обычно весьма не велики (не более 10−20% потерь напора на трение).
Основные виды местных потерь напора можно условно разделить на следующие группы:
— потери, связанные с изменением сечения потока;
— потери, вызванные изменением направления потока. Сюда относят различного рода колена, угольники, отводы, используемые на трубопроводах;
— потери, связанные с протеканием жидкости через арматуру различного типа (вентили, краны, обратные клапаны, сетки, отборы, дроссель-клапаны и т. д.);
— потери, связанные с отделением одной части потока от другой или слиянием двух потоков в один общий. Сюда относятся, например, тройники, крестовины и отверстия в боковых стенках трубопроводов при наличии транзитного расхода.
3. Определение оптимального диаметра трубопровода.
3.1. Для определения оптимального диаметра трубопровода задаемся рядом значений скорости движения жидкости (от 0,5 до 3,5 м/с) и вычисляем расчетные диаметры труб по формуле:
[pic], [pic].
Результаты расчета для всех принятых значений скорости приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1.
Диаметры труб для различных значений скорости движении жидкости.
|Скорость |0,5 |1,0 |1,5 |2,0 |2,5 |3,0 |3,5 | |движения | | | | | | | | |жидкости, м/с | | | | | | | | |Диаметр труб, |0,297|0,210|0,172|0,149|0,133|0,121|0,112| |[pic], м | | | | | | | |.
3.2. Для каждого расчетного диаметра труб [pic] вычисляем приведенные затраты на один год по формуле:
[pic], где [pic] - эксплуатационные затраты, включающие амортизационные отчисления, стоимость электроэнергии, обслуживания, текущих расходов и др., грн.;
[pic]- капитальные затраты, грн.;
0,2 — нормативный коэффициент.
Стоимость обслуживания и текущих расходов примерно одинакова для труб разного диаметра. Поэтому эксплутационные затраты принимаем равными сумме амортизационных отчислений и стоимости электроэнергии:
[pic] .
Капитальные затраты включают стоимость труб [pic] и стоимость монтажа трубопровода [pic]:
[pic] .
Примерная цена 1 т труб принимается равной 1300 грн. Тогда стоимость будет равна:
[pic], где [pic]- масса труб, т.
Масса труб определяется по формуле:
[pic], где [pic]- принятая толщина стенки трубы;
[pic] - суммарная длина всех участков трубопровода, [pic];
7,8 — плотность стали, т/[pic].
Стоимость монтажа трубопроводов принимаются равной, примерно 30% стоимости труб:
[pic], грн.
Амортизационные отчисления для каждого значения диаметра трубопровода вычисляются по формуле:
[pic], где [pic] лет — срок службы труб.
Стоимость электроэнергии определяется по формуле:
[pic], где 0,16 — стоимость 1 кВт? ч электроэнергии, грн.;
[pic]- мощность потока, кВт.
Мощность потока вычисляется по формуле:
[pic], где [pic]- напор, создаваемый насосом, [pic],.
[pic], где [pic] - геометрическая высота, [pic];
[pic] - сопротивление трубопровода, [pic], равное.
[pic], где [pic]- удельное сопротивление по длине трубопровода, [pic];
[pic]- удельное местное сопротивление, [pic];
[pic]- сумма коэффициентов местных сопротивлений.
3.3. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат [pic] для трубопровода [pic] (при скорости движения [pic]):
1. Определение массы труб в тоннах:
[pic] т.
3.3.2. Определение стоимости труб:
[pic] грн.
3.3.3. Определение стоимости монтажа трубопровода:
[pic] грн.
3.3.4. Определение капитальных затрат:
[pic] грн.
3.3.5. Определение амортизационных отчислений:
[pic] грн.
3.3.6. Определение коэффициента гидравлического трения по формуле.
Прандтля-Никурадзе:
[pic],.
где [pic]- эквивалентная шероховатость труб (принимаем 0,4 мм).
3.3.7. Определение удельного сопротивления по длине:
[pic].
3.3.8. Определение удельного местного сопротивления:
[pic].
3.3.9. Определение сопротивления трубопровода:
[pic].
[pic].
3.3.10. Определение максимального напора, создаваемого насосом:
[pic].
3.3.11. Определение мощности потока:
[pic] кВт.
3.3.12. Определение стоимости электроэнергии:
[pic] грн.
2.3.13. Определение эксплуатационных затрат:
[pic] грн.
3.3.14. Определение приведенных затрат в расчете на год:
[pic] грн.
Расчет численных показателей для определения приведенных затрат.
[pic] для трубопровода [pic] (при скорости движения [pic]):
3.3.1. [pic] т.
3.3.2. [pic] грн.
3.3.3. [pic] грн.
3.3.4. [pic] грн.
3.3.5. [pic]грн.
3.3.6. [pic].
3.3.7. [pic].
3.3.8. [pic].
3.3.9. [pic].
3.3.10. [pic].
3.3.11. [pic] кВт.
3.3.12. [pic] грн.
3.3.13. [pic] грн.
3.3.14. [pic] грн.
Расчет численных показателей для определения приведенных затрат.
[pic] для трубопровода [pic] (при скорости движения [pic]).
3.3.1. [pic] т.
3.3.2. [pic]грн.
3.3.3. [pic] грн.
3.3.4. [pic] грн.
3.3.5. [pic] грн.
3.3.6. [pic].
3.3.7. [pic].
3.3.8. [pic].
3.3.9. [pic].
3.3.10. [pic].
3.3.11. [pic] кВт.
3.3.12. [pic] грн.
3.3.13. [pic] грн.
3.3.14. [pic] грн.
Расчет численных показателей для определения приведенных затрат.
[pic] для трубопровода [pic] (при скорости движения [pic]):
3.3.1. [pic] т.
3.3.2. [pic]грн.
3.3.3. [pic] грн.
3.3.4. [pic] грн.
3.3.5. [pic] грн.
3.3.6. [pic].
3.3.7. [pic].
3.3.8. [pic].
3.3.9. [pic].
3.3.10. [pic].
3.3.11. [pic] кВт.
3.3.12. [pic] грн.
3.3.13. [pic] грн.
3.3.14. [pic] грн.
Расчет численных показателей для определения приведенных затрат.
[pic] для трубопровода [pic] (при скорости движения [pic]):
3.3.1. [pic] т.
3.3.2. [pic]грн.
3.3.3. [pic] грн.
3.3.4. [pic] грн.
3.3.5. [pic] грн.
3.3.6. [pic].
3.3.7. [pic].
3.3.8. [pic].
3.3.9. [pic].
3.3.10. [pic].
3.3.11. [pic] кВт.
3.3.12. [pic] грн.
3.3.13. [pic] грн.
3.3.14. [pic] грн.
Расчет численных показателей для определения приведенных затрат.
[pic] для трубопровода [pic] (при скорости движения [pic]):
3.3.1. [pic] т.
3.3.2. [pic]грн.
3.3.3. [pic] грн.
3.3.4. [pic] грн.
3.3.5. [pic] грн.
3.3.6. [pic].
3.3.7. [pic].
3.3.8. [pic].
3.3.9. [pic].
3.3.10. [pic].
3.3.11. [pic] кВт.
3.3.12. [pic] грн.
3.3.13. [pic] грн.
3.3.14. [pic] грн.
Расчет численных показателей для определения приведенных затрат.
[pic] для трубопровода [pic] (при скорости движения [pic]):
3.3.1. [pic] т.
3.3.2. [pic]грн.
3.3.3. [pic] грн.
3.3.4. [pic] грн.
3.3.5. [pic] грн.
3.3.6. [pic].
3.3.7. [pic].
3.3.8. [pic].
3.3.9. [pic].
3.3.10. [pic].
3.3.11. [pic] кВт.
3.3.12. [pic] грн.
3.3.13. [pic] грн.
3.3.14. [pic] грн.
Таблица 3.2.
Варианты значений скорости движения жидкости, диаметра труб и соответствующих им затрат |№ ва- |Скорость|Диамет|Затраты, грн. | |риан-т|движения|р | | |а | |труб, | | | |жидкости|[pic],| | | | |[pic] | | | |[pic], | | | | |[pic] | | | | | | |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | |1 |0,5 |0,297 |161 472 |16 148,2|29 065,4 |45 213,6 |77 510,0 | |2 |1,0 |0,210 |114 967 |11 496,7|33 161,6 |44 658,3 |67 651,8 | |3 |1,5 |0,172 |94 360 |9436,0 |42 370,5 |51 806,5 |70 678,6 | |4 |2,0 |0,149 |82 076 |8207,6 |58 176,0 |66 383,6 |82 798,8 | |5 |2,5 |0,133 |73 693 |7369,3 |81 888,2 |89 257,5 |103 996,0| |6 |3,0 |0,121 |67 505 |6750,5 |114 703,7|121 454,2 |134 955,1| |7 |3,5 |0,112 |62 695 |6269,5 |157 737,2|164 006,7 |176 545,8|.
По данным таблицы 3.2. строим графические зависимости [pic], [pic] и [pic], которые приведены на рис. 3.1. [pic].
Рис. 3.1. Графическое определение оптимального диаметра трубопровода.
Минимальному значению приведенных затрат [pic] соответствует оптимальный диаметр труб. Как видно из графических зависимостей, оптимальный диаметр трубопровода находится в пределах [pic].
К установке принимаем стандартный диаметр, близкий к расчётному диаметру. Для стальных бесшовных горячедеформированных труб (ГОСТ 8732;
78) ближайший диаметр трубы (внутренний) [pic] [pic] толщина стенки [pic].
[pic] [pic].
3.4. Проверка толщины труб по максимальному пьезометрическому напору.
3.4.1. Максимальный пьезометрический напор имеет место в точке, А трубопровода и равен:
[pic] где [pic].
3.4.2. Определение сопротивления трубопровода для выбранного стандартного диаметра труб:
[pic].
[pic] м в.ст.
3.4.3. Определение максимального давления в точке А:
[pic].
[pic] [pic]. принимаем [pic] МПа.
3.4.4. Минимально допустимое значение толщины труб определяем по формуле:
[pic], м, где [pic]- допустимое напряжение на растяжение для материала труб, МПа.
(для стальных труб [pic]=380 МПа);
[pic].
Таким образом, принятые к установке трубы имеют толщину стенки.
[pic], превышающую допустимую [pic].
4. Определение пьезометрического и полного напоров в конечных точках трубопровода, А и Е.
4.1.1. Пьезометрический напор в точке А:
[pic].
4.1.2. Полный напор в точке А: [pic], где [pic]- оптимальная скорость движения жидкости, равная.
[pic].
[pic].
4.1.3. Пьезометрический напор в точке Е равен свободному напору:
[pic].
4.1.4. Полный напор в точке Е:
[pic].
5. По исходным данным геометрических отметок точек А, В, С, D, Е.
([pic], [pic], [pic], [pic], [pic]) и протяженности участков между этими точками откладываем их значение в определенном масштабе от плоскости сравнения (0−0) и строим линию геометрических напоров.
Аналогично, откладывая значения полных и пьезометрических напоров в точках, А и Е трубопровода и соединяя их вершины прямыми линиями, получим линии полного и статического напоров. Пьезометрические напоры в точках В, С, D определяются графическим методом как разность между статическим и геометрическим напорами в соответствующих точках. Изменение напоров по длине трубопроводов представлено на рис 4.1.
[pic].
Рис. 4.1. График изменения напоров по длине трубопровода.
5. Построение напорной характеристики трубопровода.
Уравнение напорной характеристики рассматриваемого трубопровода имеет вид:
[pic] где [pic] - геометрическая высота, м;
[pic] - сопротивление трубопровода, [pic].
Задаваясь 5−6 произвольными значениями расхода жидкости Q от 0 до заданного максимального значения, вычисляем Н и строим характеристику трубопровода.
В табл. 5.1. приведены значения Н при различных расходах жидкости.
Таблица 5.1. |[pic], |0 |30 |50 |80 |100 |125 | |[pic] | | | | | | | |[pic], |72,0 |72,8 |75,0 |80,8 |89,7 |103,7 | |[pic] | | | | | | |.
Напорная характеристика трубопровода представлена на рис 5.1.
[pic].
Рис 5.1. Напорная характеристика трубопровода.
6. Вывод.
При выполнении курсовой работы по выбору оптимального диаметра трубопровода для транспортирования воды на основе гидравлического и технико-экономического расчетов, построению графика напоров по длине трубопровода и его напорной характеристики, был выбран диаметр
(внутренний) равный [pic] [pic] толщина стенки [pic] [pic] [pic]. При этом проведена проверка принятой толщины стенок труб по максимальному напору, который составил [pic]МПа. Также определены пьезометрический и полный напоры в конечных точках трубопровода, А и Е равных: [pic] [pic];
[pic] [pic].
7.
Литература
.
|1. |Альтщуль А.Д., Животовский Л. С., Иванов Л. П. Гидравлика и | | |аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987. 410 с. | |2. |Чугаев Р. Р. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982. 672с. | |3. |Альтщуль А.Д., Калицун В. И., и др. Примеры расчетов по гидравлике. | | |М.: Стройиздат, 1976. 256 с. | |4. |Большаков В.А., Константинов Ю. М. и др. Справочник по гидравлике. | | |К.: Вища школа, 1984.-224 с. | |5. |Борисов С.Н., Даточный В. В. Гидравлический расчет газопроводов. М.:| | |Энергия, 1972. |.