Расчет сложного трубопровода

Расчет сложного трубопровода

Задание

Центробежный насос подаёт жидкость с температурой t по разветвлённой системе трубопроводов из аппарата 1 в аппарат 2 и 3. Аппарат 3 представляет собой открытый сосуд. Подача жидкости в аппарате 3 — Q₃. Аппарат 2 находится под разряжением, показания вакуумметра — Р_вак.

Основные геометрические размеры трубопроводов, значения местных сопротивлений, режимные параметры представлены в исходных данных. Атмосферное давление принять Р_атм = 735.6 мм. р.ст. = 1.01· 10⁵ Па На трубопроводах 1−2, 2−3 и 2−4 установлены нормальные вентили. Все повороты плавные, с одинаковым отношением d/R.

Определить:

1. Давление Р₂ в трубопроводе в точке 2;

2. Скорость течения н₂ и расхода жидкости Q₂₋₄ в трубопроводе 2−4;

3. Подачу жидкости центробежным насосом Q₁₋₂

4. Давление Р₁, создаваемое насосом в точке 1;

5. Показания манометра Р_м на трубопроводе 1−2.

Рисунок 1. Схема гидравлической установки

Введение

Гидравлическими машинами называются устройства, которые служат для преобразования механической энергии двигателя в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию (гидравлические турбины).

Целью данной курсовой работы является овладение навыками расчета гидравлических параметров заданной технологической схемы — сложного трубопровода.

Гидравлический расчет производится с целью определения необходимых параметров в трубопроводе, предназначенного для пропуска определенного объёма жидкости за единицу времени (в данном случае метилового спирта 90%) и возможности насосной установки обеспечить приёмные аппараты необходимым давлением и количеством жидкости. На основе данных диаметров, длин трубопроводов и отметки установки приёмных аппаратов, ведутся дальнейшие гидравлические расчеты, включающие определение давления на участках и скорости течения по ветвям.

В качестве исходных величин заданы геометрические параметры (длины, диаметры и отметки установки приёмных аппаратов, а так же необходимые расход и давление в аппарате 3).

Для расчетов и определения требуемых параметров в каждом аппарате, необходимо данную гидравлическую установку сложного трубопровода разбить на три участка простых трубопроводов: 1−2, 2−3, 2−4.

1. Исходные данные

гидравлический двигатель трубопровод Жидкость — метиловый спирт 90%

Температура спирта:

t = 25^oC

Отношение диаметра трубопровода к радиусу:

d/R =0.8

Длины участков:

l₁₋₂=900 м; l₂₋₃=400 м; l₂₋₄=200 м.

Отметки установки приёмных аппаратов:

z₁=1,5 м; z₂=3,1 м; z₃=17 м;

Диаметры трубопроводов:

d₁₋₂ = 175 мм = 0.175 м; d₂₋₃ = 175 мм = 0.175 м; d₂₋₄ = 65 мм = 0.065 м;

Расход жидкости в аппарате 3:

Q₃ = 200 м³/ч = 0.056 м³/с Шероховатость внутренней поверхности трубопровода:

Д = 0.5 мм = 5· 10^-4м Давление в аппарате 3:

Р₃ = Р_атм = 1.01· 10⁵ Па Давление в аппарате 4:

Р₄ = Р_вак = 140 мм. рт. ст.= 1.9· 10⁴ Па

2. Гидравлические расчеты

2.1 Определение давления Р₂ на участке 2-3

Рисунок 2. Участок 2−3

Для определения давления Р₂ на участке 2−3 воспользуемся формулой Бернулли.

Чтобы найти величину потерь, необходимо найти скорость течения метилового спирта по данному трубопроводу, число Рейнольдса, отношение диаметра участка трубопровода и шероховатости, а так же по номограмме (рис. 3), выражающей зависимость числового значения зоны течения жидкости от числа Рейнольдса и отношения диаметра трубопровода к его шероховатости, определить значение коэффициента сопротивления трубы л.

1. Скорость течения метилового спирта по данному трубопроводу:

2. Число Рейнольдса:

Используем табличные данные: вязкость метилового спирта 90% при t=25^ос — м=0.75· 10^-3 Па· с, плотность с=815.

3. Отношение диаметра участка трубопровода и шероховатости:

4. Определяем по рисунку 3. значение коэффициента сопротивления трубы л:

Рисунок 3. Номограмма, выражающая зависимость числового значения зоны течения жидкости от числа Рейнольдса и отношения диаметра трубопровода к его шероховатости.

При Re = 4.4· 10⁵, = 350 значение л = 0.026

5. Находим величину потерь :

Местные сопротивления на данном участке трубопровода:

6. Вычисляем значение давления на участке 2−3:

Диаметры трубопровода на участках 1−2 и 2−3 равны d₁₋₂ = d₂₋₃ = 0.175 м, следовательно и скорости жидкости на этих высотах тоже равны. Таким образом, сокращая скорости в уравнении Бернулли, получаем выражение:

2.2 Определение скорости течения н₂ и расхода Q₂₋₄

Рисунок 4. Участок 2−4

Для определения скорости течения, на данном отрезке трубопровода, используем формулу Бернулли, преобразованную для трубопровода с постояным диаметром.

Отсюда:

Используя метод последовательных приближений, выбираем из возможных значений задаваемой скорости (2−3) м/с величину, равную н₃=2.5 м/с.

1. Определяем число Рейнольдса:

2. Находим отношение диаметра и шероховатости:

3. По рисунку 3. находим значение коэффициента сопротивления трубы л:

При Re = 1.8· 10⁵, = 130 значение л = 0.035

4. Определяем скорость течения на участке 2−4:

Местные сопротивления на данном участке трубопровода:

гидравлический двигатель трубопровод

5. Проверяем на погрешность:

Погрешность незначительная, следовательно скорость выбрана правильно.

6. Определяем расход на данном участке:

= 2.25·

2.3 Определение подачи жидкости центробежным насосом

Рисунок 5. Участок 1−2

1. На участке 1−2 расход равен сумме расходов на участках 2−3 и 2−4:

Q₁₋₂ = Q₂₋₃ + Q₂₋₄ = 0.056 + 0.846 = 0.064 м³/с

2.4 Определение давления, создаваемое насосом на участае 1-2

Используем уравнение Бернулли:

Так как диаметр на всём участке 1−2 одинаковый, то скорости в уравнении Бернулли сокращаем и получаем выражение:

Для определения давления на участке 1−2 необходимо найти потери напора ДН на этом участке.

1. Определяем скорость течения метилового спирта на участке 1−2:

2. Вычисляем число Рейнольдса:

3. Находим отношение диаметра и шероховатости:

4. По рисунку 3. находим значение коэффициента сопротивления трубы л:

При Re = 5.1· 10⁵, = 350 значение л = 0.026

5. Потери напора ДН на участке 1−2:

6. Определив все необходимые значения, находим давление, создаваемое насосом на участке 1−2:

2.5 Показание манометра в трубопроводе на участке 1-2

Р_атм = 735.6 мм. р.ст. = 1.01· 10⁵ Па

Р_м = Р₁ — Р_атм = 7.6· 10⁵ — 1.01· 10⁵ = 6.59· 10⁵ Па

Заключение

В ходе курсовой работы были произведены гидравлические расчеты по определению давления на ответвлении трубопровода, расхода жидкости аппаратом 4 и возможности данной насосной установки обеспечить приёмные аппараты необходимым давлением в трубопроводе и требуемым количеством метилового спирта. Расчеты показали, что на выходе значения скорости течения спирта, давления и расхода ниже, чем на участке 1−2, после насосной установки, где эти параметры принимают максимальные значения.

Список использованных источников

1. Угинчус А. А. Гидравлика и гидравлические машины — Харьков.: Издательство Харьковского университета, 1966.

2. Киселев П. Г. Справочник по гидравлическим расчетам. — Изд. 4-е, переработ. и доп. М., «Энергия», 1972.

3. Кременецкий Н. Н., Штеренлихт Д. В., Алышев В. М. и др. Гидравлика: Учебник. — М.: Энергия, 1973.

4. Альтшуль А. Д., Калицун В. И., Майрановский Ф. Г. и др. Примеры расчетов по гидравлике: Учебное пособие. — М.: Стройиздат, 1976.

5. Богомолов А. И., Михайлов К. А. Гидравлика: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1972.