Расчет режимов течения и общего количества потерь давлениях в трубопроводе горных машин

                                             Министерство образования и науки  РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Тульский Государственный Университет

Горно-строительный факультет

Кафедра геотехнологий и строительства подземных сооружений

 

 

Контрольно-курсовая работа

По дисциплине :

Гидропривод горных машин

На тему:

«Расчет режимов течения и общего количества потерь давлениях в трубопроводе горных машин»

 

 

 

                                                                       

                                                  Разработал : ст. группы 330211

                                                                                                                               Федько В.В.

                                                                                                       Принял:              Головин К.А.                                                                                                          

 

 

 

 

 

 

Тула 2014

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………….3

 Расчет гидравлических  характеристик трубопровода ………………………………….5

Расчет потерь…………………….. ………………………………………………………...6

Расчет общих потерь ……………………..……………………………………..………..10

Заключение…………………………………………………………………………….…..15

Список литературы………………………………………………………………….……16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В мировой практике применение трубопроводов для подачи к местам потребления жидких и газообразных веществ приобретает все большее значение. Транспортировка жидкостей и газов по трубопроводам наиболее экономична с точки зрения капитальных затрат, к тому же легко поддается количественной и качественной регулировке.

Трубопроводы делятся на простые и сложные. К простым трубопроводам относятся отдельные отрезки или участки сетей, в которых расход жидкости не меняется по длине (в отдельных случаях простой трубопровод может состоять из участков разного диаметра). Соответственно, к сложным трубопроводам относится сочетание участков сетей, в которых расход жидкости по длине переменный. Отдельные участки (отрезки) труб в целях рационального распределения по потребителям объединяются в сети.

Трубопроводы и сети по принципу работы могут быть напорными и безнапорными. Кроме того сети делят на тупиковые и кольцевые.

Недостатками тупиковых сетей являются:

а) неравномерность диаметров (сечений) по длине, так как в начальных участках, где расходы жидкости значительные, диаметры трубопровода будут большими, чем в конце;

б) при выходе из строя трубопровода в каком-либо сечении все следующие за ним участки сети отключаются от источника питания.

При кольцевых сетях подача жидкости к потребителю может быть как с одной, так и с другой стороны. Поэтому при ремонтно-восстановительных работах на кольцевых сетях достаточно отключить с двух сторон незначительные участки сети, причем без снабжения останутся лишь немногие потребители. Сети водопровода, как правило, проектируют кольцевыми.

Разветвленные сети состоят из основной магистральной линии и отходящих от узлов сети ответвлений. При гидравлическом расчете трубопроводов, обычно при известных трех величинах, находят четвертую: расход, диаметр, длина, потери напора. Для решения поставленной задачи-выбора центробежной гидравлической машины (насоса) необходимо установить производительность и напор, которые она должна обеспечить.

Целью курсовой работы по дисциплине "Гидравлика и гидравлические машины" является овладение навыками расчета гидравлических параметров заданной технологической схемы, выбора по рассчитанным показателям центробежного насоса, расчета характеристик центробежного насоса.

В курсовой работе приведены расчет требуемой производительности и напора насоса, выбор стандартного центробежного насоса, расчет конструкции и основных параметров работы насоса, выбор электродвигателя для насоса.

1. Описание  технологической схемы

Технологическая схема приведена на рисунке 1. На технологической схеме изображена насосная установка, которая служит для подъема воды насосом (9) из питательного бака (7) в приемные ёмкости (1), (2), (3), находящиеся на различных уровнях. Подача насоса регулируется вентилем (6) установленным в общей магистрали, а подача по ветвям 1,2 и 3 - вентилями, установленными в начале каждой ветви. На всасывающем трубопроводе установлен вентиль (5), который перекрывают при остановке или ремонте насоса.

Работа насосной установки.

Перекачиваемая жидкость при температуре 20єС подается из питательного резервуара (7) по всасывающему трубопроводу с помощью насоса (9) по нагнетательному трубопроводу в расширительную ёмкость (коллектор) (10). В коллекторе жидкость разделяется на три потока и поступает по ветвям 1,2 и 3. По ветви 1 жидкость поступает емкость (4). По ветви 2 жидкость поступает в диффузор (4), где уменьшается скорость течения и повышается давление жидкости, затем жидкость поступает в емкость (2). По ветви 3 при температуре 20єС попадает в теплообменник (8) и выходит оттуда с температурой 40єС и попадает в ёмкость (3).

сложный трубопровод насос гидравлический

Рисунок 1 - Технологическая схема насосной установки

2. Расчет  гидравлических характеристик трубопровода

Расчет диаметров трубопроводов.

Расчёт гидравлических параметров схемы начнём с определения диаметров трубопровода по формуле [1, с.10]:

,

где Qi - расход среды для каждой ветви, м3/с;

w - скорость жидкости, м/с.

Так как расход среды Qi известен, после расчёта диаметров необходимо задаться значением скорости w. На практике для сред, перекачиваемых насосами, рекомендуют принимать значения экономической скорости:

w =1.5 м/с

Расход общей ветви находим по формуле [1, с.9]:

Q0=.

Q0==Q1+Q2+Q3=35+15+10=60м3/ч.

Для проведения вычислений расход Qi переведём из м3/ч в м3/с:

Q1=35 м3/ч= ,

Q2=15 м3/ч=,

Q3=10 м3/ч=,

Q0=60 м3/ч= .

Диаметры трубопроводов:

d1=

d2=

d3=

d0=

Согласно этим расчётам выбираем ближайшие стандартные диаметры труб по ГОСТ 3262-75.

Для первой ветви труба обыкновенная, не оцинкованная обычной точности изготовления, с условным проходом 90мм, толщиной стенки 4 мм. Для второй ветви труба обыкновенная, не оцинкованная общей точности изготовления, с условным проходом 65мм, толщиной стенки 4 мм.

Для третьей ветви труба обыкновенная, не оцинкованная обычной точности изготовления, с условным проходом 50мм, толщиной стенки 3,5мм. Для общей ветви труба обыкновенная, не оцинкованная общей точности изготовления, с условном проходом 125мм, толщиной стенки 4,5мм.

Первая ветвь - Труба 90*4, ГОСТ 3262-75

Вторая ветвь - Труба 65*4, ГОСТ 3262-75

Третья ветвь - Труба 50*3,5, ГОСТ 3262-75

Общая ветвь - Труба 125*4,5, ГОСТ 3262-75

Вычислим внутренние диаметры трубопроводов

di=Di-2bi,

где Di - наружный диаметр соответствующего трубопровода, мм;

bi - толщина стенки, мм.

d1=D1-2b1=101,3-2*4=93,3мм, d2=D2-2b2=75,5 - 2*4=67,5мм,

d3=D3-2b3=60-2*3,5=53мм, d0=D0-2b0=140-2*4,5=131мм.

Так как внутренний диаметр стандартных труб отличается от значений, рассчитанных по формуле (1), то необходимо установить скорость течения жидкости [1, с.10]:

wi=

где di - рассчитанный диаметр внутренний стандартный, м.

w1=

w2=

w3=

w0=

3. Расчет  гидравлических потерь напора  в трубопроводе

Определим потери напора в трубопроводе. Потери напора подразделяют на потери на трение по длине и местные потери. Потери на трение возникают в прямых трубах постоянного сечения и изменяются пропорционально длине трубы.

3.1 Расчет  гидравлических сопротивлений по  первой ветви

3.1.1 Расчет  потерь на трение по длине

Согласно формуле [1, с.11]:

?hтренi= i

где i=0.11 - коэффициент Дарси;

?I - абсолютная эквивалентная шероховатость, зависящая от состояния труб. Для новых труб, согласно [1, табл.1] принимаем ?=0,1мм;

Rei - число Рейнольдса, рассчитывается по формуле [3, с.4]:

Rei=

где n - коэффициент кинематической вязкости, согласно таблице 5 [5, с.18], при температуре воды Тводы=200С, n1 =1.011*10-6, м2/с.

Число Рейнольдса

Re1==

Коэффициент Дарси

,

Потери на трение по длине

3.1.2 Расчет  потерь на местные сопротивления

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха [1, с.11]:

,

где i - коэффициент местных сопротивлений.

Вход в трубу с острыми краями

Согласно приложению 6 [1, с.28]

вх=0,5

Вентиль нормальный при полном открытии при условном проходе D= 90мм.

Согласно [1, с.29], применяя интерполяцию, получимвен=4,05

Два резких поворота под углом 900.

Согласно [1, с.30] пов=1,0

Выход из трубы.

Согласно [1, с.28] вых=1.0

Потери напора на местные сопротивления [1, с.11]:

=0.776м.

3.1.3 Расчет  общих потерь по первой ветви

Общие потери по ветви [1, с.15]:

?hi=?hтренi+?hм. сi (6)

?h1=?hтрен1+?hм. с.1 =0.247+0,776=1.023м.

3.2 Расчёт  гидравлических сопротивлений по  второй ветви

3.2.1 Расчет потерь  на трение по длине

Число Рейнольдса

Re2=

Коэффициент Дарси

Потери на трение по длине

3.2.2 Расчет  потерь на местные сопротивления

Внезапное сужение.

Согласно формуле [2, с.6]:

,

где F1 - сечение трубы до сужения,

F2 - сечение трубы после сужения.

Вход в трубу с острыми краями.

Согласно приложению 6 [1, с.28]

вх=0,5

Вентиль нормальный при полном открытии при условном проходе D= 65мм.

Согласно [1, с.29], применяя интерполяцию, получим вен=4,34

Резкий поворот под углом 900

Согласно [1, с.30] пов=1,0

Выход из трубы.

Согласно [1, с.28] вых=1.0

Диффузор.

Согласно формуле [1, с.12]:

,

где F0 - площадь сечения участка трубопровода до расширения, м2;

F1 - площадь сечения участка трубопровода после расширения, м2.

Примем F1/ F0=2

Потери напора на местные сопротивления

3.2.3 Расчет  общих потерь по второй ветви

?h2=?hтрен2+?hм. с2=0.347+0.524=0.871м.

3.3 Расчёт  гидравлических сопротивлений по  третьей ветви

3.3.1 Расчет  потерь на трение по длине

Число Рейнольдса

Re/3=,

Re // 3=,

где Re/3 - число Рейнольдса до теплообменника при Тводы=200С, ?1 =1.011*10-6, м2/с;

Re // 3 - число Рейнольдса после теплообменника при Тводы=400С, ?2 =0.66*10-6, м2/с.

Коэффициент Дарси

,

где /3 - коэффициент Дарси до теплообменника при Тводы=200С, ?1 =1.011*10-6, м2/с;

// 3 - коэффициент Дарси после теплообменника при Тводы=400С, ?2 =0.66*10-6, м2/с.

Потери на трение по длине

где ?h/трен3 - потери на трение до теплообменника, м;

?h // трен3 - потери на трение после теплообменника, м.

3.3.2 Расчет  потерь на местные сопротивления

Вход в трубу с острыми краями

Согласно приложению 6 [1, с.28],вх=0,5

Вентиль нормальный при полном открытии при условном проходе D= 50мм.

Согласно [1, с.29], применяя интерполяцию, получимвен=4,675

Восемь резких поворотов под углом 900.

Согласно [1, с.30], пов=1,0

?hМ.С. пов=пов

Теплообменник. Согласно формуле [1, с.14]:

?hтепл=

где m1 - количество прямых участков теплообмена;

m2 - количество поворотов;

1 - коэффициент сопротивления плавного поворота на 1800, выбирается в зависимости от отношения ,

где R0 - радиус изгиба трубы по средней линии.

По формуле [2, с.5]:

где / - принимается по таблице 4 [2, с.5] в зависимости отношения где R0 - радиус поворота, ? - угол поворота.

Примем отношение равным 0.6, тогда по таблице 4 находим /.

/=0.44

тогда:

?hтепл=

Потери напора на местные сопротивления:

?hМ.С. вх+?hМ.С. вен+8?hпов+?hтепл=0.041+0.302+8*0.082+0.533=1.532м.

3.3.3 Расчет  общих потерь по третьей ветви

?h3 =?hтрен3+?hм. с3=0.789+1.532=2.321м.

3.4 Расчёт  гидравлических сопротивлений по  общей ветви

3.4.1 Расчет  потерь на трение по длине

Число Рейнольдса

Re0=

Коэффициент Дарси

Потери на трение по длине

3.4.2 Расчет  потерь на местные сопротивления

Вход в трубу с острыми краями (из ёмкости)

Согласно приложению 6 [1, с.28]

вх=0,5

Вентиль (6) нормальный при полном открытии при условном проходе D= 125мм.

Согласно [1, с.29], вен=4,25

Выход из трубы.

Согласно [1, с.28] вых=1.0

Вход в трубу с острыми краями (из насоса)

Согласно приложению 6 [1, с.28]

вх=0,5

Вентиль (5) нормальный при полном открытии при условном проходе D= 125мм.

Согласно [1, с.29], вен=4,25

Внезапное расширение

Согласно формуле [2, с.6]

где F1 - сечение трубы до расширения, м2;

F2 - сечение трубы после расширения, м2.

Потери напора на местные сопротивления:

.

3.4.3 Расчет  общих потерь по общей ветви

?h0 =?hтрен0+?hм. с0=0.045+0.803=0.848м.

4. Выбор  базовой ветви трубопровода. Расчет  требуемой производительности и  напора насоса

Полный потребный напор, необходимый для подачи жидкости по ветвям рассчитываем по формуле [1, с.16]:

Нполнi=?h0+?hi+Hi+zi,

Где Нi - свободный напор в точках потребления, м;

zi - отметки установки приёмных ёмкостей, м

По первой ветви:

Нполн1=?h0+?h1+H1+z1 =0.848+1.023+15+6=22.87м.

По второй ветви:

Нполн2=?h0+?h2+H2+z2 =0.848+0.871+8+8=17.72м.

По третьей ветви

Нполн3=?h0+?h3+H3+z3 =0.848+2.321+10+10=23.17м.

Базовую линию (ветвь) определяем из условий для насоса

Подача [1, с.9]:

,

Напор [1, с.9]:

Нmax=max (Hполнi),

В нашем случае

Qнас=60 м3/ч

Ннас=23.17м

То есть базовой ветвью является третья ветвь и она будет определять напор насоса.