Расчет гидравлической циркуляционной установки

Министерство образования  и науки Республики Татарстан

Альметьевский Государственный  Нефтяной Институт

 

 

 

Факультет инженерной механики

Кафедра транспорта и хранения нефти  и газа

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Гидравлика»

 

 

 

 

на тему: «Расчет гидравлической циркуляционной установки»

 

 

 

 

Выполнил: студент группы 17-15Т

Игнатьев А.Ю________________

                                                                   подпись

Руководитель работы:

Хуснуллина Т.А.______________

                                                                                                                                                                                 подпись

 

 

Итоговая оценка:_____________________

Дата защиты работы:__________________

 

 

 

 

 

 

г. Альметьевск 2009 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение……………………………………………………………….   2. Описание циркуляционной установки……………………………… 3. Схема циркуляционной установки………………………………….. 4. Расчетная часть……………………………………………………….    4.1. Определение геометрической высоты всасывания насоса  Н2 4.2. Определение показания дифманометра  (или дифпьезометра) скоростной трубки……………………………………………                                                             4.3. Построить эпюру скоростей для сечения в месте установки скоростной трубки……………………………………………………………… 4.4. Определение показаний ртутного дифманометра расходомера Вентури…………………………………………………………... 4.5. Определить установившийся уровень жидкости в промежуточной емкости Н1…………………………………………………….  4.6. Определение разности показаний манометров Рм2 и Рм3…….   4.7. Определение   суммарных   потери   напора   в местных сопротивлениях   нагнетательной  линии  и  их   суммарную эквивалентную длину…………………………………………………………..  4.8. Определение необходимого диаметра  самотечного трубопровода dс, обеспечивающего установление заданного постоянного уровня в верхнем резервуаре Н3……………………………………………… 4.9. Определение минимальной толщины стальных стенок трубы d2, при которой не происходит её разрыва в момент возникновения прямого гидравлического удара………………………………………………. 4.10. Определить полезную мощность насоса………………..….. Заключение………………………………………………………………  Список используемой литературы…………………………….………..

3 5  6  7 7   10   11   13   14 14     15     16     18 19 21 22

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Гидравликой называется прикладная наука, занимающаяся изучением законов покоя и движения жидких тел и рассматривающая приложение этих законов к решению конкретных технических задач.

Первым учёным, чьи  труды в области гидравлики дошли  до нас, был Архимед (ок. 287 – 212 гг. до н.э.), открывший в частности, закон плавания тел. В сочинении Герона приведены описания различных гидравлических устройств, в том числе насосов. В античные времена закладывался фундамент гидравлики как прикладной науки. В эпоху Средневековья развитие научной мысли было приостановлено, и лишь спустя тысячелетие, в эпоху Возрождения, начался новый период расцвета науки и искусства. В это время трудами Леонардо Да Винчи (1452 – 1519 гг.), Г.Галилея (1564 – 1642 гг.), Б.Паскаля (1623 -1662 гг.) были заложены основы экспериментальной гидравлики.

Бурное развитие гидравлика получила в эпоху капитализма, характеризуемую  развитием промышленности и ростом городов. Исследования А.Шези (1718 – 1798 гг.), А.Дарси (1803 – 1856 гг.), Ю.Вейсбаха (1806 – 1871 гг.), О.Рейнольдса (1842 – 1912 гг.), а также русских учёных Д.И.Менделеева (1834 – 1907 гг.), Н.П.Петрова (1836 – 1920 гг.), Н.Е.Жуковского (1847 – 1921 гг.) и других позволили решить многие насущные для практики задачи.

В современной промышленности нет области, где не проводятся гидравлические расчеты процессов, устройств и механизмов. Крупнейшие гидростанции и оросительные каналы, тормозные устройства автомобилей и искусственное сердце, промышленные роботы и гидропривод машин и механизмов, автоматизированные системы управления производством и гидрооборудование металлообрабатывающих станков — лишь некоторые тому примеры.

Особое значение гидравлика имеет для нефтяной и  газовой промышленности, так как все ее процессы, начиная от бурения разведочных скважин и кончая транспортировкой готовой продукции потребителю, связаны с перемещением и хранением жидкости. В развитии нефтяной гидравлики роль русских и советских ученых проявилась особенно ярко.  В. Г.Шухов (1853—1939гг.) разработал основы гидравлического расчета  трубопроводов, которые затем развили Л. С. Лейбензон (1879—1951 гг.) и его ученики И. А. Чарный (1909—1967 гг.), В. И. Черникин   (1912—1965   гг.)  и др. На базе работ Н. Н. Павловского (1884—1937 гг.) Л. С. Лейбензон заложил основы новой науки   «Подземная   гидравлика», которую успешно развивали его ученики И, А, Чарный, и В. Н. Щелкачев   (род.  1907 г.),   Б.В. Лапук   (1911—1971 гг.) и созданные ими школы.

В гидравлике рассматриваются потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками (русла рек, трубопроводы, элементы гидромашин и других устройств, внутри которых протекает жидкость).

Жидкость - физическое тело, оказывающее сильное сопротивление изменению своего объема и слабое сопротивление изменению своей формы. В тех случаях, когда газ можно считать несжимаемым (когда его скорость движения много меньше скорости распространения в нем звука), его тоже относят к жидкостям, и такой газ подчиняется при своем покое и движении всем законам, что и капельные жидкости.

В начале своего развития гидравлика была наукой чисто эмпирической. Метод же, используемый в современной гидравлике, заключается в следующем. Исследуемое явление сначала упрощают настолько, чтобы к нему можно было применить законы теоретической механики. Полученные результаты сравнивают с экспериментальными данными, выясняется степень расхождения и теоретические результаты уточняются введением соответствующих коэффициентов. Если явление не поддается теоретическому анализу из-за его сложности, то оно исследуется экспериментально и результат выдается в виде эмпирической формулы.

Раздел гидравлики, изучающий законы покоящейся жидкости, называется гидростатикой, а раздел гидравлики, где рассматриваются законы движущейся жидкости, называется гидродинамикой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ОПИСАНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

 

Жидкость по самотечному  трубопроводу поступает из верхнего резервуара А в нижний резервуар  В, откуда насосом перекачивается в  промежуточную емкость С и  из нее выливается в резервуар  А.

На всасываюшей линии  насосной установки имеется всасывающая коробка с обратным клапаном 1, поворотное колено 2, задвижка 3, вакуумметр Рв.

На нагнетательной линии  установлены манометры Рм1, Рм2, Рм3, скоростная трубка 5 и расходомер Вентури 6. Промежуточная емкость С в  донной части имеет насадок 7. 

Исходные данные

Величина	Значение
Н1, м	3,52
Н3, м	1,8
l1, м	8
l2, м	7
l3, м	3
l4, м	1
l5, м	3
l6, м	100
l7, м	50
l8, м	5
l9, м	210
l10, м	4
lc, м	45
lэкв., м	5
d1, мм	110
d2, мм	100
dвен, мм	50
dнас, мм	60
D, мм	0,1
Dс, мм	0,2
xкор	5
xкол	0,5
xзад	1,5
r1, кг/м3	750
n1, см2/с	0,02
r2, кг/м3	0
mнас	0,85
mвен	0,94
РВ, кПа	61
РМ1, кПа	440

3. Схема циркуляционной установки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ  УСТАНОВКИ

4.1. Определение геометрической высоты всасывания насоса Н₂.

 

 

4.1.1 Для определения геометрической высоты всасывания насоса Н₂ рассмотрим два сечения А-А (поверхность жидкости в нижнем резервуаре В) и В-В (в месте установки вакуумметра Р_в во всасывающей линии насосной установки). Мы имеем дело с установившимся движением вязкой несжимаемой жидкостью. Запишем уравнение Бернулли для сечения А-А и В-В:

 …(1)        

где , - расстояния от сечений А-А и В-В соответственно до некоторой произвольно                         выбранной горизонтальной плоскости (м);

, - давления в сечениях А-А и В-В соответственно (Па);

- плотность циркулирующей жидкости (кг/м³);

g -  ускорение свободного падения (м²/с);

V_A-A ,V_B-B - скорость течения жидкости в сечение А-А и В-В соответственно (м/с);

, - коэффициенты Кориолиса, которые учитывают неравномерность распределения скоростей в сечениях А-А и В-В соответственно;

- потери напора на участках  между выбранными сечениями.

Выберем сечение А-А за начало отсчёта, тогда z_А-А=0 и z_В-В=Н₂.

V_A-A=0, так как уровень в нижнем резервуаре В установившийся.

, так как резервуар В открыт.

- разность атмосферного и  вакуумного давления.

Для решения практических задач  коэффициент Кориолиса можно  принять равным единице, т.е. .

, где Q – расход жидкости (м³/с); S- площадь поперечного сечения (м²).

В результате формула (1) примет вид:

 …(2)

Для определения Н₂ необходимо определить расход Q и потери напора h_A-B.

 

4.1.2. Определение расхода жидкости Q

Расход жидкости можно определить по установившемуся уровню жидкости в промежуточной ёмкости Н₁, зная диаметр и коэффициент расхода насадка - d_нас, μ_нас по формуле:

;  ₍₃₎

 где  -площадь отверстия насадка (м²); Н₀ – приведённый напор, который определяется по формуле , где -давления на поверхности промежуточной ёмкости и давление под насадком соответственно. Имеем, что р₁=р₂=р_атм, т.к. ёмкость открыта. Тогда Н₀= Н_1.

Следовательно,

 

4.1.3. Определим потери напора h_А-В.

 

h_А-В=h_д+h_м (3) , где h_д - потери напора по длине трубопровода (м); h_м- потери напора от местных сопротивлений.

h_м= h_кор +h_кол+h_зад , где h_кор- потери напора на коробке всасывающей линии (м);

h_кол- потери напора на колене всасывающей линии (м);

h_зад- потери напора на задвижке всасывающей линии (м).

       

h_д=h_д1+h_д2 , где h_д1- потери напора на участке трубопровода l₁;

                           h_д2- потери напора на участке трубопровода l₂.

; ;  (4)

 где  - коэффициент гидравлического сопротивления для соответствующего участка.

Для определения λ₁ и λ₂ необходимо определить режим течения жидкости на соответствующих участках трубопровода. Для этого определим числа Re для этих участков:

где ν- кинематическая вязкость циркуляционной жидкости (м²/с).

Имеем, что Re₁>Re_кр=2300 на участке трубопровода l₁ турбулентный режим течения;

Re₂>Re_кр=2300 на участке трубопровода l₂ турбулентный режим течения.

Определим тип трубопровода (шероховатый  или гладкий) на участках трубопровода l₁ и l₂.

Для этого определим значения величин обратной относительной шероховатости для обоих рассматриваемых участков:

Оба участка принадлежат зоне шероховатых  труб, т.к. их числа Re принадлежат промежуткам:

 

 для первого и второго промежутков соответственно. Следовательно, для определения λ₁ и λ₂ воспользуемся формулой Альтшуля:

 

Найдём суммарные потери напора для участков l₁ и l₂:

 

Подставим полученные нами значения в формулу (3) и получим необходимую величину:

h_А-В=h_д+h_м=1,382+1,616=2,998м.

 

 

 

4.1.4. По формуле (2) определим геометрическую высоту всасывания насоса Н₂:

 

.

 

 

 

 

4.2. Определение показания дифманометра  (или дифпьезометра) скоростной трубки.

 

Запишем уравнение Бернулли для  осевой трубки: