Расчёт сложного трубопровода

 

Задание для курсового проекта.

Расчёт сложного трубопровода.

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 – Рвак.

Основные геометрические размеры трубопроводов, значения местных сопротивлений, режимные параметры представлены в исходных данных. Атмосферное давление принять Ратм = 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 ν2 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 Рм 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.

Жидкость – метиловый спирт 90%

Температура спирта:

t = 25oC

Отношение диаметра трубопровода к радиусу:

d/R =0.8

Длины участков:

l1-2=900м; l2-3=400м; l2-4=200м.

Отметки установки приёмных аппаратов:

z1=1,5м; z2=3,1м; z3=17м;

Диаметры трубопроводов:

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

Расход жидкости в аппарате 3:

Q3 = 200 м3/ч = 0.056 м3/с

Шероховатость внутренней поверхности трубопровода:

Δ = 0.5мм = 5·10-4м

Давление в аппарате 3:

Р3 = Ратм = 1.01·105 Па

Давление в аппарате 4:

Р4 = Рвак = 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  λ.

1. Скорость течения метилового  спирта  по данному трубопроводу:

 

2. Число Рейнольдса:

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

3. Отношение диаметра участка трубопровода и шероховатости:

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

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 λ = 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 = 0.175м, следовательно и скорости жидкости на этих высотах тоже равны. Таким образом, сокращая скорости в уравнении Бернулли, получаем выражение:

 

2.2 Определение скорости течения  ν2 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 ν3=2.5м/с.

1. Определяем число Рейнольдса:

2. Находим отношение  диаметра и шероховатости:

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

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

4. Определяем скорость  течения на участке 2-4:

Местные сопротивления на данном участке трубопровода:

 

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 + 0.00846 = 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 ΔН 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  λ:

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

5. Потери напора ΔН  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.

Ратм = 735.6 мм.р.ст. = 1.01·105 Па

Рм = Р1 - Ратм = 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.

 

 

  Изм  Лист  № докум.         Подп.       Дата