Гидрогазодинамика

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

2004г.

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 |161472 |16148,2|29065,4 |45213,6 |77510,0 |
|2 |1,0 |0,210 |114967 |11496,7|33161,6 |44658,3 |67651,8 |
|3 |1,5 |0,172 |94360 |9436,0 |42370,5 |51806,5 |70678,6 |
|4 |2,0 |0,149 |82076 |8207,6 |58176,0 |66383,6 |82798,8 |
|5 |2,5 |0,133 |73693 |7369,3 |81888,2 |89257,5 |103996,0|
|6 |3,0 |0,121 |67505 |6750,5 |114703,7|121454,2 |134955,1|
|7 |3,5 |0,112 |62695 |6269,5 |157737,2|164006,7 |176545,8|

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 диа- метра 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. |