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. |
