Выполнить гидравлический расчет разветвленного трубопровода,

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

 «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Гидравлика и гидромашины»

Курсовая работа

«Гидравлический расчет сложного трубопровода

 и элементов оборудования»

 по дисциплине «Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика»

    Выполнил: студент гр. БМТ-14-05                ___________  Р.Р. Талхин

                                               (подпись, дата)

    Проверил:                                                        ___________  Е.Л. Артемьева

                                                (подпись, дата)

Уфа 2016

1.           Выполнить гидравлический расчет разветвленного трубопровода, схема которого прилагается. Определить  насоса, , из условия, что .

Исходные данные:

Проектный расход, м³/час ____Q________

Перекачиваемая жидкость ρ = 860 кг/м³; υ = 30*10^-6 м²/c

Температура перекачки __________________________

Эквивалентная шероховатость_К_э=0,02 мм___________

№	l, м	d, мм	zн, м	zк, м	pн, кПа	pк, кПа	Q, м3/ч	Примечание
1	100	275	Z1=2	ZВХ=0	P01= 100	Pвх-?	350
2	200	250	ZВЫХ=0	ZK	Pвых=1200	PK	350
3	250	?	ZK	Z3=8	PK	P03=100	?
4	200	?	ZK	Z4=8	PK	P04=100	?

Данную схему можно разбить на 4 простых трубопровода, причем трубопровод l₁d₁ является всасывающим и рассчитывается отдельно от сложного трубопровода, состоящего из трубы 2 (l₂d₂), трубы 3 (l₃d₃) и трубы 4 (l₄d₄).

       Составим уравнение Бернулли для трубопровода 1. При этом начальное сечение соответствует свободной поверхности жидкости в первом резервуаре, а конечное сечение – на входе в насос.

 (1)

где z₁ – высотная отметка начального сечения;

       р₀₁ – избыточное давление на свободной поверхности в первом резервуаре;

Z_вх – высотная отметка входа в насос;

       р_вх – избыточное давление на входе в насос;

       Σh₁ – суммарные потери напора в первом трубопроводе.

       Данное уравнение позволит вычислить P_вх при известном расходе Q.

Рассчитаем потери напора в трубопроводе 1 по формуле Дарси-Вейсбаха:

 Для данного значения Q рассчитаем число Рейнольдса:           

где d – диаметр трубопровода,

       υ – кинематическая вязкость.

Находим граничные числа Рейнольдса:

 ,   

Re_I=10*0,275/0.00002=137500

Re_II=500*0,275/0.00002=6875000

Сравниваем полученное число Рейнольдса с критическимRe_кр = 2320 и граничными числами:

2320< Re <137500<6875000.

Значит режим движения турбулентный, зона гладкого трения, и λ определяем по формуле Блазиуса:

0,3164/ 15004^0,25=0,028588

Найдем потери напора в трубопроводе 1:

Из уравнения (1) найдем  :

= *(z₁+p₀₁/ –z_вх-Σh₁;

_вх=860*9,81*(2+100000/(860*9,81)-0-1,42)=104886 Па

Составим систему уравнений Бернулли и уравнений расходов для разветвленной части трубопроводной сети.

Для трубопровода 2:

,

Обозначая , преобразуем уравнение к виду:

Z_вых+,

или

.

Для трубопровода 3:

.                                       

Для трубопровода 4:

.

Потери напора в трубопроводе 2 найдем по формуле Дарси-Вейсбаха:

Рассчитаем число Рейнольдса:

=

Сравниваем полученное число Рейнольдса с критическим Re_кр = 2320 и граничными числами: 

==125000

=6250000

2320I, значит режим движения турбулентный в зоне гладкого трения

Находим h₂:

Из уравнения (2) находим :

Уравнения расходов:

Полученные уравнения сведем в систему:

Следовательно Q=1+=2,5Q, значит ,

а

Зададимся значениями скоростей от 1 до 5 и рассчитаем диаметры и потери напора в трубопроводах 3, 4 по формуле Дарси-Вейсбаха:

;

Для каждого значения расхода Q рассчитываем число Рейнольдса:

,

Сравнивая полученное число Рейнольдса с критическимRe_кр = 2320 и граничными  числами  и ,выбираем формулу для расчета коэффициента гидравлического сопротивления λ:

Re_крI_,  режим движения турбулентный, зона гидравлически гладких труб ,   ;

Результаты вычислений сводим в таблицы:

Таблица 1 – Гидравлический расчет 3-го трубопровода

v, м/с	h, м	d, м	Re	Re1	Re2	Режим движения
1	1,69	0,252	8425	126000	6426000	Турбулентный режим. Гладкое трения.	0,033
1,05	1,89	0,246	8631	123000	6273000		0,0328
1,1	2,09	0,241	8810	120500	6145500		0,0327
1,15	2,35	0,235	9035	117500	5992500		0,0325
1,2	2,61	0,23	9231	115000	5865000		0,0323
1,25	2,83	0,226	9394	113000	5763000		0,0321
1,3	3,15	0,221	9607	110500	5635500		0,032
1,35	3,43	0,217	9784	108500	5533500		0,0318
1,4	3,75	0,213	9968	106500	5431500		0,0317
1,45	4,02	0,21	10110	105000	5355000		0,0316
1,5	4,39	0,206	10307	103000	5253000		0,0314
2	8,8	0,178	11928	89000	4539000		0,0303
2,5	14,59	0,16	13270	80000	4080000		0,0295
3	22,51	0,146	14542	73000	3723000		0,0288
3,5	32,72	0,135	15727	67500	3442500		0,0283
4	45,37	0,126	16850	63000	3213000		0,0278
4,5	59,51	0,119	17842	59500	3034500		0,0274
5	75,95	0,113	18789	56500	2881500		0,027

Таблица 2 – Гидравлический расчет 4-го трубопровода

v, м/с	h, м	d, м	Re	Re1	Re2	Режим движения
1	1,73	0,206	6871,011	103000	5253000	Турбулентный режим. Гладкое трения.	0,0348
1,05	1,94	0,201	7041,931	100500	5125500		0,0345
1,1	2,19	0,196	7221,572	98000	4998000		0,0343
1,15	2,41	0,192	7372,022	96000	4896000		0,0341
1,2	2,67	0,188	7528,873	94000	4794000		0,034
1,25	2,96	0,184	7692,544	92000	4692000		0,0338
1,3	3,19	0,181	7820,045	90500	4615500		0,0336
1,35	3,56	0,177	7996,769	88500	4513500		0,0335
1,4	3,85	0,174	8134,645	87000	4437000		0,0333
1,45	4,19	0,171	8277,358	85500	4360500		0,0332
1,5	4,55	0,168	8425,168	84000	4284000		0,033
2	8,87	0,146	9694,713	73000	3723000		0,0319
2,5	15,39	0,13	10887,91	65000	3315000		0,031
3	23,41	0,119	11894,35	59500	3034500		0,0303
3,5	33,99	0,11	12867,53	55000	2805000		0,0297
4	46,42	0,103	13742,02	51500	2626500		0,0292
4,5	61,8	0,097	14592,04	48500	2473500		0,0288
5	79,39	0,092	15385,09	46000	2346000		0,0284

Построим график уравнений  (3), (4) в координатах h-d.

Рисунок 1 – График зависимости потерь напора от диаметра для трубопровода 3.

	h, м

 

Рисунок 2 – График зависимости потерь напора от диаметра для трубопровода 4.

	h, м

 

По графику находим:   d₃=0,225 м; d₄=0,185 м. 

Вывод: выполнен гидравлический расчет разветвленного трубопровода, схема которого прилагается. Определены искомые параметры:

;

;

2.     Как изменятся расходы при изменении вязкости в 1,5 раз?

Решение:

         Разбиваем сложный трубопровод на простые  и записываем для каждого уравнение Бернулли, как в задании 2:

1:   ,                                                                                (3.1)

2:   ,                                                                              (3.2)

3:   ,                                                                                 (3.3)

4:   .                                                                               
  (3.4)

 , ,                                              (3.5)

         При изменении вязкости с 30* до 45*, изменятся числа Re, и ,возможно, режим движения и зона трения. Граничные числа  и  для всех трубопроводов остались прежними (задание 2).

         Составим гидравлические характеристики четырех трубопроводов, с учетом зоны трения и расчета коэффициента гидравлических сопротивлений по соответствующим формулам:

Гидравлическая характеристика для трубопровода 1:

Q , м3/ч	Q, м3/с	V, м/с2	Re		h, м
100	0,027778	0,47	2859,4508	0,0432679	0,18
150	0,041667	0,7	4289,1763	0,03909696	0,36
200	0,055556	0,94	5718,9017	0,03638382	0,6
250	0,069444	1,17	7148,6271	0,03440969	0,88
300	0,083333	1,4	8578,3525	0,03287649	1,22
350	0,097222	1,64	10008,078	0,03163361	1,59
400	0,111111	1,87	11437,803	0,03059503	2,01
450	0,125	2,11	12867,529	0,02970727	2,47
500	0,138889	2,34	14297,254	0,02893499	2,98
550	0,152778	2,57	15726,98	0,02825369	3,52
600	0,166667	2,81	17156,705	0,02764573	4,1
650	0,180556	3,04	18586,43	0,02709801	4,72
700	0,194444	3,28	20016,156	0,02660059	5,37

Гидравлическая характеристика для трубопровода 2:

Q, м3/ч	Q, м3/c	v, м/c	Re		h, м	Hk, м
100	0,027778	0,57	3145,396	0,042249	0,55	25,83
150	0,041667	0,85	4718,094	0,038176	1,13	25,25
200	0,055556	1,13	6290,792	0,035527	1,87	24,51
250	0,069444	1,42	7863,49	0,033599	2,76	23,62
300	0,083333	1,7	9436,188	0,032102	3,8	22,58
350	0,097222	1,98	11008,89	0,030889	4,98	21,4
400	0,111111	2,26	12581,58	0,029875	6,29	20,09
450	0,125	2,55	14154,28	0,029008	7,73	18,65
500	0,138889	2,83	15726,98	0,028254	9,29	17,09
550	0,152778	3,11	17299,68	0,027588	10,98	15,4
600	0,166667	3,4	18872,38	0,026995	12,79	13,59
650	0,180556	3,68	20445,07	0,02646	14,72	11,66
700	0,194444	3,96	22017,77	0,025974	16,76	9,62

 

Гидравлическая характеристика для трубопровода 3:

Q, м3/ч	Q, м3/c	v, м/c	Re		h, м	Hk, м
0	0	0	0	0	0	19,993
50	0,013889	0,35	1747,442	0,048937	0,34	20,333
100	0,027778	0,7	3494,884	0,041151	1,14	21,133
150	0,041667	1,05	5242,327	0,037184	2,32	22,313
200	0,055556	1,4	6989,769	0,034604	3,84	23,833
250	0,069444	1,75	8737,211	0,032726	5,68	25,673
300	0,083333	2,1	10484,65	0,031268	7,82	27,813
350	0,097222	2,45	12232,1	0,030086	10,24	30,233
400	0,111111	2,8	13979,54	0,029098	12,94	32,933
450	0,125	3,15	15726,98	0,028254	15,91	35,903
500	0,138889	3,49	17474,42	0,027519	19,13	39,123
550	0,152778	3,84	19221,86	0,026871	22,6	42,593
600	0,166667	4,19	20969,31	0,026293	26,32	46,313

Гидравлическая характеристика для трубопровода 4:

Q, м3/ч	Q, м3/c	v, м/c	Re		h, м	Hk, м
0	0	0	0	0	0	19,993
50	0,013889	0,52	2125,268	0,0466	0,69	20,683
100	0,027778	1,03	4250,535	0,039186	2,32	22,313
150	0,041667	1,55	6375,803	0,035408	4,71	24,703
200	0,055556	2,07	8501,07	0,032951	7,8	27,793
250	0,069444	2,58	10626,34	0,031163	11,52	31,513
300	0,083333	3,1	12751,61	0,029775	15,86	35,853
350	0,097222	3,62	14876,87	0,028649	20,77	40,763
400	0,111111	4,14	17002,14	0,027708	26,24	46,233
450	0,125	4,65	19127,41	0,026904	32,26	52,253
500	0,138889	5,17	21252,68	0,026205	38,79	58,783
550	0,152778	5,69	23377,94	0,025588	45,84	65,833
600	0,166667	6,2	25503,21	0,025037	53,38	73,373

Для трубопроводов при расходах от 100до 600<<, режим движения турбулентный, зона гладкого трения. Коэффициент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле Блазиуса:

 .

По уравнениям (3.2) – (3.5) строим графическую зависимость потерь от расхода:

Hk, м

 

h4+h3

h 4

h 3

h2

Q, м3/ч

Итак, при увеличении вязкости в 1,5 раза, расходы будут иметь значения:

;

.

Список литературы

1. Сборник задач по машиностроительной гидравлике: Учеб.пособие для машиностроительных вузов / Д.А. Бутаев, З.А. Калмыкова, Л.Г. Подвизда и др.; Под ред. И.И. Куколевского, Л.Г. Подвизда. – 5-е изд., стереотипное. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 448с., ил.

2. Гидромеханика: учеб.пособие по решению задач / Л. Н. Раинкина - М.: Нефть и газ РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. - 131 с.