К.пр по ГГД. Исходные данные для расчета
 Скачать 1.84 Mb.
|
 Трубопроводы имеют следующую длину: l1=32 м, l2=250 м, l3=510 м, l4=420 м, l5=330 м Разность высот узловых точек: zc-zb=23, ze-zc=-4, zm-ze=6, zg-ze=-6, za=zb ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА Насос забирает из берегового колодца воду с температурой tхол=23C. Всасывающий трубопровод 1 снабжен клапаном с сеткой. Во время максимального водопотребления расход воды к потребителю I равен q1=70 л/с. Избыточное давление воды у потребителя I в точке g должно составить pg=0,073 бар. Потребитель II снабжается горячей водой, нагреваемой в подогревателе до температуре tгор=94оС. Гидравлическое сопротивление подогревателя составляет Δpпод=0,038 бар. Во время максимального водопотребления расход холодной воды к потребителю II равен q2=95 л/с. Избыточное давление воды у потребителя II в точке m должно составлять pm=0,084 бар. Отношение суммарного потребления воды во время максимального водопотребления к среднесуточному равно nmax=1,53. Всасывающий трубопровод изготовлен из стальной сварной трубы, являющейся умеренно заржавившей, а остальные трубопроводы – из бесшовных стальных труб. Потерями давления в поворотах трубопроводов пренебречь. Необходимо определить: диаметры труб 1 – 6; их гидравлические сопротивления; избыточные давления в точках a,b,c,d,e,f,k; необходимую высоту уровня воды в водонапорной башне Нб; допустимую высоту всасывания Нвс; РАСЧЕТ СХЕМЫ Плотность и динамическая вязкость воды у потребителей К потребителю I подается холодная вода с температурой tхол=23С. Избыточное давление воды рg=0,073МПа. Принимаем, что атмосферное давление р0=0,1МПа. Отсюда абсолютное давление воды рg,абс = 0,173 МПа. В табл. П1 приведены значения параметров воды для абсолютных давлений 0,1 МПа, 2 МПа и температур 20С и 30С: (0,1;20) = 998,3 кг/м3; (0,1;30) = 995,7 кг/м3; (2;20) = 999,2 кг/м3; (2;30) = 996,6 кг/м3; (0,1;20) = 1003∙10-6 Па∙с; (0,1;30) = 797,8∙10-6 Па∙с; (2;20) = 1002∙10-6 Па∙с; (2;30) = 797,7∙10-6 Па∙с; Определим значения плотности и вязкости воды для р=0,18 МПа и t=23С линейной интерполяцией по формуле  .Здесь x1, x2, y1, y2 – соответственно значения аргумента и функции в ближайших ячейках таблицы; х – заданное значение аргумента; у – искомое значение функции. Так как характеристики воды зависят от двух параметров (температуры и давления), то сначала найдем их значения для температуры t=23С и давлений р=0,1 МПа и 2 МПа, а затем проведем интерполяцию по давлению.       К потребителю II вода поступает с температурой tгор = 94С при абсолютном давлении 1,9 бар или 0,184 МПа. Из табл. П10 находим ближайшие значения (0,1;90) = 965,2 кг/м3; (0,1;100) = 958,4 кг/м3; (2;90) = 966,0 кг/м3; (2;100) = 959,0 кг/м3; (0,1;90) = 315∙10-6 Па∙с; (0,1;100) = 282,1∙10-6 Па∙с; (2;90) = 315,56∙10-6 Па∙с; (2;100) = 282,7∙10-6 Па∙с; Аналогичным образом получаем       Трубопровод 5 Для этой схемы безразлично, с какого участка начинать расчет. Рассмотрим участок трубопровода 5 от потребителя II (точка m) до подогревателя (точка k). В период максимального водопотребления расход холодной воды к потребителю II составляет q2=95 л/с= 0,095 м3/с. После нагревания до температуры 94С плотность воды снижается, а объемный расход увеличивается до значения  .Первоначально принимаем скорость воды в этом трубопроводе v5 = 1 м/с. Находим площадь внутреннего сечения трубы  .Ориентировочный внутренний диаметр трубопровода  .Из табл. П7 принимаем толщину стенки трубы = 14 мм, отсюда наружный диаметр трубы dнар,5= 378-2∙14=350 мм. Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметромDнар.5 =378 мм. Внутренний диаметр трубы Dвн,5=350 мм = 0,350 м. Скорость воды в трубе  .Критерий Рейнольдса для этого режима  .Согласно табл. П11 для чугунной новой трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости 5=0,3 мм. Параметр P1=27(  )1,145=27( )1,145=89715< P2=500 =500 =595000< Из табл. П12 определяем, что течение в трубе находится в области квадратичной зависимости, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по:  .При длине трубопровода 5=330 м его гидравлическое сопротивление согласно уравнению Дарси-Вейсбаха  Принимаем, что точка разветвления е и подогреватель находятся на одной геометрической высоте. Падение давления за счёт разности геометрических высот составит  Согласно заданию избыточное давление у потребителя II в точке m должно составлять pm=0,095 Мпа. Отсюда избыточное давление в точке k составит  Сопротивление подогревателя составляет 0,38 бар или 0,038 МПа. Отсюда избыточное давление воды в точке  r.Примем, что диаметр задвижки перед подогревателем равен диаметру трубопровода горячей воды. Скорость воды в подводящем трубопроводе  .Из табл. П14 находим, что коэффициент местного сопротивления полностью открытой задвижки = 0,1. Потеря давления воды на задвижке составит  48,58 ПаЭта величина меньше погрешности округления, поэтому в дальнейших расчетах ее не учитываем. Трубопровод 4 Во время максимального водопотребления расход воды к потребителю I составляет q1 = 70 л/с=0,07 м3/с. Предварительно принимаем скорость воды в трубопроводе v4=1 м/с. Отсюда площадь сечения и диаметр трубопровода   Из табл. П7 принимаем = 13 мм, Dнар,4=328-2∙13=302 мм. Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметром Dнар,4 =328 мм. Внутренний диаметр трубы Dвн,4=300 мм = 0,300 м. Скорость воды в трубе  . Согласно табл. П11 для чугунной новой трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости 4=0,3 мм. Параметры течения P1=27(  )1,145=27( )1,145=73513< P2=500  =500 =500000> Из табл. П12 определяем, что течение в трубе находится в области гидравлически гладких труб, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле  .При длине трубопровода 4=420 м гидравлическое линейное сопротивление составит  При разности геометрических высот zg-ze=-6 м падение давления составит  Избыточное давление у потребителя I в точке g Pg=0.073 МПа Давление воды в точке f  При полностью открытой задвижке коэффициент местного сопротивления = 0,1. Сопротивление задвижки  .Эта величина также меньше ошибки округления, поэтому сопротивление открытой задвижки не будем учитывать. Магистральный трубопровод 3. Расход воды по этому трубопроводу равен сумме расходов к потребителям I и II:  . Задаемся скоростью воды в трубопроводе v3= 1 м/с.  . .Из табл. П7 принимаем = 10 мм, Dнар.3=538 мм. Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметромDнар.3 =538 мм. Внутренний диаметр трубы Dвн.3=500 мм = 0,5 м. Скорость воды в трубе  . . Согласно табл. П11 для чугунной новой трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости 3=0,3 мм. Параметр течения P1=27(  )1,145=27( )1,145=131914< P2=500  =500 =833333> Из табл. П12 определяем, что течение в трубе находится в области гидравлически гладких труб, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле  .При 3=510 м линейное гидравлическое сопротивление трубопровода составит  .Падение давления в трубопроводе 3 за счёт разности высот ze-zc=-4м составит  В точке е общий поток разделяется на две части. Тройник в этом узле является раздающим. Для потребителя I с соотношением потоков  и соотношением площадей  коэффициент местного сопротивления согласно табл.П15 3-4= 2,38. Для потребителя II с соотношением потоков  согласно табл. П16 3-5=2,04.Отсюда потери давления в тройнике составят: - для потока к потребителю I  ;- для потока к потребителю II  .Эта величина меньше погрешности округления, поэтому ее не учитываем. Таким образом, для того, чтобы обеспечить потребителя I холодной водой в количестве 0,06 м3/с необходимо, чтобы давление воды в точке е  .Для того, чтобы обеспечить горячей водой потребителя II, необходимо, чтобы pe pr = 0,288МПа. Из этих условий принимаем, что ре = 0,288 МПа, при этом задвижка к потребителю I должна быть открыта полностью, а к потребителю II частично прикрыта таким образом, чтобы ее гидравлическое сопротивление составило  .Избыточное давление воды в точке с после тройника равно  Напорный трубопровод 2 Для снижения затрат электроэнергии на транспорт воды устанавливается стационарный режим работы насоса со среднесуточной производительностью. При этом при пониженном потреблении насос подаёт воду в бак водонапорной башни, а при повышенном потреблении недостаток производительности насоса компенсируется расходом воды из бака. При максимальном водопотреблении qmax=16,5 м/с2 и коэффициенте неравномерности водопотребления nmax=1,53 среднесуточный расход воды составит qcред=0,165/1,53 Этот расход обеспечивает насос по трубопроводу 2, остальной поток в количестве qб=qmax-qсред=0.165-0.107=0.058 м3/с Задаемся скоростью воды в трубопроводе v2= 1 м/с.  . .Из табл. П7 принимаем = 14 мм, d2,нар=378-2∙14=350 мм. Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметромDнар,2 =378 мм. Внутренний диаметр трубы Dвн,2=350 мм = 0,350 м. Скорость воды в трубе  . .Согласно табл. П11 для чугунной новой трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости 2=0,3 мм. Параметры течения P1=27(  )1,145=27( )1,145=87704< P2=500  =500 =583333> Из табл. П12 определяем, что течение в трубе находится в области гидравлически шероховатых труб, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле Альтшуля  При длине трубопровода 2=250 м линейное гидравлическое сопротивление  .За счёт разности высот zc-zb=23м падение давления, связанное с подьёмом воды, составит  Тройник в точке с является вытяжным. При соотношении  =0,351 согласно табл. П18 коэффициент гидравлического сопротивления 2-3 =0,552(1-3 в табл. П18). Отсюда гидравлическое сопротивление тройника в направлении от трубопровода 2 к трубопроводу 3 составляет  Эта величина меньше погрешности округления, и в дальнейших расчетах ее не учитываем. Отсюда следует, что давление воды перед тройником равно давлению после тройника и равно рс = 0,2741 МПа. Избыточное давление в точке b составит  Согласно табл. П13 коэффициент гидравлического сопротивления обратного клапана диаметром 335 мм обр=2,17; коэффициент гидравлического сопротивления полностью открытой задвижки задв=0,1. Гидравлическое сопротивление клапана и задвижки   Давление воды, создаваемое насосом,  Высота уровня воды в баке водонапорной башни Принимаем, что от точки с до бака установлена вертикальная труба. Задаемся скоростью воды в трубопроводе v6= 1 м/с.  . .Из табл. П7 принимаем = 13 мм, d,нар6=328-2∙13=302 мм. Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметромDнар,6 =328 мм. Внутренний диаметр трубы Dвн,6=300 мм = 0,300 м. Скорость воды в трубе  . .Согласно табл. П11, для чугунной новой трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости Δ6=0,3 мм. Параметры течения P1=27(  )1,145=27( )1,145=73514< P2=500 =500 =500000> Из табл. П12 определяем, что течение в трубе находится в области гидравлически шероховатых труб, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле Альтшуля  .Трубопровод 6 соединяется с магистральным трубопроводом 2 и 3 через вытяжной тройник. При соотношениях  ; q6/ =0,058/0,165=0,351.по табл. П17 коэффициент сопротивления тройника 6-3= 2,12. Потеря давления воды в тройнике  Избыточное давление в точке d  .Давление в точке d должно быть обеспечено весом столба воды с учетом гидравлического сопротивления участка трубопровода и атмосферного давления на поверхность воды в баке водонапорной башни. Пренебрежем потерей давления при входе воды в опускную трубу, но примем, что длина трубы 6 равна высоте уровня воды Н6. Тогда  .Отсюда линейное сопротивление трубопровода  Всасывающий трубопровод 1 Из таблицы П2 определяем абсолютное давление воды на линии насыщения при tнас=23 ͦ pнас,абс=0,001+  Иззбыточное давление насыщения pнас,изб=pнас,абс-p0=0.0034-0.1=-0.0966 Мпа Принимаем запас по давлению Δpвс=0,03 Мпа Избыточное давление воды перед насосом Pa= pнас,изб+ Δpвс=-0.0966+0.03=-0.0666 Задаемся скоростью воды в трубопроводе v1= 0,5 м/с.  . .Из табл. П4 принимаем = 17 мм, d1,нар=532 мм. Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметромDнар.1 =532 мм. Внутренний диаметр трубы Dвн.1=500 мм = 0,5 м. Скорость воды в трубе  . .Согласно табл. П11, для стальной новой трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости 1=0,02 мм. Параметры течения P1=27(  )1,145=27( )1,145=2930927> P2=500  =500 =12500000> Из табл. П12 определяем, что течение в трубе находится в области гидравлически шероховатых труб, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле  .При длине трубопровода 1=32 м линейное сопротивление  .Из табл. П13 для трубы диаметром 500 мм коэффициент гидравлического сопротивления всасывающего клапана вс =2,5. Гидравлическое сопротивление клапана  .Отсюда допустимая высота всасывания   Результаты расчета сводим в таблицу. Таблица. Характеристики трубопроводов
  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||