КР ВВбз 18-1 Марков Д.В. 10 вариант (1). Проекта Гидравлический расчет трубопроводных систем

• Название: Проекта Гидравлический расчет трубопроводных систем
• Дата: 16.04.2022
• Размер: 0.84 Mb.
• Имя файла: КР ВВбз 18-1 Марков Д.В. 10 вариант (1).docx
• Тип: Курсовая; #477803

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Городское строительство и хозяйство»

Допускаю к защите
Руководитель _________ Н.И. Баранчикова

И.О.Фамилия

____________ «Гидравлический расчет трубопроводных систем»__________

Наименование темы
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

_________________Основы гидравлики и теплофизики _

Наименование дисциплины

Выполнил студент группы ВВбз -18-1 ______________ Марков Д.В

Шифр Подпись И.О.Фамилия

Нормоконтроль ______________ Н.И Баранчикова

Подпись И.О.Фамилия

Курсовая работа защищена с отметкой ______________________________________

Иркутск 2022

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Городское строительство и хозяйство»

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ Вариант № 10

По курсу «Основы гидравлики и теплофизики»

Студенту Маркову Дмитрию Васильевичу

Тема проекта «Гидравлический расчет трубопроводных систем»

Исходные данные:

1)Вода из открытого резервуара, в котором поддерживается постоянный уровень воды, вытекает в атмосферу через трубопровод переменного сечения (рис. 1). Угол наклонного участка трубопровода относительно горизонтальной плоскости равен .

Заданы: расход =8л/с; диаметры участков трубопроводов: d1=100мм, d2=100мм, d3=100мм; длины участков трубопровода: l1= 6м, l2=11м, l3=21м; температура воды в трубопроводеt=50°С; эквивалентная равномерно-зернистая абсолютная шероховатость стенок трубопровода =0,1мм, угол α=15°

₂₎ Определить диаметр всасывающего трубопровода и предельную теоретическую высоту установки (всасывания) центробежного насоса с учетом и без учета запаса, обеспечивающего отсутствие кавитации, если насос перекачивает воду при температуре , расходе , частоте вращения вала насоса , напор и мощность двигателя насоса

Рекомендуемая литература:

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика. ‒ М.: БАСТЕТ, 2008.‒ 671 с.

2. Лапшев Н.Н. Гидравлика. ‒ М.: Акдемия, 2007.

3. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика. ‒ М.: Высш. шк., 2008. ‒ 198 с.

4. Сайриддинов С. Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения: Учеб.пособие. М.: Издательство АСВ, 2008. ‒ 352 с.

5. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учеб.для вузов/ Т.М. Башта[и др.] ‒ М.: Альянс, 2011. ‒ 422 с.
Графическая часть на - листах.

Дата выдачи задания г.

Дата представления курсовой работы руководителю “ г.

Руководитель курсовой работы

Содержание

Введение 3

Расчет короткого трубопровода 5

2. Расчет потерь напора в трубопроводе 7

2.1. Потери на входе потока из бака 7

2.2. Потери напора в трубе 1 (по длине) 7

2.3. Потери напора на поворот (с-е) 8

2.4.Потери напора при одинаковом диаметре (е-k) 8

2.5. Потери в трубопроводе 2 (k-m) 8

2.6. Потери напора при одинаковом диаметре (m-n) 9

2.7. Потери напора в трубопроводе 3 (n-f) 9

3. Суммарные потери напора 9

4. Определение уровня воды в напорном баке 9

5. Расчет и построение напорной линии 10

6.Расчет и построение пьезометрической линии 10

7.Расчет и построение напорной характеристики 11

8.Определение высоты всасывания, напора мощности насоса 13

1)Определение диаметра всасывающего трубопровода 14

2)Определение высоты всасывания насоса 15

3)Определение высоты всасывания насоса с учетом кавитационного запаса 17

Заключение 19

Список используемой литературы 20

Введение

Гидравлику как прикладную инженерную науку широко используют в различных областях техники, она дает методы расчета и проектирования разнообразных гидравлических систем, которые широко используются в жилищно-коммунальном хозяйстве, на транспорте, и других отраслях промышленности.

Задачами курсовой работы являются:

• 
  овладение методикой гидравлического расчета простых и сложных трубопроводов;
  
• 
  получение навыков в составлении расчетных схем гидросистем;
  
• 
  выработка способностей к построению характеристик трубопроводов;
  
• 
  получение умений пользоваться стандартами, справочной и другой специальной литературой.
  

Гидравлика — это наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению конкретных технических задач. С гидравликой связаны отрасли науки и техники, занимающиеся созданием, исследованием и использованием различных гидравлических машин: насосов, турбин, гидропередач и гидропривода.

В современной технике применяются трубопроводы различного назначения, служащие для перемещения разнообразных жидкостей и изготовленных из различных материалов.

Все трубопроводы могут быть разделены на простые и сложные.

Простым трубопроводом называется трубопровод без разветвлений постоянного или переменного сечения.

Сложные трубопроводы – трубопроводы с разветвлениями, составленные из последовательно и параллельно соединенных простых трубопроводов или ветвей с непрерывной раздачей жидкости кольцевые, а также с насосной подачей жидкости (разомкнутые и замкнутые).

При расчете трубопроводов возможны различные сочетания известных и требующих определения величин. В общем случае расчет трубопроводов удобно вести в следующем порядке:

— схема трубопровода разбивается на участки, отличающиеся один от другого характером или величиной сопротивлений;

— устанавливаются исходные данные для отдельных участков и всей гидросети;

— с помощью формул и таблиц определяются коэффициенты местных сопротивлений;

— определяются потери давления на каждом участке.

Характеристикой трубопровода называется графическая или аналитическая зависимость суммарной потери напора (давления) в трубопроводе от расхода.

Расчет короткого трубопровода

Вода из напорного бака вытекает через трубопровод переменного сечения (рис.1). Угол расположения наклонных участков относительно горизонтальной плоскости , эквивалентная шероховатость стенок трубопровода
Требуется найти:

1. 
   Рассчитать потери напора ∆h_i в отдельных элементах (в трубах и местных сопротивлениях) и полные потери напора ∆h.
   
2. 
   Определить уровень воды в баке при заданном расходе Q и температуре.
   
3. 
   Рассчитать значения полных и статических напоров в точках a,b,c,e,k,m,n,f и построить напорную и пьезометрическую линии.
   
4. 
   Рассчитать и построить гидравлическую характеристику трубопровода ∆h=f(Q). Определить потери напора в трубопроводе при заданном расходе.
   

	Номер варианта	Q, л/с	d1,мм	d2,мм		d3,мм	l1,м	l2,м	l3,м	T◦C
	10	8	100	100		100	6.0	11.0	21.0	50

Рисунок 1 – Трубопровод переменного сечения для варианта 10
1. Расчет скоростей потоков в трубах
V₁ = (1)
V₁ =
А₁ = (2)
А₁ =

где ‒ расход потока; − cкорость движения потока в трубопроводе №1;

‒ площадь поперечного сечения трубопровода №1; ‒ диаметр трубопровода № 1.
V₂ = , А₂ =

где − cкорость движения потока в трубопроводе №2;

‒ площадь поперечного сечения трубопровода №2; ‒ диаметр трубопровода № 2.
V₃ = , А₃ =

где − cкорость движения потока в трубопроводе №3;

‒ площадь поперечного сечения трубопровода №3; ‒ диаметр трубопровода № 3.

2. Расчет потерь напора в трубопроводе

2.1. Потери на входе потока из бака

∆h_a-b = ζ₁ (3)

где ζ₁ = 0,5 – коэффициент местного сопротивления, ускорение свободного падения: g = 9,81 м/c².

∆h_a-b = 0,5 = 0,5*0,05=0,025м

2.2. Потери напора в трубе 1 (по длине)

∆h_b-c = ₁ (4)
∆h_b-c = 0,029

где – коэффициент гидравлического трения, величина которого зависит от режима жидкости:

Re₁ = (5)
Re₁ = = 87179,4
Трубопровод работает в переходном режиме. λ₁ расчитывается по формуле Альтшуля:

λ ₁ ^0,25 (6)

λ₁

2.3. Потери напора на поворот (с-е)

∆h_с-e = 0,5 = 0,56*0,002=0,001 м

2.4.Потери напора при одинаковом диаметре (е-k)

∆h_в-k = = 0 м, так как d1,d2,d3 имеют одинаковый диаметр равный 100мм, тогда получается, что потеря напора при одинаковом диаметре равна 0.

2.5. Потери в трубопроводе 2 (k-m)

Рассчитывается п о формуле Дарси-Вейсбаха:

∆h_k-m = λ (7)
∆h_k-m = 0,023 = 0,131 м
Re₁ = = 87179,4
_87179,4 650
Трубопровод работает в переходном режиме.

λ₂-расчитывается по формуле Альтшуля.

Λ₂

2.6. Потери напора при одинаковом диаметре (m-n)

∆h_m-n = = 0 м, так как d1,d2,d3 имеют одинаковый диаметр равный 100мм, тогда получается, что потеря напора при одинаковом диаметре равна 0.

2.7. Потери напора в трубопроводе 3 (n-f)

Рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха:
∆h_n-f = 0,025 = 0,104 м
Re₃ = = 87179,4
Квадратичная зона работы трубопровода. Трубопровод гидравлически шероховатый. λ₃ рассчитывается по формуле Шифронсона:

Λ₃

3. Суммарные потери напора

Просуммируем все потери по трубопроводу:

∆h = 0,026+0,251+0,026+0+0,131+0,104=0,536 м

4. Определение уровня воды в напорном баке

Составляем уравнение Бернулли для сечений I и II и определяем уровень воды в напорном баке.

Н = 12,24 + 0,053 + 0,53 = 12,82 м

‒ координата центра тяжести сечения II

_{=( 6+11)*0,72 = 12,24 м}

5. Расчет и построение напорной линии

Полные напоры в сечениях трубопроводов:

H_a = H = 12,82 м,
H_b = H_a - ∆h_a-b = 12,82– 0,026 = 12,79 м,
H_с = H_b - ∆h_b-c = 12,79 – 0,251 = 12,53 м,
H_e = H_c - ∆h_c-e = 12,53– 0,026= 12,51 м,
H_k = H_e - ∆h_e-k = 12,51 – 0 = 12,51 м,
H_m= H_k - ∆h_k-m = = 12,51 – 0,131 = 12,38 м,
H_n = H_m - ∆h_m-n = 12,38– 0= 12,38 м,
H_f = H_n - ∆h_n-f = 12,38 – 0,104 = 12,27 м.
Результаты расчётов наносим на рис.2 (напорная линия).

6.Расчет и построение пьезометрической линии

Скоростные напоры в трубах:

Н1_ск = 0,053 м, Н2_ск = 0,053 м, Н3_ск = 0,053 м,

Пьезометрические напоры в сечениях трубопроводов:

h_a = H_a – H_1ск = 12,82 – 0,053 = 12,76 м,
h_b = H_b – H_1ск=12,76–0,053 = 12,71 м,
h_c = H_c – H_1ск=12,71–0,053 =21,66 м,
h_e= H_e – H_1ск=12,66–0,053=12,60 м,
h_k = H_k – H_2ск=12,60–0,053= 12,55 м,
h_m = H_m – H_2ск=12,55–0,053=12,50 м,
h_n = H_n – H_3ск=12,50 – 0,053=12,44 м
h_f = H_f – H_3ск=12,44–0,053=12,39 м


Рисунок 2 – Напорная и пьезометрические линии

7.Расчет и построение напорной характеристики

Потери в трубопроводах определяются его напорной характеристикой

,

где ‒ полное гидравлическое сопротивление трубопровода – гидравлические сопротивления простых трубопроводов.

A_{1 =} 3,32

A_{2 =} 0,31

A_{3 =} 0,33

A = 39680

Напорная характеристика трубопровода

В таблице приведены значения потерь напора, а на рис.3 – график напорной характеристики трубопровода.

Q, дм3/с	2	10	20	30	40
Δh,м	0,15	3,9	15,8	35,71	63,4

Рисунок 3 – Напорная характеристика трубопровода

8.Определение высоты всасывания, напора мощности насоса

Н
асос забирает воду температурой t = 10 ºС из открытого резервуара, уровень воды в котором расположен ниже оси насоса (рис. 2).

Рис. 2

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу (диаметром d и длиной l) и подвод ее к рабочему колесу насоса осуществляется за счет разности давлений на поверхности воды в приемном резервуаре и у входа в насос. Для того, чтобы жидкость поднималась с уровня, находящегося ниже оси насоса, перед насосом должен быть создан необходимый вакуум.

Определить диаметр всасывающего трубопровода и предельную теоретическую высоту установки (всасывания) центробежного насоса с учетом и без учета запаса, обеспечивающего отсутствие кавитации, если насос перекачивает воду при температуре t = 10ºС, расходе Q = 25 м³/ч (0,0069 м³/с), частоте вращения вала насоса n = 1500 об/мин, напор и мощность двигателя насоса. Всасывающий трубопровод стальной, длиной l = 12 м. с эквивалентной шероховатостью k_экв = 1,1 мм, имеет приемный (обратный) клапан, один поворот (колено) 90º (R=2d). Напорный трубопровод длиной l_н = 31 м. Статический напор равен 35 метров.

Решение

Насос представляет собой гидравлическую машину, преобразующую механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащую для перемещения и создания напора жидкостей всех видов.

1. Определение диаметра всасывающего трубопровода

Для определения диаметра во всасывающем трубопроводе, воспользуемся диапазоном скоростей движения жидкости (0,6 – 1,0).

Примем м/с и рассчитаем диаметр по формуле:

;

м =121 мм.

Так как диаметра 121 мм нет, то примем стандартный диаметр , тогда найдем соответственную скорость:

.

2. Определение высоты всасывания насоса

Высота всасывания насоса определяется по формуле Бернулли. Выберем плоскость сравнения по поверхности жидкости в резервуаре, это же и будет сечение 0-0, а сечение 1-1 перед насосом.

,

где , , , , м/с, α - коэффициент Кориолиса, характеризующий неравномерное распределение скоростей в живом сечении потока, определяется по формуле Альтшуля: , потери во всасывающем трубопроводе (местные и по длине).

Подставим в уравнение имеющиеся значения и получим:

;

.

Чтобы определить потери во всасывающем трубопроводе, воспользуемся формулой суммы местных потерь и потерь по длине:

.

Потери во всасывающем трубопроводе включают в себя: потери в обратном клапане ( ) и потери при повороте на угол (местные, при , ).

Потери по длине трубопровода, зная режим движения жидкости, можно определить по формуле Дарси-Вейсбаха:



где g – ускорение свободного падения

- коэффициент гидравлического трения

Для определения коэффициента гидравлического трения сперва определим режим движения жидкости в нашем трубопроводе, определив число Рейнольдса:

_,

где – скорость жидкости во всасывающей трубе,

d₁ – диаметр этой трубы,

– коэффициент вязкости при Т=10°С.

Определим область гидравлических сопротивлений с коэффициентом шероховатости: ,

Так как 476,5 < 500, следовательно, определяем по формуле Альтштуля:

.

Теперь определим .

Тогда .

Подставим найденные значения и посчитаем сумму потерь:

м.

Известно, что – вакуумметрическая высота всасывания насоса, тогда .

Абсолютное давление должно быть давлению насыщенных паров перекачиваемой жидкости (при , в г. Иркутске).

м

3. Определение высоты всасывания насоса с учетом кавитационного запаса

Кавитация – это местное нарушение сплошности течения жидкости с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), обусловленное местным падением давления в потоке. Возникшие пузырьки переносятся текущей жидкостью в область более высокого давления, где они захлопываются. Исчезновение пузырьков пара в зоне конденсации носит резкий, ударный характер и сопровождается мгновенным локальным повышением давления.

Высота всасывания с учетом кавитационного запаса определяется по формуле:

, где – кавитационный запас, который равен превышению удельной энергии потока перед входом в насос над энергией, соответствующей давлению насыщенных паров. Для центробежного насоса значение можно вычислить по приближенной формуле:

, если известно, что об/мин, а ;

м.

Тогда м.

Определим допустимый кавитационный запас (допустимую вакуумметрическую высоту всасывания):

, коэффициент запаса, зависит от типа и назначения насоса (1,1 – 1,5), , тогда м.

Для исключения кавитации, полный напор на всасывающей стороне насоса должен быть больше напора, насыщенного пара при данной температуре на величину допустимого кавитационного запаса м.

Отсюда величина допустимой геометрической высоты всасывания равна:

;

м.

Определим потери в напорном трубопроводе (потери по длине):

Воспользуемся формулой Дарси – Вейсбаха: ,

где коэффициент гидравлического трения,

, скорость, которую насос сообщил жидкости,

, примем м/с.

Определим – диаметр напорной трубы: ;

м = 80 мм.

Так как такого диаметра нет, то примем приближенный ему стандартный 100 мм и уже с этим диаметром определим скорость в напорной трубе:



Теперь определим потери по длине с помощью коэффициента Дарси – Вейсбаха, но для начала воспользуемся формулой для определения режима течения жидкости – числом Рейнольдса:

_,

где – скорость жидкости в напорной трубе,

d₂ – диаметр этой трубы,

– коэффициент вязкости при Т=10°С.

Определим область гидравлических сопротивлений с коэффициентом

шероховатости: ,

так как , то это область гидравлического сопротивления, значит, определяем по формуле Шифринсона:

.

Тогда: м.

Напор, развиваемый насосом равен:

, где (по заданию);

м.

Заключение

Современный расчет прочности трубопровода является сложным, разветвленным, многоэтапным. В укрупненном плане весь комплекс прочностных расчетов трубопровода можно разбить на следующие четыре группы расчеты на прочность отдельных деталей (элементов) труб, колен, тройников и т д , расчеты на прочность трубопровода в целом с учетом всего комплекса нагрузок, возникающих при стационарных условиях эксплуатации, расчеты на прочность в целом с учетом нестационарных температурных режимов, специальные расчеты прочности трубопровода. Это деление является достаточно условным, но оно в целом правильно характеризует и содержание расчета трубопровода, и последовательность его проведения.

В ходе решения задачи в рамках курсовой работы были произведены расчеты и получены следующие результаты:

1. 
   рассчитаны потери напора h_i в отдельных элементах (в трубах и местных сопротивлениях) и полные потери напора h;
   
2. 
   определен уровень воды в баке при заданном расходе Q и температуре.
   
3. 
   рассчитаны значения полных и статистических напоров в точках a, b, c, e, k, m, n, f и построены напорная и пьезометрическая линии;
   
4. 
   рассчитана и построена гидравлическая характеристика трубопровода h=f(Q).
   
5. 
   определены потери напора в трубопроводе при заданном расходе.
   
6. 
   Определены диаметр всасывающего трубопровода и предельную теоретическую высоту установки (всасывания) центробежного насоса с учетом и без учета запаса
   

Список используемой литературы

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика. ‒ М.: БАСТЕТ, 2008.‒ 671 с.

2. Лапшев Н.Н. Гидравлика. ‒ М.: Акдемия, 2007.

3. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика. ‒ М.: Высш. шк., 2008. ‒ 198 с.

4. Сайриддинов С. Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения: Учеб.пособие. М.: Издательство АСВ, 2008. ‒ 352 с.

5. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учеб.для вузов/ Т.М. Башта[и др.] ‒ М.: Альянс, 2011. ‒ 422 с.