РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ» Вариант 33. Курсовая работа Санников Д.Ю 33 вар (1) (1). расчет гидравлической циркуляционной установки

• Название: расчет гидравлической циркуляционной установки
• Анкор: РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ» Вариант 33
• Дата: 03.04.2022
• Размер: 270.82 Kb.
• Имя файла: Курсовая работа Санников Д.Ю 33 вар (1) (1).docx
• Тип: Курсовая; #438493

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

в г. Октябрьском

Кафедра МТМ


КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика»

на тему:

«РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ»

Вариант 33

Группа		Оценка	Дата	Подпись
Студент	Санников Д.Ю.
К.п.н., доцент кафедры МТМ	Гусейнова Е. Л.
Оценка защиты

г. Октябрьский

2020

СОДЕРЖАНИЕ

1.ВВЕДЕНИЕ 2

2.ОПИСАНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ 4

3.СХЕМА ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ 5

4.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17

Список литературы 17

1. 
   ВВЕДЕНИЕ
   

Гидравликой называется прикладная наука, занимающаяся изучением законов покоя и движения жидких тел и рассматривающая приложение этих законов к решению конкретных технических задач.

Первым учёным, чьи труды в области гидравлики дошли до нас, был Архимед (ок. 287 – 212 гг. до н.э.), открывший в частности, закон плавания тел. В сочинении Герона приведены описания различных гидравлических устройств, в том числе насосов. В античные времена закладывался фундамент гидравлики как прикладной науки. В эпоху Средневековья развитие научной мысли было приостановлено, и лишь спустя тысячелетие, в эпоху Возрождения, начался новый период расцвета науки и искусства. В это время трудами Леонардо Да Винчи (1452 – 1519 гг.), Г.Галилея (1564 – 1642 гг.), Б.Паскаля (1623 -1662 гг.) были заложены основы экспериментальной гидравлики.

Бурное развитие гидравлика получила в эпоху капитализма, характеризуемую развитием промышленности и ростом городов. Исследования А.Шези (1718 – 1798 гг.), А.Дарси (1803 – 1856 гг.), Ю.Вейсбаха (1806 – 1871 гг.), О.Рейнольдса (1842 – 1912 гг.), а также русских учёных Д.И.Менделеева (1834 – 1907 гг.), Н.П.Петрова (1836 – 1920 гг.), Н.Е.Жуковского (1847 – 1921 гг.) и других позволили решить многие насущные для практики задачи.

В современной промышленности нет области, где не проводятся гидравлические расчеты процессов, устройств и механизмов. Крупнейшие гидростанции и оросительные каналы, тормозные устройства автомобилей и искусственное сердце, промышленные роботы и гидропривод машин и механизмов, автоматизированные системы управления производством и гидрооборудование металлообрабатывающих станков — лишь некоторые тому примеры.

Особое значение гидравлика имеет для нефтяной и газовой промышленности, так как все ее процессы, начиная от бурения разведочных скважин и кончая транспортировкой готовой продукции потребителю, связаны с перемещением и хранением жидкости. В развитии нефтяной гидравлики роль русских и советских ученых проявилась особенно ярко. В. Г.Шухов (1853—1939гг.) разработал основы гидравлического расчета трубопроводов, которые затем развили Л. С. Лейбензон (1879—1951 гг.) и его ученики И. А. Чарный (1909—1967 гг.), В. И. Черникин (1912—1965 гг.) и др. На базе работ Н. Н. Павловского (1884—1937 гг.) Л. С. Лейбензон заложил основы новой науки «Подземная гидравлика», которую успешно развивали его ученики И.А. Чарный, и В.Н. Щелкачев (род. 1907 г.), Б.В. Лапук (1911—1971 гг.) и созданные ими школы.

В гидравлике рассматриваются потоки жидкости, ограничен­ные и направленные твердыми стенками (русла рек, трубопрово­ды, элементы гидромашин и других устройств, внутри которых протекает жидкость).

Жидкость - физическое тело, оказывающее сильное сопротив­ление изменению своего объема и слабое сопротивление измене­нию своей формы. В тех случаях, когда газ можно считать несжи­маемым (когда его скорость движения много меньше скорости распространения в нем звука), его тоже относят к жидкостям, и такой газ подчиняется при своем покое и движении всем зако­нам, что и капельные жидкости.

В начале своего развития гидравлика была наукой чисто эмпи­рической. Метод же, используемый в современной гидравлике, заключается в следующем. Исследуемое явление сначала упроща­ют настолько, чтобы к нему можно было применить законы теоретической механики. Полученные результаты сравнивают с экспериментальными данными, выясняется степень расхождения и теоретические результаты уточняются введением соответствую­щих коэффициентов. Если явление не поддается теоретическому анализу из-за его сложности, то оно исследуется эксперименталь­но и результат выдается в виде эмпирической формулы

2. 
   ОПИСАНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
   

Циркуляционная установка представляет гидравлическую замкнутую систему. Движение жидкости начинается в резервуаре А, из которого жидкость по самотечному трубопроводу поступает в нижний резервуар В. А затем, насосом 4 по трубопроводу, состоящему из десяти последовательно соединенных участков (l₁, l₂, l₃, l₄, l₅, l₆, l₇, l₈, l₉, l₁₀) перекачивается в промежуточную емкость С. Из емкости С жидкость выливается обратно в резервуар А по насадку 7.

На участке насосной установки l₁ установлены: всасывающая коробка с обратным клапаном 1, поворотное колено 2, задвижка 3, вакуумметр P_в.

На линии также установлено три манометра P_м1, P_м2, P_м3. Имеются скоростная трубка 5 и расходомер Вентури 6.

3. 
   СХЕМА ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
   

4. 
   РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
   

Исходные данные

№	Величина		1-я цифра варианта
		3
1	Q, л/с	15
2	d1, мм	100
3	d2, мм	81
4	l1, м	9
5	l2, м	6
6	l3, м	5
7	l4, м	2
8	l5, м	10
9	l6, м	75
10	l7, м	50
11	l8, м	7
12	l9, м	190
13	l10, м	8
14	lc, м	40
№	Величина		2-я цифра варианта
		3
15	lЭКВ, м	5
16	ρ 1,кг/м3	1000
17	υ1,см2/с	0,01
18	Δ, мм	0,15
19	ΔС, мм	0,2
20	H3, м	1,5
21	ξкор	7
22	ξкол	0,6
23	ξзад	1
24	Pв, кПа	65
25	Pм1, кПа	420
26	dвен, мм	50
27	µвен	0,97
28	p2, кг/м3	800
29	dнас, мм	50
30	µнас	0,8
31	δ, мм	8

Определяемые параметры

1. 
   Определить геометрическую высоту Н₂.
   
2. 
   Определить показания дифманометра скоростной трубки по заданной плотности жидкости в нем p₂.
   
3. 
   Определить показание ртутного дифманометра расходомера Вентури h_вен, диаметр узкого сечения которого d_вен и коэффициент расхода µ_вен.
   
4. 
   Определить установившийся уровень жидкости в промежуточной емкости Н₁, диаметр насадки которой d_нас и его коэффициент расхода µ_нас.
   
5. 
   Определить разность показаний манометров Р_м2 и Р_м3.
   
6. 
   Определить суммарные потери напора в местных сопротивлениях нагнетательной линии и их суммарную эквивалентную длину.
   
7. 
   Определить необходимый диаметр самотечного трубопровода d_c, обеспечивающий установление заданного постоянного уровня в верхнем резервуаре Н₃.
   
8. 
   Определить минимальную толщину стальных стенок трубы d₁, при которой не происходит ее разрыв в момент возникновения прямого гидравлического удара.
   
9. 
   Определить суммарные потери напора на трение во всасывающей и нагнетательной линиях.
   

1. 
   Определение геометрической высоты Н₂
   

Для определения геометрической высоты всасывания насоса Н₂ рассмотрим два сечения 1-1 (поверхность жидкости в нижнем резервуаре В) и 2-2 (в месте установки вакуумметра Р_в во всасывающей линии насосной установки).

Запишем уравнение Бернулли для сечения 1-1 и 2-2:



Где:

 - расстояния от сечений 1-1 и 2-2, соответственно, до некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости (м);

- давления в сечениях 1-1 и 2-2, соответственно;

V₁, V₂- скорость течения жидкости в сечение 1-1 и 2-2, соответственно (м/с);

- потери напора на участках между выбранными сечениями.

Выберем сечение 1-1 за начало отсчёта, тогда и 





Определим скорости в 1 и 2 участках:





Найдем коэффициенты гидравлического трения:













Рассчитаем потери напора:



Тогда высота H₂ равна:

2. 
   Определение показания дифманометра скоростной трубки по заданной плотности жидкости в нем ρ₂
   

Записываем уравнение Бернулли для сечений 1 – 1 и 2 – 2:



отмечая, что:

α₁ = 1 – режим движения жидкости турбулентный;

Z₁ = Z₂ – расстояния от центров выбранных сечений 1 – 1 и 2 – 2 равны, так

как лежат на одной горизонтальной оси;

V₂ = 0 – движения жидкости в трубках нет;

h_1-2 = 0 – потери напора на малом расстоянии ничтожны.

Уравнение Бернулли приобретает вид:



где



Тогда h равно:

2. 
   Определение показания ртутного дифманометра расходомера Вентури h_вен, диаметр узкого сечения которого d_вен и коэффициент расхода µ_вен
   

Записываем уравнение Бернулли для живых сечений 1 – 1 и 2 – 2



отмечая, что:

Z₁ = Z₂ – участок трубопровода расположен горизонтально;

h_1-2 = 0 – потери напора на малом расстоянии ничтожны;

α₁ = α₂ = 1 – предполагаем, что в трубопроводе d₂ и узком сечении d_вен

режим движения жидкости – турбулентный.

Преображенное уравнение Бернулли имеет вид:



Тогда:







Определим h_вен:

2. 
   Определение установившегося уровня жидкости в промежуточной емкости Н₁
   

Для определения установившегося уровня жидкости в промежуточной ёмкости Н₁составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2:



1 1



2 2

Плоскость сравнения совместим с сечением 2-2, тогда . Предположим, что по трубопроводу течёт идеальная жидкость, что позволяет не учитывать потери напора . (для практических расчетов). Т. к. диаметр промежуточной ёмкости во многом больше диаметра насадки, значит .

, т.к емкости открытые. Запишем уравнение Бернулли с учётом всех утверждений:



Зная расход можно определить :



В действительности при прохождении жидкости в ёмкости через насадок возникают потери напора, учтём их с помощью коэффициента расхода , подставив его в формулу:

2. 
   Определение разности показаний манометров Р_м2 и Р_м3
   

Для сечений Рм2 и Рм3 уравнение Бернулли имеет вид:



Где:

z₂, z₃ - расстояние от сечений Р_м2и Р_м3 соответственно до некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости (м);

- давления в сечениях Р_м2и Р_м3 соответственно (Па);

- скорость течения жидкости в сечении Р_м2и Р_м3 соответственно (м/с);

Выберем ось трубопровода за начало отсчета, тогда z₂ = z₃ =0 , т.к трубопровод горизонтален.

Потери напора между выбранными сечениями определяются только потерями напора по длине трубопровода, т. к. местных сопротивлений на данном участке нет. , т. к. расход и площадь поперечного сечения одинаковы для сечений Р_м2 и Р_м3. В итоге формула примет вид:



Потери напора по длине трубопровода определяется по формуле Дарси-Вейсбаха:

2. 
   Определение суммарных потерь напора в местных сопротивлениях нагнетательной линии и их суммарной эквивалентной длины
   

Потери напора в местных сопротивлениях складываются из потерь на фланце, в угольниках, расходомера Вентури, на задвижках и выходе из трубы.

Запишем формулу Вейсбаха для нагнетательной линии:



где n - количество местных сопротивлений на рассматриваемом участке.





Суммарная эквивалентная длина определяется по формуле:

2. 
   Определение необходимого диаметра самотечного трубопровода d_c, обеспечивающего установление заданного постоянного уровня в верхнем резервуаре Н₃
   

Для определения d_с используется графоаналитический способ решения с использованием ПК (программа Microsoft Excel). Задаемся интервалом d_ci от 50 мм до 150 мм с шагом 10 мм.

Потери напора определяются по формуле:



где l_экв - суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений самотечного трубопровода.

.








2 .








.









5 .









4 .








5) .







.









7) .
















.









Построим график зависимости h=f (d_c).X

dc , мм	60	70	80	90	100	110	120	130	150
h, м	22,6	11.6	5,7	3,2	1,9	1,1	0,7	0,67	0,2

X

Определим диаметр трубопровода по графику для значения



Имеем, что при h=3,8 м значение диаметра примерно равно

d_c=86,1 мм.

2. 
   Определение минимальной толщины стальных стенок трубы d₁, при которой не происходит ее разрыв в момент возникновения прямого гидравлического удара
   

Минимальная допустимая толщина стенки может быть найдена по формуле:



где σ_доп -допустимое напряжение для материала трубы.

Р=Р_ман + ∆Р, а d=d₁. Из полученного видно, что отсутствует величина ∆Р. Она определяется по формуле Жуковского:

2. 
   Определение суммарных потерь напора на трение во всасывающей и нагнетательной линиях
   

Суммарные потери напора на трение определяются во всасывающей трубе насоса и нагнетательной линии. Потери на трение определяются по формуле Дарси – Вейсбаха.





ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой работе я провел расчеты циркуляционной установки, в результате которых выяснил, что в ряде участков гидравлической установки режим течения жидкости – турбулентный. Это ведет к большим потерям напора, что является экономически нецелесообразным. Для уменьшения затрат можно добавить в циркулирующую жидкость вещества, обладающие способностью значительно снижать гидравлические сопротивления при турбулентном режиме. Например, высокомолекулярные полимеры.


Список литературы

1. 
   Басниев, К.С. Нефтегазовая гидромеханика: учебник / К.С. Басниев, Н.М. Дмитриев, Г.О. Розенберг. – М.: Ижевск: ИКИ, 2003. – 480 с.
   

Сборник задач по машиностроительной гидравлике / под ред. И.Н. Куколевского, Л.Г. Подвидза,– М.: Машиностроение, 1981. –

2. 
   Гусейнова, Е.Л. Гидравлика: учеб. пособие /Е.Л. Гусейнова. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2014.–150 с.
   
3. 
   Гидравлика: учеб.- метод. пособие для практических занятий /Е.Л. Гусейнова.– Уфа: Изд-во УГНТУ, 2015.– 42 с.