Гидравлический расчет сложного трубопровода и элементов оборудования

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  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-11-02             ___________  А.А.Габбасова

                                           (подпись, дата)

Проверил:                                               ___________  Л.Р.Байкова

                                            (подпись, дата)

 

 

 

Уфа 2013

1. Решение задачи №2.12 из сборника задач по машиностроительной гидравлике под ред. Куколевского И.И.

Поворотный клапан АО закрывает  выход из бензохранилища в трубу  квадратного сечения со стороной h=0,3 м. Прямоугольная пластина клапана опирается на срез трубы, сделанный под углом α=45^о. В трубе жидкость отсутствует. Определить (без учета трения в опоре О клапана и в рамке В) силу Т натяжения троса, необходимую для открытия клапана,  если уровень бензина Н=0,85 м, а давление над ним по манометру М=5 кПа. Плотность бензина 700 кг\м³.

 

 

 

 

 

Решение:

 

 

 

 

 

1. Определим силу манометрического давления:

 

 

 

Точка приложения – центр давления

 

2. Силу гидростатического давления Р определим по формуле:

,

где ρ – плотность жидкости;

       g – ускорение свободного падения;

       h_с – расстояние от пьезометрической плоскости до центра тяжести крыши, .

Расстояние между центром  тяжести и центром давления:

 

Центр давления находится  на расстоянии от опоры О.

 

 

Из условия равновесия клапана:

 

 

 

 

 

 

2. Выполнить гидравлический  расчет разветвленного трубопровода, схема которого прилагается

 2.1. Определить и d₃,d₄ из условия, что Q₃=Q₄

 

Данную схему можно  разбить на 4 простых трубопровода.

2.1.1.Составляю уравнение Бернулли для трубопровода 1, относительно плоскости отсчета, проведенной через центр насоса.

                  

где z₁ – высотная отметка начального сечения;

       р₁ – 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.

                      

Так как z₁=0     и z_вх=0      уравнение примет вид:

                     

По уравнению неразрывности  нахожу скорость течения жидкости в  трубопроводе 1:

 

 

h₁ нахожу по формуле Дарси-Вейсбаха:

,

но  неизвестна. По числу Рейнольдса определю режим движения жидкости.

 

 

Re>2320, значит режим движения турбулентный. Сравнивая с граничными числами Рейнольдса, определю зону турбулентного движения.

 

 

  - зона гидравлически гладких труб, определяется по формуле Блазиуса:

 

 

Тогда

 

И наконец, определю давление на входе:

 

 

2.1.2. Гидравлический расчет  трубопровода 2

 

Составлю уравнение Бернулли  для трубопровода 2:

  (1)

Определяю режим движения по числу Рейнольдса:

     =>

значит режим движения турбулентный. Сравнивая с граничными числами Рейнольдса, определю зону турбулентного движения.

Граничные числа Рейнольдса:

 

 

 

  - зона гидравлически гладких труб, определяется по формуле Блазиуса:

 

 

 

 

 

 Из уравнения (1) найду  Р_Е:

 

 

 

2.1.3. Определение диаметров  трубопроводов 3 и 4

Для трубопроводов 3 и 4 также составлю уравнения Бернулли:

 

        (2)

 

 

        (3)

 

Q₂=Q₃+Q₄=500 м³/ч.     Q₃=Q₄=250 м³/ч=0,07 м³/с

 

1. Из уравнения (2) найду значение h_4:

 

 

Нужно найти диаметр, для  этого решаю задачу третьего типа на расчет простого трубопровода. Сначала определяю приблизительное значение диаметра для контрольной точки при

 

 

 

 

  - зона гидравлически гладких труб, определяется по формуле Блазиуса:

 

 

 

 

Значит,    4,28<h_4/

 

По графику определила, что h₄=73,1 м при d₄=0,116 м.

 

Определю d₄ аналитически. Задаю зону гидравлически гладких труб турбулентного режима течения.

Тогда по формуле Блазиуса :

 

 

 

 

 

 

Выполню проверку:

 

=52000

2. Аналогично рассчитаю трубопровод 3:

        (3)

Из уравнения (3) найду  значение h_3:

 

 

Нужно найти диаметр, для  этого решаю задачу третьего типа на расчет простого трубопровода. Сначала  определяю приблизительное значение диаметра для контрольной точки  при 

 

 

 

 

  - зона гидравлически гладких труб, определяется по формуле Блазиуса:

 

 

 

 

По графику видно, что  h₃=63,8 при d₃=0,121 м.

 

 

 

 

 

 

2.2. Определить расходы  по всем ветвям, если отключить 

трубопровод №4.

Составляю уравнение Бернулли для выходного  сечения и плоскости, проведенной по поверхности жидкости в 3 резервуаре, относительно плоскости отсчета

          

 

 

Построю график зависимости  h₂ и h₃  от расхода Q.

При Q=0,1

 

 

 

 

При             Q₁=Q₂=0,56 м³\с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Как изменятся расходы при изменении вязкости в 1,8 раза?

 

 

2.3.1.Составляю уравнение Бернулли для трубопровода 1, относительно плоскости отсчета, проведенной через центр насоса.

 

м

Определю  аналитически. Задаю зону гидравлически гладких труб турбулентного режима течения.

Тогда по формуле Блазиуса :

 

 

 

 

 

 

 

Так как 3000<< – зона гидравлически гладких труб – предположение было сделано правильно

Q₁=0,105=378

 

2.3.2. Таким же образом рассчитаю расход трубопровода 3

 

м

 

Определю  аналитически. Задаю зону гидравлически гладких труб турбулентного режима течения.

Тогда по формуле Блазиуса :

 

 

 

 

Q₃=

 

2.3.4.Расход трубопровода 4

Из уравнения (2)-уравнения  Бернулли для трубопровода 4 нахожу:

h₄=4,28м.

Задаю зону гидравлически  гладких труб турбулентного режима течения.

 

 

Re=4242, Re_I=23200.

Так как 3000<< – зона гидравлически гладких труб – предположение было сделано правильно

 

Зона задана правильно.

 

Проверка: Q₂=Q₃+Q₄=0,0104+0,0946=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

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.