Гидравлический расчёт сложного трубопровода

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ  НЕФТИ и ГАЗА

им. И.М. Губкина

 

ФАКУЛЬТЕТ  РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

КАФЕДРА НЕФТЕГАЗОВОЙ И ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОМЕХАНИКИ

Курсовая работа

по курсу «Гидравлика»

«Гидравлический расчёт сложного трубопровода»

К защите:

Научный руководитель,

доцент                                                      Кравченко М.Н.

Студентка  группы                                                 РН-11-06, Майорова Ксения                                                                        

Защита:

Председатель комиссии,

проф.

Член комиссии,

доц.

Оценка

 

 

 

 

 

Москва

2014

1.Задание  на курсовую работу

Кустовая насосная станция подаёт воду вязкостью ν и плотностью ρ по коллектору длиной L и диаметром d к трём скважинам. Длины и диаметры разводящих линий заданы. Расстояния от КНС до скважин заданы. Расстояние от КНС до первого разветвления L .

1) Определить расходы Q , Q , Q к скважинам и общий расход воды через КНС Q, если давления на КНС и устьях скважин заданы. Расстояние от КНС до первого разветвления L .

2) Определить, каким должно  быть давление на КНС, чтобы  расход увеличился в 2 раза.

3) Каким в этом случае  будет расход к каждой скважине при условии, что давление на устьях осталось прежним?

Схема установки

   1

                                                                      

 L,d 2

    L , d  

L , d

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Введение

Сложный трубопровод имеет разветвлённые участки, состоящие из нескольких труб (ветвей), между которыми распределяется жидкость, поступающая в трубопровод из питателей.

Сечения трубопровода, в которых смыкаются несколько ветвей, называются узлами.

В зависимости от структуры разветвлённых участков различают следующие типы сложных трубопроводов: с параллельными ветвями; с концевой раздачей жидкости; с непрерывной раздачей жидкости; с кольцевыми участками. В практике встречаются разнообразные сложные трубопроводы комбинированного типа.

Можно выделить три основные группы задач расчёта сложных трубопроводов:

1. Определение размеров труб по заданным в них расходам и перепадам напоров в питателях и приёмниках.
2. Определение перепадов напоров в питателях и приёмниках, необходимых для обеспечения требуемых расходов в трубах заданных размеров.
3. Определение расходов в трубах заданных размеров по известным перепадам напоров   (см.[1], стр.266).

В данном курсовом проекте рассматривается третья из представленных групп задач. По существу это поверочный расчёт уже существующего трубопровода, выясняющий условия его работы. Безусловно, знание расходов в трубах на промысле просто необходимо.

 

 

 

 

 

 

3. Теоретическая часть

Для решения сформулированных выше задач составляется система уравнений, устанавливающая связи между размерами труб, расходами жидкости, напорами. Эта система состоит из уравнений баланса расходов для каждого узла и уравнений Бернулли для каждой ветви трубопровода. При этом в сложных трубопроводах можно пренебрегать относительно малыми местными потерями напора в узлах. Это позволяет считать одинаковыми напоры потоков в концевых сечениях труб, примыкающих к данному узлу, и оперировать в уравнениях Бернулли понятием напора в данном узле.

Уравнение Бернулли для участка трубопровода 1-2 записывается в виде

   (1)

где z – геометрический напор;

       - пьезометрический напор;

        - скоростной напор;

         - коэффициент Кориолиса;

         - потери напора;

В данной курсовой работе участки, для которых записываются уравнения Бернулли, на всём протяжении имеют постоянный диаметр, поэтому и . Кроме того, примем, что весь трубопровод лежит в одной горизонтальной плоскости, т.е. . Тогда  (1) примет вид

                       (2)

Потери напора в трубах выражаются формулой Дарси – Вейсбаха (см.[2] стр. 103)

                                                        (3);    

 

где - длина трубы;

      - диаметр трубы;

     - коэффициент сопротивления трения;

     - коэффициент местного сопротивления;

     - средняя скорость потока в трубе;

Поскольку средняя скорость потока в трубе выражается формулой

                                                                            (4);

где - расход жидкости в трубе;

а местными сопротивлениями пренебрегаем, то потери напора можно написать в следующем виде

      

      (5);

Коэффициент сопротивления трения

в зависимости от режима течения в трубе некоторым образом зависит от расхода Q . Так, если режим течения ламинарный (Re< =2300 или, с учётом того, что , условие перепишется так ), то

          

      (6)

В зоне гидравлически гладких труб ( или ) – формула Блазиуса:

(7)

В доквадратичной области турбулентного режима для шероховатых труб ( или ) будем использовать приближённую формулу А.Д. Альтшуля  (см.[2], стр. 140)

                                                                   (8)

В квадратичной области вполне шероховатых труб ( или ) формула Альтшуля переходит в формулу Б.Л. Шифринсона (см.[2], там же)

         

     (9)

Т.о, используя формулы (2), (5) – (8), можно получить зависимости типа

                 (10)

для каждого участка трубопровода. Используя тот факт, что (расход на участке a-b равен сумме расходов на участках b-c и b-e), а ( расход на участке b-e равен сумме расходов на участках e-f и e-g), данную задачу можно решить графо-аналитическим методом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчётная часть

Дано:

Длины линий, м					Диаметры линий,  мм				Давления на устьях скважин, МПа			Прочие данные
L	L	L	L	L	d	d	d	d	p	p	p	Р	ρ,	ν 10 ,
1000	200	100	150	200	425	245	270	220	0,7	0,8	0,6	2,5	1000	1,05

*Возьмём относительную шероховатость Δ=0,06мм=0,00006м.

1) Запишем уравнения типа (2) с учётом (5) для каждого участка  трубопровода 

e-f.     (11);

e-g.     (12);

b-e.     (13);

b-c.              (14);

a-b.          (15).

2)Поскольку - известная величина, то по графику легко будет найти Q, p(b), p(e), Q , Q , Q .

2.1 Для участка e-f:

 

Значит,    (16)

2.2 Для участка e-g:

 

Значит,     (17)

 

2.3 Для потерь на участке b-e:

 

Значит,      (18)

2.4 На участке b-c:

 

Имеем      (19)

2.5 На участке a-b:

 

Получаем        (19) 

3) На основе расчетов создадим для удобства таблицу:

Табл.1. Границы зон для значений расхода

Участок	Re=2320	Re=10d/	Re=500d/
ef	0,000468504	0,008245934	0,412297
eg	0,00051631	0,010014638	0,500732
be	0,000812711	0,024813359	1,240668
bc	0,000420697	0,00664895	0,332448
ab	0,000812711	0,024813359	1,240668

 

Табл. 2. Значения h для разных значений расхода

Q	h(e-f)	h(e-g)	h(b-e)	h(b-c)	h(a-b)
0,0001	71,3557594	81,54944	0,0000000	61,16208	0,000000
0,00025	71,3557594	81,54944	0,0000000	61,16208	0,000000
0,00075	71,3559727	81,54964	0,0000001	61,16279	0,000000
0,001	71,3561123	81,54977	0,0002063	61,16326	0,000052
0,002	71,3569465	81,55056	0,0006938	61,16604	0,000173
0,003	71,3581728	81,55172	0,0014106	61,17013	0,000353
0,004	71,3597522	81,55321	0,0023338	61,17539	0,000583
0,005	71,3616596	81,55502	0,0034486	61,18176	0,000862
0,006	71,3638771	81,55711	0,0047448	61,18915	0,001186
0,007	71,3663908	81,55949	0,0062140	61,19882	0,001554
0,008	71,3691894	81,56214	0,0078498	61,20871	0,001962
0,009	71,3728827	81,56504	0,0096466	61,21965	0,002412
0,01	71,3764284	81,5682	0,0115998	61,23162	0,002900
0,02	71,4277745	81,61672	0,0390169	61,40594	0,009754
0,03	71,5067647	81,68996	0,0826062	61,67587	0,020652
0,04	71,6125438	81,78763	0,1383521	62,03904	0,034588
0,05	71,7447259	81,90929	0,2068517	62,49443	0,051713
0,06	71,9031042	82,0547	0,2877928	63,04152	0,071948
0,07	72,0875564	82,22371	0,3809630	63,68001	0,095241
0,08	72,2980048	82,41623	0,4862101	64,40971	0,121553
0,09	72,5343975	82,63218	0,6034212	65,2305	0,150855
0,1	72,7966983	82,87152	0,7325099	66,1423	0,183127
0,2	76,8411459	86,54684	2,6666374	80,25776	0,666659
0,3	83,4662246	92,54762	5,7567476	103,4514	1,439187
0,4	92,6703741	100,8717	9,9957593	133,7504	2,498940
0,5	103,585297	111,5184	15,3813501	174,5814	3,845338
0,6	117,766293	123,3488	21,9125226	224,4859	5,478131
0,7	134,525653	138,4431	29,5887754	283,4639	7,397194
0,8	153,863375	155,8595	38,4098287	351,5155	9,602457
0,9	175,779461	175,5981	48,3755136	428,6406	12,093878
1	200,273909	197,6589	59,4857221	514,8393	14,871431
1,1	227,346721	222,0419	71,7403820	610,1115	17,935096
1,2	256,997895	248,747	85,1394432	714,4572	21,284861
1,3	289,227433	277,7744	96,6876080	827,8765	24,171902
1,4	324,035333	309,1239	112,1347406	950,3693	28,033685
1,5	361,421597	342,7957	128,7261053	1081,936	32,181526
1,6	401,386223	378,7896	146,4617021	1222,576	36,615426
1,7	443,929213	417,1057	165,3415308	1372,289	41,335383
1,8	489,050565	457,744	185,3655917	1531,076	46,341398
1,9	536,750281	500,7045	206,5338845	1698,937	51,633471
2	587,028359	545,9872	228,8464095	1875,871	57,211602
2,1			252,3031664		63,075792
2,2			276,9041555		69,226039
2,3			302,6493765		75,662344
2,4					82,384707
2,5					89,393129
2,6					96,687608
2,7					104,268145
2,8					112,134741
2,9					120,287394
3					128,726105
3,1					137,450875
3,2					146,461702
3,3					155,758587
3,4					165,341531
3,5					175,210532
3,6					185,365592

 

Построив графики зависимостей давлений от расходов для (11) и (12), а затем сложив их, исходя из баланса расходов , получим график зависимости р(e)= f(Q’) для конца участка b-e. Сложив этот график с графиком , получим график зависимости (13). Если его сложить с графиком зависимости (14), то получим график зависимости р(а)=h(Q) для конца участка a-b. Если, наконец, сложить этот график с графиком , то получим график зависимости (15).

 

4)Из построенных графиков можно определить:

Пункт 1.

Q1	0,63 м3/с
Q2	0,59 м3/с
Q3	0,57 м3/с
Q	1,8 м3/с

 

Пункт 2. Принимаем общий расход 3,6 м3/с и для него находим необходимое давление на КНС. А также из графика расходы к каждой скважине.

РНКС=7,9 МПа

 

Q1	1,23 м3/с
Q2	1,26 м3/с
Q3	1,11 м3/с
Q	3,6 м3/с

 

 

 

Список используемой литературы:

1. Сборник задач по машиностроительной гидравлике под ред. И.И. Куколевского   М. «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1972г.
2. Гидравлика В.А. Кудинов, Э.М. Карташов М. «Высшая школа», 2008