Гидравлический расчет конденсатной системы трубопровода

Содержание

	

	Введение

	1. Назначение и краткое описание конденсатной системы

	2. Исходные данные для расчета конденсатной системы

	2.1 Конденсатная система

	2.2 Маслоохладитель

	2.3 Конденсатор ВОУ

	3. Расчет потерь

	3.1 Расчет потерь напора в конденсатной магистрали

	Участок 1–2

	Участок 2–3

	Расчет теплообменного аппарата: Конденсатор ВОУ

	Сопротивление клапана

	Участок 2–3 (от МО до КВОУ)

	Участок 3–4

	Расчет теплообменного аппарата: Маслоохладитель

	Сопротивление клапана

	Участок 3-4 (от тройника до МО)

	Участок 4–5

	3.2 Расчет потерь всасывающей магистрали

	Участок 5–6

	4. Характеристика сети

	4.1 Нахождение полного коэффициента сопротивления системы

	4.2 Нахождение полного напора насоса для разных расходов в системе

	4.3 График зависимости характеристики сети

	5. Заключение

	6.Список используемой литературы




Введение



Целью работы является закрепление знаний по основам теории судовых гидравлических трубопроводных систем, а также практическое овладение навыками для выполнения необходимых расчетов трубопроводных систем.

В качестве системы, предназначенной для учебного расчета, выбрана конденсатная система судна. Это объясняется двумя причинами: во-первых, это наиболее важная система с точки зрения функционирования судовой энергетической установки (СЭУ); во-вторых, она наиболее разветвленная, что представляет определенный интерес с точки зрения выполнения гидравлических расчетов.

И так, главной задачей гидравлического расчета трубопровода будем считать определение диаметра труб и гидравлических характеристик системы, т.е. расхода и напора жидкости в трубопроводах на основных режимах работы системы. По полученным гидравлическим характеристикам в дальнейшем произведем выбор главного механизма, обслуживающего систему. Между гидравлическими характеристиками трубопроводами и характеристиками механизма должно быть полное соответствие на основных режимах работы системы.

Необходимый напор и производительность системы обеспечиваются в том случае, если расход жидкости и полное сопротивление в трубопроводной системе с учетом избыточного давления у потребителя и высоты подъема жидкости равны соответственно производительности и напору механизма, т. е. выполняются условия материального и энергетического балансов системы и механизма. При несоблюдении равенства будет наблюдаться либо перегрузка механизма, либо снижение напора и расхода в трубопроводе.

Основным моментом в гидравлическом расчете будет являться определение полного сопротивления движения жидкости.


1. Назначение и краткое описание конденсатной системы



В данной курсовой работе приведен расчет конденсатной гидравлической трубопроводной системы. Назначение данной системы состоит в приеме, хранении и подаче рабочего тела, в рассматриваемом случае конденсатной воды, к подогревателям, различным фильтрам элементам управления регулирования и защиты СЭУ, парогенерирующей установке. На чертеже конденсатной системы (см. приложение 1) приведены несколько упрощенная схема конденсатной системы, т.к. часть оборудования и элементов опущена.

На указанном чертеже показаны основные элементы рассматриваемой системы: главный конденсатор, маслоохладитель, конденсатный насос, маслоохладитель, фильтр ионной очистки, деаэратор, конденсатор водоопреснительной установки.

К данной системе применяются следующие требования морского регистра судоходства. Конденсатная система паротурбинных установок должна обслуживаться двумя конденсатными насосами. Подача каждого насоса не менее чем на 25  должна превышать максимальное количество конденсата отработавшего пара, поступающего в конденсатор. В установках с двумя главными конденсаторами, размещенными в одном машинном отделении, резервный конденсаторный насос может быть общим для обоих конденсаторов.




2. Исходные данные для расчета конденсатной системы



2.1 Конденсатная система























0,033

0,003

3,30

5,15

20,35

6,15

18,15

45

12

2,55







,

, 

, 

, 

, 





0,75

1,50

4,2

100

80

105

2,0

11

13





где:

 — расход жидкости в системе;

 — приток жидкости в систему;

 — длина всасывающей магистрали системы;

 — длина от конденсатного насоса КН до тройника;

 — длина участка от тройника до выходного патрубка из маслоохладителя МО;

 — длина участка от выходного патрубка МО до входного патрубка конденсатора водоопреснительной установки

 — геометрическая высота от уровня конденсата в конденсатосборнике главного конденсатора ГК деаэраторе до ЦТ сечения входного патрубка насоса;

 — геометрическая высота между ЦТ сечений напорного патрубка насоса и входного патрубка МО;

 — геометрическая высота между ЦТ сечений выходного патрубка ионообменного фильтра и входного патрубка КВОУ;

 - геометрическая высота от ЦТ сечений выходного патрубка КВОУ и входного патрубка деаэратора;

 — гидросопротивление ИОФ;

 — гидросопротивление деаэрационной головки.

 — давление в деаэраторе;

 — давление в ГК;

 — подогрев конденсата в МО;

 — подогрев конденсата в КВОУ.



2.2 Маслоохладитель



Маслоохладитель

, шт.





, м

, м

270

2

2,5

0,013

0,9



где:

 — число труб в трубном пучке;

 — количество ходов охлаждающей воды;

 — длина трубки

 — внутренний диаметр труб пучка;	

 — диаметр трубной доски.



2.3 Конденсатор ВОУ



Конденсатор ВОУ

, шт.





, м

, м

38

4

1

0,013

0,2



где:

 — число труб в трубном пучке;

 — количество ходов охлаждающей воды;

 — длина трубки

 — внутренний диаметр труб пучка;


3. Расчет потерь



3.1 Расчет потерь напора в конденсатной магистрали



Участок 1–2

1. Найдем расход на участке 1-2:

; [2, Табл. 1]

; [2, Табл. 1]



.



2. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный — напорный)

 [4, стр. 17]

Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей



; [2, стр. 14]



; 

Стандартный приемлемый диаметр равен  [2, стр. 14]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра



; [2, стр. 14]




3. Найдем температуру на участке 1-2:

; [2, Табл. 1]

; [5, стр. 23]



; ; [2, Табл. 1]

; ; [2, Табл. 1]



Найдем температуру на участке 2-3:



; [6]

;

;



.

Найдем температуру на участке 1-2:



; [6]

;

;

.































[5,  — стр. 23-24,  — стр. 217].



Найдем кинематическую вязкость:



; [1, стр. 15]

 (Турбулентный режим) [2, стр. 14]



По формуле Кольбрука:



 [2, стр. 16]



Рассчитаем сопротивления.

1. Сопротивление на повороте:



 [3, стр. 233]



Для данного поворота: ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

.

2. Сопротивление тройника:

Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [3, стр. 308]

.

Найдем сопротивление на участке 1-2:



; [2, Табл. 1]

 [2, стр. 17]



Найдем потери напора на участке 1-2:



 [2, стр. 17]



Найдем напор в точке 2:



; [2, стр. 17]

; [3, Табл. 1]

; 



(напор, созданный сопротивлением деаэратора) [3, стр. 27]



;



(напор, созданный сопротивлением деаэрационной головки) [4, стр. 27]

.



Участок 2–3

Расчет теплообменного аппарата: Конденсатор ВОУ.

Количество трубок в ходе: ; [2, стр. 10]

количество ходов:; [2, стр. 10]

длина трубки: ; [2, стр. 10]























диаметр трубки ; [2, стр. 10]

диаметр патрубка: ; [2, стр. 10]

расход воды: ;

Расход одной трубки:



.



Скорость на входе и выходе из КВОУ:



 [3, стр. 18]



Скорость внутри трубок КВОУ:


 [3, стр. 18]



Найдем критерий Рейнольдса:



; 



(см. расчет  и  на первом участке) [1, стр. 15]



 (Турбулентный режим) [2, стр. 18]



По формуле Кольбрука:



 [2, стр. 16]



Найдем потери по длине:



 [1, стр. 102]



Найдем потери при входе и выходе из трубки:



, (); [6]

, () [6]



Общие потери в трубках КВОУ:

.



Найдем потери на входе и выходе из КВОУ:



, (); [6]

, () [6]



Общие потери в КВОУ:



. 



Сопротивление клапана.



; [3, стр. 26]

; [4, стр. 18]

.



Участок 2–3 (от МО до КВОУ)

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость:



; [1, стр. 15]

 [2, стр. 18]



По формуле Кольбрука:



 [2, стр. 16]



Рассчитаем сопротивления.

1. Сопротивление на повороте:



 [2, стр. 233]

Для данного поворота: ; ; .



Тогда сопротивление поворота равно:

.

2. Сопротивление тройника:

Тройник 1: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [2,  стр. 308]

.

Тройник 2: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [2, стр. 308]

.

Найдем сопротивление на участке 2-3:



; [2, Табл. 1]

[2, стр. 17]



Найдем потери напора на участке 2-3:



 [2, стр. 17]



Найдем напор в точке 3: 



; [2, стр. 17]

; [3, Табл. 1]



; 



(напор, созданный сопротивлением ФИО) [3, стр. 27]



.


Участок 3–4

Расчет теплообменного аппарата: Маслоохладитель.

Количество трубок в ходе: ; [2, стр. 10]























количество ходов:; [2, стр. 10]

длина трубки: ; [2, стр. 10]

диаметр трубки ; [2, стр. 10]

диаметр патрубка: ; [2, стр. 10]

расход воды: ;

Расход одной трубки:







Скорость на входе и выходе из МО:



 [3, стр. 18]



Скорость внутри МО:

 [3, стр. 18]



Найдем критерий Рейнольдса:



; 



(см. расчет  и  на первом участке) [1, стр. 15]



 (Турбулентный режим) [2, стр. 14]



По формуле Кольбрука:



 [2, стр. 16]



Найдем потери по длине:



 [1, стр. 102]



Найдем потери при входе и выходе из трубки:



; [6]

 [6]



Общие потери в МО:

.



Найдем потери на входе и выходе из МО:



; [6]

 [6]



Общие потери в МО:



.

конденсатный система маслоохладитель магистраль

Сопротивление клапана.



; [3, стр. 26]

; [3, стр. 18]

. 



Участок 3-4 (от тройника до МО)



; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)



Найдем кинематическую вязкость:



; [1, стр. 15]

 [2, стр. 14]



По формуле Кольбрука:



 [2, стр. 16]



Рассчитаем сопротивления.

1. Сопротивление на повороте:



 [3, стр. 233]

Для данного поворота: ; ; .



Тогда сопротивление поворота равно:



2. Сопротивление тройника:

Тройник 1: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [3, стр. 308]

.

Тройник 2: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [3, стр. 308]

.

Найдем сопротивление на участке 3-4:



; [2, Табл. 1]

 [2, стр. 17]



Найдем потери напора на участке 3-4:



 [2, стр. 17]



Найдем напор в точке 4: 



; [2, стр. 17]

; [2, Табл. 1]





Участок 4–5

1. Найдем расход на участке 4-5:

 [2, Табл. 1]

2. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный — напорный)

[3, стр. 17]

Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей



; [2, стр. 14]

; .



Стандартный приемлемый диаметр равен . [3, стр. 15]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра



[3, стр. 18]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

. (см. расчет на 1-ом участке)



Найдем кинематическую вязкость:



; [1, стр. 15]

. [2, стр. 14]



По формуле Кольбрука:

. [2, стр. 16]

Рассчитаем сопротивления.

Сопротивление в вентиле:

Возьмем вентиль «Косва» при полном открытии. Данный диаметр .



Для данного диаметра:

 [3, стр. 373]

Найдем сопротивление на участке 4-5:



; [2, Табл. 1]

 [2, стр. 17]



Найдем потери напора на участке 4-5:



 [2, стр. 17]



Найдем напор в точке 5:



; [2, стр. 17]

.



3.2 Расчет потерь всасывающей магистрали



Участок 5–6.

1. Найдем расход на участке 5–6:

. [2, Табл. 1]

2. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный — приемный)

. [3, стр. 17]

Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей



; [2, стр. 14]

; .



Стандартный приемлемый диаметр равен . [3, стр. 15]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра



 [2, стр. 14]



; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

. (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость:



; [1, стр. 15]

. [2, стр. 14]



По формуле Кольбрука:


 [2, стр. 16]



Рассчитаем сопротивления.

1. Сопротивление при резком сужении:



,



где



; . [3, стр. 136]

.

Предположим, что: ; ;

;

.

.



2. Сопротивление на повороте:



 [3, стр. 233]

Для данного поворота: ; ; .



Тогда сопротивление поворота равно:



3. Сопротивление в вентиле:

Возьмем вентиль «Косва» при полном открытии. Данный диаметр .

Для данного диаметра:

 [3, стр. 373]

Найдем сопротивление на участке 5-6:



; [2, Табл. 1]



 [2, стр. 17]



Найдем потери напора на участке 5-6:



 [2, стр. 17]



Для обеспечения надежной работы насоса в гидравлической системе надо соблюсти следующие условия: избыточное давление в трубопроводе должно быть больше или равно величине допускаемого кавитационного запаса энергии для данного насоса



, [2, стр. 24]



Где  — давление на поверхности жидкости,

 — давление насыщения при заданной температуре,

 — потери давления во всасывающем патрубке,

 — геометрическая высота всасывания,

 — допускаемый кавитационный запас энергии, (обычно принимается в диапазоне ).

Для данной системы: ; 



; [3, стр. 27]



;

;

;

;

Неравенство верно. Значит, насос работает без перебоев.


4. Характеристика сети



4.1 Нахождение полного коэффициента сопротивления системы



; [2, стр. 25]

;  [2, стр. 25]



 — полный напор насоса,

 —потери на напорной части системы,

 —напор на входе в насос.



; [2, стр. 25]



 — полный коэффициент расхода системы;

 — расход системы.

;

; (см. участок 4–5)

;

.

Найдем полный коэффициент расхода системы:



; [3, стр. 27]


.

4.2 Нахождение полного напора насоса для разных расходов в системе.



0. ;

; [2, стр. 25]

.

1. ;

; [2, стр. 25]



.



2. ;

; [2, стр. 25]



.



3. ;

; [2, стр. 25]



.



4. ;

; [2, стр. 25]

.

5. ;

; [2, стр. 25]



.



6. ;

; [2, стр. 25]



.



7. ;

; [2, стр. 25]



.



8. ;

; [2, стр. 25]



.



9. ;

; [2, стр. 25]

.



10. ;

; [2, стр. 25]



.



4.3 График зависимости характеристики сети






5. Заключение



В данной курсовой работе мы познакомились с устройством конденсатной системы корабля. Научились определять местные сопротивления на участках, рассчитывать теплообменные аппараты и другие обслуживающие систему аппараты. Рассчитали потери напора на каждом участке, определили условие всасывания (неравенство оказалась верным, следовательно, насос работает стабильно, без перебоев) и определили полный напор насоса. Нашли полный коэффициент сопротивления системы, и затем, задаваясь различными значениями расхода построили графическую зависимость , называемую характеристикой сети.


6.Список используемой литературы



1. Вильнер Я.М, Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам; Под ред. Б.Б. Некрасова — Минск: Высшая школа, 1976.

2. Гидравлический расчет судовой системы. Методические указания к выполнения курсовой работы по дисциплине «Гидромеханика» для студентов заочной формы обучения специальности 180103/ Сост. А.М. Воронин – Северодвинск: Севмашвтуз, 2009. – 30с.

3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. — М.: Машиностроение, 1975 . 

4. Матвиенко С.И. Гидравлический расчет судовой системы /Метод. Указания/.

5. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара.

6. Лекции по дисциплине: Механика жидкости и газа.