Гидрогазодинамика

2



Министерство образования и науки Украины



Национальная Металлургическая Академия Украины



Кафедра промышленной теплоэнергетики 











КУРСОВАЯ  РАБОТА



по дисциплине «Гидрогазодинамика»













             







              Разработал студент гр. ПТЭ-02-1                              Зеркаль К.Г.





                   Руководитель работы                                                  Мануйленко А.А.





















Курсовая работа защищена с оценкой











г. Днепропетровск

2004г.





Задание на курсовую работу



Рассчитать и выбрать оптимальный диаметр трубопровода для транспортировки воды от насоса Н до промышленной установки ПУ. Определить толщину стенок труб, необходимые пьезометрические напоры у насоса и на участках трубопроводов. Построить напорную характеристику трубопровода и график пьезометрических напоров для приведенных условий:

максимальный часовой расход воды ;

согласно схеме установки (рис. 1.1.) длины участков трубопровода:

                        

                       

                      

                     

       геометрические отметки точек:

                                                                     

                                   

       местные сопротивления:

             -колен с закруглением под - 6 шт.

             -задвижек Дудло: со степенью открытия 5/8 - на участке АВ – 1 шт., 

                                            на участке ВС – 1шт.;

                                            со степенью открытия 7/8 - на участке СD – 1 шт., 

                                            на участке DE – 1 шт.;





              



Рис. 1.1.   Схема водоснабжения ПУ:

Н – насос, ПУ – промышленные установки





Напор у потребителя, независимый от потерь напора в  трубопроводе ( свободный   напор) - ;

число часов работы установки в сутки  - ;

число дней работы установки в году     -  дней.











Теоретическая часть



По способам гидравлического расчета трубопроводы делят на две группы: простые и сложные. Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб, хотя бы и различного диаметра, но с одним же расходом по пути; всякие другие трубопроводы называют сложными.

 При гидравлическом расчете трубопровода существенную роль играют местные гидравлические сопротивления. Они вызываются фасонными частями, арматурой и другим оборудованием трубопроводных сетей, которые приводят к изменению величины и направления скорости движения жидкости на отдельных участках трубопровода (при расширении или сужении потока, в результате его поворота, при протекании потока через диафрагмы, задвижки и т.д.), что всегда связано с появлением дополнительных потерь напора. В водопроводных магистральных трубах потери напора на местные сопротивления обычно весьма не велики (не более 10-20% потерь напора на трение).

Основные виды местных потерь напора можно условно разделить на следующие группы:

- потери, связанные с изменением сечения потока;

- потери, вызванные изменением направления потока. Сюда относят различного рода колена, угольники, отводы, используемые на трубопроводах;

- потери, связанные с протеканием жидкости через арматуру различного типа (вентили, краны, обратные клапаны, сетки, отборы, дроссель-клапаны и т.д.);

 - потери, связанные   с отделением одной части потока от другой или слиянием двух потоков в один общий. Сюда относятся, например, тройники, крестовины и отверстия в боковых стенках трубопроводов при наличии транзитного расхода.   













































3. Определение оптимального диаметра трубопровода.



3.1.  Для определения оптимального диаметра трубопровода задаемся рядом значений скорости движения жидкости (от 0,5 до 3,5 м/с) и вычисляем расчетные диаметры труб по формуле:

                      ,     

Результаты расчета для всех  принятых значений скорости приведены в таблице 3.1.



Таблица 3.1.

Диаметры труб для различных значений скорости движении жидкости



Скорость движения

жидкости, м/с

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Диаметр труб,     , м

0,297

0,210

0,172

0,149

0,133

0,121

0,112



3.2.   Для каждого расчетного диаметра труб  вычисляем приведенные затраты на один год по формуле:

                                                ,

где  - эксплуатационные затраты, включающие амортизационные отчисления,       

               стоимость электроэнергии, обслуживания, текущих расходов и др., грн.;

      - капитальные затраты, грн.;

      0,2 – нормативный коэффициент.

Стоимость обслуживания и текущих расходов примерно одинакова для труб разного диаметра. Поэтому эксплутационные затраты принимаем равными сумме амортизационных отчислений и стоимости электроэнергии:

                                                   .

Капитальные затраты включают стоимость труб  и стоимость монтажа трубопровода :

                                                     .

Примерная цена 1 т труб принимается равной 1300 грн. Тогда стоимость будет равна:

                                                      ,

где - масса труб, т.

           Масса труб определяется по формуле:

 ,

где - принятая толщина стенки трубы;

        - суммарная длина всех участков трубопровода, ;

       7,8 – плотность стали, т/.

Стоимость монтажа трубопроводов принимаются равной, примерно 30% стоимости труб:

                                                       , грн.



Амортизационные отчисления для каждого значения диаметра трубопровода вычисляются по формуле:

                                                         ,

где  лет – срок службы труб.

Стоимость электроэнергии определяется по формуле:

                                                          ,

где 0,16 – стоимость 1 кВт·ч электроэнергии, грн.;

         - мощность потока, кВт.

           Мощность потока вычисляется по формуле:

                                                            , 

где - напор, создаваемый насосом, ,

                                                       ,

где  - геометрическая высота, ;

       - сопротивление трубопровода, , равное

 ,

где - удельное сопротивление по длине трубопровода, ;

       - удельное местное сопротивление, ;

    - сумма коэффициентов местных сопротивлений.



3.3.  Расчет численных показателей для определения приведенных затрат  для трубопровода  (при скорости движения ):



Определение массы труб в тоннах:



 т.

      3.3.2. Определение стоимости труб:

 грн.

      3.3.3. Определение стоимости монтажа трубопровода:

 грн.

      3.3.4. Определение капитальных затрат:

 грн.

      3.3.5. Определение амортизационных отчислений:

 грн.

3.3.6. Определение коэффициента гидравлического трения по формуле  Прандтля-Никурадзе:



,



где - эквивалентная шероховатость труб (принимаем 0,4 мм).

     



      3.3.7. Определение удельного сопротивления по длине:

.



      3.3.8. Определение удельного местного сопротивления:

.



      3.3.9. Определение сопротивления трубопровода:











      3.3.10. Определение максимального напора, создаваемого насосом:



       3.3.11. Определение мощности потока:



             кВт.



      3.3.12. Определение стоимости электроэнергии:



 грн.



      2.3.13. Определение эксплуатационных затрат:



 грн.

      3.3.14. Определение приведенных затрат в расчете на год:



 грн.



Расчет численных показателей для определения приведенных затрат  для трубопровода  (при скорости движения ):



3.3.1.   т



3.3.2.   грн.



3.3.3.   грн.



3.3.4.   грн.



3.3.5.  грн.

3.3.6.  



3.3.7.  

3.3.8.  



3.3.9.  

3.3.10. 



3.3.11.  кВт.

3.3.12.    грн.



3.3.13.    грн.



3.3.14.    грн.



Расчет численных показателей для определения приведенных затрат  для трубопровода  (при скорости движения )



3.3.1.   т.

3.3.2.  грн.



3.3.3.   грн.



3.3.4.   грн.

3.3.5.   грн.

 3.3.6. 

3.3.7.          

3.3.8.   

3.3.9.  



3.3.10. 



3.3.11.   кВт



3.3.12.   грн.



3.3.13.   грн.



3.3.14.   грн.



Расчет численных показателей для определения приведенных затрат  для трубопровода  (при скорости движения ):



      3.3.1.    т.



3.3.2.   грн.



3.3.3.    грн.



3.3.4.    грн.

3.3.5.    грн.



3.3.6.  



 3.3.7.           

3.3.8.    

3.3.9.    

       

3.3.10.  



3.3.11.   кВт

3.3.12.    грн.



3.3.13.    грн.



3.3.14.    грн.



Расчет численных показателей для определения приведенных затрат  для трубопровода  (при скорости движения ):



3.3.1.     т.



3.3.2.    грн.



3.3.3.     грн.



3.3.4.     грн.

      3.3.5.     грн.

      3.3.6.   

3.3.7.            

3.3.8.     

3.3.9.                 

3.3.10.  



3.3.11.   кВт



3.3.12.   грн.



3.3.13.   грн.

3.3.14.   грн.



Расчет численных показателей для определения приведенных затрат  для трубопровода  (при скорости движения ):



3.3.1.   т.



3.3.2.  грн.



3.3.3.   грн.



3.3.4.   грн.



3.3.5.   грн.



3.3.6. 



3.3.7.          

3.3.8.  

3.3.9.  

    

3.3.10.  



3.3.11.    кВт



3.3.12.     грн.



3.3.13.     грн.



3.3.14.     грн.



Расчет численных показателей для определения приведенных затрат  для трубопровода  (при скорости движения ):



3.3.1.  т.



3.3.2.  грн.



3.3.3.   грн.



3.3.4.   грн.



3.3.5.   грн.



 3.3.6.  



3.3.7.           

3.3.8.    

3.3.9.  

3.3.10.  



3.3.11.   кВт



3.3.12.    грн.

3.3.13.    грн.



3.3.14.   грн.

 

Таблица 3.2.

Варианты значений скорости движения жидкости, диаметра 

труб и соответствующих им затрат

№ ва-

риан-та

Скорость движения

жидкости

, 

Диаметр

труб,

, 

Затраты, грн.

















1

0,5

0,297

161472

16148,2

29065,4

45213,6

77510,0

		2

1,0

0,210

114967

11496,7

33161,6

44658,3

67651,8

3

1,5

0,172

94360

9436,0

42370,5

51806,5

70678,6

4

2,0

0,149

82076

8207,6

58176,0

66383,6

82798,8

5

2,5

0,133

73693

7369,3

81888,2

89257,5

103996,0

6

3,0

0,121

67505

6750,5

114703,7

121454,2

134955,1

7

3,5

0,112

62695

6269,5

157737,2

164006,7

176545,8

     

По данным таблицы 3.2. строим графические зависимости ,  и , которые приведены на рис. 3.1.



Рис. 3.1.    Графическое определение оптимального диаметра трубопровода





Минимальному значению приведенных затрат  соответствует оптимальный диаметр труб. Как видно из графических зависимостей, оптимальный диаметр трубопровода находится в пределах .

 К установке принимаем стандартный диаметр, близкий к расчётному диаметру. Для стальных бесшовных горячедеформированных труб (ГОСТ 8732-78) ближайший диаметр трубы (внутренний)   толщина стенки   .

     

      3.4. Проверка толщины труб по максимальному пьезометрическому напору.





3.4.1.   Максимальный пьезометрический напор имеет место в точке А трубопровода и равен:



где .

3.4.2. Определение сопротивления трубопровода для выбранного стандартного диа- метра труб:





 м в.ст.

      3.4.3.  Определение максимального давления в точке А:







 .

принимаем  МПа.

      3.4.4. Минимально допустимое значение толщины труб определяем по формуле:

,  м,

где - допустимое напряжение на растяжение для материала труб, МПа (для стальных труб =380 МПа);



Таким образом, принятые к установке трубы имеют толщину стенки , превышающую допустимую .





Определение пьезометрического и полного напоров 

в конечных точках трубопровода А и Е





 4.1.1.  Пьезометрический напор в точке А:





4.1.2. Полный напор в точке А:             ,

где - оптимальная скорость движения жидкости, равная







  



4.1.3. Пьезометрический напор в точке Е  равен свободному напору:



4.1.4. Полный напор в точке Е:









По исходным данным геометрических отметок точек А, В, С, D, Е (, , , ,  ) и протяженности участков между этими точками откладываем их значение в определенном масштабе от плоскости сравнения (0-0) и строим линию геометрических напоров. Аналогично, откладывая значения полных и пьезометрических  напоров в точках А и Е трубопровода и соединяя их вершины прямыми линиями, получим линии полного и статического напоров. Пьезометрические напоры в точках В, С, D определяются графическим методом как разность между статическим и геометрическим напорами в соответствующих точках. Изменение напоров по длине трубопроводов представлено на рис 4.1.     

                                                  

Рис. 4.1.   График изменения напоров по длине трубопровода

















Построение напорной характеристики трубопровода



Уравнение напорной характеристики рассматриваемого трубопровода имеет вид:



где   - геометрическая высота, м;

         - сопротивление трубопровода, . 



Задаваясь 5-6 произвольными значениями расхода жидкости Q от 0 до заданного максимального значения, вычисляем Н и строим характеристику трубопровода.

В табл. 5.1. приведены значения Н при различных расходах жидкости.



                                                                                                                     

                                                                                                                       Таблица 5.1.

, 

0

30

50

80

100

125

, 

72,0

72,8

75,0

80,8

89,7

103,7



Напорная характеристика трубопровода представлена на рис 5.1.



                 

Рис 5.1.   Напорная характеристика трубопровода



























Вывод



При выполнении курсовой работы по выбору оптимального диаметра трубопровода для транспортирования воды на основе гидравлического и технико-экономического расчетов, построению графика напоров по длине трубопровода и его напорной характеристики, был выбран диаметр (внутренний) равный    толщина стенки   . При этом проведена проверка принятой толщины стенок труб по максимальному напору, который составил МПа. Также определены пьезометрический и полный напоры в конечных точках трубопровода А и Е равных:   ;   

























































7. Литература



1. 

Альтщуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П.  Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987.- 410 с.

2.

Чугаев Р.Р.  Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982.- 672с.  

3.

Альтщуль А.Д., Калицун В.И., и др.  Примеры расчетов по гидравлике. М.: Стройиздат, 1976.- 256 с.

4.

Большаков В.А., Константинов Ю.М. и др.  Справочник по гидравлике. К.: Вища школа, 1984.-224 с.

5.

Борисов С.Н., Даточный В.В.  Гидравлический расчет газопроводов. М.: Энергия, 1972.