О САЙТЕ
Добро пожаловать!

Теперь вы можете поделиться своей работой!

Просто нажмите на значок
O2 Design Template

ФИМ / ТНГМ / КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине: «Гидравлика» на тему: «Расчет гидравлической циркуляционной установки».

(автор - student, добавлено - 16-05-2014, 20:11)

СКАЧАТЬ:  kursach-po-tsa-2.zip [454,92 Kb] (cкачиваний: 410)

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 1. Введение

3

2. Описание циркуляционной установки

7

3. Схема циркуляционной установки 

8

4. Расчетная часть

9

4.1. Определение геометрической высоты всасывания насоса Н2 

9

4.2. Определение показания дифманометра (или дифпьезометра) скоростной  трубки

13

 4.3. Построение эпюры скоростей для сечения в месте установки скоростной трубки 

14

 4.4.Определение показания дифманометра расходомера Вентури  

16

 4.5.Определение установившегося уровня жидкости в промежуточной емкости Н1 

18

 4.6.Определение разности показаний манометров Рм2   и  Рм3  

20

 4.7.Определение суммарных потерь напора в местных сопротивлениях нагнетательной линии и их суммарную эквивалентную длину   

22

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

23

 4.9.Определение минимальной толщины стальных стенок  трубы d2 , при которой не происходит ее разрыва в момент возникновения прямого гидравлического удара

25

 4.10. Определение полезной мощности насоса

26

5. Заключение

28

Список  литературы

29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

по дисциплине:  «Гидравлика»

 

на тему: «Расчет гидравлической циркуляционной установки».

 

 

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по курсу «Гидравлика»

 

 

Тема работы: «Расчет гидравлической циркуляционной установки»

 

 

Содержание работы:                            Исходные данные: вариант № 13

 

  1. Введение.
  2. Описание циркуляционной установки.
  3. Схема циркуляционной установки.

4.   Расчетная часть:

       4.1.Определение геометрической высоты всасывания насоса.

       4.2.Определение показания дифманометра (или дифпьезометра) скоростной трубки.

      4.3. Построение эпюры скоростей.

      4.4.Определение показания дифманометра расходомера Вентури.      

      4.5.Определение установившегося уровня жидкости.

      4.6.Определение разности показаний манометров.

      4.7.Определение суммарных потерь напора в местных сопротивлениях.

      4.8.Определение необходимого диаметра самотечного трубопровода.

      4.9. Определение минимальной толщины стальных стенок  трубы.

      4.10. Определение полезной мощности насоса.

  1. Выводы.

 

Рекомендуемая литература:

1.Зозуля Н.Е. Курсовая работа по дисциплине «Гидравлика». Методическое пособие АГНИ, 2001 г.

2.Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г.Д. «Нефтегазовая гидромеханика». Москва-Ижевск:Институт компьютерных исследований, 2003.-480 с.

3. Киселев П.Г. «Гидравлика. Основы механики жидкости». Учебное пособие.-М.:Энергия, 1980.-360 с.

4. Раинкина Л.Н. «Гидромеханика». Москва 2006, РГУ им. Губкина

5. Общие рекомендации по выполнению курсовых работ, курсового и дипломного проектирования. –Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2004.-67 с.

Срок  защиты работы до ___________________

 

 

 

 

«Утверждаю»

Руководитель курсовой работы

_________ __________________ 

                                                                                                                                                              (подпись)               (Ф.И.О. преподавателя)

«_____»______________200__г.

 

 

ГРАФИК

написания, оформления и сдачи курсовой работы по дисциплине

«Гидравлика» на тему: «Расчет гидравлической циркуляционной установки »

студента группы _________        __________________________

                                                         (№  группы)                                      (Ф.И.О.  студента)

 

 

п/п

Выполнение работы и мероприятия

Срок выполнения

Отметка о выполнении и решение руководителя

1

Подбор литературы ее изучение и обработка

 

 

2

Доклад о собранном материале и ходе разработки курсовой работы

 

 

3

Составление плана курсовой работы и согласование его с руководителем

 

 

4

Разработка и представление теоретической части

 

 

5

Разработка и представление расчетной части

 

 

6

Согласование с руководителем выводов и предложений

 

 

7

Переработка (доработка) курсовой работы в соответствии с замечаниями и представление ее на кафедру

 

 

8

Защита курсовой работы

 

 

 

Студент группы___________                      __________________         _____________

                               (№ группы)                                                          (Ф.И.О. студента)                       (подпись)

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Гидравлика может быть определена как прикладная механика жидкости. Она является основой таких дисциплин, как гидроэнергетика, водоснабжение и канализация, гидравлические машины(турбины, насосы, компрессоры), трубопроводный транспорт. Значительна роль этой науки в химической технологии, легкой промышленности, автоматики.

В современной промышленности нет области, где не проводятся гидравлические расчеты процессов, устройств и механизмов.

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.

Для каждой из этих отраслей характерен свой круг гидродинамических задач и соответствующих методов их решения. Однако все они основываются на общих законах движения и покоя жидкостей и газов, а также на некоторых общих методах описания гидродинамических явлений.

Вопросами гидравлики человек интересовался еще с древности. За несколько тысяч лет до нашей эры в Египте, странах Ближнего и Среднего Востока, в Индии и Китае люди уже умели строить платины и каналы. Примерно в тоже время появились первые гидравлические двигатели – водяные колеса.

Первым научным трудом о законах равновесия жидкостей считают трактат Архимеда «О плавающих телах», написанный за 250 лет до нашей эры. После этого появились работы Леонардо да Винчи «О движении и измерении воды» (1452-1519).

В 1565 г. была опубликована работа голландского ученого Симона Стевина (1548-1620 гг.) «Начала гидростатики». В работах Галилея (1564-1642 гг.) рассмотрены закономерности пребывания тел в воде. Торричелли (1608-1647 гг.), исследуя течение жидкости из отверстия, нашел известную

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

формулу для скорости течения. Паскаль (1623-1662 гг.) вывел закон о передаче давления в жидкостях.

В 1738 г. в книге «Гидродинамика» Даниил Бернулли опубликовал уравнение, в котором устанавливалась связь между давлением, скоростью движения и положением рассматриваемой массы жидкости при установившемся движении.

В 1755 и 1756 гг. появляются работы Леонарда Эйлера, где он впервые дает полную систему уравнений движения идеальной жидкости.

Основоположниками гидравлики как самостоятельной науки являются члены Петербургской академии наук Д.Бернулли и Л.Эйлер. В 1738 г. была опубликована работа Д. Бернулли «Гидродинамика или записки о силах движения жидкости», в которой установлена связь между давлением и скоростью в элементарной струйке тяжелой «идеальной» жидкости.

М.В.Ломоносов (1711-1765 гг.) изучал условия работы гидротехнических сооружений  и занимался исследованием движения воздуха в родниках.

В 1791 г. вышло первое русское печатное руководство по гидравлике А.Колмакова «Карманная книжка для вычисления количества воды, вытекающей через трубы, отверстия или по желобам, а также и силы, какою они ударяют, стремясь с данной скоростью».

В конце ХVIII и начале ХIХ веков во Франции появляются работы Шези по движению воды в каналах и трубах и Дарси – по напорному движению воды в трубах.

В 1883 г. Н.П. Петров разработал гидродинамическую теорию смазки, уточнил гипотезу о внутреннем трении в движущейся жидкости.

В 1889 вышла работа Н.Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», в которой дана теория гидравлического удара. Жуковским впервые были введены основные дифференциальные уравнения движения грунтовых вод.

Л.С. Лейбензоном (1879-1951 гг.) и его учениками создана российская армия фильтрации.

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

В развитии нефтяной гидравлики роль русских и советских ученых проявилась особенно ярко. В.Шухов (1853-1939 гг.) разработал основы гидравлического расчета трубопроводов, которые затем развили Л.Лейбензон (1879-1951 гг.) и его ученики И.Чарный (1909-1967 гг.), В.Черникин (1912-1965 гг.) и др. На базе работ Павловского Н.Н. (1884-1937 гг.) Лейбензон заложил основы новой науки «Подземная гидравлика», которую успешно развивали его ученики И.А.Чарный, В.Н.Щелкачев, Б.В.Лапук и созданные ими школы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

2. ОПИСАНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

 

Жидкость по самотечному трубопроводу поступает из верхнего резервуара А в нижний резервуар В, откуда насосом перекачивается в промежуточную емкость С и  из нее выливается в резервуар А.

На всасывающей линии насосной установки имеется всасывающая коробка с обратным клапаном 1, поворотное колено 2, задвижка 3, вакуумметр Рв. На нагнетательной линии установлены манометры Рм1, Рм2, Рм3, скоростная трубка 5 и расходомер Вентури 6. Промежуточная емкость С в донной части имеет насадок 7.

 

                                      ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Вариант №1

 

Величина

Значение

 

Величина

Значение

ρ1, кг/м3

760

 

∆, мм

0,1

υ1, см2

0,007

 

с, мм

0,2

l1, м

10

 

Н3, мм

0,5

l2, м

8

 

ζкор

10

l3, м

3

 

ζкол

1,0

l4, м

1

 

ζзад

2,0

l5, м

3

 

dвен, мм

30

l6, м

100

 

μвен

0,94

l7, м

50

 

hвен, мм.рт.ст.

166

l8, м

5

 

ρ2, кг/м3

0

l9, м

190

 

Рв, кПа

40

l10, м

3

 

Рм1, кПа

145

lс, м

20

 

dнас

30

lэкв, м

2

 

μнас

0,9

d1, мм

81

 

d2, мм

68

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

4. РАСЧЕТ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

 

4.1. Определение геометрической высоты всасывания насоса Н2  

Для определения геометрической высоты всасывания насоса Н2 рассмотрим два сечения А-А (поверхность жидкости в нижнем резервуаре В) и В-В (в месте установки вакуумметра Рв во всасывающей линии насосной установки). Мы имеем дело с установившимся движением вязкой несжимаемой жидкостью. Запишем уравнение Бернулли для сечения А-А и В-В:

                 (1.1)

где , - расстояния от сечений А-А и В-В соответственно до некоторой произвольно  выбранной горизонтальной плоскости (м);

, - давления в сечениях А-А и В-В соответственно (Па);

- плотность циркулирующей жидкости (кг/м3);

g -  ускорение свободного падения (м2/с);

VA-A ,VB-B - скорость течения жидкости в сечение А-А и В-В соответственно (м/с);

, - коэффициенты Кориолиса, которые учитывают неравномерность распределения скоростей в сечениях А-А и В-В соответственно;

- потери напора на участках между выбранными сечениями.

Выберем сечение А-А за начало отсчёта, тогда zА-А=0 и zВ-В2.

VA-A=0, так как уровень в нижнем резервуаре В установившийся.

, так как резервуар В открыт.

- разность атмосферного и вакуумного давления.

Для решения практических задач коэффициент Кориолиса можно принять равным единице, т.е. .

 , где Q – расход жидкости (м3); S- площадь поперечного сечения (м2).

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

В результате формула (1) примет вид:

    

                    (1.2)

Для определения Н2 необходимо определить расход Q и потери напора hA-B.

 

Определение расхода жидкости

Для определения расхода жидкости рассмотрим ртутный дифманометр расходомера Вентури.

Запишем уравнение неразрывности для сечений 1-1 и 2-2:

Q1=Q2, следовательно V1·S1=V2·S2                   (1.3)

Из полученного равенства выразим скорость V2 :

V2=V1· S1/ S2              (1.4)

Запишем уравнение Бернулли для двух сечений 1-1 и 2-2:

                  (1.5)

где z1 и z2 - расстояния от сечений А-А и В-В соответственно до некоторой  произвольно выбранной горизонтальной плоскости;

P-давления в сечениях А-А и В-В соответственно;

ρ-плотность циркулирующей жидкости;

g-ускорение свободного падения;

V- скорость течения жидкости в сечениях А-А и В-В соответственно;

α-силы Кориолиса, которые учитывают неравномерность распределения скоростей в сечениях А-А и В-В соответственно;

hА-В -потери напора на участках между выбранными сечениями.

Выберем ось трубопровода за начало отсчета, тогда z1=z2=0, т.к. трубопровод горизонтален. Предположим, что по трубопроводу течет идеальная жидкость. Это позволяет не учитывать потери напора hА-В=0.

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

α12=1 (для практических расчетов).

Запишем уравнение Бернулли с учетом всех утверждений:

            (1.6)

Подставив в это уравнение (1.4) получаем:

(1.7)

Из рисунка видно, что

           (1.8)

Теоретический расход будет меньше, т.к. существуют потери напора. Учтем это с помощью поправочного коэффициента, который называется коэффициентом расхода μ.

                    (1.9)

Подставим в (1.9) уравнение (1.7) с учетом (1.8) :

 

В итоге имеем:        (м³/с)

Это выражение и является конечной расчетной формулой  определения расхода жидкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

Определение потерь напора

Определим потери напора hА-В.

hА-В=hд+hм (1.10) , где hд - потери напора по длине трубопровода (м); hм- потери напора от местных сопротивлений.

hм= hкор +hкол+hзад , где hкор- потери напора на коробке всасывающей линии (м); 

hкол- потери напора на колене всасывающей линии (м);

hзад- потери напора на задвижке всасывающей линии (м).

   (1.11)

 

 

hд=hд1+hд2 , где hд1- потери напора на участке трубопровода l1;

hд2- потери напора на участке трубопровода l2.

 ; ;               (1.12)

 

 где - коэффициент гидравлического сопротивления для соответствующего участка.

Для определения λ1 и λ2 необходимо определить режим течения жидкости на соответствующих участках трубопровода. Для этого определим числа Re для этих участков:

                             (1.13)

где ν- кинематическая вязкость циркуляционной жидкости (м2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

Имеем, что Re1>Reкр=2300  на участке трубопровода l1 турбулентный режим течения; Re2>Reкр=2300  на участке трубопровода l2 турбулентный режим течения.

Для определения коэффициента гидравлического сопротивления трения существуют много различных формул. Удобно пользоваться следующими формулами. Для турбулентного режима движения:

λ=0,11(68/Rе+ ∆/d), Rе > 2000÷2320.    (1.14)

Определим тип трубопровода (шероховатый или гладкий) на участках трубопровода l1 и l2. Для этого определим значения величин обратной относительной шероховатости для обоих рассматриваемых участков:

 

     Оба участка принадлежат зоне шероховатых труб, т.к. их числа Re принадлежат промежуткам:

 

 для первого и второго промежутков соответственно. Следовательно, для определения λ1 и λ2 воспользуемся формулой Альтшуля:

 

 

 

 

Найдём суммарные потери напора для участков l1 и l2:

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

Подставим полученные нами значения в формулу (1.10) и получим необходимую величину:

hА-В=hд+hм=0,9267+0,273=1,2 м.

 По формуле (1.2) определим геометрическую высоту всасывания насоса Н2:

.

 

 

 

 

 



 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

4.2. Определение показания дифманометра

(или дифпьезометра) скоростной трубки.

 

Запишем уравнение Бернулли для осевой трубки:

 

где , - расстояния от сечений А-А и В-В соответственно до некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости (м);

, - давления в сечениях А-А и В-В соответственно (Па);

- плотность циркулирующей жидкости (кг/м3);

g -  ускорение свободного падения (м2/с);

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

, - коэффициенты Кориолиса, которые учитывают неравномерность распределения скоростей в сечениях А-А и В-В соответственно;

- потери напора на участках между выбранными сечениями.

Выберем ось трубопровода за начало отсчёта, тогда z1=z2=0. Потерями напора между сечениями пренебрегаем hA-B=0. V2=0, т.к. жидкость внутри дифманометра почти неподвижна.  α12=1, (для практических расчётов).

В итоге имеем:    (2.1).

Из рисунка видно разность давлений:           

В результате уравнение (2.1) примет вид:                        (2.2)

Имеем расчетную формулу для определения показания дифманометра:

                (2.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

4.3. Построение эпюры скоростей для сечения

в месте установки скоростной трубки.

 

Анализируя схему циркуляционной установки можно сделать вывод, что расход жидкости постоянный в любом сечении трубопровода. Следовательно, режим течения жидкости зависит от диаметра трубопровода на рассматриваемом участке. Это, в свою очередь, говорит об идентичности режима течения на участках трубопровода с одинаковыми диаметрами. В месте установки скоростной трубки режим течения идентичен режиму течения на участке трубопровода всасывающей линии. Следовательно, мы имеем ламинарый режим течения, который  происходит в зоне сопротивления гладких труб.

         Формула для распределения скоростей в круглой трубе при турбулентном режиме в зоне шероховатых труб имеет следующий вид:

         (3.1),

где U – местная скорость в данной точке сечения (м/с),

d1- диаметр трубопровода (м),

y – расстояние от оси трубопровода (м),

∆- эквивалентная шероховатость стенок труб (м),

h – показание дифманометра скоростной трубки,

 - кинематический коэффициент вязкости.

Для построения эпюры скоростей зададим значения y в интервале от 0 до d1/2 с шагом 5мм. Вычислим для каждого значения у местную скорость. По результатам составим таблицу  и построим график.                                                                                                                

 

y, мм

 

0

5

10

15

20

25

30

35

40

u, м/с

 

1,1780

1,1615

1,1425

1,1201

1,0928

1,0578

1,0090

0,9280

0,6278

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

4.4. Определение показаний ртутного дифманометра

расходомера Вентури.

 

Известно по условию и равно:

.

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

4.5. Определение установившегося уровня жидкости

в промежуточной емкости Н1.

 

         Для определения установившегося уровня жидкости в промежуточной ёмкости Н1 составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2.

 (5.1)

где  расстояние от сечений А-А и В-В соответственно до некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости (м);

 р – давления в сечениях А-А и В-В соответственно (Па);

– плотность циркулирующей жидкости (кг/м3);                   1                        1

gускорение свободного падения (м2);                                                    Н1

 скорость течения жидкости в сечении А-А и В-В                                        соответственно (м/с);                                                            2                      2                    

 коэффициенты Кориолиса, которые учитывают                                

неравномерность распределения скоростей в сечениях

А-А и В-В соответственно.

 потери напора на участках между выбранными сечениями.

         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 (5.1) с учётом всех утверждений:

                 (5.2)

Зная расход можно определить :                    (5.3)

 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

Подставляя (5.3) в (5.2):

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

                 (5.4)

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

Лист

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

 

 

 

4.6. Определение разности показаний манометров рм2 и рм3.

 

Для сечений рм2 и рм3 уравнение Бернулли имеет вид:

  (6.1)

где , - расстояния от сечений рм2 и рм3 соответственно до некоторой произвольно  выбранной горизонтальной плоскости (м);

(), () - давления в сечениях рм2 и рм3 соответственно (Па);

- плотность циркулирующей жидкости (кг/м3);

g -  ускорение свободного падения (м2/с);

V2 ,V3 - скорость течения жидкости в сечениях рм2 и рм3 соответственно (м/с);

, - коэффициенты Кориолиса, которые учитывают неравномерность распределения скоростей в сечениях рм2 и рм3 соответственно;

- потери напора на участках между выбранными сечениями.

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

α1=α2=1, (для практических расчётов).

Потери напора между выбранными сечениями  определяются только потерями напора по длине трубопровода, т.к. местных сопротивлений на данном участке нет

V2 =V3 , т.к. расход и площадь поперечного сечения одинакова для сечений рм2 и рм3.

В итоге (1) примет вид:

   (6.2)

Потери напора по длине трубопровода определяются по формуле Дарси-Вейзбаха:

 

 








Ключевые слова -


ФНГ ФИМ ФЭА ФЭУ
Copyright 2018. Для правильного отображения сайта рекомендуем обновить Ваш браузер до последней версии!