Курсовая работа: Гидравлический расчёт сложного трубопровода

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии»

Курсовая работа

Гидравлический расчёт сложного трубопровода

по дисциплине: «Механика жидкости и газа»

Выполнил:

студент группы 10802119

Шульгат М.Е.

Принял:

Рекс А.Г

Минск 2020

Задание

к курсовой работе «Гидравлический расчёт сложного трубопровода»

Определить потери давления и расходы жидкости на всех участках трубопровода, при нормальном и аварийном режиме работы разветвлённого участка.

Трубопровод имеет три участка: магистральный, параллельный и разветвлённый. Полный расход жидкости в трубопроводе равен 1200 м³/ч.

Магистральный трубопровод имеет компенсаторы через каждые 100м длины и следующие параметры:

Таблица 1

Падение давление в ветвях параллельного трубопровода обусловлено местными сопротивлениями, включающими:

Таблица 2

Разветвлённый трубопровод Р состоит из двух линий, соединённых на случай аварийной ситуации перемычками П₁ П₂ П₃, которые в нормальном режиме перекрыты. В аварийной ситуации осуществляется выключение соответствующих участков сети, а питание остальных обеспечивается через ту или иную перемычку. В нормальном режиме расход жидкости через все ответвления линий 1-8 одинаков и равен 150 м³/ч. Диаметр труб ответвлений 1-8 равен 125 мм. Падение давления в ответвлениях происходит на местных сопротивлениях. Коэффициент сопротивления линейных участков I-VIII принять равным 0,02.

Параметры участков I-VIII следующие:

Таблица 3

В аварийном режиме закрыты вентили на участках I,IV, П₁ остальные открыты, полный расход жидкости не изменяется.

Р₀= 610⁵ Н/м² ? 6 атм - давление в начальной точке разветвлённого участка;

Р_к= 10⁵Н/м² ? 1 атм - давление в конечных точках разветвлённого участка;

L_п= 200 м, d_п= 359 мм- длина и диаметр перемычки.

Результаты расчёта разветвлённого трубопровода свести в таблицы:

Распределение расходов и потерь давления в ветвях 1 - 8

Распределение расходов и потерь давления на линейных участках I - VIII

1. Расчёт потерь давления в магистральном трубопроводе

Магистральный трубопровод имеет компенсаторы через каждые 100м длины и следующие параметры:

Перепад давления , необходимый для транспортировки жидкости на расстояние L, складывается из перепада, необходимого для преодоления сопротивления при стабилизированном движениии местных сопротивлений , то есть .

Потери при стабилизированном движении и местных сопротивлений можно вычислить из формул Дарси-Вейсбаха:

,[Па]

,[Па]

где - гидравлический коэффициент трения;

L- длина трубопровода, м;

- диаметр трубопровода, м;

- коэффициент местного сопротивления;

- плотность жидкости в трубопроводе,;

- скорость потока жидкости в трубопроводе, .

Так как трубопровод круглого сечения, то площадь его сечения можно найти по формуле:

[м²]

Полный расход жидкости в трубопроводе выражается формулой:

Подставляя эти формулы в формулы расчёта потерь давления при стабилизированном движении и местных сопротивлениях получим:

,

,

Записав полученные выражения в формулу перепада давлений, получим:

получим

Через каждые100м длины трубопровода установлены лирообразные компенсаторы, которые играют роль местных сопротивлений, т.е. n=14.

Для лирообразного компенсатора коэффициент местного сопротивления равен =2,6.

Температуру воды в трубопроводе возьмём равной 20. Тогда плотность воды равна коэффициент вязкости воды равен

Вычислим гидравлический коэффициент трения . Для этого необходимо определить зону сопротивления, вычислив число Рейнольдса и определив эквивалентную шероховатость , определяемую материалом труб и степенью их износа. Для новых бетонных труб . Число Рейнольдса определяется по формуле:

,

где - кинематический коэффициент вязкости, зависящий от температуры воды. Число Рейнольдса, равно:

Следуя из неравенства , получаем зону квадратичного сопротивления, для которой коэффициент трения находится по формуле Шифринсона, где - относительная шероховатость.

Получим перепад давления , равный:

Из уравнения Бернулли выразим разность статических давлений , учитывая что скорость потока жидкости в трубе постоянна :

Па

2. Расчёт потерь давления в параллельном трубопроводе

Падение давления в ветвях параллельного трубопровода обусловлено местными сопротивлениями, включающими:

При параллельном соединении трубопроводов все они имеют общие начальную и конечную точки. Уравнение Бернулли для начального и конечного сечения каждого трубопровода будет иметь один и тот же вид:

Следовательно, потери давления во всех ветвях параллельного соединения будут одинаковы:

, где .

Из уравнения неразрывности сумма расходов в ветвях равна полному подводимому расходу:

Решим систему уравнений:

Получим уравнение:

Падение давлений в ветвях происходит на местных сопротивлениях.

Примем следующие коэффициенты местного сопротивления:

1) Задвижка (простая задвижка на трубе круглого сечения диаметром d): , при

2) Вентиль(с прямым затвором):

3) Колено(с острыми кромками в месте поворота):

, при

4) Клапан(шарнирный клапан):

, при

5) Тройник:

Коэффициент местного сопротивления равен:

Получим ₁ для первой ветви параллельного трубопровода ₁=57,4, для второй ветви - ₂=42,4, а для третьей - ₃=47,4.

Рассчитаем С₁, С₂ и С_3.

Найдём объёмный расход жидкости в первой ветви трубопровода

Следовательно, потери давления в параллельном трубопроводе:

3. Расчёт потерь давления и расхода жидкости в разветвлённом трубопроводе

Разветвлённый трубопровод Р состоит из двух линий, соединённых на случай аварийной ситуации перемычками П₁, П₂, П₃, которые в нормальном режиме перекрыты. В аварийной ситуации осуществляется выключение соответствующих участков сети, а питание остальных обеспечивается через ту или иную перемычку.

3.1 Расчёт потерь давления и расхода жидкости в разветвлённом трубопроводе при нормальном режиме

В нормальном режиме расход жидкости через все ответвления линий 1-8 одинаков и равен 150 м³ /ч. Диаметр труб ответвлений 1-8 равен 125 мм. Падение давления в ответвлениях происходит на местных сопротивлениях. Коэффициент сопротивления линейных участков I - VIII принять равным 0,02. Полный расход жидкости в трубопроводе равен 1200 м³/ч.

Также дано:

Р₀= 6*10⁵Н/м² =6 атм - давление в начальной точке разветвлённого участка;

Р_к=10⁵Н/м² =1 атм - давление в конечных точках разветвлённого участка.

Для расчёта необходимо составить систему уравнений, пользуясь следующим правилом. Для всех точек разветвления идя от последней к начальной, т.е. против движения жидкости, записываем значения давления в них через давления на всех участках, где оно известно и потери давления на всех участках от этих известных точек до рассматриваемой точки разветвления.

Записываем:

Коэффициент сопротивления линейных участков I - VIII равен 0,02.

Определим потери давления на линейных участках:

Теперь мы можем рассчитать потери давления в разветвлениях трубопровода:

Далее находим значения суммарных коэффициентов местных сопротивлений ответвлений, которые в последующем используются для расчёта трубопровода в аварийном режиме.

По условию:

3.2 Расчёт потерь давления и расхода жидкости в разветвлённом трубопроводе при аварийном режиме работы

В аварийном режиме закрыты вентили на участках I,IV,П₁ остальные открыты. Полный расход жидкости не изменяется.

P₀=600000Па - давление в начальной точке разветвлённого участка;

Р_к = 100000 Па - давление в конечных точках разветвлённого участка;

L_п = 200 м;d_п = 0,359 м - длина и диаметр перемычки.

Обозначим как , тогда мы можем найти:

А на участках I-VIII обозначим . Получим:

В аварийном режиме

Распределение расходов и потерь давления в ветвях 1 - 8