Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал УГНТУ в г. Октябрьском

Кафедра механики и технологии машиностроения

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика»

Расчет гидравлической циркуляционной установки

Выполнил студент гр.

Генди Кирилос Рамзи

Проверил:

Гусейнова Елена Лазаревна

Уфа 2023



ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине «Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика»

Тема работы:

«Расчет гидравлической циркуляционной установки»

Исходные данные: вариант № 99

Вариант	99
Q, л/с	12
с1, кг/м3	850
н1, см2/с	0,06
l1, м	10
l2, м	8
l3, м	8
l4, м	3
l5, м	5
l6, м	125
l7, м	50
l8, м	9
l9, м	200
l10, м	15
lC, м	25
lЭКВ, м	4
d1, мм	159
d2, мм	125
Д, мм	0,5
ДC, мм	0,5
Н3, м	1,2
оКОР	6
оКОЛ	1,2
оЗАД	1,5
РВ, кПа	61
РМ1, кПа	450
dВЕН, мм	40
мВЕН	0,96
с2, кг/м3	750
dНАС, мм	45
мНАС	0,87
д, мм	8



СОДЕРЖАНИЕ

• ЗАДАНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• 2 Описание циркуляционной установки
• 3 Схема гидравлической циркуляционной установки
• 4 Расчет циркуляционной установки
• 4.1 Определение геометрической высоты Н₂
• 4.2 Определение показания дифманометра скоростной трубки
• 4.3 Определение показания ртутного дифманометра расходомера Вентури
• 4.4 Определение установившегося уровня жидкости в промежуточной емкости
• 4.5 Определение разности показаний манометров
• 4.6 Определение суммарных потерь напора в местных сопротивлениях нагнетательной линии и эквивалентной длины
• 4.7 Определение необходимого диаметра самотечного трубопровода
• 4.8 Определение минимальной толщины стальных стенок трубы
• 4.9 Определение суммарных потерь на трение
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

В курсовой работе произведен расчет циркуляционной установки. Эти гидравлические расчеты связаны с применением уравнения Бернулли для потока реальной несжимаемой жидкости, коэффициентом гидравлического и местных сопротивлений, а также с формулами Вейсбаха и Дарси-Вейсбаха для определения потерь на местные сопротивления и на трение соответственно. циркуляционная установка расходомер вентури



2 Описание циркуляционной установки

Циркуляционная установка (рисунок 1) представляет гидравлическую замкнутую систему. Движение жидкости начинается в резервуаре А, из которого жидкость по самотечному трубопроводу поступает в нижний резервуар В. А затем, насосом 4 по трубопроводу, состоящему из десяти последовательно соединенных участков (l₁, l₂, l₃, l₄, l₅, l₆, l₇, l₈, l₉, l₁₀) перекачивается в промежуточную емкость С. Из емкости С жидкость выливается обратно в резервуар А по насадку 7.

На участке насосной установки l₁ установлены: всасывающая коробка с обратным клапаном 1, поворотное колено 2, задвижка 3, вакуумметр P_В.

На линии также установлено три манометра P_М1, P_М2, P_М3. Имеются скоростная трубка 5 и расходомер Вентури 6.

4 Расчет циркуляционной установки

4.1 Определение геометрической высоты Н₂

Поскольку движение жидкости является установившемся, то геометрическая высота Н2 определяется исходя из уравнения Бернулли, которое составляется для двух сечений 1-1 и 2-2. Сечение 1-1 удобнее всего совместить со свободной поверхностью жидкости в резервуаре В. Там же рекомендуется брать плоскость сравнения. Сечение 2-2 необходимо взять во всасывающей линии насосной установки в месте установки вакуумметра Р_В. Уравнение Бернулли для установившегося движения реальной несжимаемой жидкости записывается:

где - высотная отметка начального сечения;

- избыточное давление на свободной поверхности в резервуаре В, равно 0;

- высотная отметка входа в насос, равно 0.

- вакуумметрическое давление на входе в насос;

- суммарные потери напора в первом трубопроводе;

б - коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса). При ламинарном движении в прямой круглой трубе б=2, при турбулентном движении б=1,13ч1,15. При расчете трубопроводов практически можно полагать б=1;

Средняя скорость движения жидкости в трубопроводе от коробки до вакуумметра:



Рассчитываем число Рейнольдса:

Рассчитываем переходные числа Рейнольдса:

Полученное число Рейнольдса лежит в промежутке между и , из чего следует, что в трубопроводе турбулентный режим течения, зона смешанного трения. Коэффициент Кориолиса для инженерных расчетов можно принять равным единице.

Коэффициент гидравлического сопротивления определяем по формуле Альтшуля:

??=0,11(68/????+ к_э /??)^0.25,

??₁=0,11(68/14691+ 0,15/100)^0.25=0,0308,

??₂=0,11(68/18137+ 0,15/81)^0.25=0,0301.

При 2320<????<????_I режим движения турбулентный, зона гидравлически гладких труб, и л определяем по формуле Блазиуса:

??=0,3164/????^0,25.

Рассчитываем суммарные потери напора в первом трубопроводе:

где (всасывающая коробка),

(колено и задвижка).

Из уравнения Бернулли определяем :

4.2 Определение показания дифманометра скоростной трубки

Для определения показания дифманометра скоростной трубки используется уравнение Бернулли и уравнение сообщающихся сосудов

Отсюда h равно



4.3 Определение показания ртутного дифманометра расходомера Вентури

Определение показания ртутного дифманометра расходомера Вентури производится с использованием уравнения Бернулли, которое записывается для двух сечений. Первое сечение берется перед сужением, второе в суженной части водомера. Поскольку трубопровод расположен горизонтально, поэтому z₁=z₂.

Потерями напора вследствие малой длины участка можно пренебречь.

С другой стороны, по закону сообщающихся сосудов

С учетом коэффициента расхода трубки Вентури м_ВЕН формула для нахождения показаний будет выглядеть следующим образом



4.4 Определение установившегося уровня жидкости в промежуточной емкости

Для определения установившегося уровня жидкости в промежуточной емкости используется уравнение Бернулли.

В расчете необходимо учитывать потери напора, возникающие при прохождении жидкости в ёмкость через насадок. Потери учитываются с помощью коэффициента расхода насадка.

4.5 Определение разности показаний манометров

Для определения разности показаний манометров используется уравнение Бернулли.

Плоскостью сравнения является трубопровод, первое сечение берется в месте установки первого манометра, второе сечение в месте установки второго манометра.

Поскольку трубопровод расположен горизонтально, геометрические напоры равны. z₁=z₂.

Скоростные напоры в первом и втором сечениях также равны.

Разница показаний манометров будет равна потерям напора на трение, которые определяются по формуле Дарси-Вейсбаха.

4.6 Определение суммарных потерь напора в местных сопротивлениях нагнетательной линии и эквивалентной длины

Местные сопротивления в линии нагнетания представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Местные сопротивления и их количество

Колено (о = 1,5)	3
Плавный поворот (о = 0,5)	1
Вентиль (о = 2)	1
Вентури (о = 2)	1
Выход из трубы (о = 1)	1
Уо	10,0

Эквивалентная длина местного сопротивления находится по формуле

4.7 Определение необходимого диаметра самотечного трубопровода

Определение необходимого диаметра самотечного трубопровода d_С производится графоаналитическим способом. Задаются значения диаметра d_Ci, и для каждого варианта рассчитываются потери напора, возникающие при прохождении жидкости по самотечному трубопроводу.

Потери напора определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

где - суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений самотечного трубопровода.

По уравнению Бернулли

Для примера рассчитаем потери в самотечном трубопроводе при диаметре трубопровода 60 мм:

Рассчитываем переходные числа Рейнольдса

Полученное число Рейнольдса лежит в промежутке между и , из чего следует, что в первом трубопроводе турбулентный режим течения, зона смешанного трения.

Коэффициент гидравлического сопротивления определяем по формуле Альтшуля:

Средняя скорость движения жидкости в трубопроводе равна:

Суммарные потери напора в трубопроводе:

Аналогичные действия выполняются для других диаметров (таблица 2).

Таблица 2 - Расчет гидравлической характеристики самотечного трубопровода

dС, мм	dС, мм	хС, м/с	ReС	ReIС	ReIIС	лС	УhС, м
86	0,086	2,58	17083	6450	215000	0,0310	9,188
88	0,088	2,47	16695	6600	220000	0,0310	8,203
90	0,09	2,36	16324	6750	225000	0,0311	7,343
92	0,092	2,26	15969	6900	230000	0,0312	6,590
94	0,094	2,16	15629	7050	235000	0,0312	5,929
96	0,096	2,07	15303	7200	240000	0,0313	5,347
98	0,098	1,99	14991	7350	245000	0,0313	4,832
100	0,1	1,91	14691	7500	250000	0,0314	4,376
102	0,102	1,84	14403	7650	255000	0,0314	3,972
104	0,104	1,77	14126	7800	260000	0,0315	3,612
106	0,106	1,70	13860	7950	265000	0,0316	3,290
108	0,108	1,64	13603	8100	270000	0,0316	3,003
110	0,11	1,58	13356	8250	275000	0,0317	2,746
112	0,112	1,52	13117	8400	280000	0,0318	2,515



Рисунок 2 - Зависимости потерь напора от диаметра в самотечном трубопроводе

Из рисунка 2:

.

4.8 Определение минимальной толщины стальных стенок трубы

Минимальная толщина стальных стенок трубопровода определяется из условия недопущения их разрыва в момент возникновения гидравлического удара. Гидравлическим ударом является резкое изменение давления в трубопроводах при изменении скорости движущейся в них жидкости. Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле Н.Е. Жуковского:

где с - плотность жидкости;

с - скорость распространения ударной волны;

- начальная скорость движения жидкости.

Скорость ударной волны определяется по формуле

где k - объёмный модуль упругости жидкости (по плотности примем, что жидкость - масло турбинное), 1717•10⁶ Па;

д - толщина стенок трубопровода, мм;

Е - объёмный модуль упругости материала трубопровода, 2,06•10¹¹ Па.

Материал труб примем Ст20 с пределом текучести у_Т = 245 МПа для труб по ГОСТ 8731-87. Также примем, что допускаемые напряжению будут соответственно равны пределу текучести для Ст20.

Минимальная допустимая толщина стенки может быть найдена по формуле

4.9 Определение суммарных потерь на трение

Общие потери на всасывании уже определены Уh_1-2 = 4,29 м.

Участок 3 - 4 не имеет местных сопротивлений и включает длины l₃ и l₄ при диаметре d₁

Участок 5 - 10 имеет местные сопротивления, потери напора на которые уже рассчитаны, и включает длины l₅, l₆, l₇, l₈, l₉, l₁₀ при диаметре d₂



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнение курсовой работы были получены знания по моделированию и расчету гидравлического оборудования и трубопроводных систем.

Были освоены следующие компетенции:

- ОПК-1-3. Способен решать задачи, относящиеся к профессиональной деятельности, применяя методы моделирования, математического анализа, естественнонаучные и общеинженерные знания.

- ОПК 1.1. Использует в профессиональной деятельности основные законы естественнонаучных и общетехнических дисциплин, правила построения схем и чертежей.

- ОПК 1.2. Выполняет интерпретацию промысловых данных, проводит технико-экономический анализ, составляет рабочие проекты в составе творческой команды.

- ОПК 1.3. Решает конкретные производственные и исследовательские задачи на основе понимания физической сущности и особенности основных технологических процессов нефтегазовой промышленности, функционала основных технологических объектов, с учетом нормативной литературы.

В результате работы определены общие потери напора в циркуляционной системе в линии всасывания и нагнетания. Они составляют 100,33 м. Определена минимальная толщина стенки из условия недопущения разрыва металла труб при гидравлическом ударе. Толщина стенки равна 8 мм больше минимально допускаемой, следовательно условие прочности выполняется.

Также определены показатели измерительных приборов, таких как скоростная трубка, расходомер Вентури, дифманометр и др.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. -- 2-е изд., перераб. --М.: Машиностроение, 1982.--432 с., ил.

2 Гусейнова, Е.Л. Гидравлика [Текст]: учеб. Пособие /Е.Л. Гусейнова. - Уфа: Издательство УГНТУ,2014.-150 с.

3 Учебно-методическое пособие к выполнению курсовой работы по дисциплине "Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика"/ Л.Р.Байкова, Э.С.Бахтегареева, А.А.Гудникова.

4 Гусейнова, Е.Л. Гидравлика [Текст]: учеб. пособие для практических занятий /Е.Л. Гусейнова.- Уфа: Издательство УГНТУ, 2015.- 42 с.

5 Сборник задач по машиностроительной гидравлике. [Текст] /Под ред. И.Н. Куколевского, Л.Г. Подвидза,- М.: Машиностроение, 1981. - 464 с.

6 Басниев, К.С. Нефтегазовая гидромеханика [Текст]: учебник / К.С. Басниев, Н.М. Дмитриев, Г.О. Розенберг. - М.; Ижевск: ИКИ, 2003. - 480 с.

Размещено на Allbest.ru

...