Расчет водопроводной сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина

Курсовой проект

По дисциплине: «Гидравлика»

Студент РГ-07

Кашавкин В.В.

Руководитель

Наумов С.А.

Оренбург 2010

1. Расчет водопроводной сети

водопроводный труба насос

1.1 Исходные данные по РГР № 1

Расчетная трасса водопроводной сети представлена на рис, 1 прилож. Расчетные расходы:

где N - вторая цифра номера группы,

n - номер фамилии студента по списку в журнале преподавателя,

Длины расчетных участков водопровода:



длина всасывающего трубопровода

диаметр емкостей

Д₂=Д₃=10м

Давление на свободную поверхность в емкостях

P₁=P_атм; Р₂=1,5Р_атм; P₃=1атм

Высота столба воды в емкостях

H₂=8м; Н₃=7м

Геодезические отметки

температура перекачиваемой воды 20⁰С

Расчетная трасса трубопроводной сети представлена на рис. 2 прилож. 1

расчетный расход нефтепродукта

80+0,1*1*27=82,7 м³/ч

Длина нагнетательного трубопровода

l_наг=l_1-2 =200+0.1*1*27=202.7 м

Длина всасывающего трубопровода

Давление в емкостях

P₁=P_атм; Р₂=1,5Р_атм

Высота столба жидкости в емкости 2 H₂=5м

Вязкость перекачиваемого нефтепродукта

Плотность перекачиваемого нефтепродукта

Геодезические отметки

1.2 Определение расчетных расходов на отдельных участках

Определение расчетных расходов на отдельных участках начинают с конечных сечеинй 7 и 12 (рис. 1 приложения 1) и выполняют их в направлении, обратной движению жидкости, т. е к сечению 1. В общем случае для любого участка расчетный расход находится по формуле:

(1.1)

Q_р12-11=15,4 м³/ч

Q_р11-10=Q_р11+ Q_р12-11=15,4+15,4=30,8м³/ч

Q_р10-9= Q_р11-10+ Q_р10+0.5*q_10-9*l_10-9=30,8+15,4+0.5*1.5*32.7=70,725м³/ч

Q_р9-8= Q_р10-9+ Q_р9+0.5* q_9-8* l_9-8=70,725+15,4+0.5*1.5*32.7=110,65м³/ч

Q_р8-2=Q_р9-8+Q_р8=110,65+15,4=126,05м³/ч

Q_р7-6=17.7м³/ч

Q_р6-5= Q_р7-6+Q_р6+0.5*q_6-5*l_6-5=17.7+17.7+0.5*22.7*1=46,75м³/ч

Q_р5-4= Q_р6-5+Q_р5=46,75+17,7=64,45м³/ч

Q_р4-3=Q_р5-4+Q_р4+0.5Q_П4-3=64,45+17.7+22,7*0,5=93,5м³/ч

Q_р3-2=Q_р4-3+Q_р3=93,5+15,4=108,9м³/ч

Q_р2-1= Q_р8-2+ Q_р3-2=126,05+108,9=234,95м³/ч

расчетный расход воды на соответствующем участке, м³/ч

расход воды на данном участке (Транзитный ), м³/ч

путевой расход воды, м³/ч

путевые расходы будут на участке 6-5,4-3,10-9,9-8,на любом из этих участков они определяются по формуле

 (1.2)

Q_П6-5=1*22.7=22,7 м³/ч

Q_П4-3=22.7 м³/ч

Q_П10-9=1.5*32.7=49,05м³/ч

Q_П9-8=49,05 м³/ч

удельный путевой расход на единицу длины данного участка м³/ч на один погонный метр

l - длина данного участка, м

На участке I и II трубопровода с параллельным соединением труб расчетные расходы находятся следующим образом

(1.3)

где расчетные расходы соответственно для I-II участков, м³/с

Q - расход воды в сечении до разветвления трубопровода без Q₄ , м³/c

(1.4)

где удельное сопротивление трубопровода на I и II участках, определяемое в зависимости от диаметра и стенок труб 2 с²/м⁶

длина участков, м;

Из формулы (1.4)

(1.5)

В формуле (1.3) подставляют значение Q_п из (1.5) находят Q_I, а затем Q_II по формуле (1.4).

Для участка 2-1 суммируются расчетные расходы: ветвей 3-2 и 8-2. расчетный расход для участка 2-1 Q_р2-1 будет равен подаче насоса Q_н.

Данные расчетных расходов на участках водопроводной сети заносят в табл. 1. Расход воды во всасывающем трубопроводе равен расчетному расходу на участке 2-1.

Таблица 1. Значения расчетных расходов, диаметров труб, скоростей, потерь напора на участках и диаметров труб по ГОСТ

Номер участка	Расчетный расход на участке	Диаметр труб, м	Расчетная скорость на участке, м/с	Потери напора на участке, м
	м3/ч	м3/с	расчетный	по ГОСТ
12-11	15,4	0.0042	0.07	0.100	0.54	57,9
11-10	30,8	0.0085	0.104	0.125	0.87	37,15
10-9	70,725	0.0196	0.158	0.150	1.6	18,16
9-8	110,65	0.0307	0.197	0.200	1.9	5,12
8-2	126,05	0.035	0,2	0.200	2.2	8,95
7-6	17,7	0.0049	0,078	0.100	0.62	64,26
6-5	46,75	0.012	0,128	0.125	1.32	20,8
I(5-4)	32,225	0.008	0.1	0.100	1.14	74,8
II(5-4)	32,225	0.008	0.1	0.100	1.14	93,5
4-3	93,5	0.025	0.18	0.200	1.65	2,8
3-2	108,9	0.03	0.196	0.200	1.92	4,6
2-1	234,95	0.065	0.288	0.300	2.77	1,1
10-20	234,95	0.065	0.316	0.350	2.77	0,67

1.3 Определение диаметров труб расчетных и по ГОСТ

Расчетные диаметры труб на участках водопровода находят по формуле

, (1.6)

d_12-11=0.07м

d_11-10=0.104м

d_10-9=0.158м

d_9-8=0.197м

d_8-2=0,2м

d_7-6=0,078м

d_6-5=0,128м

d_I(5-4)=0.1м

d_II(5-4)=0.1м

d_4-3=0.18м

d_3-2=0.196м

d_2-1=0.288м

d_1-2=0.316м

где d_µ - расчетный диаметр труб на соответствующем участке, м;

Q_µ - расчетный расход на этом участке, м³ /с;

- скорость движения на нем воды (принимаем предварительно 1 м/с), м/с.

Расчетный диаметр всасывающего трубопровода находим по формуле (1.6), приняв скорость движения воды в нем от 0,5 до 0,8 м/с.

По d_µ находим диаметр труб на расчетных участках по ГОСТ, беря ближайшие значения по табл. 5-9 приложения 2. Следует иметь ввиду, что для некоторой части участков берут большие значения диаметров, а для остальных меньшие (приблизительно одинаковое количество и тех и других).

Значения d_µ и d_µ для участков сети заносят в табл. 1.

1.4 Определение расчетных скоростей на участках сети

Находят скорости движения воды на участках для диаметров труб по ГОСТ

, (1.7)

_12-11=0.54 м/с

_11-10=0.87 м/с

_10-9=1.66 м/с

_9-8=1.95 м/с

_8-2=2.2 м/с

_7-6=0.62 м/с

_6-5=1.32 м/с

_I(5-4)=1.14 м/с

_II(5-4)=1.14 м/с

_4-3=1.65 м/с

_3-2=1.92 м/с

_2-1=2.7 м/с

_1-2=2.7 м/с

где - диаметр трубопровода по ГОСТ для данного участка водопровода, м.

Значения заносят в табл. 1.

1.5 Определение потерь напора на участках

Потери напора на участках нагнетательного трубопровода находят по формуле

, (1.8)

h_12-11=57,9 м

h_11-10=37,15 м

h_10-9=18,16 м

h_9-8=5,12 м

h_8-2=8,95 м

h_7-6=64,26 м

h_6-5=20,8 м

h _I(5-4)=74,8 м

h _II(5-4)=93,5 м

h_4-3=2,8 м

h_3-2=4,6 м

h_2-1=1,1 м

где - потери напора на данном участке водопровода, м.

- коэффициент, учитывающий скорость движения воды на этом участке;

- коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях (= 1,05-1,10);

- удельное сопротивление на расчетном участке, определяемое в зависимости от и материала стенок труб по табл. 5-9 приложения 2, с² / м⁶.

Определим потери напора во всасывающем трубопроводе

(1.9)

h_вс=0.67 м

где - удельное сопротивление во всасывающем трубопроводе, с² /м⁶;

- длина всасывающего трубопровода, м;

- расход воды во всасывающем трубопроводе, м³ /с;

- коэффициенты местных сопротивлений задвижки (полностью открытой), отвода, всасывающего клапана, определяемые по [11];

- расчетная скорость во всасывающем трубопроводе, м /с;

- ускорение силы тяжести, м /с².

1.6 Определение напора насоса

Напор насоса находится по формуле

, (1.9)

Н_Н=24,77+0,67+168,3=193,74

- статический напор, м;

Н_СТ=14,48+101000/9810=14,48+10,29=24,77

- геометрический напор, м;

H_Г=2,48+12=14,48

- геометрический напор всасывания, м;

- геометрический напор нагнетания, м;

- абсолютное давление на свободной поверхности емкости 2 или 3, атм;

Р₂=2,5Р_атм

Р₃=2Р_атм

- избыточное давление на свободной поверхности емкости 2 или 3, атм;

- атмосферное давление, ат;

- абсолютное давление на свободной поверхности (=), атм;

- потеря напора в нагревательном трубопроводе, м.

Геометрическая высота всасывания определяется по формуле

, (1.10)

H_ГВ=5-2,51+0,0019=2,48

где - величина вакуума в сечении II-II (рис. 1 приложения 1), принимаемая в пределах 5 м;

- коэффициент неравномерности распределения скоростей в сечении II-II (для чисел Рейиольдса менее 2300 = 2, а больше 2300 = 1,0 - 1,1).

Геометрический напор нагнетания подсчитываем по формуле

, (1.11)

Н_ГН2=20 м

Н_ГН3=12 м

где - геометрические отметки для емкости (2 или 3) и насоса, м;

- высота столба воды в емкости (2 или3), м.

Потери напора в нагнетальном трубопроводе находим по формуле

, (1.12)

h_Н=167,2+1,1=168,3

где - потери напора на участке 12-2 или 7-2, м;

- потери напора на участке 2-1, м.

Потери напора на участке 7-2 будут

, (1.13)

_7-2=64,2+20,8+74,8+2,8+4,6=167,2

Потери на участке трубопровода с параллельным соединением труб 5-4 принимаются по 1 ветви или по второй - , но не сумму+ .

Потери напора на участке 12-2 определяются по формуле

, (1.14)

_12-2=57,9+57,1+18,1+5,12+8,95=127,1

1.7 Подбор насоса

По полям Q и H центробежных насосов (8), зная Н_H и Q_H подбираем марку насоса. Зная марку насоса по каталогу графических характеристик центробежных насосов (приложение [8]) выбираем используя значения Н_H и Q_H, значение H, N, для необточенного колеса верхние линии, частично обточенные средние линии, и обточенного нижняя линия.

Вычерчиваем в масштабе выбранные характеристики

Н = f₁(Q);N = f₂(Q);

Выбираем центробежный насос -- PROLAC

(Сайт airpump.ru/inoxpa_tsentrobejnie.htm)

Макс. подача 425 м³/ч

Макс. напор 200 м.

Макс. частота вращения 3000 об/мин.

КПД 75%

1.8 Характеристика водопроводной сети. Рабочая точка насоса

Для построения характеристики водопроводной сети воспользуемся формулой

(1,15)

обозначим через Квс. приняв Н=Н_Н, Q=Q_H из формулы (1.16), имеем

(1.16)

(1.17)

К_ВС=(193,74-24,77)/0,065²=39516,6

тогда из 1.16 и 1.18 получим

(1.18)

Н_I=24,77+39516,6*0,052²=134,55

Н₂=24,77+39516,6*0,078²=205

в формулу 1.18 подставим значения Q₁=0.8Q_H, Q₂=1.2Q_H и получаем Н₁ и Н₂, данные Н₁ и Q₁ заносим в таблицу 2.

Таблица 2. Характеристика водопроводной сети

Q	0	Q1 134,55	QН 234,9
H	Hст 24,77	H1 205	HH 193,7

1.9 Расчет электродвигателя

, (1.19)

N_q=35*1.2/1=42 кВт

где - мощность, затрачиваемая на перекачку воды объемом Q_A при напоре Н_А ;

N_A=200*130/0.75=35 кВт

з_пр - коэффициент полезного действия передачи (при непосредственном жестком соединении насоса и электродвигателя з_пр=1.0);

К_э - коэффициент запаса мощности (принимается по данным таблицы 1.4 приложения 2 в зависимости от величины N_A).

Электродвигатель 4ПФ180М (Сайт el-dvigatel.ru/product/24510).

Характеристики электродвигателя:

Мощность 50 кВт;

Частота вращения n_min=1000 об/мин;

Частота вращения n_max=4000 об/мин;

КПД 84 %

2. Трубопроводная сеть для перекачки вязкой жидкости

2.1 Гидравлический расчет трубопроводной сети и подбор насоса

Гидравлический расчет трубопроводной сети, по которой транспортируется нефтепродукт, вязкость которого больше вязкости воды (рис.2 приложения 1.), производится аналогично водопроводной сети. Различие состоит в том, что потери напора определяются по фотмуле Вейсбаха:

, (2.1)

Где л₁ - коэффициент трения по длине.

К_М- коэффициент, учитывающий местные потери напора

на расчетном участке (К_м=1,05_1,10)

h_I=0,054*202,7*1,4² *1,05/0,17*19,6=6,8 м

Зная число Рейнольда () и абсолютную эквивалентную шероховатость стенок труб _Э=0.15мм, устанавливаем зону сопротивления, в зависимости от которой определяется л₁.

d_П=0,17 м

, d==0.17м

=0,83 м/c

,

= 4*0.023/3.14*0.2=1.4м/с

Re=0,17*1,4/2*10^-4=1190

Для Re < 2300

л=, (2.2)

л=64/1190=0,054

2300<Re<4000

л=; (2.3)

4000< Re < 1.10⁵, более точно правое граничное условие определяется по соотношению Re<10

Re=0.62

; (2.4)



Таблица 3. Характеристика трубопроводной сети

Q	0,01832	0,02748	0,032
H	39.7	59.11	71.53

Рис 2

2.2 Пересчет характеристик центробежного насоса

Так как вязкость перекачиваемой жидкости н больше вязкости н_В, необходимо пересчитать характеристику насоса с воды на вязкую жидкость.

Формулы пересчета следующие:

Q = K_QQ_B; (2.7)

H = K_HH_B; (2.8)

з = K_зз_B; (2.9)

где Q, H, з - характеристики насоса перекачивающего вязкую жидкость;

Q_B, H_B, з_B - характеристики насоса, работающего на воде;

K_Q, K_H, K_з - коэффициенты пересчета характеристик насоса с воды на вязкие жидкости, принимаемые по графикам рис. 2 в зависимости от числа Рейнольдса для насоса (Re_H).

Число Рейнольдса насоса находят по формуле

, (2.10)

Re_H=0,025/0,104=931,69

Где Q_H подача насоса при максимальном КПД на воде,0.025 м³/c;

Эквивалентный диаметр

Д_э==0,104 м

Д2 - внешний диаметр рабочего колеса, принимаемый по паспортным данным насоса (ориентировочно Д2 =200-300мм),

в2 - ширина лопатки рабочего колеса на внешнем диаметре, принимая по паспортным данным насоса (ориентировочно в2 =15-25мм),

коэффициент стеснения

t₂ -шаг лопаток на внешней окружности, м.

д2 - толщина лопатки на внешней окружности, м.

v- кинематическая вязкость жидкости при температуре перекачки.

При отсутствии данных д₂, t₂ коэффициент стеснения можно приблизительно считать равным 0,9.

В диапазоне подач от 0,8 до 1,2 .коэффициенты пересчета практически одинаковы.

При и неотточенном рабочем колесе H_B =H и n=0.

Данные по пересчету характеристик насоса заносят в таблицу 4.

Таблица 4. Показатели работы насоса на воде и вязкой жидкости

Подача насоса, м3 /с	Напор насоса, м	КПД насоса
Q1	KQ	Q	HI	KB	H	зI	K	з
0.02	0,85	0.017	50.4	0,9	45.36	0.85	0,58	0.49
0.025	0,85	0.021	42	0,9	37.8	0.71	0,58	0.41
0.03	0,85	0.025	33.6	0,9	34.2	0.56	0,58	0.33

Потребную мощность для соответствующих подач и напоров определяют по формуле:

(2.11)

N₁=0.017*45.36/0.49=1.5

N₂=0.021*37,8/0.41=1.9

N₃= 0.025*34.2/0.33=2.6

Расход при мах КПД	0,025
Напор при мах КПД	42
мах КПД	0,71
Коэффициент Kq	0,85
Коэффициент Kh	0,9
Коэффициент Kn	0,58

Полученные данные N заносят в таблицу 5.

Таблица 5

Q	0,017	0,02125	0,0255
N	1,560466	1,950583	2,640699

2.3 Характеристика трубопроводной сети

Характеристика трубопроводной сети определяется по формуле:

, (2.12)

Из уравнения коэффициент трубопроводной сети примет вид:

. (2.13)

=

=5-[2+40.25+5.023*5.27*0.0229]=5-2.85=2.15м

=17 м

=17+ 2,15=19,15

H_CT=19,15+150000/85000=20,91 м

=1,05*0,972*5,023*202,7*0,0229=23м

=5,023*5,27**+2,5=0,094м

H_H=20,91+23+0,094=45,2м

К_Т=(45,2- 20,91)/0,0229=44981

Задаваясь значениями расхода вязкой жидкости Q_i в пределах равных от (0.8 ч 1.4)·Q_H и подставляя в формулу получим значения напора центробежного насоса Н_i для каждого расхода вязкой жидкости. Полученные данные Н_i и Q_i занесем в таблицу 6.

Таблица 6. Характеристика трубопроводной сети на вязкую жидкость

Q	0	0.0178	0.023	0.026	0.031
H	20,92	35,164	44,7	51,31	64,13

На характеристику центробежного насоса Н = f(Q) (рисунок 3), нанесем в том же масштабе характеристику трубопроводной сети на вязкую жидкость Н₁=f(Q₁) полученную в результате расчета.

Точка пересечения характеристик насоса Н=f(Q) и трубопроводной сети на вязкую жидкость Н₁=f (Q₁) является рабочей точкой насоса. Она показывает, что данный центробежный насос, работая на трубопроводную сеть, развивает напор Н_Н, создает подачу Q_H, затрачивая определенную мощность N_H, при КПД насоса - .



Рис. 3

Приложение 1

Размещено на Allbest.ru

...