6 Методики розрахунків

6.1 Розрахунок пропускної спроможності і вибір умовного проходу регулюючого органу

Вихідні дані для розрахунку:

- регульоване середовище (її характеристики і параметри);

- максимальна об'ємна Qмакс (масовий Gмакс) витрата середовища;

- мінімальна об'ємна Qмин (масовий Gмин) витрата середовища;

- характеристика мережі;

- натиск, що розташовується, в мережі Рсети;

- бажана форма витратної характеристики.

Порядок розрахунку.

По вигляду середовища і його параметрам визначають необхідні дані для розрахунку щільності ρ, кінематичній в'язкості ν або динамічній в'язкості μ, показника адіабати χ.

Визначають втрату тиску в лінії при розрахунковій максимальній витраті

ΔР_л=ΔР_пр+ ΔР_м, (6.1)

де ΔР_пр – втрата тиску на прямих ділянках трубопроводу при

максимальній витраті;

ΔР_м – втрата тиску в місцевих опорах при

максимальній витраті.

Визначають втрату тиску в РО при максимальномрасчетном витраті по рівнянню

ΔР_мин =ΔР_л – ΔР_сети, (6.2)

де ΔР_сети – загальний перепад тисків в мережі, Па;

ΔР_л – втрата тиску в лінії, Па.

По рівняннях 6.3 – 6.9 визначають необхідне значення пропускної спроможності К_Vмакс залежно від Q_макс (G_макс) і ΔР_мин.

Рівняння для потоку рідини:

К_Vмакс= (6.3)

або

К_Vмакс= (6.4)

Рівняння для потоку газу.

Для докритичного режиму перебігу газу (швидкість менше критичною), коли ΔР_мин< ΔР_кр, максимальна розрахункова пропускна спроможність

К_Vмакс= · (6.5)

або

К_Vмакс= · (6.6)

де Q_макс –максимальна об'ємна витрата газу, м₃/ч, приведений до

умов: Р= 10⁵ кПа і Т=273К;

Р_газу – щільність газу, кг/м³, приведена до умов: Р= 10⁵ кПа і

Т=273 К;

Т₁ – температура газу перед РО, До;

К^l – коэффициен стисливості, що враховує відхилення даного газу

від законів ідеального газу;

Р₂ – абсолютний тиск середовища після РО, МПа;

Р_кр – критичний перепад тиску, що приймається рівним Р₁/2, якщо

для даного РО невідома точніша залежність

для визначення цього значення;

Р1 – абсолютний тиск середовища перед РО, МПа.

Коефіцієнт стисливості газу дорівнює відношенню щільності газу ρ_ид, підрахованою за законами ідеального газу, при тиску Р₁ перед клапаном і температурі Т₁ до дійсної щільності ρ₁ газу при даних значеннях Р₁ і Т₁:

К^l = ρ_ид / ρ₁.

Під критичною розуміється максимальна швидкість перебігу газу, рівна

місцевій швидкості звуку, яка може бути досягнута в РО при критичних стосунках тисків до і після РО. Критичне відношення тисків

β_кр =

де Р_кр – тиск середовища після РО, відповідний початку критичної течії;

χ – показник адіабати.

Для критичного режиму перебігу газу, коли ΔР_мин ≥ ΔР_кр, максимальна розрахункова пропускна спроможність

К_Vмакс= · (6.7)

або

К_Vмакс= · (6.8)

Рівняння для потоку водяної пари

Для докритичного режиму перебігу пари ΔР_мин< Р₁/2

К_Vмакс=10 (6.9)

де G_макс – максимальна масова витрата пари, кг/ч;

ρ_пар2 – щільність пари при температурі Т₂ і тиску Р₂ ;

Т₂ – температура пари після РО °С;

Р₂ – тиск пари після РО, МПа.

Для критичного режиму перебігу пару (ΔР_мин ≥ Р₁/2)

де ρ_пар1 – щільність пару при температурі Т₁ і тиску Р₁;

Т₁ – температура пару перед РО, °С;

Р₁ – тиск пару перед РО, МПа.

З переліку типоразмеров дросельних РО (таблиця 6.11[4]) або за даними інших довідників і каталогів вибирають РО з умовною пропускною спроможністю К_vу, більшою розрахункового значення К_vмакс на 20 %,

К_Vу ≥1,2 К_Vмакс

Перевірка впливу в'язкості рідини на пропускну спроможність РО виробляється після його вибору, оскільки збільшення в'язкості середовища, що протікає через РО, вище за деяку межу, викликає зменшення пропускної спроможності. Поправочний коефіцієнт на вплив в'язкості залежить від вигляду РО і числа Рейнольдса протікаючого потоку.

Число Рейнольдса, віднесене до умовного проходу заздалегідь вибраного РО, визначають по формулі

Rе_у = , (6.10)

або Rе_у = (6.11)

де ν – кінематична в'язкість, см²/с

μ – динамічна в'язкість, Па·с;

D_у – умовний діаметр РО, мм.

Якщо Rе_у >2000, то вибирають РО з раніше певною пропускною спроможністю К_Vу з подальшою перевіркою на можливість виникнення кавітації. Якщо Rе_у ≤ 2000, то визначають поправочний коефіцієнт ψ на вплив в'язкості рідини по графіку мал. 6.22[4] .

Значення пропускної спроможності К_Vу з врахуванням впливу в'язкості рідини визначають по формулі

К_Vу ≥ 1,2 К_Vмакс (6.12)

Для перевірки РО на можливість виникнення кавітації визначають:

- коефіцієнт місцевого опору вибраного РО

ξ = (6.13)

де F_у = πD_у²/4 – площа перетину вхідного патрубка РО, см²;

- коефіцієнт кавітації К_кав визначають по мал. 6.23, крива 1;

- перепад тиску при якому виникає кавітація

ΔР_кав=К_кав (Р₁ – Р_нп) (6.14)

де Р₁ – абсолютний тиск перед РО, Па;

Р_нп –абсолютний тиск насиченої пари рідини при

температурі перед РО, Па.

Якщо перепад тиску в РО ΔР_мин ≤ ΔР_кав, то вибирають РО з раніше знайденою умовною пропускною спроможністю К_Vу. Якщо ΔР_мин > ΔР_кав, то визначають максимальний перепад тиску ΔР_{кав.макс}, при якому припиняється приріст витрати в умовах кавітації або випару рідини при дроселюванні

ΔР_{кав.макс} = К_{кав макс} (Р₁ – Р_нп), (6.15)

де К_{кав макс} – коефіцієнт кавітації, відповідний граничної

витраті по мал. 6.23, крива 3[4] .

По набутого значення ΔР_{кав.макс} визначають пропускну спроможність РО по формулах 6.3 – 6.9.

Визначають відношення n перепаду тиску в лінії до перепаду тиску на РО при максимальній витраті.

Якщо К_Vу прийнята більше розрахункового значення К_vмакс, то значення n уточнюють по формулі

n'=n[ ]² (6.16)

Уточнюють також перепад на регулюючому органі

ΔР_мин = (6.17)

По уточненому значенню перепаду на РО і набутого значення К_vмакс, визначають уточнене значення максимальної витрати через РО

(6.18)

Визначають відносні значення витрат μ_макс і μ_мин Q_макс (G_макс) і Q_мин (G_мин) поділом на Q'_макс (G'_макс).

Визначають діапазон переміщення затвора РО по мал. 6.15 або 6.16[4] .

Розрахунки для різних середовищ виконують відповідно до Практичної роботи №10 «Розрахунок і вибір пропускної спроможності, вибір умовного проходу регулюючого органу».

Методика розрахунку дана відповідно до [4]

6.2 Розрахунок температурной компенсації труб

При прокладці трубних проводок необхідно враховувати зміну довжини проводок, якщо коливання температури за рахунок довколишнього і заповнюючого трубопровід середовища перевищують для сталевих труб 32°С і для мідних 20°С.

Основним елементом, самокомпенсирующим температурні зміни довжини трубних проводок, є поворот труб. В цьому випадку пряма ділянка трубопроводу, розташована під кутом до іншої прямої ділянки, сприймає подовження або стискування останнього за рахунок власної пружної деформації.

На таких поворотах кріплення трубних проводок між глухими крапками і поворотами виконується скобами, розташованими на відстані 200 мм від вигину і що допускають переміщення труб по обоє сторони від повороту. Глухі скоби (скоби не допускають переміщення трубної проводки) повинні розташовуватися на відстанях визначуваних розрахунком.

Вихідні дані:

- кінцева температура в період експлуатації трубопроводу t_к,°C

- початкова температура в період експлуатації трубопроводу t_н,°C

- довжина трубної проводки h, м

- зовнішній діаметр трубної проводки D,мм

- матеріал трубної проводки

- коефіцієнт лінійного розширення α прийнятий: для сталі – 0,000012; для міді – 0,0000165; для поліетилену низької щільності – 0,00022; для поліетилену високої щільності – 0,00010; для полівінілхлориду – 0,00025.

Порядок розрахунку.

Визначуваний перепад температур

Δt = t_к – t_н, °С (6.19)

Визначаємо температурну зміну довжини трубної проводки

Δl =σhΔt, м (6.20)

Визначаємо відстань lкр до глухого кріплення з врахуванням температурної компенсації для прямої ділянки трубопроводу з одним прямокутним поворотом.

l_кр = (6.21)

де ε – модуль пружності, рівний для сталі, - 21·10⁵ кгс/см2;

для міді – 9·10⁵ кгс/см2; для пластикату – 4·10⁴ кгс/см2.

σ_изг – напруга на вигин, що допускається, рівна для сталі, – 800 кгс/см2;

для міді – 300 кгс/см2; для пластикату – 400 кгс/см2.

Методика розрахунку дана відповідно до [1]. Розрахунки для труб з різних матеріалів виконують відповідно до Практичної роботи № 4 «Компенсація температурних змін довжини трубних проводок»