§ 1.2. Гидравлический расчёт системы водотушения.
Гидравлический расчет системы производится с целью определения минимальных диаметров магистральных трубопроводов и отростков по заданным расходам воды и давлениям у концевых клапанов.
К гидравлическому расчету можно приступить, после разработки чертежа общего расположения системы или ее принципиальной схемы. С использованием этого чертежа вычерчивается расчетная схема трубопровода, которая разбивается на основную магистраль и ответвления. За основную магистраль в схеме принимается такое последовательное расположение элементов системы, которое по предварительной оценке имеет наибольшее сопротивление.
Гидравлический расчет производится в соответствии с методикой, изложенной в [5], [12].
Гидравлический расчет системы с кольцевой магистралью выполняется в таком порядке:
а)вычерчивается расчетная схема трубопровода и проставляются расходы по ответвлениям;
б) подсчитывается суммарный расход по ответвлениям, на основании которого назначается производительность насосов и их расположение по отношению к магистрали. При выборе места подключения каждого из насосов необходимо стремиться к тому, чтобы путь воды по этой магистрали от каждого из насосов был минимальным;
в) задаются распределением расходов по ответвлениям в узловых точках, в которых насосы подключаются к магистрали. В частном случае можно предположить, что расходы по ответвлениям будут равны между собой, хотя задача в общем случае решается при любом распределении расходов в указанных узловых точках;
г)задаются расходами по всем остальным ответвлениям и проставляют их на схеме;
д)находятся узловые точки где потоки жидкости сходятся;
е)составляются эквивалентные схемы трубопроводов путем разделения сложной кольцевой магистрали на две линейные магистрали каждая из которых обслуживается отдельным насосом.
Гидравлический расчет этих магистралей производится по методике, изложенной в [12].
Система с линейной магистралью и двумя насосами.
Рассмотрим гидравлический расчет системы водотушения судна, предназначенного для перевозки навалочных грузов. Главные размерения судна: L=144 м, В=22,3м, H=13,4м, T= 9,0м, D = 20300 т.
Принципиальная схема системы водотушения представлена на рис.1. В соответствии с требованиями Правил Регистра РФ (табл.1) система должна обслуживаться двумя насосами, производительность которых принимается исходя из необходимости обеспечения одновременной работы следующих потребителей:
-трех пожарных стволов с расходом воды около 50 м3/ч;
-системы водораспыления в МКО около 53 м3/ч;
-системы орошения трюмов около 87 м3/ч;
всего: около 190 м3/ч.
Принимаем два насоса производительностью по 100 <м3/ч при давлении 0,8 МПа (8кгс/см2) (НЦВ-100/80 из табл.5 Приложений). Наиболее неблагоприятным случаем в отношении потерь напора является подача воды к двум пожарным стволам, расположенным на палубе рубки, и одному стволу, расположенному на верхнем мостике.
Выбираем расчетную магистраль и разбиваем ее на расчетные участки. В нашем, примере расчетная магистраль представляется линией I-II-III-IV-V-VI-VII-(VIII). Кроме того, необходимо рассчитать отростки II-IX и III-X. Считаем, что в системе установлены угловые концевые пожарные клапаны Ду50 поОСТ5.5276-75. К клапанам присоединяются прорезиненные рукава внутренним диаметром 51мм, длиной 10м - по ГОСТ 7877-75 и пожарный комбинированный ствол ДУ50 - по 0СТ5.5009-70 с диаметром спрыска 16мм. Напор у пожарных клапанов принимаем, согласно табл.2, равным 28м. вод. ст. Расход воды через ствол со спрыском диаметром 16мм при этом, согласно табл.2, будет равен 17.1 м3/ч (4.75 л/c)
В соответствии с [9] всасывающий трубопровод системы водотушения должен изготавливаться из медно-никелевых труб, напорный трубопровод - из стальных оцинкованных бесшовных труб. В соответствии с [9] максимально допустимая скорость для медно-никелевых, труб составляет 2.5 м/с, для стальных оцинкованных труб - 3,0 м/с. Толщины стенок выбираем в соответствии, с [II].
Таким образом, для расчета известно:
Q1-2=17.1 м3/ч Q2-3=34.2 м3/ч Q3-4=51.3 м3/ч
Q4-5=138.3 м3/ч Q5-6=191.3 м3/ч Q6-7=100 м3/ч
Q6-8=91.3 м3/ч Q2-10=17.1 м3/ч Q3-11=17.1 м3/ч
Для всасывающего трубопровода
для напорного -
Расчетную температуру воды принимаем t=10oC, коэффициент кинематической вязкости ν=1.306*10-6 м2/с; плотность ρ=1000 кг/м3. Абсолютная геометрическая шероховатость: k=0,15 мм - для стальных оцинкованных труб k = 0,001 мм - для медно-никелевых труб.
Длины расчетных участков:
м
Таблица 2.
Диаметры пожарного клапана |
Длина Рукава, м |
Диаметр спрыска ствола, мм |
Расход воды через спрыск (л/с)/(м3/ч) |
||
пожарного рукава, мм
|
Напор у пожарного клапана, м. вод. ст. |
||||
26 |
28 |
32 |
|||
|
20 |
12,5 |
|
|
|
16 |
|
|
|
||
10 |
12,5 |
|
|
|
|
16 |
|
|
|
||
|
20 |
16 |
|
|
|
19 |
|
|
|
||
|
10 |
16 |
|
|
|
19 |
|
|
|
Для составления таблицы приняты:
-
Пожарный клапан угловой Ду50 Ду65 по ОСТ5.5276-75.
-
Рукав прорезиненный длиной 20 и 10м с тремя плавными изгибами углом поворота 60°.
-
Ствол комбинированный Ду50 и Ду65 по 0СТ5.500 9-70. Таблица составлена на основании графиков, приведенных в[6].
Для<>< ><определения ><диаметров ><труб ><и ><потерь ><напора ><на ><каждом ><участке расчетной магистрали решаем задачу I группы.><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><><>
<Для>< ><участка ><><>I-II при м3/ч и м/с <внутрен><><ни><><й ><диаметр><>< ><т><><рубопрово><><да будет>
м
<><><Выбираем ><по сортаменту><><><><><><><>< ОСТ5.9586-75 ><ближайший><>< ><большой><><><><><>< ><типо><><><размер ><стальной ><бе><><сшовной ><трубы 57x4.0.><>< ><Внутре><><нни><><й ><диаметр ><><><трубопровода ><на ><уча><><стке ><><I-II ><бу><><дет ><равен><>< ><49мм><><><><><><>
<Скорость ><на ><участке><>< ><будет ><составлять>
<>м/с<>
<><Число ><Рейно><><ль><><дса>
<Коэффи><><цие><><нт ><сопро><><тивле><><ния><>< ><трения [12]:>
<><><><><><Коэфф><><ициенты ><ме><><стных со><><противлений><>< ><на ><участ><><ке><>< I-II><><:>
<клапан к><><онцевой><>< ><угловой ><Ду5><><0 >< >< >< >< >< ><><><><><><><><><><><><><><><>< ξ=2.7><>
<отвод α=><><><>< ><90°;><>< >< R/d><><><><><><><><><>< >ξ=0.23<>
клап<><><><ан ><проходной><>< ><запорный ><Ду50><>< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< >< ><>< ξ=4.5><>
<тройник ><Ду50><>< «><><на п><><роход»><>< α=<><><>< >90°>< ><><><><><><><><><><><><>< >ξ=0.02<>
т<><рой><ник><><>< Ду50 «><на ><проход»><>< ><при >< Vn/Vc><><><><><><><><>< >ξ=2.12<>
<Суммарный ><коэффициент местных сопротивлений ><><><><><><><><><><на ><участке><><><><> I-II <><><составляе><><т Σ ξ=9,57>
<><><><><><><><><><><><Потери><>< напора>
<><><><><Аналогичные ><вычисления><>< ><проводим ><и ><для><>< ><других ><участков, р><><е><><><зультаты><>< ><расчетов ><предоставлены ><в ><>< табл. ><><><><3><><. ><В ><табл><.3>< ><приведе><><><ны ><узловые><>< ><напоры,><>< в><>< ><точках II-III><>< ><– ><точках>< >< ><при><><сое><><динения ><к ><ма><гистрали ><рабо><><тающ><><их ><отростков II-X><><>< и ><>< III-X><><><, ><а ><также >< >< >< >< ><в >< >< ><точкеVI><><>< ><- ><точка ><соединени><><я на><><по><><рных ><трубопроводов >< >< ><обоих ><нас><>осов.
Основной бланк к расчету системы водотушения с линейной магистралью
Таблица 3
ННаименование |
Обозначение |
Раз мер ность |
Обозначение расчетных участков |
||||||||
I-II |
II-III |
III-IV |
IV-V |
V-VI |
VI-VII |
VI-VIII |
II-IX |
III-X |
|||
Расчетная магистраль |
Ответвление |
||||||||||
Расход воды |
Q |
м3/ч |
17,1 |
34,2 |
51,3 |
138,3 |
191,3 |
100 |
91,3 |
17,1 |
17,1 |
Температура воды |
t |
0C |
10 |
||||||||
Плотность воды |
|
кг/м3 |
1000 |
||||||||
Коэффициент кинемат.ввязкости |
ν |
м2/с |
1,306*10-6 |
||||||||
Рассчетн. диаметр трубопровода |
d |
м |
0,0449 |
0,0635 |
0,078 |
0,128 |
0,150 |
0,109 |
0,104 |
0,0449 |
0,0449 |
Стандартный диаметр трубопр. |
dгост |
м |
0,049 |
0,0660 |
0,079 |
0,147 |
0,153 |
0,124 |
0,124 |
0,049 |
0,049 |
Площадь сечения трубопровода |
F |
м2 |
0,00188 |
0,00342 |
0,0049 |
0,0170 |
0,0121 |
0,0121 |
0,0121 |
0,00188 |
0,00188 |
Средняя скорость воды |
V |
м/с |
2,53 |
2,78 |
2,91 |
2,26 |
2,89 |
2,30 |
2,10 |
2,53 |
2,53 |
Число Рейнольдса |
Re |
- |
0,95* 105 |
1,4* 105 |
1,76* 105 |
2,54* 105 |
3,38* 105 |
2,2* 105 |
2,0* 105 |
0,95* 105 |
0,95* 105 |
Длина прямых участков труб |
l |
м |
8,0 |
5,2 |
8,3 |
7,4 |
3,2 |
12,0 |
16,3 |
2,6 |
7,2 |
Коэффициент сопротивления |
λ |
- |
0,0230 |
0,0295 |
0,0231 |
0,0182 |
0,0195 |
0,0190 |
0,0189 |
0,0230 |
0,0230 |
Потеря напора на трение |
|
м |
1,23 |
0,92 |
1,05 |
0,24 |
0,170 |
0,50 |
0,56 |
0,40 |
1,10 |
Потеря напора в местных сопротивлениях |
|
м |
3,12 |
1,27 |
1,55 |
0,33 |
0,10 |
2,43 |
1,27 |
1,27 |
4,20 |
Гидростатический напор |
z |
м |
2,5 |
- |
8,3 |
2,4 |
- |
12,0 |
12,0 |
2,6 |
3,5 |
Суммарные потери напора |
|
м |
6.85 |
2.20 |
10.9 |
2.97 |
0.27 |
14.9 |
13.8 |
4.30 |
8.80 |
Обозначение узловой точки |
|
|
II |
III |
|
|
IV |
|
|
|
|
Узловой напор |
|
м |
34.85 |
37.05 |
|
|
51.2 |
|
|
|
|