24

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ 4

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ 5

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ДИАМЕТРА ТРУБОПРОВОДА 8

4. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДА 15

5. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ИЗМЕНЕНИЯ НАПОРОВ ПО ДЛИНЕ ТРУБОПРОВОДА 17

6. ПОСТРОЕНИЕ НАПОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОПРОВОДА 20

7. ВЫВОДЫ 22

8. ЛИТЕРАТУРА 23

ВВЕДЕНИЕ

При движении жидкости в трубопроводах совершается работа сил вязкости и работа по преодолению гидравлических сопротивлений, а суммарная механическая энергия потока (потенциальная и кинетическая) убывает. Затрачиваемая на преодоление гидравлических сопротивлений энергия из механической превращается в тепловую, причем этот процесс необратим. Он называется диссипацией энергии.

Потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений зависят от режима движения жидкости, относительной шероховатости трубопровода и пропорциональны скоростному напору. В свою очередь скорость жидкости, а, следовательно, и скоростной напор, определяются расходом жидкости и площадью живого сечения трубопровода, т.е. его диаметром. Таким образом, потери напора (энергии) при заданном расходе будут возрастать с уменьшением диаметра трубопровода и при этом увеличатся эксплуатационные затраты, связанные с транспортированием жидкости.

С увеличением диаметра трубопровода увеличивается масса металла, затраченная на его производство и, следовательно, увеличиваются капитальные затраты на его изготовление и монтаж.

В данном курсовом проекте выполнен расчет и выбор оптимального диаметра трубопровода предназначенного для транспортирования воды от насоса до промышленной установки. Оптимальный диаметр трубопровода соответствует минимуму приведенных затрат, т.е. обеспечивает относительно невысокие эксплуатационные затраты при относительно низких капитальных затратах. Расчет и выбор оптимального диаметра трубопровода учитывает установившиеся цены на электроэнергию и металлопродукцию.

1. Задание на курсовую работу (вариант 91)

Рассчитать и выбрать оптимальный диаметр трубопровода для транспортировки воды от насоса Н до промышленной установки ПУ. Определить толщину стенок труб, необходимые пьезометрические напоры у насоса и на участках трубопроводов. Построить напорную характеристику трубопровода и график пьезометрических напоров для приведенных условий:

Максимальный часовой расход воды Q_max = 125 м³ / час.

Длины участков трубопровода согласно схеме установки (рис. 1.1.):

l_AB = 550 м; l_BC = 600 м;; l_CD = 330 м;; l_DE = 560 м.

Геометрические отметки точек:

Z_A = 33 м; Z_B = 13 м; Z_C = 23 м; Z_D = 35 м; Z_E = 25 м.

Местные сопротивления:

− колен с закруглением под − 6 шт.

− задвижек Лудло: со степенью открытия 5/8 − на участке АВ – 1 шт., на участке ВС – 1шт.; со степенью открытия 7/8 − на участке СD – 1 шт., на участке DE – 1 шт.

Рисунок 1.1. Схема водоснабжения ПУ. Н – насос, ПУ – промышленная установка

Напор у потребителя, независимый от потерь напора в трубопроводе (свободный напор) − .

Число часов работы установки в сутки − ;

Число дней работы установки в году − дней.

2. Методика расчета трубопроводов

2.1. Виды гидравлических сопротивлений

При движении жидкости между нею и стенками трубы возникают силы сопротивления, в результате чего частицы жидкости, прилегающие к поверхности трубы, тормозятся. Это торможение благодаря вязкости жидкости передается следующим слоям, причем скорость движения частиц по мере удаления их от оси трубы постепенно уменьшается. Равнодействующая сил сопротивление направлена в сторону противоположную движению, и параллельна направлению движения. Это и есть силы гидравлического трения (сопротивления гидравлического трения).

Для преодоления сопротивления трения и поддержания равномерного поступательного движения жидкости необходимо, чтобы на жидкость действовала сила, направленная в сторону ее движения и равная силе сопротивления, т.е. необходимо затрачивать энергию. Энергию или напор, необходимые для преодоления сил сопротивления, называют потерянной энергией или потерянным напором. Напор − это энергия единицы веса жидкости, который измеряется в метрах высоты столба жидкости определенной плотности (Дж/Н = м).

Потери напора, затрачиваемые на преодоление сопротивления трения, носят название потерь напора на трение или потерь напора по длине потока (линейные потери напора). При установившемся движении жидкости потери напора на трение могут быть определены по формуле Дарси − Вейсбаха:

где  − коэффициент гидравлического трения; l − длина трубопровода, м; d − внутренний диаметр трубопровода, м; v − средняя скорость движения жидкости, м/с; g − ускорение силы тяжести, м/с².

Трение является не единственной причиной, вызывающей потери напора. Резкие изменения сечения также оказывают сопротивление движению жидкости (так называемое сопротивление формы) и вызывают потери энергии. Существуют и другие причины, вызывающие потери напора, например, внезапное изменение направления движения жидкости. Потери напора, вызываемые резким изменением конфигурации потока (затрачиваемые на преодоление сопротивления) называют местными потерями напора или потерями на местные сопротивления. Под местными сопротивлениями понимают всякие гидравлические устройства на трубопроводе, которые вызывают деформацию потока, т.е. изменяют скорость потока по направлению или величине. При установившемся движении жидкости потери напора на местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха:

где  − коэффициент местного сопротивления.

Таким образом, потери напора при движении жидкости складываются из потерь напора на трение и потерь напора на местных сопротивлениях:

2.2. Гидравлический расчет простых трубопроводов

По способам гидравлического расчета трубопроводы делят простые и сложные. Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб, хотя бы и различного диаметра, но с одним и тем же расходом по пути; всякие другие трубопроводы называют сложными.

Одной из задач расчета простого трубопровода является определение его диаметра d, если все остальные параметры трубопровода известны (длина, расход, вид перекачиваемой жидкости и др.).

В случае квадратичного закона сопротивления, т.е. когда коэффициент гидравлического трения не зависит от числа Рейнольдса Re, а определяется только относительной шероховатостью стенок трубопровода, расчеты существенно упрощаются. Во многих случаях (для длинных трубопроводов) можно пренебрегать также местными сопротивлениями и скоростным напором на выходе. Потери напора на трение (линейные потери) определяются по формуле Дарси − Вейсбаха. Средняя скорость потока, при установившемся движении, может быть определена из уравнения неразрывности:

,

где Q − расход жидкости, м³/с; d − внутренний диаметр трубопровода, м.

Таким образом, формула для определения потерь напора на трения принимает вид:

.

где − удельное сопротивление по длине трубопровода, с²/м⁶.

Для данной шероховатости стенок трубы коэффициент удельного сопротивления А_дл является функцией диаметра, а потому может быть заранее вычислен для каждого диаметра входящего в установленный стандарт. Результативно можно составить таблицу значений удельного сопротивления А_дл для всех стандартных значений диаметра труб, что существенным образом облегчит расчет для всех рассмотренных случаев простого трубопровода.

Аналогично, потери напора на местных сопротивлениях могут быть определены через удельное местное сопротивление:

где − удельное сопротивление по длине трубопровода, с²/м⁵.

Общее сопротивление трубопровода определяется из выражения: