Научная Петербургская Академия

Курсовая: Гидрогазодинамика

Курсовая: Гидрогазодинамика

Министерство образования и науки Украины Национальная Металлургическая Академия Украины Кафедра промышленной теплоэнергетики КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Гидрогазодинамика» Разработал студент гр. ПТЭ-02-1 Зеркаль К.Г. Руководитель работы Мануйленко А.А. Курсовая работа защищена с оценкой г. Днепропетровск 2004г. 1. Задание на курсовую работу 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: 1) максимальный часовой расход воды Курсовая: Гидрогазодинамика ; 2) согласно схеме установки (рис. 1.1.) длины участков трубопровода: Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика геометрические отметки точек: Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика местные сопротивления: -колен с закруглением под Курсовая: Гидрогазодинамика - 6 шт. -задвижек Дудло: 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.; Курсовая: Гидрогазодинамика Рис. 1.1. Схема водоснабжения ПУ: Н – насос, ПУ – промышленные установки 3) Напор у потребителя, независимый от потерь напора в трубопроводе ( свободный напор) - Курсовая: Гидрогазодинамика ; 4) число часов работы установки в сутки - Курсовая: Гидрогазодинамика ; 5) число дней работы установки в году - Курсовая: Гидрогазодинамика дней. 2. Теоретическая часть По способам гидравлического расчета трубопроводы делят на две группы: простые и сложные. Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб, хотя бы и различного диаметра, но с одним же расходом по пути; всякие другие трубопроводы называют сложными. При гидравлическом расчете трубопровода существенную роль играют местные гидравлические сопротивления. Они вызываются фасонными частями, арматурой и другим оборудованием трубопроводных сетей, которые приводят к изменению величины и направления скорости движения жидкости на отдельных участках трубопровода (при расширении или сужении потока, в результате его поворота, при протекании потока через диафрагмы, задвижки и т.д.), что всегда связано с появлением дополнительных потерь напора. В водопроводных магистральных трубах потери напора на местные сопротивления обычно весьма не велики (не более 10- 20% потерь напора на трение). Основные виды местных потерь напора можно условно разделить на следующие группы: - потери, связанные с изменением сечения потока; - потери, вызванные изменением направления потока. Сюда относят различного рода колена, угольники, отводы, используемые на трубопроводах; - потери, связанные с протеканием жидкости через арматуру различного типа (вентили, краны, обратные клапаны, сетки, отборы, дроссель-клапаны и т.д.); - потери, связанные с отделением одной части потока от другой или слиянием двух потоков в один общий. Сюда относятся, например, тройники, крестовины и отверстия в боковых стенках трубопроводов при наличии транзитного расхода. 3. Определение оптимального диаметра трубопровода. 3.1. Для определения оптимального диаметра трубопровода задаемся рядом значений скорости движения жидкости (от 0,5 до 3,5 м/с) и вычисляем расчетные диаметры труб по формуле: Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика Результаты расчета для всех принятых значений скорости приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1. Диаметры труб для различных значений скорости движении жидкости

Скорость движения

жидкости, м/с

0,51,01,52,02,53,03,5

Диаметр труб, Курсовая: Гидрогазодинамика , м

0,2970,2100,1720,1490,1330,1210,112
3.2. Для каждого расчетного диаметра труб Курсовая: Гидрогазодинамика вычисляем приведенные затраты на один год по формуле: Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика - эксплуатационные затраты, включающие амортизационные отчисления, стоимость электроэнергии, обслуживания, текущих расходов и др., грн.; Курсовая: Гидрогазодинамика - капитальные затраты, грн.; 0,2 – нормативный коэффициент. Стоимость обслуживания и текущих расходов примерно одинакова для труб разного диаметра. Поэтому эксплутационные затраты принимаем равными сумме амортизационных отчислений и стоимости электроэнергии: Курсовая: Гидрогазодинамика . Капитальные затраты включают стоимость труб Курсовая: Гидрогазодинамика и стоимость монтажа трубопровода Курсовая: Гидрогазодинамика : Курсовая: Гидрогазодинамика . Примерная цена 1 т труб принимается равной 1300 грн. Тогда стоимость будет равна: Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика - масса труб, т. Масса труб определяется по формуле: Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика - принятая толщина стенки трубы; Курсовая: Гидрогазодинамика - суммарная длина всех участков трубопровода, Курсовая: Гидрогазодинамика ; 7,8 – плотность стали, т/Курсовая: Гидрогазодинамика . Стоимость монтажа трубопроводов принимаются равной, примерно 30% стоимости труб: Курсовая: Гидрогазодинамика , грн. Амортизационные отчисления для каждого значения диаметра трубопровода вычисляются по формуле: Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика лет – срок службы труб. Стоимость электроэнергии определяется по формуле: Курсовая: Гидрогазодинамика , где 0,16 – стоимость 1 кВт·ч электроэнергии, грн.; Курсовая: Гидрогазодинамика - мощность потока, кВт. Мощность потока вычисляется по формуле: Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика - напор, создаваемый насосом, Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика - геометрическая высота, Курсовая: Гидрогазодинамика ; Курсовая: Гидрогазодинамика - сопротивление трубопровода, Курсовая: Гидрогазодинамика , равное Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика - удельное сопротивление по длине трубопровода, Курсовая: Гидрогазодинамика ; Курсовая: Гидрогазодинамика - удельное местное сопротивление, Курсовая: Гидрогазодинамика ; Курсовая: Гидрогазодинамика - сумма коэффициентов местных сопротивлений. 3.3. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат Курсовая: Гидрогазодинамика для трубопровода Курсовая: Гидрогазодинамика (при скорости движения Курсовая: Гидрогазодинамика ): 3.3.1. Определение массы труб в тоннах: Курсовая: Гидрогазодинамика т. 3.3.2. Определение стоимости труб: Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.3. Определение стоимости монтажа трубопровода: Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.4. Определение капитальных затрат: Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.5. Определение амортизационных отчислений: Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.6. Определение коэффициента гидравлического трения по формуле Прандтля- Никурадзе: Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика - эквивалентная шероховатость труб (принимаем 0,4 мм). 3.3.7. Определение удельного сопротивления по длине: Курсовая: Гидрогазодинамика . 3.3.8. Определение удельного местного сопротивления: Курсовая: Гидрогазодинамика . 3.3.9. Определение сопротивления трубопровода: Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.10. Определение максимального напора, создаваемого насосом: Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.11. Определение мощности потока: Курсовая: Гидрогазодинамика кВт. 3.3.12. Определение стоимости электроэнергии: Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 2.3.13. Определение эксплуатационных затрат: Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.14. Определение приведенных затрат в расчете на год: Курсовая: Гидрогазодинамика грн. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат Курсовая: Гидрогазодинамика для трубопровода Курсовая: Гидрогазодинамика (при скорости движения Курсовая: Гидрогазодинамика ): 3.3.1. Курсовая: Гидрогазодинамика т 3.3.2. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.3. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.4. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.5. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.6. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.7. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.8. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.9. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.10. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.11. Курсовая: Гидрогазодинамика кВт. 3.3.12. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.13. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.14. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат Курсовая: Гидрогазодинамика для трубопровода Курсовая: Гидрогазодинамика (при скорости движения Курсовая: Гидрогазодинамика ) 3.3.1. Курсовая: Гидрогазодинамика т. 3.3.2. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.3. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.4. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.5. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.6. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.7. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.8. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.9. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.10. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.11. Курсовая: Гидрогазодинамика кВт 3.3.12. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.13. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.14. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат Курсовая: Гидрогазодинамика для трубопровода Курсовая: Гидрогазодинамика (при скорости движения Курсовая: Гидрогазодинамика ): 3.3.1. Курсовая: Гидрогазодинамика т. 3.3.2. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.3. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.4. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.5. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.6. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.7. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.8. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.9. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.10. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.11. Курсовая: Гидрогазодинамика кВт 3.3.12. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.13. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.14. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат Курсовая: Гидрогазодинамика для трубопровода Курсовая: Гидрогазодинамика (при скорости движения Курсовая: Гидрогазодинамика ): 3.3.1. Курсовая: Гидрогазодинамика т. 3.3.2. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.3. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.4. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.5. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.6. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.7. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.8. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.9. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.10. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.11. Курсовая: Гидрогазодинамика кВт 3.3.12. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.13. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.14. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат Курсовая: Гидрогазодинамика для трубопровода Курсовая: Гидрогазодинамика (при скорости движения Курсовая: Гидрогазодинамика ): 3.3.1. Курсовая: Гидрогазодинамика т. 3.3.2. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.3. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.4. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.5. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.6. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.7. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.8. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.9. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.10. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.11. Курсовая: Гидрогазодинамика кВт 3.3.12. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.13. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.14. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат Курсовая: Гидрогазодинамика для трубопровода Курсовая: Гидрогазодинамика (при скорости движения Курсовая: Гидрогазодинамика ): 3.3.1. Курсовая: Гидрогазодинамика т. 3.3.2. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.3. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.4. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.5. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.6. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.7. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.8. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.9. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.10. Курсовая: Гидрогазодинамика 3.3.11. Курсовая: Гидрогазодинамика кВт 3.3.12. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.13. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. 3.3.14. Курсовая: Гидрогазодинамика грн. Таблица 3.2. Варианты значений скорости движения жидкости, диаметра труб и соответствующих им затрат

№ ва-

риан-та

Скорость движения

жидкости

Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика

Диаметр

труб,

Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика

Затраты, грн.

Курсовая: Гидрогазодинамика

Курсовая: Гидрогазодинамика

Курсовая: Гидрогазодинамика

Курсовая: Гидрогазодинамика

Курсовая: Гидрогазодинамика

10,50,29716147216148,229065,445213,677510,0
21,00,21011496711496,733161,644658,367651,8
31,50,172943609436,042370,551806,570678,6
42,00,149820768207,658176,066383,682798,8
52,50,133736937369,381888,289257,5103996,0
63,00,121675056750,5114703,7121454,2134955,1
73,50,112626956269,5157737,2164006,7176545,8
По данным таблицы 3.2. строим графические зависимости Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика и Курсовая: Гидрогазодинамика , которые приведены на рис. 3.1. Курсовая: Гидрогазодинамика Рис. 3.1. Графическое определение оптимального диаметра трубопровода Минимальному значению приведенных затрат Курсовая: Гидрогазодинамика соответствует оптимальный диаметр труб. Как видно из графических зависимостей, оптимальный диаметр трубопровода находится в пределах Курсовая: Гидрогазодинамика . К установке принимаем стандартный диаметр, близкий к расчётному диаметру. Для стальных бесшовных горячедеформированных труб (ГОСТ 8732-78) ближайший диаметр трубы (внутренний) Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика толщина стенки Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика . 3.4. Проверка толщины труб по максимальному пьезометрическому напору. 3.4.1. Максимальный пьезометрический напор имеет место в точке А трубопровода и равен: Курсовая: Гидрогазодинамика где Курсовая: Гидрогазодинамика . 3.4.2. Определение сопротивления трубопровода для выбранного стандартного диа- метра труб: Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика м в.ст. 3.4.3. Определение максимального давления в точке А: Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика . принимаем Курсовая: Гидрогазодинамика МПа. 3.4.4. Минимально допустимое значение толщины труб определяем по формуле: Курсовая: Гидрогазодинамика , м, где Курсовая: Гидрогазодинамика - допустимое напряжение на растяжение для материала труб, МПа (для стальных труб Курсовая: Гидрогазодинамика =380 МПа); Курсовая: Гидрогазодинамика Таким образом, принятые к установке трубы имеют толщину стенки Курсовая: Гидрогазодинамика , превышающую допустимую Курсовая: Гидрогазодинамика . 4. Определение пьезометрического и полного напоров в конечных точках трубопровода А и Е 4.1.1. Пьезометрический напор в точке А: Курсовая: Гидрогазодинамика 4.1.2. Полный напор в точке А: Курсовая: Гидрогазодинамика , где Курсовая: Гидрогазодинамика - оптимальная скорость движения жидкости, равная Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика 4.1.3. Пьезометрический напор в точке Е равен свободному напору: Курсовая: Гидрогазодинамика 4.1.4. Полный напор в точке Е: Курсовая: Гидрогазодинамика 4.1.5. По исходным данным геометрических отметок точек А, В, С, D, Е (Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика ) и протяженности участков между этими точками откладываем их значение в определенном масштабе от плоскости сравнения (0-0) и строим линию геометрических напоров. Аналогично, откладывая значения полных и пьезометрических напоров в точках А и Е трубопровода и соединяя их вершины прямыми линиями, получим линии полного и статического напоров. Пьезометрические напоры в точках В, С, D определяются графическим методом как разность между статическим и геометрическим напорами в соответствующих точках. Изменение напоров по длине трубопроводов представлено на рис 4.1. Курсовая: Гидрогазодинамика Рис. 4.1. График изменения напоров по длине трубопровода 5. Построение напорной характеристики трубопровода Уравнение напорной характеристики рассматриваемого трубопровода имеет вид: Курсовая: Гидрогазодинамика где Курсовая: Гидрогазодинамика - геометрическая высота, м; Курсовая: Гидрогазодинамика - сопротивление трубопровода, Курсовая: Гидрогазодинамика . Задаваясь 5-6 произвольными значениями расхода жидкости Q от 0 до заданного максимального значения, вычисляем Н и строим характеристику трубопровода. В табл. 5.1. приведены значения Н при различных расходах жидкости. Таблица 5.1.

Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика

0305080100125

Курсовая: Гидрогазодинамика , Курсовая: Гидрогазодинамика

72,072,875,080,889,7103,7
Напорная характеристика трубопровода представлена на рис 5.1. Курсовая: Гидрогазодинамика Рис 5.1. Напорная характеристика трубопровода 6. Вывод При выполнении курсовой работы по выбору оптимального диаметра трубопровода для транспортирования воды на основе гидравлического и технико-экономического расчетов, построению графика напоров по длине трубопровода и его напорной характеристики, был выбран диаметр (внутренний) равный Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика толщина стенки Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика . При этом проведена проверка принятой толщины стенок труб по максимальному напору, который составил Курсовая: Гидрогазодинамика МПа. Также определены пьезометрический и полный напоры в конечных точках трубопровода А и Е равных: Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика ; Курсовая: Гидрогазодинамика Курсовая: Гидрогазодинамика 7. Литература
1.

Альтщуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987.- 410 с.

2.

Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982.- 672с.

3.

Альтщуль А.Д., Калицун В.И., и др. Примеры расчетов по гидравлике. М.: Стройиздат, 1976.- 256 с.

4.

Большаков В.А., Константинов Ю.М. и др. Справочник по гидравлике. К.: Вища школа, 1984.-224 с.

5.

Борисов С.Н., Даточный В.В. Гидравлический расчет газопроводов. М.: Энергия, 1972.



(C) 2009