2015-10-14
6748по дисциплине: «Гидравлика и нефтегазовая
гидромеханика»
на тему: «Гидравлический расчет трубопроводов»
Выполнил: студент группы 62-12
Кондрашов А.Ю.
Вариант 13
Принял: доцент, к.т.н.
Шипилова О.А.
Альметьевск 2015
Задание на расчет
При заданных значениях параметров трубопроводов требуется произвести расчеты:
1. Простого трубопровода (Таблица А), решить три основные задачи: определить расход – Q, напор – Н и диаметр трубопровода – d.
Исходные данные для расчета:
| а) d = 350 мм | б) d = 150 мм | в) l = 1400 м |
| l = 1500 м | l = 1500 м | H = 18 м |
| H = 17 м | Q = 15 л/с | Q = 15 л/с |
2. Произвести расчеты сложных трубопроводов (Таблица Б):
2.1. Расчет последовательной системы труб;
2.2. Расчет параллельной системы труб; 2.3. Расчет тупиковой системы труб; 2.4. Расчет кольцевой системы труб.
Исходные данные для расчета:
| d1 = 400 мм d2 = 200 мм d3 = 100 мм | l 1 = 200 м l 2 = 1200м l 3 = 1250 м l 4* = 1300 м | Q = 100 л/с Н = 20 м для 2.2 Н = 10 м для 2.3 Н = 25 м для 2.4 | Q2 = 20 л/с Q4 = 40 л/с |
* для кольцевой системы труб
Во всех задачах определить полезную мощность насоса.
|
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………………….. 4
1. Классификация трубопроводов…………………………………………. 5
2. Расчетная часть
2.1. Методика расчета длинных трубопроводов……………………….. 7
2.1.1. Расчет простого трубопровода………………………………10
2.2. Расчет сложного трубопровода…………………………………………13
2.2.1. Расчет последовательной системы трубопроводов…………13
2.2.2. Расчет параллельной системы трубопроводов……………...15
2.2.3. Расчет тупиковой системы труб……………………………..18
2.2.4. Расчет кольцевой системы труб……………………………...20
Вывод………………………………………………………………………....22
Список использованной литературы……………………………………… 23
Приложения:
Таблица-А
Таблица - Б
Введение
Целью курсовой работы по дисциплине "Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика " является овладение навыками расчета гидравлических параметров заданной технологической схемы
В курсовой работе приведены расчет требуемого расхода и напора, расчет диаметра трубопровода и полезной мощности насоса.
Трубопроводы, состоящие из одной линии труб и проводящие один и тот же расход жидкости, называются простыми, трубопроводы, состоящие из основной магистральной трубы и ряда присоединений или ответвлений, называются сложными.
Сложные трубопроводы в свою очередь делятся на следующие основные виды: с последовательным и параллельным соединением, тупиковые, кольцевые и с путевым отбором.
1. Классификация трубопроводов
Применение трубопроводов для транспортировки жидкостей, газов и различных пульп и смесей получает все большее распространение. Водопроводные, нефтепроводные, газовые, паровые и прочие сети можно разделить на магистральные трубопроводы, подающие жидкость от источника
|
|
|
до потребителя на большие расстояния, и разветвленные сети труб,
обеспечивающие распределение жидкости непосредственно потребителям. Трубопроводы, состоящие из одной линии труб и проводящие один и тот
же расход жидкости, называются простыми, трубопроводы, состоящие из основной магистральной трубы и ряда присоединений или ответвлений, называются сложными.
Сложные трубопроводы в свою очередь делятся на следующие основные виды: с последовательным и параллельным соединением, тупиковые, кольцевые и с путевым отбором.
Как простые, так и сложные трубопроводы могут иметь большое число различных местных сопротивлений. Общие потери напора в трубопроводах складываются из потерь по их длине и местных. В зависимости от соотношения этих потерь различают короткие и длинные трубопроводы.
К коротким относят трубопроводы малой длины с большим числом местных сопротивлений (в таких трубопроводах местные потери напора соизмеримы с потерями напора по длине), а к длинным – трубопроводы, в которых местные потери напора пренебрежимо малы по сравнению с потерями напора по длине (обычно первые меньше 5% вторых).
Примерами коротких трубопроводов могут служить всасывающие трубы насосов, дюкеры, сифоны и т. д. Примерами длинных трубопроводов могут служить водопроводы, нефтепроводы, газопроводы и т. д.
В зависимости от материала трубопроводы могут быть металлические (стальные, чугунные, латунные, алюминиевые и др.) и неметаллические (железобетонные, асбестоцементные, керамические, пластмассовые, стеклопластиковые и др.). От материала трубопровода зависит шероховатость внутренней поверхности трубы и, следовательно, коэффициент гидравлического трения λ.
По назначению трубопроводы делятся на промысловые, магистральные, нефтебазовые, внутризаводские и городские.
В зависимости от вида перекачиваемого продукта трубопроводы можно
классифицировать на водопроводы, нефтепроводы, бензопроводы, маслопроводы, илопроводы, газопроводы, паропроводы и т. д.
Жидкость движется по трубопроводу благодаря тому, что ее энергия в начале трубопровода больше, чем в конце. Запас энергии в начале трубопровода может быть образован тем или иным способом: работой насоса, созданием разностей уровней жидкости, давлением газа и т. д.
2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Методика расчета длинных трубопроводов
Рассмотрим длинные трубопроводы, то есть такие, в которых потери напора на преодоление местных сопротивлений пренебрежимо малы по сравнению с потерями напора по длине. В напорном трубопроводе постоянного диаметра d при постоянном расходе Q движение жидкости является равномерным и установившемся, поэтому потери напора по длине трубопровода определяются по формуле Дарси-Вейсбаха, где коэффициент λ в общем случае является функцией двух величин: Re и kэ/d. Так как
| pd |
то формулу Дарси-Вейсбаха
| l u |
he = l d ´2 g, (2.1.1)
можно записать в виде
| 16 l |
или
he = AlQ 2, (2.1.3)
где
| 16 l l |
А – удельное сопротивление трубопровода.
Для области квадратичного закона сопротивления, где коэффициент λ не
зависит от числа Re, удельное сопротивление трубопровода А зависит только от шероховатости стенок трубы и ее диаметра, поэтому для данной шероховатости стенок трубы и для каждого диаметра d, предусмотренного стандартом, составлены таблицы значения А, приводимые в гидравлических справочниках.
Пользование этими таблицами позволяет сократить и ускорить вычислительную работу при гидравлических расчетах трубопроводов.
|
|
|
В качестве примера в таблице 2.1 приведены значения удельного сопротивления А для бывших в эксплуатации стальных и чугунных труб, работающих в квадратичной области сопротивления (при скорости υ ≥ 1,2 м/с).
Таблица 2.1
Значения А для стальных и чугунных труб, бывших в эксплуатации, при скорости υ ≥ 1,2 м/с
| d, мм | А, с2/м6, для труб | |
| стальных | чугунных | |
| 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 | 0,41 0,206 0,109 0,062 0,024 0,0115 0,00566 0,00303 0,00174 0,00066 0,00029 | 0,46 0,233 0,119 0,068 0,026 0,0115 0,00567 0,00305 0,00175 -- |
| d, мм d, мм | А, с2/м6, для труб | |
| стальных | чугунных | |
| 75 80 100 125 150 175 200 225 250 275 300 | -1168 267 106 45 19 9,27 4,82 2,58 1,53 0,94 | - 368 111 41,8 - 9,03 - 2,75 - 1,03 |
Для переходной области (при скорости движения жидкости в трубе υ < 1,2 м/с) удельное сопротивление трубопровода А0 определяется по формуле
А0= KпА, (2.1.5) где Kn – поправочный коэффициент, учитывающий зависимость коэффициента гидравлического трения λ от числа Рейнольдса, значения которого приведены в таблице 2.2
Таблица 2.2
Значения коэффициента Knдля стальных и чугунных труб в зависимости от скорости υ
| υ, м/с | Kп |
| 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 | 1,41 1,28 1,2 1,15 1,115 1,085 |
| υ, м/с | Kп |
| 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 | 1,06 1,04 1,03 1,015 1,0 |
Кроме удельного сопротивления А в практике расчетов трубопроводов
широко применяют другие обобщенные гидравлические параметры: модуль
расхода K = 1, сопротивление A
S = Al и проводимость трубопровода
P = 1 = 1. При этом потери напора по длине с помощью этих параметров S Al
выражаются так:
| 2 2 |
| K P |
Для определения этих гидравлических параметров также составлены
таблицы, которые приводятся в гидравлических справочниках (таблицы Шевелева).
2.1.1 Расчет простого трубопровода
Рассмотрим длинный трубопровод постоянного по всей длине диаметра (рис.1)
Рисунок 1 - Схема к расчету простого трубопровода
Определить расход воды в чугунной водопроводной трубе диаметром d=350 мм, длиной l= 1500 м, при располагаемом напоре H= 17 м.
|
|
|
Решение:
Предварительно считаем, что скорость течения жидкости в трубопроводе υ≥1,2 м/с. По таблице 2.1 для данного диаметра d=350ммнаходим удельное сопротивление трубопровода А=0,41с2/м6.
Определяем расход воды:
Проверяем среднюю скорость движения воды в трубе:
Так как скорость υ =1,73 м/с > 1,2 м/с, то задача решена.
Полезная мощность:
Определить напор, необходимый для пропуска расхода воды Q = 15л/с через стальной трубопровод диаметром d = 150 мм и длиной 1500 м.
Решение:
Скорость движения воды в трубе:
По таблице 2.1 для заданного диаметра d = 150 мм находим А = 45 с2/м6, а по таблице 2.2 для υ = 0,849 м/с находим Kn = 1,06.
Определяем А0:
с2/м6
Необходимый напор
м
Полезная мощность:
Определить диаметр стального трубопровода и среднюю скорость движения воды в нем при следующих данных: Q= 15 л/с, H= 18 м, l= 1400 м
Решение:
Определяем удельное сопротивление трубопровода:
При А = 57,143 с2/м6 по таблице 2.1 подбираем ближайший стандартный диаметр стального трубопровода d = 125 мм.
Определяем среднюю скорость при d = 125 мм
Так как υ = 1,22 > 1,2 м/с, то d=125 мм подобран правильно.
Определяем полезную мощность:
2.2. Расчет сложного трубопровода
2.2.1. Расчет последовательной системы трубопроводов
Из множества возможных схем сложных трубопроводов рассмотрим основные: с последовательным соединением, параллельным соединением, тупиковый трубопровод (простая разветвленная цепь) и кольцевой трубопровод.
Рассмотрим трубопровод, составленный из труб разного диаметра, уложенных в одну линию одна вслед за другой (рис. 2).
Q Q
l 1, d 1 l2, d 2 l3, d 3 l4, d 4 ln, d n
| Рис. 2 Схема последовательно соединенных труб разного диаметра и длины |
| Такое соединение трубопроводов называется последовательным. Очевидно, что при подаче жидкости по такому трубопроводу расход во всех последовательно соединенных трубах один и тот же, а полные потери напора для всего трубопровода равны сумме потерь напора во всех последовательно соединенных трубах, т. е. имеем следующие основные уравнения: Q 1 = Q 2 = Q 3 = Q 4 =K= Qn = Q, (2.2.1.1) H = H 1 + H 2 + H 3 + H 4 +K+ Hn, (2.2.1.2) где Н 1, Н 2, Н 3,…, Нп – потери напора на 1, 2, 3,…, п -ом участке. Используя уравнение H = AlQ 2, получим |
Используя уравнение
| Уравнение (2.3) показывает, что решение первой и второй задач при последовательном соединении участков трубопровода разного диаметра будет таким же, как для простого трубопровода (трубопровода постоянного диаметра). |
Уравнение (2.3) показывает, что решение первой и второй задач при последовательном соединении участков трубопровода разного диаметра будет таким же, как для простого трубопровода (трубопровода постоянного диаметра).
Определить потери напора при движении воды в системе последовательно соединенных стальных трубопроводов, состоящей из трех участков, если расход воды Q = 100 л/с, диаметры трубопроводов: d1 = 400 мм, d2 = 200 мм, d3 = 100 мм, а их длины: l1 = 200 м, l2 = 1200 м, l3 = 1250 м.
Решение:
Скорость движения воды в каждой трубе:
По табл. 2.1 находим для заданных диаметров: А 1 = 0,206 с2/м6, А 2 = 9,27 с2/м6, А 3 = 267 с2/м6, а по табл. 2.2 – поправочные коэффициенты: Kn1 = 1,06; Kn2 = 1; Kn3 = 1.
Потери напора определяем с введением поправочных коэффициентов Kn:
Определяем полезную мощность:
2.2.2 Расчет параллельной системы трубопроводов.
При параллельном соединении участков трубопровода жидкость, проходя
с определенным расходом к точке их разветвления А, распределяется по ответвлениям и далее снова сливается в точке В (рис. 3).
Основной задачей при гидравлическом расчете в этом случае является определение расхода Q 1, Q 2, Q 3,K, Qn, пропускаемых по определенным участкам, соединенным параллельно, и потерь напора между точками А и В, если известны общий расход Q, диаметры и длины параллельных участков (d 1, d 2, d 3,…, dn и l 1, l 2, l 3,…, ln).
Основной задачей при гидравлическом расчете в этом случае является определение расхода Q 1, Q 2, Q 3,K, Qn, пропускаемых по определенным участкам, соединенным параллельно, и потерь напора между точками А и В, если известны общий расход Q, диаметры и длины параллельных участков (d 1, d 2, d 3,…, dn и l 1, l 2, l 3,…, ln).
Определить расходы воды Q1, Q2 и Q3 в трех параллельно соединенных участках стального трубопровода и потери напора в них, если напор воды Н = 25 м, суммарный расход воды Q = 100 л/с, диаметр участков: d1 = 400 мм, d2 = 300 мм, d3 = 100 мм, а их длины: l1 = 100 м и l2 = 1250 м, l3 = 1300 м
| Н |
| А |
| В |
| l 1, d 1, Q 1 |
| l 2, d 2, Q 2 |
| l 3, d 3, Q 3 |
| Q |
| Q |
Рисунок 3 - Схема к гидравлическому расчету трубопроводов
с параллельным соединением участков.
Потери напора в каждом участке одинаковы, так как концы их смыкаются в одних и тех же точках А и В, в которых возможен только один напор; кроме того, сумма расходов отдельных участков равна общему магистральному расходу:
; (2.2.2.1)
. (2.2.2.2)
Общий расход:
, (2.2.2.3)
откуда находим расход, протекающий через первую ветвь:
(2.2.2.4)
После этого по уравнениям определяют последовательно расходы 
(2.2.2.5)
а по одному из уравнений системы определяется потерянный напор.
; (2.2.2.6)
; (2.2.2.7)
; (2.2.2.8)
Решение: По табл. 1 для заданных диаметров находим:: А 1 = 0,206 с2/м6, А 2 = 9,27 с2/м6, А 3 = 267 с2/м6.
Определяем расход, протекающий через первую ветвь:
Расход, протекающий через второй участок:
Проверка расчета:
.
Потери напора:
Определяем полезную мощность:
2.2.3 Расчет тупиковой системы труб
Определить концевые расходы Q2 и Q3 тупикового трубопровода, если заданы: Н = 10 м; d1 = 400 мм, d2 = 200 мм, d3 = 100 мм; l1 = 200 м, l2 = 1200 м, l3 = 1250 м.
Тупиковый трубопровод (см.рис. 4), состоит из магистрального трубопровода 1, питаемого от резервуара А, и двух ответвлений 2 и 3, в конце которых в точках С и D происходит отбор расхода жидкости, вытекающей в атмосферу.
| А |
| l 1, d 1 |
| B |
| C |
| D |
| 1 |
| 2 |
| 3 |
| l 2, d 2 |
| l 3, d 3 |
| Q 1 |
| Q 3 |
| Q 2 |
Рисунок 4 - Схема к гидравлическому расчету тупикового трубопровода.
Участки 1 и 2 соединены последовательно, т.е. суммарные потери напора на пути АС равны
. (2.2.3.1)
Аналогично для участков 1 и 3 на пути АD имеем
. (2.2.3.2)
Участки 2 и 3 имеют в начале общую точку В, а истечение жидкости из точек С и D происходит в атмосферу, то можно считать, что участки 2 и 3 соединены параллельно, следовательно
(2.2.3.3)
Решение:
По табл. 2.1 для заданных диаметров труб определяем коэффициенты Аi:
d 1 = 400 мм, А 1 = 0,206 с2/м6
d 2 = 200 мм, А 2 = 9,27 с2/м6
d 3 = 100 мм, А 3 = 267 с2/м6.
Определяем Q 2:
Определяем полезную мощность:
2.2.4 Расчет кольцевой системы труб
Задана кольцевая система (рис. 5): d1 = 400 мм, d2 = 200 мм, d3 = 100 мм; l1 = 200 м, l2 = 1200 м, l3 = 1250 м, l4 = 1300 м, Н = 25 м, Q2 = 20 л/с, Q4 = 40 л/с. Определить диаметр d4.
| Н |
| A |
| B |
| Q 1 |
| Q 2 |
| Q 3 |
| Q 4 |
| С |
| D |
| 1 |
| 3 |
| 2 |
| 4 |
Рисунок 5 - Схема кольцевого трубопровода с двумя узловыми точками
Решение:
Пусть точкой схода будет D (рис. 5). Тогда будем иметь
, (2.2.4.1)
(2.2.4.2)
По условию должно быть
, (2.2.4.3)
(2.2.4.4)
Ветка 2 – 3 представляет последовательно соединенную систему труб, поэтому имеет Q 2 = Q 3.
Определяем А 4. Значения удельных сопротивлений выбираем из табл. 2.1.
d2 =200мм А 2 = 9,27 с2/м6,
d3 =100мм А 3 = 267 с2/м6.
.
По табл. 2.1 находим для значение удельного сопротивления А 4 = 64,8с2/м6 значение диаметра d4≈150 мм.
Потери напора:
,
Необходимо вычислить разницу в потерях напора по полукольцам, так называемую невязку, допускаемую не более 5% суммы потерь напора по длине полукольца. Если указанное условие выполняется, то точка схода назначена правильно.
так как невязка равна 0%<5%, т.е. точка схода назначена верно.
Общий расход:
Определяем полезную мощность:
ВЫВОД
Выполнив курсовую работу, я овладел навыками расчета гидравлических параметров заданной технологической схемы.
В ходе курсовой работы произведен гидравлический расчёт простого и сложного трубопровода заданной геометрии, расчет требуемого расхода и напора, расчет диаметра трубопровода и во всех случаях найдена полезной мощности насоса.
Так как невязка равна 0% указанное условие выполняется, то точка схода назначена правильно.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Киселев П.Г. Гидравлика. Основные механики жидкости. Учебное пособие. - М.: Энергия, 1980. - 360 с.
2. Куванышев У.П., Ульшина К.Ф. Гидравлический расчет трубопроводов Методическое пособие по выполнению контрольной работы, Альметьевск, 2006.
3. Курсовое проектирование и его унификация в Московском институте нефти и газа имени И.М. Губкина. 4.1. и 4.2. – М.: МИНГ, 1987.
4. Нефтегазовая гидромеханика /Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г.Д.– Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003.
5. Розенберг Г.Д. Сборник задач по гидравлике и газодинамике для нефтяных вузов. – М.:Недра, 1990.- 238 с.
6. Стоцкий Л.Р. Физические величины и их единицы. – М.: Просвещение, 1984.
