Гидравлический расчет трубопровода. 3

Содержание 

Введение.

1. Задание.
2. Расчетная часть.
1. Определение статической составляющей требуемого напора.
2. Определения режима течения жидкости.
3. Определение максимального расхода жидкости в трубопроводе.
4. Определение составляющей требуемого напора.
5. Определение потерь на трение.
6. Определение  потерянного  напора.
7. Определение  общих потерь напора.
3. Напорная характеристика трубопровода.

Заключение.

Список  литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аннотация. 

Приводится  гидравлический расчет технологического трубопровода, с использованием фундаментальных зависимостей, построение кривой требуемого напора и выполнен подбор насоса  для перекачиваемой  жидкости. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение. 
 
 

Технологическими  трубопроводами называют такие трубопроводы промышленных предприятий, по которым транспортируют сырье, полупродукты и готовые продукты, отработанные реагенты, воду, топливо и другие материалы, обеспечивающие ведение технологического процесса.

С помощью технологических  трубопроводов на химических предприятиях перемещают продукты как между отдельными аппаратами в пределах одного цеха, так и между технологическими установками и отдельными цехами, подают исходное сырье их хранилища, или транспортируют готовую продукцию к месту ее хранения.

На  предприятиях химической промышленности технологические трубопроводы являются неотъемлемой частью технологического оборудования. Затраты на их сооружения в отдельных случаях могут достигать 30% от стоимости всего предприятия. На некоторых химических заводах протяженность трубопроводов измеряются десятками и даже сотнями километров. Бесперебойная работа технологических установок химического предприятия в цело, качество выпускаемой продукции и безопасные условия работы технологического оборудования в значительной степени зависит от того, насколько грамотно спроектированы и эксплуатируются трубопроводы и на каком уровне поддерживается их исправное состояние.

Применяемые в химической технологии и транспортируемые по трубопроводам  сырьевые материалы  и продукты обладают различными физико-химическими свойствами. Они могут находиться в жидком, пластичном, газо- или парообразном состоянии, в виде эмульсий, суспензий. Температура этих сред может находиться в пределах от низких минусовых до чрезвычайно высоких, давление -  от глубокого вакуума до десятков атмосфер. Эти среды  могут быть нейтральными, кислыми, щелочными, горючими и взрывоопасными, вредными для здоровья и экологически опасными. 
 
 
 
 
 
 

Задание. 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Расчетная часть. 

2.1. Определение статической  составляющей требуемого  напора.

Н_ст = (Z₂ – Z₁) + + (l₂ – l₁) = 40 + + (1,5 – 0,5)=

= 40 – 20 + 1 = 21 м 

2.2. Определение режима  течения жидкости.

Примем  скорость течения  воды на втором участке:  ₂=3 м/с

Вычисляем скорость течения  воды на первом участке:

₁ =  (  )²* ₂ = ( )² *3 = 0,55  м/с

Вычисляем критерий Рейнольда  на первом участке:

Re₁ =  =   = 46420

Так как Re₁ >1000, следовательно, режим турбулентный.

Re₂ = = = 110220

Так как Re₂ >1000, следовательно, режим турбулентный. 

2.3. Определим максимальный  расход жидкости  в трубопроводе:

_v  = = 3,2*10^-3= 0,0032 м/с

_{v max} = 1,3 * _v = 0.0032 * 1,3 = 0,004 = 4*10^-3 м/с 
 

Разобьем _{v max} на пять промежутков:

_v1 = 0,8*10^-3

_v2 = 1,6*10^-3

_v3 = 2,4*10^-3

_v4 = 3,2*10^-3

_v5 = 4*10^-3

Вычисляем  скорость на первом участке:

₁ = = = 0,14 м/с

₁ = = 0,28 м/с

₁ = = 0,42 м/с

₁ = = 0,56 м/с

₁ = = 0,7 м/с 

Вычисляем скорость на втором участке трубопровода:

₂ = ( )²* ₁ = ( ² * 0,14 = 0,76 м/с

₂ = ( )²* ₂ = ( ² * 0,28 = 1,48 м/с

₂ = ( )²* ₃ = ( ² * 0,42 = 2,22 м/с

₂ = ( )²* ₄ = ( ² * 0,56 = 2,96 м/с

₂ = ( )²* ₅ = ( ² * 0,7 = 3,7 м/с 

2.4. Определим составляющую  требуемого напора, учитывающая баланс  кинетической энергии  для потока жидкости  на входе и выходе  из трубопровода:

Н_ск =

Примем для развитого турбулентного режима : 𝜶₁ = 𝜶₂ = 1,1

Н_ск1 =  = 0,03 м

Н_ск2 =  = 0,11 м

Н_ск3 =  = 0,21 м

Н_ск4 =  = 0,47 м

Н_ск5   =  = 0,74 м 

b₁ = Н_ск1 + H_ст = 21 + 0,03 = 21,03

b₂ = Н_ск2 + H_ст = 21 + 011 = 21,11

b₃= Н_ск3 + H_ст = 21 + 0,21 = 21,21

b₄ = Н_ск4 + H_ст = 21 + 0,47 = 21,47

b₅ = Н_ск5 + H_ст = 21 + 0,74 = 21,74 

   

2.5. Определим потери  на трение.

Примем  на первом участке  абсолютную шероховатость  ∆₁ = 0,5*10^-3 м. На втором участке трубопровода примем равной ∆₂ = 0,08*10^-3 м.

Тогда,  относительная шероховатость:

ℓ₁ = =    = 0,00588

ℓ₂ = =    = 0,002

Далее делаем проверку на вид трения в трубопроводе:

10 * = 1700;            500 *  = 85034

1700 Re₁ 85034

На  первом участке трубопровода имеет место смешанное  трение.

10 *  = 5000;                 500 *  = 250000                

5000 Re₂ 250000

На  втором участке также осуществляется смешанное трение. 

Расчет  коэффициента трения λ следует производить по формуле:

λ = 0,11* (ℓ + )^0,25

Re₁ =  =  = 11800

Re₁ =  =  =23630

Re₁ =  =  = 35450

Re₁ =  =  = 47268

Re₁ =  =  = 59085

Re₂ =  =  = 27920

Re₂ =  =  = 54378

Re₂ =  =  = 81568

Re₂ =  =  = 108757

Re₂ =  =  = 135946 

λ ₁ = 0,11 * (58,8 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,036

λ ₁ = 0,11 * (58,8 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,033

λ ₁ = 0,11 * (58,8 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,032

λ ₁ = 0,11 * (58,8 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,032

λ ₁ = 0,11 * (58,8 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,032

λ ₂ = 0,11 * (21 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,028

λ ₂ = 0,11 * (21 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,026

λ ₂ = 0,11 * (21 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,0254

λ ₂ = 0,11 * (21 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,025

λ ₂ = 0,11 * (21 * 10^-4 +  )^0,25 = 0,0247

2.6. Определим сумму  коэффициентов местных  сопротивлений для  первого участка:

1. Вход в трубу  (с острыми краями) : ζ₁ = 0,5

2. Вентиль нормальный :  ζ₁ = 0,5 = 4

3. Внезапное  сужение:

= ( )² = ( )² = 0,18;   ζ₃ = 0,4

∆ ζ = ζ₁ + ζ₂ + ζ₃ = 0,5+4+0,4 = 4,9

Для второго участка:

1. Отвод: = 90⁰; R₀ /d = 10; ζ₁ = A*B

A = 1,0,  B = 0,077,  ζ₁ = 0,07 

2.Bыход из трубы ζ₂ = 1

∑ ζ = ζ₁ + ζ₂ = 0,077 + 1 = 1,077 

2.7. Определим потерянный  напор на первом  участке:

h_n1 = (λ₁ * + ∑ ζ) * = (0,036* +4,9)* = 0,09 м

h_n1 = (λ₁ * + ∑ ζ) * = (0,033* +4,9)* = 0,36 м

h_n1 = (λ₁ * + ∑ ζ) * = (0,032* +4,9)* = 0,76 м

h_n1 = (λ₁ * + ∑ ζ) * = (0,032* +4,9)* = 1,26 м

h_n1 = (λ₁ * + ∑ ζ) * = (0,032* +4,9)* = 3,32 м 
 

h_n2 = (λ₂ * + ∑ ζ) * = (0,028* +1,077)* = 3,36 м

h_n2 = (λ₂ * + ∑ ζ) * = (0,026* +1,077)* = 12,8 м

h_n2 = (λ₂ * + ∑ ζ) * = (0,0254* +1,077)* = 26,13 м

h_n2 = (λ₂ * + ∑ ζ) * = (0,025* +1,077)* = 46,6 м

h_n2 = (λ₂ * + ∑ ζ) * = (0,0247* +1,077)* = 70,66 м

2.8. Определим общие  потери напора:

h_n = h_n1 + h_n2 = 0,090 + 3,36= 3,45 м

h_n = h_n1 + h_n2 = 0,36 + 12,8= 13,16 м

h_n = h_n1 + h_n2 = 0,76 + 26,13= 26,89 м

h_n = h_n1 + h_n2 = 1,26 + 46,6= 47,86 м

h_n = h_n1 + h_n2 = 3,32 + 70,66= 73,98 м

H_тр =b₁ + h_n = 21,03 + 3,45 = 24,48 м

H_тр =b₂ + h_n = 21,11 + 13,16 = 34,27 м

H_тр =b₃ + h_n = 21,21 + 26,89 = 48,10 м

H_тр =b₄ + h_n = 21,47 + 47,86 = 69,33 м

H_тр =b₅ + h_n = 21,74 + 73,98 = 95,72 м 

3. Строим  напорную характеристику трубопровода

H_тр = f * (q_v) 
 

Подбор  насоса.

В данной работе подбор насоса заключается  в поиске такого насоса, для которого при  совмещении кривой требуемого номера с напорной характеристикой насоса, рабочая точка находилась на напорной характеристике насоса или в рабочей области насоса, и для которой объемный расход был равен заданному для трубопровода расходу или отличался от него в большую сторону. 

При заданной точке q_v = 2 * 10^-3 м/с      H_тр = 40 м

Данный  напор обеспечивается насосом марки  НМ 65/35-70.

Определим полную мощность насоса

N_n = ρ*g* q_v* H_тр = 998*9,81*2*10^-3*40 = 7,83  квт

Определим действительную мощность насоса

N_g = = =9,79  квт

Определим мощность потребляемую электродвигателем:

Принимаем:η_нр = 1, η_эд = 0,5

N_эд = = =19,5  квт

Для регулирования работы насоса применим метод  дросселирования, изменяя  подачу напора при  неизменном расходе, получим точку  на кривой:

  = = 53% 
 
 
 

Заключение.

В данной работе ознакомились с устройством  технологических  трубопроводов химических предприятий, способами  перемещения по ним  жидкостей  и методами использования фундаментальных  зависимостей для  получения расчетных уравнений, необходимых для построения гидравлических характеристик трубопроводов. На основании гидравлических характеристик подобрали насос, необходимый для перемещения по трубопроводу жидкости с заданным расходом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы. 

1. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. Химия, 1971
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию. Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дыитнерский и др. Под ред. Ю.И. Дыитнерского, 2-е издание, переработанное и дополненное под ред. П.Г. Романова, Л. Химия, 1987