Текст работы

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.


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:
максимальный часовой расход воды ;
согласно схеме установки (рис. 1.1.) длины участков трубопровода:




геометрические отметки точек:


местные сопротивления:
-колен с закруглением под - 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.;

Рис. 1.1. Схема водоснабжения ПУ:
Н – насос, ПУ – промышленные установки

Напор у потребителя, независимый от потерь напора в трубопроводе ( свободный напор) - ;
число часов работы установки в сутки - ;
число дней работы установки в году - дней.


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:
,
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	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
Диаметр труб, , м	0,297	0,210	0,172	0,149	0,133	0,121	0,112

3.2. Для каждого расчетного диаметра труб вычисляем приведенные затраты на один год по формуле:
,
где - эксплуатационные затраты, включающие амортизационные отчисления,
стоимость электроэнергии, обслуживания, текущих расходов и др., грн.;
- 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:
.
Капитальные затраты включают стоимость труб и стоимость монтажа трубопровода :
.
Примерная цена 1 т труб принимается равной 1300 грн. Тогда стоимость будет равна:
,
где - масса труб, т.
Масса труб определяется по формуле:
,
где - принятая толщина стенки трубы;
- суммарная длина всех участков трубопровода, ;
7,8 – плотность стали, т/.
Стоимость монтажа трубопроводов принимаются равной, примерно 30% стоимости труб:
, грн.

Амортизационные отчисления для каждого значения диаметра трубопровода вычисляются по формуле:
,
где лет – срок службы труб.
Стоимость электроэнергии определяется по формуле:
,
где 0,16 – стоимость 1 кВт·ч электроэнергии, грн.;
- мощность потока, кВт.
Мощность потока вычисляется по формуле:
,
где - напор, создаваемый насосом, ,
,
где - геометрическая высота, ;
- сопротивление трубопровода, , равное
,
где - удельное сопротивление по длине трубопровода, ;
- удельное местное сопротивление, ;
- сумма коэффициентов местных сопротивлений.

3.3. Расчет численных показателей для определения приведенных затрат для трубопровода (при скорости движения ):

Определение массы труб в тоннах:

т.
3.3.2. Определение стоимости труб:
грн.
3.3.3. Определение стоимости монтажа трубопровода:
грн.
3.3.4. Определение капитальных затрат:
грн.
3.3.5. Определение амортизационных отчислений:
грн.
3.3.6. Определение коэффициента гидравлического трения по формуле Прандтля-Никурадзе:

,

где - эквивалентная шероховатость труб (принимаем 0,4 мм).

3.3.7. Определение удельного сопротивления по длине:
.

3.3.8. Определение удельного местного сопротивления:
.

3.3.9. Определение сопротивления трубопровода:

3.3.10. Определение максимального напора, создаваемого насосом:

3.3.11. Определение мощности потока:

кВт.

3.3.12. Определение стоимости электроэнергии:

грн.

2.3.13. Определение эксплуатационных затрат:

грн.
3.3.14. Определение приведенных затрат в расчете на год:

грн.

Расчет численных показателей для определения приведенных затрат для трубопровода (при скорости движения ):

3.3.1. т

3.3.2. грн.

3.3.3. грн.

3.3.4. грн.

3.3.5. грн.
3.3.6.

3.3.7.
3.3.8.

3.3.9.
3.3.10.

3.3.11. кВт.
3.3.12. грн.

3.3.13. грн.

3.3.14. грн.

Расчет численных показателей для определения приведенных затрат для трубопровода (при скорости движения )

3.3.1. т.
3.3.2. грн.

3.3.3. грн.

3.3.4. грн.
3.3.5. грн.
3.3.6.
3.3.7.
3.3.8.
3.3.9.

3.3.10.

3.3.11. кВт

3.3.12. грн.

3.3.13. грн.

3.3.14. грн.

Расчет численных показателей для определения приведенных затрат для трубопровода (при скорости движения ):

3.3.1. т.

3.3.2. грн.

3.3.3. грн.

3.3.4. грн.
3.3.5. грн.

3.3.6.

3.3.7.
3.3.8.
3.3.9.

3.3.10.

3.3.11. кВт
3.3.12. грн.

3.3.13. грн.

3.3.14. грн.

Расчет численных показателей для определения приведенных затрат для трубопровода (при скорости движения ):

3.3.1. т.

3.3.2. грн.

3.3.3. грн.

3.3.4. грн.
3.3.5. грн.
3.3.6.
3.3.7.
3.3.8.
3.3.9.
3.3.10.

3.3.11. кВт

3.3.12. грн.

3.3.13. грн.
3.3.14. грн.

Расчет численных показателей для определения приведенных затрат для трубопровода (при скорости движения ):

3.3.1. т.

3.3.2. грн.

3.3.3. грн.

3.3.4. грн.

3.3.5. грн.

3.3.6.

3.3.7.
3.3.8.
3.3.9.

3.3.10.

3.3.11. кВт

3.3.12. грн.

3.3.13. грн.

3.3.14. грн.

Расчет численных показателей для определения приведенных затрат для трубопровода (при скорости движения ):

3.3.1. т.

3.3.2. грн.

3.3.3. грн.

3.3.4. грн.

3.3.5. грн.

3.3.6.

3.3.7.
3.3.8.
3.3.9.
3.3.10.

3.3.11. кВт

3.3.12. грн.
3.3.13. грн.

3.3.14. грн.

Таблица 3.2.
Варианты значений скорости движения жидкости, диаметра
труб и соответствующих им затрат

№ ва- риан-та	Скорость движения жидкости ,	Диаметр труб, ,	Затраты, грн.
1	0,5	0,297	161472	16148,2	29065,4	45213,6	77510,0
2	1,0	0,210	114967	11496,7	33161,6	44658,3	67651,8
3	1,5	0,172	94360	9436,0	42370,5	51806,5	70678,6
4	2,0	0,149	82076	8207,6	58176,0	66383,6	82798,8
5	2,5	0,133	73693	7369,3	81888,2	89257,5	103996,0
6	3,0	0,121	67505	6750,5	114703,7	121454,2	134955,1
7	3,5	0,112	62695	6269,5	157737,2	164006,7	176545,8

По данным таблицы 3.2. строим графические зависимости , и , которые приведены на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Графическое определение оптимального диаметра трубопровода

Минимальному значению приведенных затрат соответствует оптимальный диаметр труб. Как видно из графических зависимостей, оптимальный диаметр трубопровода находится в пределах .
К установке принимаем стандартный диаметр, близкий к расчётному диаметру. Для стальных бесшовных горячедеформированных труб (ГОСТ 8732-78) ближайший диаметр трубы (внутренний) толщина стенки .

3.4. Проверка толщины труб по максимальному пьезометрическому напору.

3.4.1. Максимальный пьезометрический напор имеет место в точке А трубопровода и равен:

где .
3.4.2. Определение сопротивления трубопровода для выбранного стандартного диа- метра труб:

м в.ст.
3.4.3. Определение максимального давления в точке А:

.
принимаем МПа.
3.4.4. Минимально допустимое значение толщины труб определяем по формуле:
, м,
где - допустимое напряжение на растяжение для материала труб, МПа (для стальных труб =380 МПа);

Таким образом, принятые к установке трубы имеют толщину стенки , превышающую допустимую .

Определение пьезометрического и полного напоров
в конечных точках трубопровода А и Е

4.1.1. Пьезометрический напор в точке А:


4.1.2. Полный напор в точке А: ,
где - оптимальная скорость движения жидкости, равная


4.1.3. Пьезометрический напор в точке Е равен свободному напору:

4.1.4. Полный напор в точке Е:

По исходным данным геометрических отметок точек А, В, С, D, Е (, , , , ) 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.

Рис. 4.1. График изменения напоров по длине трубопровода

Построение напорной характеристики трубопровода

Уравнение напорной характеристики рассматриваемого трубопровода имеет вид:

где - геометрическая высота, м;
- сопротивление трубопровода, .

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.

,	0	30	50	80	100	125
,	72,0	72,8	75,0	80,8	89,7	103,7

Напорная характеристика трубопровода представлена на рис 5.1.

Рис 5.1. Напорная характеристика трубопровода

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 толщина стенки . При этом проведена проверка принятой толщины стенок труб по максимальному напору, который составил МПа. Также определены пьезометрический и полный напоры в конечных точках трубопровода А и Е равных: ;

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.