Министерство образования Российской Федерации.
Томский государственный архитектурно-строительный университет.
Кафедра теплогазоснабжения.
КУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:
«ГИДРАВЛИЧЕКСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫС ОТВЕТВЛЕНИЯМИ»
Вариант 6
Выполнил: Рыльцев М.Н.
Группа 3026/1
Проверил:Беляев С.А.
Томск 2017
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ.
Насос подает жидкость из емкости А в резервуары В и С с общим расходом Q. Заданы высоты Н1, Н2, Н3 , а также длины и диаметры:
- всасывающей линии L1 и d1;
- напорной линии L0 и d0 до разветвления;
- линий, ведущих к резервуарам L2, d2 и L3, d3.
Все трубы стальные, бесшовные, несколько лет бывшие в эксплуатации. На рисунке 1 показаны местные сопротивления: приемный клапан с сеткой, повороты (прямое колено), задвижки; учесть также сопротивления при входе в резервуары.
Все коэффициенты можно определить по справочнику.
Определить:
- давление в точке Д;
- при заданном расходе Q наибольшую высоту всасывания Н1max, если вакуумметрический напор на входе в насос не должен быть более 4 метров;
- напор и полезную мощность насоса;
- определить расходы жидкости Q2 и Q3, поступающие в резервуар В и С (при определении расходов использовать разные методы расчетов, в том числе графоаналитический). Сравнить результаты расчетов между собой.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Исходным уравнением для начала всех расчетов является уравнение Бернулли для реальной жидкости:
Необходимо рассмотреть два сечения:
- сечение А-А- поверхность жидкости в нижнем резервуаре А (начало отсчета);
- сечение Д-Д в нагнетательной линии насосной установки;
- кинематический коэффициент Кориолиса α принимаем равным 1;
- скорость 
=0, т.к. уровень в нижнем резервуаре А установившийся;
- РА=Ратм;
- zА=0, zД=Н1.
-υА=0, т.к. уровень жидкости в резервуаре А установившийся.
2. Выразив скорость через уравнение сохранение массы (уравнение неразрывности), подставить в уравнение Бернулли, записанное для выбранных сечений.
3. Определить потери напора между сечениями А-А и Д-Д (линейные и местные). При определении потерь напора по длине (формула Дарси-Вейсбаха) необходимо знать режим течения жидкости. Режим течения определяется безразмерным параметром – числом Рейнольдса:
4. Определить зону шероховатости труб для определения коэффициента гидравлического трения λ.
5. Зная все величины параметров, входящих в уравнение Бернулли, можно узнать давление в точке Д: 
=0; 
=0; 
= 
; 
= 
+0 = + 
+ 
+ 
(Па)
6. Для определения наибольшей высоты всасывания насоса также использовать уравнение Бернулли, принимая:
- РД=Рабс, где абсолютное давление на входе в насос Рабс=Ратм-Рвак;
- zД=Нвсас
-υА=0, т.к. уровень жидкости в резервуаре А установившийся.
= 
+ 
+ 
+ 
+ 
(м).
Скорость выразить из уравнения неразрывности потока.
7. При определении эффективного напора определить разность напоров в нагнетательной и всасывающей линиях. Уравнение Бернулли записать для двух сечений:
- сечения А-А в начале всасывающей линии;
- сечения Б-Б в конце нагнетательной линии;
- РА = РБ =Ратм , т.к. рассматриваются на свободных поверхностях уровней жидкости;
- zБ=Н2+Н1.
Тогда уравнение Бернулли примет вид:
0+ 
+ Н нас= zБ + + 
+ 
(м)
Рассчитать последовательно потери напора по длине и в местных сопротивлениях:
- для всасывающей линии;
- для нагнетательной линии.
Полезная мощность насоса рассчитывается по формуле:
(кВт)
8. Для определения расходов жидкости Q2 и Q3записать уравнение Бернулли для сечений Д-Д и сечения, которое совпадает с уровнем жидкости в резервуаре В. Принять z2=Н2, а zД, 
, 
равными нулю, hД-В - потери напора между сечениями. Давление на свободной поверхности в резервуаре В – атмосферное,давление в сечении Д-Д принимаем за абсолютное.
Если обозначить разницу между абсолютным и атмосферным давлениями как НД2:
, то получим
НД2=Н2+hД-В,
где Н2-геодезическая высота резервуара В.
hД-В=Q2AL, где
А – удельное сопротивление трубопровода, определяемое по справочникам согласно заданному диаметру d2 (с2/м6).
Выразив Q2 из полученных формул, можно определить его значение:
(м3/с)
Зная общий расход Q и расход в первой ветке Q2, вычислить расход Q3.
Дано: Решение:
Q=0,03 
1)V= 
= 
ω= 
= 
=0,01 
=10м 2) Re= 
,турбулентный;
=15м λ=0,11 
=0,11 
=0,118
=15м 3)Рд=(
– 
- 
- 
pg=(
-2- 
-1.63 
850*9,8
=8м =69.793Па.
=150мм 
= (λ 
+ Ʃζ)= = (0,118 
+ 4,7)=1.63м
4) = 
-(1+λ 
+ Ʃζ)* = 
-(1+0,118 + 4,7)* 
=
=10.1м
=200мм 5) Для квадратичной области сопротивления, значение К
=150мм составляет: 
=340.8 
; 
=158.4
=200мм 11+ 
*15=7+ 
*15; 
=7+129 
P=850 
=30- 
V=0.2* 
11+600(900-60 + )=7+129
=2м 471 -36000 +540004=0
=11м D= 
-4*471*540004= 
=7м = 
=55.9
Рд; 
; 
= 
=20.4
=Q- =30-20.4=9.6
Введение.
Гидравликой называется прикладная наука, занимающаяся изучением законов покоя и движения жидких тел и рассматривающая приложение этих законов к решению конкретных технических задач.
Первым учёным, чьи труды в области гидравлики дошли до нас, был Архимед (ок. 287 – 212 гг. до н.э.), открывший в частности, закон плавания тел. В сочинении Герона приведены описания различных гидравлических устройств, в том числе насосов. В античные времена закладывался фунда-мент гидравлики как прикладной науки. В эпоху Средневековья развитие научной мысли было приостановлено, и лишь спустя тысячелетие, в эпоху Возрождения, начался новый период расцвета науки и искусства. В это время трудами Леонардо Да Винчи (1452 – 1519 гг.), Г.Галилея (1564 – 1642 гг.), Б.Паскаля (1623 -1662 гг.) были заложены основы экспериментальной гид-равлики. Бурное развитие гидравлика получила в эпоху капитализма, харак-теризуемую развитием промышленности и ростом городов. Исследования А.Шези (1718 – 1798 гг.), А.Дарси (1803 – 1856 гг.), Ю.Вейсбаха (1806 – 1871 гг.), О.Рейнольдса (1842 – 1912 гг.), а также русских учёных Д.И.Менделеева (1834 – 1907 гг.), Н.П.Петрова (1836 – 1920 гг.), Н.Е.Жуковского (1847 – 1921 гг.) и других позволили решить многие насущные для практики задачи.
В современной промышленности нет области, где не проводятся гид-равлические расчеты процессов, устройств и механизмов. Крупнейшие гид-ростанции и оросительные каналы, тормозные устройства автомобилей и ис-кусственное сердце, промышленные роботы и гидропривод машин и меха-низмов, автоматизированные системы управления производством и гидро-оборудование металлообрабатывающих станков — лишь некоторые тому примеры. Особое значение гидравлика имеет для нефтяной и газовой про-мышленности, так как все ее процессы, начиная от бурения разведочных скважин и кончая транспортировкой готовой продукции потребителю, связа-
ны с перемещением и хранением жидкости. В развитии нефтяной гидравлики роль русских и советских ученых проявилась особенно ярко. В. Г.Шухов (1853—1939гг.) разработал основы гидравлического расчета трубопроводов, которые затем развили Л. С. Лейбензон (1879—1951 гг.) и его ученики И. А. Чарный (1909—1967 гг.), В. И. Черникин (1912—1965 гг.) и др. На базе работ Н. Н. Павловского (1884—1937 гг.) Л. С. Лейбензон заложил основы новой науки «Подземная гидравлика», которую успешно развивали его ученики И, А, Чарный, и В. Н. Щелкачев (род. 1907 г.), Б.В. Лапук (1911—1971 гг.) и со-зданные ими школы.
В гидравлике рассматриваются потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками (русла рек, трубопроводы, элементы гид-ромашин и других устройств, внутри которых протекает жидкость).
Жидкость - физическое тело, оказывающее сильное сопротивление изменению своего объема и слабое сопротивление изменению своей формы. В тех случаях, когда газ можно считать несжимаемым (когда его скорость движения много меньше скорости распространения в нем звука), его тоже относят к жидкостям, и такой газ подчиняется при своем покое и движении всем законам, что и капельные жидкости.
В начале своего развития гидравлика была наукой чисто эмпирической. Метод же, используемый в современной гидравлике, заключается в следую-щем. Исследуемое явление сначала упрощают настолько, чтобы к нему мож-но было применить законы теоретической механики. Полученные результаты сравнивают с экспериментальными данными, выясняется степень расхожде-ния и теоретические результаты уточняются введением соответствующих ко-эффициентов. Если явление не поддается теоретическому анализу из-за его сложности, то оно исследуется экспериментально и результат выдается в ви-де эмпирической формулы.
Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначен-ные для преобразования механической энергии приводного двигателя в гид-равлическую энергию потока жидкости. Насосы передают жидкости энер-гию. Жидкость, получившая энергию от насоса, поднимается на определен-ную высоту, перемещается на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости, или циркулирует в какой либо замкнутой системе.Первоначально насосы предназначались исключительно для подъёма воды. В настоящее время область их применения широка и многообразна. В нефтегазовом деле насосы применяются, например, для транспорта нефти и нефтепродуктов, в системе промывки и цементирования скважин при бурении, в системах сбора и подготовки нефти к транспорту, в системах обустройства нефтегазопро-мыслов.
Важнейшие параметры работы насоса - напор H и подача Q.
Напор насоса H- энергия, приходящаяся на единицу веса, которую получает жидкость, проходящая через насос.
Подача насоса Q - объемное количество жидкости, которое за единицу времени проходит через насос. Подача насоса равна расходу жидкости в трубопроводе, присоединенном к насосу.
Величины H и Q для каждого насоса между собой взаимосвязаны.
Зависимость H= f(Q) называется напорной характеристикой насоса. Один и тот же насос может быть включен в различную гидравлическую сеть.
Гидравлическая сеть - система трубопроводов, резервуаров, регулирующих устройств и других элементов, по которым перемещается жидкость.
Дополнительная энергия, которая передается жидкости в насосе, рас-ходуется в гидравлической сети на совершение работы по подъему жидкости, на преодоление гидравлических сопротивлении при движении жидкости и на другие цели. Величина энергии, необходимой для перемещения жидкости,
зависит от вида и характеристик гидравлической сети. Зависимость по-требной удельной энергии Hпотр. от расхода Q жидкости в системе назы-вается характеристикой гидравлической сети:
Hпотр.= j(Q)
Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо совмещать параметры работы насоса и гидравлической сети, то есть решать систему уравнений:
H= f(Q); Hпотр.= j(Q)
Вывод.
1.После определения скорости напора и числа Рейнольдса, определил давление в точки Д.
2.Преобразовав уравнение Бернулли, вычислил расход жидкости и .
3.Была рассчитана высота всасывания насоса.
4.После проделанной работы и построения графика был определен центробежный нормальный насос марка 5НДв.
.
9)Определим суммарный расход жидкости в разветвлениях, он равен расходу в подводящем трубопроводе:Q= 
= 
= 
+ 
В этом уравнении 2 неизвестных и , для нахождения значений составим 2 уравнения Бернулли относительно плоскости сравнения, проходящие через тройник на разветвление. Используем сечение:по узлу и по свободной поверхности жидкости в резервуаре Б. По узлу и по свободной поверхности жидкости в резервуаре С.
В сечениях по свободной поверхности в резервуарах скоростными напорами можно пренебречь.
Уравнение: 
+ α* 
= + 
+ 
; + α* = + 
+ 
В уравнении Бернулли левые части одинаковые, поэтому приравниваем правые части друг к другу, подставляя в преобразованное уравнение значения потерь энергии.
Подставленная на схеме система трубопровода является разветвленной, поэтому отдельные трубопроводы считаются гидравлически длинными.\Такую задачу целесообразнее решать через расходные характеристики: = 
= 
* 
; 
= 
= 
* 
, - значения расходных характеристик, значение которых представленны в таблице.
К-расходная характеристика для квадратичной области сопротивления. Поскольку на рассматриваемых участках системы трубопроводов существует область только гидравлически шероховатых труб, то необходимо ввести поправочный коэффициент на значение К,в каждом случае. Но значение данного коэффициента можно пренебречь, поскольку его средняя величина, приблизительно, равна 1 для интервала скоростей в трубопроводах от 0,6 до 3 
.
+ + * = + + *
= 
= 
+ * = + *
Подбор насоса.
Дано: Решение:
Q=42 
= 
* 
=(
)* =109,88
=38м 
=(
)* =1021,04
=40м 
=(
+ )+ 
=6,5+2+ 
=23м
=40м 
=(
+ )=3.8+3.6=7.4м
=75мм 
= 
+ 
=50мм
=50мм
=6,5м 
= + 
=23+109,88=132,88 м
=3.6м 
+ 
=7,4+1021,04=1021,04м 
=3.6м
=2м
=3.8м
=1,4 атм
| Q | |||||||||||
| h1 | 109.88 | 75.8 | 55.7 | 38.7 | 24.7 | 13.9 | 6.1 | 1.5 | 0.2 | 0.06 | |
| hтр1 | 132.88 | 98.8 | 78.7 | 61.7 | 47.7 | 36.9 | 29.1 | 24.5 | 23.2 | 23.06 | |
| h2,4 | 1021.04 | 879.8 | 673.6 | 494.8 | 343.6 | 219.9 | 123.7 | 54.9 | 13.7 | 2.1 | 0.54 |
| Hтр2 | 1028.44 | 887.2 | 502.2 | 227.3 | 131.1 | 62.3 | 21.1 | 9.5 | 8.04 |