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 [pic];
       2) согласно схеме установки (рис. 1.1.) длины участков трубопровода:
                           [pic]
                          [pic]
                         [pic]
                        [pic]
          геометрические отметки точек:
               [pic][pic]                    [pic]                 [pic]

                  [pic]                    [pic]
          местные сопротивления:
                -колен с закруглением под [pic]- 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.;


                 [pic]

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


       3) Напор у потребителя, независимый от потерь напора в  трубопроводе
          ( свободный   напор) - [pic];
       4) число часов работы установки в сутки  - [pic];
       5) число дней работы установки в году     - [pic] 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:
                       [pic]  ,    [pic]
   Результаты расчета для всех  принятых значений скорости приведены в
   таблице 3.1.

                                                                Таблица 3.1.
       Диаметры труб для различных значений скорости движении жидкости

|Скорость        |0,5  |1,0  |1,5  |2,0  |2,5  |3,0  |3,5  |
|движения        |     |     |     |     |     |     |     |
|жидкости, м/с   |     |     |     |     |     |     |     |
|Диаметр труб,   |0,297|0,210|0,172|0,149|0,133|0,121|0,112|
|[pic], м        |     |     |     |     |     |     |     |

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

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

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

     1. Определение массы труб в тоннах:

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

                                   [pic],

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


      3.3.7. Определение удельного сопротивления по длине:
                                   [pic].

      3.3.8. Определение удельного местного сопротивления:
                                   [pic].

      3.3.9. Определение сопротивления трубопровода:

                                    [pic]

                                    [pic]

      3.3.10. Определение максимального напора, создаваемого насосом:
                                    [pic]
       3.3.11. Определение мощности потока:

               [pic] кВт.

      3.3.12. Определение стоимости электроэнергии:

                                 [pic] грн.

      2.3.13. Определение эксплуатационных затрат:

                                 [pic] грн.
      3.3.14. Определение приведенных затрат в расчете на год:

                                 [pic] грн.

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

   3.3.1.  [pic] т

   3.3.2.  [pic] грн.

   3.3.3.  [pic] грн.

   3.3.4.  [pic] грн.

   3.3.5.  [pic]грн.
   3.3.6.  [pic]

   3.3.7.  [pic]
   3.3.8.  [pic]

   3.3.9.  [pic]
   3.3.10. [pic]

   3.3.11. [pic] кВт.
   3.3.12.   [pic] грн.

   3.3.13.   [pic] грн.

   3.3.14.   [pic] грн.

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

   3.3.1.  [pic] т.
   3.3.2.  [pic]грн.

   3.3.3.  [pic] грн.

   3.3.4.  [pic] грн.
   3.3.5.  [pic] грн.
    3.3.6. [pic]
   3.3.7.  [pic]
   3.3.8.  [pic]
   3.3.9.  [pic]

   3.3.10. [pic]

   3.3.11.  [pic] кВт

   3.3.12.  [pic] грн.

   3.3.13.  [pic] грн.

   3.3.14.  [pic] грн.

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

      3.3.1.   [pic] т.

   3.3.2.   [pic]грн.

   3.3.3.   [pic] грн.

   3.3.4.   [pic] грн.
   3.3.5.   [pic] грн.

   3.3.6.  [pic]

    3.3.7.   [pic]
   3.3.8.   [pic]
   3.3.9.  [pic]

   3.3.10.  [pic]

   3.3.11.  [pic] кВт
   3.3.12.   [pic] грн.

   3.3.13.   [pic] грн.

   3.3.14.   [pic] грн.

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

   3.3.1.    [pic] т.

   3.3.2.    [pic]грн.

   3.3.3.    [pic] грн.

   3.3.4.    [pic] грн.
      3.3.5.    [pic] грн.
      3.3.6.   [pic]
   3.3.7.    [pic]
   3.3.8.    [pic]
   3.3.9.  [pic]
   3.3.10.  [pic]

   3.3.11.  [pic] кВт

   3.3.12.  [pic] грн.

   3.3.13.  [pic] грн.
   3.3.14.  [pic] грн.

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

   3.3.1.  [pic] т.

   3.3.2.  [pic]грн.

   3.3.3.  [pic] грн.

   3.3.4.  [pic] грн.

   3.3.5.  [pic] грн.

   3.3.6. [pic]

   3.3.7.  [pic]
   3.3.8.  [pic]
   3.3.9.  [pic]

   3.3.10.  [pic]

   3.3.11.   [pic] кВт

   3.3.12.    [pic] грн.

   3.3.13.    [pic] грн.

   3.3.14.    [pic] грн.

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

   3.3.1. [pic] т.

   3.3.2.  [pic]грн.

   3.3.3.  [pic] грн.

   3.3.4.  [pic] грн.

   3.3.5.  [pic] грн.

    3.3.6.  [pic]

   3.3.7.   [pic]
   3.3.8.   [pic]
   3.3.9.  [pic]
   3.3.10.  [pic]

   3.3.11.  [pic] кВт

   3.3.12.   [pic] грн.
   3.3.13.   [pic] грн.

   3.3.14.  [pic] грн.

                                                                Таблица 3.2.
           Варианты значений скорости движения жидкости, диаметра
                      труб и соответствующих им затрат
|№ ва- |Скорость|Диамет|Затраты, грн.                                   |
|риан-т|движения|р     |                                                |
|а     |        |труб, |                                                |
|      |жидкости|[pic],|                                                |
|      |        |[pic] |                                                |
|      |[pic],  |      |                                                |
|      |[pic]   |      |                                                |
|      |        |      |[pic]  |[pic]  |[pic]   |[pic]      |[pic]   |
|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 [pic],  [pic]
   и [pic], которые приведены на рис. 3.1.
[pic]
   Рис. 3.1.    Графическое определение оптимального диаметра трубопровода


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

      3.4. Проверка толщины труб по максимальному пьезометрическому напору.


   3.4.1.   Максимальный пьезометрический напор имеет место в точке А
   трубопровода и равен:
                                    [pic]
   где [pic].
   3.4.2. Определение сопротивления трубопровода для выбранного стандартного
   диа- метра труб:

                                    [pic]
                                [pic] м в.ст.
      3.4.3.  Определение максимального давления в точке А:

                                    [pic]

                                [pic] [pic].
   принимаем [pic] МПа.
      3.4.4. Минимально допустимое значение толщины труб определяем по
формуле:
                                 [pic],  м,
   где [pic]- допустимое напряжение на растяжение для материала труб, МПа
   (для стальных труб [pic]=380 МПа);
                                    [pic]
        Таким образом, принятые к  установке  трубы  имеют  толщину  стенки
   [pic], превышающую допустимую [pic].


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


    4.1.1.  Пьезометрический напор в точке А:
                                    [pic]

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

                                    [pic]


   4.1.3. Пьезометрический напор в точке Е  равен свободному напору:
                                    [pic]
   4.1.4. Полный напор в точке Е:

                                    [pic]


     5. По исходным данным геометрических отметок  точек  А,  В,  С,  D,  Е
        ([pic], [pic], [pic], [pic], [pic] ) 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.
   [pic]
         Рис. 4.1.   График изменения напоров по длине трубопровода



             5. Построение напорной характеристики трубопровода

        Уравнение напорной характеристики рассматриваемого трубопровода
   имеет вид:
                                    [pic]
   где  [pic] - геометрическая высота, м;
           [pic] - сопротивление трубопровода, [pic].

        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.
|[pic], |0        |30       |50       |80       |100      |125    |
|[pic]  |         |         |         |         |         |       |
|[pic], |72,0     |72,8     |75,0     |80,8     |89,7     |103,7  |
|[pic]  |         |         |         |         |         |       |

   Напорная характеристика трубопровода представлена на рис 5.1.

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



                                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.                                                      |