Расчет диаметров трубопроводов

Введение

В мировой практике применение трубопроводов для подачи к местам потребления жидких и газообразных веществ имеет огромное значение.

Трубопроводы делят на простые и сложные. Сложные трубопроводы делят на разветвлённые(тупиковые) и замкнутые(кольцевые).

Для решения поставленной задачи- выбора центробежной гидравлической машины(насоса) необходимо установить производительность и напор, которые она должна обеспечить.

Гидравлическими машинами называются устройства, которые служат для

преобразования механической энергии двигателя в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию (гидравлические турбины).

В пищевой промышленности применяются, гидравлические машины

служащие для подъема, перемещения или нагнетания капельных жидкостей, т.е. насосы. По принципу действия основными типами гидравлических машин, применяемых в пищевой промышленности являются центробежные и поршневые насосы.

Центробежные машины создают давление и осуществляют

транспортировку капельных жидкостей и жидких суспензий, главным образом за счет работы центробежных сил, возникающих при вращении лопастных рабочих колес.

Поршневые машины работают на принципе вытеснения жидкости из

насосных цилиндров рабочими органами, называемыми поршнями. По этому же принципу работают ротационные насосы.

Целью курсовой работы является гидравлический расчет сложного

насосной установки а так же подбор центробежной гидравлической машины.

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Длины участков:

l₁ = 10 м; l₂ = 10 м; l₃ = 19 м; l₄ = 0,8 м; l₅ = 4,0 м; l₆ = 2,0 м; l₇ = 1,0 м.

Отметки установки приемных емкостей:

z₁ = 10 м; z₂ = 15 м; z₃ = 20 м.

Свободный напор в точках потребления:

H₁ = 6 м; H₂ = 12 м; H₃ = 10 м.

Расходы через ответвления:

Q₁ = 5 м³/ч; Q₂ = 15 м³/ч; Q₃ = 40 м³/ч.

Диаметр витков змеевика:

Д = 5 диаметров трубопровода

Диаметр расширительной емкости:

Д_р = 0,2 м.

Угол раскрытия конфузора:

α = 8⁰.

Углы ответвлений:

β₁ = 20⁰; β₂ = 30⁰.

Число витков змеевика:

n₂ = 5.

Число трубок:

n₁ = 50.

Высоты составных частей теплообменника:

В₁ = 0,2 м; В₂ = 1,0 м; В₃ = 0,4 м.

Диаметр теплообменника:

Д_т = 0,8 м.

Диаметр трубок теплообменника:

d_тр = 20 мм.

Гидравлические расчеты

Расчет гидравлических параметров схемы необходим для определения затрат энергии на перемещение жидкости и подбора стандартной гидравлической машины (насоса). Расчет ведется согласно [1].

 

Расчет диаметров трубопроводов

Примем значение экономической скорости .

; (1)

где - расход среды на i-ом участке трубопровода, м³/ч

= + + = 5+15+40 = 60 м³/ч - расход среды на общем участке трубопровода.

Для проведения вычислений расход Q _i переведём из м³/ч в м³/с:

Q₁ = 5 м³/ч = ,

Q₂ = 15 м³/ч = ,

Q₃ = 40 м³/ч = ,

Q₀ = 60 м³/ч = .

Диаметры трубопроводов:

 

d₁ =

d₂ =

d₃ =

d₀ =

На основании рассчитанных значений , выбираем ближайший стандартный диаметр трубы по ГОСТ 3262 – 75 для стальных водогазопроводных труб [2].

мм, Труба

мм, Труба

мм, Труба

мм, Труба

Вычислим внутренние диаметры трубопроводов:

d_i = D_i – 2s_i, (2)

где D _i - наружный диаметр соответствующего трубопровода, мм; s _i -толщина стенки, мм.

d₁ = D₁-2s₁ = 42,3-2∙2,8 = 36,7 мм,

d₂ = D₂-2s₂ = 75,5-2∙3,2 = 69,1 мм,

d₃ = D₃-2s₃ = 114-2∙4,0 = 106 мм,

d₀ = D₀-2s₀ = 140-2∙4,0 = 132 мм.

 

Так как внутренние диаметры стандартных труб могут отличаться от значений, рассчитанных по формуле (1), необходимо уточнить скорость течения жидкости.

 

Уточняем скорость течения жидкости:

, (3)

где - расход среды на i-ом участке трубопровода, м³/ч;

- стандартный диаметр i-й трубы, м.

м/с

м/с

м/с

м/с

 

 

Определение гидравлических потерь напора в трубопроводе

Потери напора разделяют: на потери на трение по длине, и местные потери.

Потери на трение возникают в прямых трубах постоянного сечения и изменяются пропорционально длине трубы.

 

Расчет потерь на общей ветке

- коэффициент сопротивления при входе в трубу с острыми краями(2 точки).

- коэффициент сопротивления на вентиле при d₀ = 120мм (1 вентиль).

- коэффициент сопротивления при выходе из трубы

- коэффициент сопротивления при внезапном расширении.

м.

Расчет потерь на второй ветви

 

Вход в трубу под углом [3, стр5]

, (11)

где = 60⁰ - угол отхода трубы.

- коэффициент сопротивления на вентиле при d₂ = 26,8мм.

- коэффициент сопротивления при резком повороте на 60⁰ .

- коэффициент сопротивления при повороте на 90⁰ (3 точки).

- коэффициент сопротивления при выходе из трубы.

м;

Центробежного насоса

Насос К 20/30 (2К – 6)

Масса насоса m = 38 кг.

Число оборотов вала (об/мин).

Требуемая производительность м³ /час.

Требуемый напор Н= 26,6 м.

Допускаемый кавитационый запас 4 м.

Мощность насоса N = 2,67 КВт.

КПД насоса .

Диаметр рабочего колеса D_р = 148 мм.

 

 

Выбор электродвигателя

Насосы комплектуют различными по мощности электродвигателями. При выборе электродвигателя следует ориентироваться на рассчитанную в предыдущем разделе мощность на валу насоса . Мощность требуемого электродвигателя определяется из равенства:

, (47)

где К – коэффициент запаса, принимаем К=1,3,т.к. N_ЭД до 4 кВт;

По величине подбираем ближайший больший по мощности комплектующий электродвигатель. Принимаем двигатель марки АOЛ2-22-2 мощностью 2,2 кВт.

Вывод

В ходе курсовой работы были произведены гидравлические расчёты насосной установки, а также был подобран центробежный насос по полученным результатам. Рассчитанный насос обеспечивает требуемый напор при расходе по третьей ветви трубопровода.

Для получения конечного результата данной курсовой работы, а именно, выбора центробежной гидравлической машины, производились вычисления сопротивлений на трение по длине, обусловленные вязкостным трением слоёв жидкости, движущихся в потоке с разными скоростями и трением слоёв жидкости о внутреннюю поверхность трубы и местных сопротивлений, обусловленных различного рода препятствиями, установленными в потоке перемещения жидкости.

Затем был выбран участок с наибольшим потребным напором в результате сравнения всех трех вариантов. Базовая ветвь – третья.

 

 

Литература

1. Учебно-методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Гидравлика. Гидравлические машины» для студентов специальности 24801 – Нижний Новгород. НГТУ, 2012.
2. Методические указания к дипломному проектированию «Расчет гидравлического сопротивления трубопроводов» для студентов специальности 0516 всех форм обучения – Дзержинск. ГПИ, 1985.
3. Центробежные консольные насосы с осевым входом для воды К и КМ. Каталог. – М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1985.
4. Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины – Харьков.: Издательство Харьковского университета, 1966.
5. Черкасский В.М. Насосы. Вентиляторы. Компрессоры. – Москва.: Издательство «Энергия», 1977.

 

 

Приложение А

(обязательное)

Список чертежей

 

 

МЖГ 04.02.000 СБ Насос центробежный К 20/30

 

 

Введение

В мировой практике применение трубопроводов для подачи к местам потребления жидких и газообразных веществ имеет огромное значение.

Трубопроводы делят на простые и сложные. Сложные трубопроводы делят на разветвлённые(тупиковые) и замкнутые(кольцевые).

Для решения поставленной задачи- выбора центробежной гидравлической машины(насоса) необходимо установить производительность и напор, которые она должна обеспечить.

Гидравлическими машинами называются устройства, которые служат для

преобразования механической энергии двигателя в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию (гидравлические турбины).

В пищевой промышленности применяются, гидравлические машины

служащие для подъема, перемещения или нагнетания капельных жидкостей, т.е. насосы. По принципу действия основными типами гидравлических машин, применяемых в пищевой промышленности являются центробежные и поршневые насосы.

Центробежные машины создают давление и осуществляют

транспортировку капельных жидкостей и жидких суспензий, главным образом за счет работы центробежных сил, возникающих при вращении лопастных рабочих колес.

Поршневые машины работают на принципе вытеснения жидкости из

насосных цилиндров рабочими органами, называемыми поршнями. По этому же принципу работают ротационные насосы.

Целью курсовой работы является гидравлический расчет сложного

насосной установки а так же подбор центробежной гидравлической машины.

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Длины участков:

l₁ = 10 м; l₂ = 10 м; l₃ = 19 м; l₄ = 0,8 м; l₅ = 4,0 м; l₆ = 2,0 м; l₇ = 1,0 м.

Отметки установки приемных емкостей:

z₁ = 10 м; z₂ = 15 м; z₃ = 20 м.

Свободный напор в точках потребления:

H₁ = 6 м; H₂ = 12 м; H₃ = 10 м.

Расходы через ответвления:

Q₁ = 5 м³/ч; Q₂ = 15 м³/ч; Q₃ = 40 м³/ч.

Диаметр витков змеевика:

Д = 5 диаметров трубопровода

Диаметр расширительной емкости:

Д_р = 0,2 м.

Угол раскрытия конфузора:

α = 8⁰.

Углы ответвлений:

β₁ = 20⁰; β₂ = 30⁰.

Число витков змеевика:

n₂ = 5.

Число трубок:

n₁ = 50.

Высоты составных частей теплообменника:

В₁ = 0,2 м; В₂ = 1,0 м; В₃ = 0,4 м.

Диаметр теплообменника:

Д_т = 0,8 м.

Диаметр трубок теплообменника:

d_тр = 20 мм.

Гидравлические расчеты

Расчет гидравлических параметров схемы необходим для определения затрат энергии на перемещение жидкости и подбора стандартной гидравлической машины (насоса). Расчет ведется согласно [1].

 

Расчет диаметров трубопроводов

Примем значение экономической скорости .

; (1)

где - расход среды на i-ом участке трубопровода, м³/ч

= + + = 5+15+40 = 60 м³/ч - расход среды на общем участке трубопровода.

Для проведения вычислений расход Q _i переведём из м³/ч в м³/с:

Q₁ = 5 м³/ч = ,

Q₂ = 15 м³/ч = ,

Q₃ = 40 м³/ч = ,

Q₀ = 60 м³/ч = .

Диаметры трубопроводов:

 

d₁ =

d₂ =

d₃ =

d₀ =

На основании рассчитанных значений , выбираем ближайший стандартный диаметр трубы по ГОСТ 3262 – 75 для стальных водогазопроводных труб [2].

мм, Труба

мм, Труба

мм, Труба

мм, Труба

Вычислим внутренние диаметры трубопроводов:

d_i = D_i – 2s_i, (2)

где D _i - наружный диаметр соответствующего трубопровода, мм; s _i -толщина стенки, мм.

d₁ = D₁-2s₁ = 42,3-2∙2,8 = 36,7 мм,

d₂ = D₂-2s₂ = 75,5-2∙3,2 = 69,1 мм,

d₃ = D₃-2s₃ = 114-2∙4,0 = 106 мм,

d₀ = D₀-2s₀ = 140-2∙4,0 = 132 мм.

 

Так как внутренние диаметры стандартных труб могут отличаться от значений, рассчитанных по формуле (1), необходимо уточнить скорость течения жидкости.

 

Уточняем скорость течения жидкости:

, (3)

где - расход среды на i-ом участке трубопровода, м³/ч;

- стандартный диаметр i-й трубы, м.

м/с

м/с

м/с

м/с