Расчет гидравлической циркуляционной установки - Курсовая работа

4.8 Определение минимальной толщины стальных стенок трубы d2,при которой не происходит ее разрыва в момент возникновения прямого гидравлического удараЖидкость по самотечному трубопроводу поступает из верхнего резервуара А в нижний резервуар В, откуда насосом перекачивается в промежуточную емкость С и из нее выливается в резервуар А. На всасывающей линии насосной установки имеется всасывающая коробка с обратным клапаном 1, поворотное колено 2, задвижка 3, вакуумметр Рв.Также необходимо выбрать два сечения. Сечения проводятся перпендикулярно вектору скорости. Если сечение лежит ниже плоскости сравнения, то z отрицательна. р - абсолютное или манометрическое давление в сечениях (Па); На схеме циркуляционной установки удобно выбрать два сечения, где: А-А это поверхность жидкости в нижнем резервуаре В; Тогда уравнение Бернулли для этих сечений запишется в виде: (2) где ZA-А и ZB-В - расстояния от сечений А-А и В-В соответственно до некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости;Это сечение должно быть сделано так, чтобы обязательно пересекало каждую элементарную струйку и только один раз. Обычно за поверхность сечение принимают живое сечение потока. При весовом способе взвешиванием на весах находят вес всей жидкости, поступившей в мерник за определенное время, определяют весовой расход по формуле, и, зная удельный вес жидкости, вычисляют объемный расход. В практике, как правило, для измерения расхода жидкости пользуются специальными приборами, которые предварительно тарируются объемным или весовым способом. Запишем уравнение Бернулли для двух сечений 1-1 и 2-2: (7) где z1 и z2 - расстояния от сечений А-А - и В-В соответственно до некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости; р-давления в сечениях А-А и В-В соответственно; ?-плотность циркулирующей жидкости; g-ускорение свободного падения; - скорость течения жидкости в сечениях А-А и В-В соответственно; ?-силы Кориолиса, которые учитывают неравномерность распределения скоростей в сечениях А-А и В-В соответственно; HA-В - потери напора на участках между выбранными сечениями.Потери напора по длине, т.е. сопротивления, проявляющиеся по всей длине потока, обусловленные силами трения частиц жидкости друг о друга и о стенки, ограничивающие поток. Они определяются по формуле Дарси-Вейсбаха: (11) где - длина трубы (или участка трубы) на котором определяются потери напора"; - диаметр трубы; - средняя скорость в трубе; ? = ? (Re, ?/d) - коэффициент гидравлического сопротивления трения. Потери напора на местных сопротивлениях определяются по формуле Потеря напора на местном сопротивлении может определяться как по скорости до местного сопротивления, так и по скорости после местного сопротивления. hm - потери напора от местных сопротивлений. а) Вначале определим hm - потери напора от местных сопротивлений.коэффициенты Кориолиса, которые учитывают неравномерность распределения скоростей в сечениях А-А и В-В соответственно; Пренебрегаем очень небольшими на малой длине между сечениями А-А и В-В потерями напора (HA-В = 0). Имеем расчетную формулу для определения показания дифманометра: Полученные результаты занесем в таблицу: Вариант Значение ?h, м Для определения установившегося уровня жидкости в промежуточной емкости Н1 составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2: (25) где расстояние от сечений А-А и В-В соответственно до некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости (м); коэффициенты Кориолиса, которые учитывают 2 2 неравномерность распределения скоростей в сечениях А-А и В-В соответственно. потери напора на участках между выбранными сечениями.Потери напора в местных сопротивлениях складываются из потерь на фланце, в угольниках, расходомера Вентури, на задвижках и выходе из трубы. Потери напора в местных сопротивлениях можно выразить через эквивалентную длину, т.е. такую длину трубопровода, для которой и Суммарная эквивалентная длина определяется по формуле: (34) Потери напора определяются по формуле: , где lэкв - суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений самотечного трубопровода. Для определения необходимого значения диаметра трубопровода по полученному графику определяем dc для значения h=H2 H3=const, т.к уровень установившийся - это и есть потери напора при прохождении жидкости по самотечному трубопроводу: h=4,1 0,5= 4,6 м. Гидравлический удар может иметь место, например, при быстром закрытии различных запорных приспособлений, устанавливаемых на трубопроводах (задвижка, кран), внезапной остановке насосов, перекачивающих жидкость и т.д.В ряде участков гидравлической установки режим течения жидкости - турбулентный, в результате мы имеем большие потери напора. Рекомендую добавить в циркуляционную жидкость небольшие количества таких веществ, как, например, высокомолекулярные полимеры (полиокс, полиакриламид - ПАА), гуаровая смола, поливиниловый спирт - ПВС. Будучи растворенными в жидкости, они обладают способностью значительно снижать гидравлические сопротивления при турбулентном режиме.

Содержание

1. Введение

2. Описание циркуляционной установки

3. Схема установки

4. Расчет циркуляционной установки

4.1 Определение геометрической высоты всасывания насоса Н2

4.1.1 Определение расхода жидкости

4.1.2 Определение потерь напора

4.2 Определение показания дифманометра (или дифпьезометра) скоростной трубки

4.3 Построение эпюр скоростей для сечения в месте установки скоростной трубки и т.д.

4.4 Определение установившегося уровня жидкости в промежуточной емкости Н1

4.5 Определение разности показания манометров Рм2 и Рм3

4.6 Определение суммарных потерь напора в местных сопротивлениях и их суммарную эквивалентную длину

4.7 Определение необходимого диаметра самотечного трубопровода dc, обеспечивающего установление заданного постоянного уровня в верхнем резервуаре Н3

В ряде участков гидравлической установки режим течения жидкости - турбулентный, в результате мы имеем большие потери напора. Как следствие это влечет за собой экономические затраты. Рекомендую добавить в циркуляционную жидкость небольшие количества таких веществ, как, например, высокомолекулярные полимеры (полиокс, полиакриламид - ПАА), гуаровая смола, поливиниловый спирт - ПВС. Будучи растворенными в жидкости, они обладают способностью значительно снижать гидравлические сопротивления при турбулентном режиме.

Механизм происходящих при этом явлений полностью пока не выяснен, но есть основания полагать. Что частицы этих веществ (их длинные и гибкие молекулы), внесенные в поток жидкости, тесно взаимодействуя с ее пульсирующими частицами, существенно изменят характер турбулентного течения.

Указанные изменения проявляются, прежде всего, в близкой к стенкам, ограничивающим поток, весьма малой по толщине области пограничного слоя. Здесь снижаются пристеночные поперечные пульсации скоростей и давлений, и это оказывает решающее влияние на общий уровень турбулентности и поведение потока в целом. Причем достаточно нескольких миллионных долей полимера по отношению к растворителю, чтобы достигалось значительное уменьшение гидравлического сопротивления.

1. Введение

Гидравлика занимается изучением законов равновесия и движения жидкостей, а также взаимодействие между жидкостями и твердыми телами, полностью или частично погруженными в жидкость.

Чтобы познать рассматриваемые явления, установить причины их возникновения, а также условия протекания, в гидравлике широко используются упрощенные приемы решения некоторых задач для получения приближенных, но иногда крайне необходимых ответов на вопросы инженерной практики.

Изучением законов равновесия и движения жидкостей занимается и другая наука-гидромеханика, в которой применяются лишь строго математические методы, позволяющие получать общие теоретические решения различных задач, связанных с равновесием и движением жидкостей. Долгое время гидромеханика рассматривала преимущественно невязкую (идеальную) жидкость, т.е. некоторую условную жидкость с абсолютной подвижностью частиц, считающуюся абсолютно несжимаемой, не обладающей вязкостью - не сопротивляющейся касательным напряжениям. В последнее время гидромеханика стала разрешать также проблемы движения вязких (реальных) жидкостей, а потому роль эксперимента в гидромеханике значительно возросла. Таким образом, изучением законов равновесия и движения жидкостей занимаются две науки: гидравлика (техническая механика жидкостей) и гидромеханика.

Гидравлика делится на две части: гидростатику и гидродинамику. Гидростатика изучает законы равновесия жидкостей и действие их на соприкасающиеся с ними твердые тела. Гидродинамика изучает законы движения жидкостей и взаимодействия их с соприкасающимися с ними покоящимися или движущимися твердыми телами.

Гидравлика может быть определена как прикладная механика жидкости. Она является основой таких дисциплин, как гидроэнергетика, водоснабжение и канализация, гидравлические машины (турбины, насосы, компрессоры), трубопроводный транспорт. Значительна роль этой науки в химической технологии, легкой промышленности, автоматики.

В современной промышленности нет области, где не проводятся гидравлические расчеты процессов, устройств и механизмов.

Особое значение гидравлика имеет для нефтяной и газовой промышленности, так как все ее процессы, начиная от бурения разведочных скважин и кончая транспортировкой готовой продукции потребителю, связаны с перемещением и хранением жидкости.

Для каждой из этих отраслей характерен свой круг гидродинамических задач и соответствующих методов их решения. Однако все они основываются на общих законах движения и покоя жидкостей и газов, а также на некоторых общих методах описания гидродинамических явлений.

Вопросами гидравлики человек интересовался еще с древности. За несколько тысяч лет до нашей эры в Египте, странах Ближнего и Среднего Востока, в Индии и Китае люди уже умели строить платины и каналы. Примерно в тоже время появились первые гидравлические двигатели - водяные колеса.

Первым научным трудом о законах равновесия жидкостей считают трактат Архимеда "О плавающих телах", написанный за 250 лет до нашей эры. После этого появились работы Леонардо да Винчи "О движении и измерении воды" (1452-1519).

В 1565 г. была опубликована работа голландского ученого Симона Стевина (1548-1620 гг.) "Начала гидростатики". В работах Галилея (1564-1642 гг.) рассмотрены закономерности пребывания тел в воде. Торричелли (1608-1647 гг.), исследуя течение жидкости из отверстия, нашел известную формулу для скорости течения. Паскаль (1623-1662 гг.) вывел закон о передаче давления в жидкостях.

Исаак Ньютон (1642-1724 гг.) впервые предложил основные законы течения в жидкости. В 1738 г. в книге "Гидродинамика" Даниил Бернулли опубликовал уравнение, в котором устанавливалась связь между давлением, скоростью движения и положением рассматриваемой массы жидкости при установившемся движении.

В 1755 и 1756 гг. появляются работы Леонарда Эйлера, где он впервые дает полную систему уравнений движения идеальной жидкости.

Основоположниками гидравлики как самостоятельной науки являются члены Петербургской академии наук Д. Бернулли и Л. Эйлер. В 1738 г. была опубликована работа Д. Бернулли "Гидродинамика или записки о силах движения жидкости", в которой установлена связь между давлением и скоростью в элементарной струйке тяжелой "идеальной" жидкости.

М.В. Ломоносов (1711-1765 гг.) изучал условия работы гидротехнических сооружений и занимался исследованием движения воздуха в родниках.

В 1791 г. вышло первое русское печатное руководство по гидравлике А. Колмакова "Карманная книжка для вычисления количества воды, вытекающей через трубы, отверстия или по желобам, а также и силы, какою они ударяют, стремясь с данной скоростью".

В конце XVX и начале Х1Х веков во Франции появляются работы Шези по движению воды в каналах и трубах и Дарси - по напорному движению воды в трубах.

В 1883 г. Н.П. Петров разработал гидродинамическую теорию смазки, уточнил гипотезу о внутреннем трении в движущейся жидкости.

В 1889 вышла работа Н. Жуковского "О гидравлическом ударе в водопроводных трубах", в которой дана теория гидравлического удара. Жуковским впервые были введены основные дифференциальные уравнения движения грунтовых вод.

Л.С. Лейбензоном (1879-1951 гг.) и его учениками создана российская армия фильтрации.

В развитии нефтяной гидравлики роль русских и советских ученых проявилась особенно ярко. В. Шухов (1853-1939 гг.) разработал основы гидравлического расчета трубопроводов, которые затем развили Л. Лейбензон (1879-1951 гг.) и его ученики И. Чарный (1909-1967 гг.), В. Черникин (1912-1965 гг.) и др. На базе работ Павловского Н.Н. (1884-1937 гг.) Лейбензон заложил основы новой науки "Подземная гидравлика", которую успешно развивали его ученики И.А. Чарный, В.Н. Щелкачев, Б.В. Лапук и созданные ими школы.1. Нефтегазовая гидромеханика / Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г.Д. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 480 с.

2. Техническая гидромеханика/ Емцев Б.Т. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 440 с.: ил.

3. Основы теоретической механики: Учебник.2-е изд., перераб. и дополн. - М.: Изд-во МГУ, 2000. - 719 с.

4. Сопротивление материалов: Учебник для вузов/ Под общ. Ред. Акад. АН УССР Г.С. Писаренко. - 4-е изд. перераб. и доп. - Киев: Высшая школа, 1979. - 696 с.30106.2105000000.

5. Бурдин Г.Д., Базакуза В.А., Единицы физических величин: Справочник-Харьков: Высшая школа, 1984.

6. Стоцкий Л.Р. Физические величины и их единицы. - М.: Просвещение, 1984.

7. Теория механизмов и машин: Терминология. Буквенное обозначение величин. - М.: Наука, 1984.

8. Курсовое проектирование и его унификация в Московском институте нефти и газа имени И.М. Губкина.4.1 и 4.2 - М. - : МИНГ, 1987.

9. Методическое пособие для выполнения курсовой работы по гидравлике / Зозуля Н.Е., Альметьевск, 2001.