Теоретические основы расчета

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Для выполнения курсовой работы необходимы знания следующих разделов курса "Гидромеханика":

l. Уравнение Бернулли для потока реальной несжимаемой жидкости.

2. Практическое применение уравнения Бернулли.

3. Два режима движения жидкости, число Рейнольдса.

4. Гидравлические сопротивления.

5. Гидравлический расчет простых и сложных трубопроводов.

6. Расчет всасывающей линии насосной установки. Насосная установка и ее характеристика.

7. Работа насоса на сеть.

8. Сущность кавитационных явлений.

9. Истечение жидкости через отверстия и насадки.

10. Неньютоновские жидкости.

11. Гидравлический удар в трубопроводе.

12. Определение давления в жидкости и силы давления жидкости на поверхность твердого тела.

Решение поставленной студенту задачи выполняется аналитически, часть задачи, указанной преподавателем, рассчитывается при помощи ЭВМ.

Решение задачи связано, главным образом, с нахождением рабочих параметров системы "насосная станция (резервуар) — трубопровод" и изменением параметров работы установки при подключении параллельных или последовательно соединенных участков труб, а также при изменении характеристик насоса.

При работе всасывающей линии насосной установки надо иметь в виду, что давление перед насосом можно снизить до значения, меньшего давления упругости паров. В таком случаевозникает кавитация и необходимо предложить меры, предотвращающие это явление (увеличение диаметра всасывающей линии насосной установки, подключение лупинга и т.д.), и провести повторный расчет установки.

При выполнении задания требуется обратить внимание на указания в примечаниях, в которых даны условия, зависимости и значения, необходимые для выполнения курсовой работы.

Недостающие величины (физические свойства жидкостей, шероховатость трубопровода, характеристика насоса и т .д.) могут быть взяты из любых справочных пособий по гидравлическим расчетам. Некоторые справочные величины приведены в Приложении к данному учебному пособию.

Пояснительная записка к курсовой работе формируется в следующей последовательности:

1. Титульный лист.

2. Задание на курсовую работу.

3. Введение, в котором излагаются аспекты прикладного применения задачи, ее использования на практике.

4. Постановка задачи, где приводится схема гидравлической системы, исходные данные, расчетные и геометрические параметры, физические свойства жидкости, подробно формулируется задание.

5. Содержательная (расчетная) часть пояснительной запаски включает в себя ряд разделов, соответствующих отдельным пунктам задания.

В каждом разделе необходимо вначале привести теоретическое обоснование решаемой задачи, далее сделать соответствующие расчеты и привести результаты расчетов в виде таблиц, графиков, программы для вычисления на ЭВМ.

6. Выводы, где должен быть сделан анализ полученных результатов и внесены предложения по улучшению работы установки.

Ниже приводится примерный вид содержания пояснительной записки для одного из вариантов.

Введение (не нумеруется).

Постановка задачи.

Определение минимального диаметра всасывающего трубопровода.

2.1. Сущность кавитационных явлений.

2.2. Расчет минимального диаметра из условия отсутствия кавитации.

3. Определение рабочей точки насосной установки.

3.1. Основные сведения о насосах и построение характеристики насоса.

3.2. Построение характеристики сети.

3.3. Определение координат рабочей точки и мощности на валу насоса.

Регулирование подачи насоса.

4.1. Определение числа оборотов вала насоса при измененной подаче.

4.2. Определение диаметра лупинга.

5. Определение времени опорожнения резервуара.

Выводы (не нумеруются).

Пояснительная записка должна быть выполнена в соответствии с ГОСТом и иметь определенный порядок вложения и оформления листов:

- на титульном листе рамка соответствующего размера и содержания;

- стандартный лист “Пояснительная записка”;

- стандартный лист “Задание на курсовую работу”;

- “Содержание” пояснительной записки;

- все рисунки и графики должны иметь заглавие (вверху) и сквозной порядковый номер(внизу);

- при проведении расчетов на калькуляторе графики должны выполняться на миллиметровке.

Курсовую работу студент защищает перед комиссией, которая и выставляет оценку.

ЗАДАНИЯ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Т Е М А № 1

'''Исследование параметров работы насосной установки''

Центробежный насос 1 (Рис.1) перекачивает жидкость из резервуара 2 в резервуар 3, при этом жидкость поднимается на высоту H от оси насоса. Избыточное давление в газовом простран стве резервуаров равно р_м1 и р_м2 .

Исходные данные приведены в таблице 1.

Хаpактеpистики (H-Q) и (h-Q) работы центробежного насоса определяется с помощью зависимостей: Q_i=к_i×Q₀ , H_i=m_i×H₀ , h=c_i×h_max,

где Q_o - подача насоса (м³/c) при H=О,

H_o - напор насоса (м) при Q=O,

h_max – максимальное значение к.п.д. насоса,

к_i, m_i, с_i - коэффициенты, определяемые по таблице 2.

Задание:

1. Опpеделить рабочие параметры установки. и мощности, потребляемой электродвигателем (Q_k ,H_k).

2. Проверить устойчивость работы всасывающей линии. Определить максимально возможную величину потерь напора во всасывающей линии при заданных параметрах установки и максимально возможный коэффициент сопротивления фильтра 3.

3. Определить число оборотов вала насоса при уменьшении производительности до заданной величины (до x×Q_k) в исходной гидравлической сети.

4. Определить длину вставки l_вст (на нагнетательной линии), обеспечивающей уменьшение производительности до заданной величины (до x×Q_k), если диаметр вставки d_вст.

5. Для каждого способа регулирования определить рабочие параметры (H_P¸Q_P) и эффективную мощность насосной установки.

6. Определить толщину стенки нагнетательного трубопровода из условия прочности при гидравлическом ударе.

Указания:

1. Физические свойства ньютоновских жидкостей определить из приложения 12, а неньютоновских – из приложения 13.

2. Меcтные сопpотивления, pасположенные на всасывающей и нагнетательной линиях: всасывающая коpобка с обpатным клапаном и фильтpом 4, обpатный клапан 5, два повоpота на 90° 6, задвижка 7, вход в pезеpвуаp 8.

3. Тpубопpовод изготовлен из новых стальных тpуб.

4. Пpинять число обоpотов вала двигателя насоса n=1400 об/мин.

5. При уменьшении производительности принять: четный вариант – x=0,8 (на 20%); нечетный вариант – x=0,7 (на 30%).

Схема установки

Рис. 1

Таблица 1

Таблица 2

T E М А № 2

"ИССЛЕДОВАHИЕ РАБОТЫ ТРУБОПРОВОДА

В ПРОЦЕССЕ РЕГУЛИРОВАHИЯ"

Hасосная станция 1 пеpекачивает жидкость из откpытого pезеpвуаpа 2 в pезеpвуаp 3, имеющий диаметp Dp. Hад повеpхностью жидкости в pезеpвуаpе 3 поддеpживается избыточное давление величиной p_м. Опоpожнение резервуара производится через цилиндрический насадок 4. Схема установки изобpажена на pис.2.

Основные величины, необходимые для pасчета, пpиведены в таблице 3.

Задание:

1. Опpеделить pабочие паpаметpы (Qp-Hp) cистемы насосная станция -тpубопpовод.

2. Определить давление на входе в насос и максимально возможный коэффициент сопротивления фильтра из условия отсутствия кавитации.

3. Рассчитать диаметр параллельного трубопровода (лупинга) d_л, обеспечивающего увеличение подачи на 10%.

4. Провести мероприятия, позволяющие восстановить производительность до первоначального значения:

· определить коэффициент сопротивления крана x_кр;

· найти число оборотов вала насоса n₂.

5. Определить диаметр d_o сливного устройства 4 (цилиндрический внешний насадок), позволяющего произвести полное опорожнение резервуара за два часа (P_М=const).

6. Определить мощность электродвигателя, приводящего в действие центробежный насос.

Указания:

1. Насос выбирается из приложения (четные вариант – прил.3, нечетные – прил.4).

2. Физические свойства жидкости определяются по справочной литературе.

3. Трубопровод изготовлен из стальных труб, подверженных коррозии.

4. Потери напора в местных сопротивлениях учесть только в приемной коробке с фильтром 5 и задвижке 6. Степень открытия задвижки n.

5. Если во всасывающей линии насоса кавитация, то необходимо найти минимальный диаметр всасывающей линии (d_min) из условия отсутствия кавитации, увеличить его до ближайшего большего по ГОСТу и уточнить положение рабочей точки.

Схема установки

Рис.2

Таблица 3

Т Е М А № 3

"ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАБОТЫ ТРУБОПРОВОДА"

Центpобежный насос (рис. 3) заполняет жидкостью, температура которой t , цилиндрический напорный резервуар 1. Жидкость подается из открытого водоема 3 центробежным насосом 2. Регулирование подачи насоса осуществляется с помощью крана 4.

Исходные данные пpедставлены в таблице 4.

Задание:

1. Подобрать насос (приложения 1¸8), обеспечивающий заданную подачу Q.

2. Рассчитать минимальный диаметр всасывающий линии установки d_min, обеспечивающий бескавитационную работу насоса. Подобрать диаметр по ГОСТу.

3. Провести мероприятия, позволяющие обеспечить заданную подачу (1 способ – изменение характеристики сети; 2 способ – изменение характеристики насоса). Для каждого способа определить рабочие параметры (H_P¸Q_P) и эффективную мощность насосной установки.

4. Найти толщину стенки нагнетательного трубопровода с учетом повышения давления при внезапной остановки перекачки.

5. Определить диаметр d_o диффузорного насадка 6 (H=const) при работе в заданном режиме.

Указания:

1. Насос выбирается из приложения так, чтобы заданная производительность попадала в рабочий режим.

2. Всасывающая и нагнетательная линии трубопровода изготовлены из новых стальных труб.

3. Физические свойства перекачиваемой жидкости определяются из приложений.

4. При расчетах учесть потери напора во всех местных сопротивлениях. Величина коэффициентов местных сопротивлений определяется из приложения 17.

Схема установки

Рис. 3

Таблица 4

СОдержание

ВВЕДЕНИЕ

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для преобразования механической энергии приводного двигателя в гидравлическую энергию потока жидкости. Насосы передают жидкости энергию. Жидкость, получившая энергию от насоса, поднимается на определенную 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 нефтегазопромыслов.

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.

Характеристика насоса

D Q - область номинальных подач при работе насоса, где к.п.д. близок к максимальному.

Рис.2. Характеристика центробежного насоса Д-320 при n=2950 об/мин.

Теоретические основы расчета