Содержание
Содержание
Введение
Гидравлический расчет
Гидравлический расчет для конкретных данных
Эскиз газопровода
Заключение
Введение:
Под воздухопроводами понимают обычно трубопроводы для воздуха высокого давления (свыше 0,15 ати), подаваемого нагнетателями и компрессорами. Трубопроводы воздуха низкого давления, подаваемого вентиляторами, называют воздуховодами.
Воздухопроводы изготавливаются обычно из стальных шовных (водогазопроводных) или бесшовных горячекатаных труб; иногда применяются стальные холоднотянутые и холоднокатаные трубы. Шовные трубы имеют сравнительно невысокое допускаемое давление (с обычной стенкой должны выдерживать до 20 кгс/см2), поэтому их применяют в неответственных случаях и умеренных давлениях. При прокладке воздухопроводов их сваривают.
Воздуховоды чаще всего бывают сварные или клепанные. При давлении воздуха до 200 – 300 мм их изготовляют из листового железа толщиной от 0,5 – 2 мм и доставляют на место в идее отдельных секций длиной 1 – 3 м. Секции снабжены фланцами и собираются при помощи болтов. Воздуховоды такого типа бывают круглого и прямоугольного сечения (короба). При небольших расходах вентиляторного воздуха, а также при более высоком его давлении воздуховоды изготавливают из стальных труб и делают цельносварными из листовой стали. В ряде случаев воздуховоды делают из кирпича, бетона, железобетона и других материалов(подземные воздуховоды).
В воздухопроводах может допускаться скорость в пределах 5 -20 м/с, но рекомендуются значения скоростей 12 – 15 м/с.
В данной работе будет рассчитан стальной газопровод, в котором протекает воздух, расход воздуха на конвертерах 400 нм/мин. Потребное давление на выходе составляет 0.9 ати.
В ходе гидравлического расчета будет найдено давление на входе, а также построена характеристика сети газопровода.
Данные о коэффициентах сопротивлений, эквивалентная абсолютная шероховатость были взяты из приложений книги А.А.Гальнбека ”Водовоздушное хозяйство металлургических заводов”.
Гидравлический расчет
Расчет слагается из следующих этапов:
Расчет плотности и расхода газа при данном давлении и температуре:
Расчетным уравнением плотности для газа является:
/>
где со-плотность газа при нормальных условиях />, где Мгаза — молярная масса газа, Vm– молярный объем;
p, T – давление и температура газа,
po, To – давление и температура газа при нормальных условиях.
/>/>
2)Выбор труб и определение расчетных скоростей на отдельных участках:
При выборе труб необходимо задаться некоторым значением скорости. Оно выбирается исходя из экономических соображений. Следующий этап состоит в определении диаметров d труб на участках:
/>
где F — площадь поперечного сечения трубопровода, W-средняя скорость движения газа.
По рассчитанному значению d подбирают в справочнике ближайший диаметр стандартной трубы. Затем обратным расчетом вычисляют действительную скорость воды в выбранной стандартной трубе. Если эта скорость ненамного отличается от средне-экономичной (примерно 12-15 м/с), то выбор можно считать законченным.
3)Определение потерь напора на участках:
Наружные сети обычно можно отнести к длинным трубопроводам, где общие потери напора, в основном, определяются потерями на трение, а местные учитываются коэффициентом местных потерь о:
/>,
где b – коэффициент сопротивления трубопровода:
/>,
где l и d – длина и диаметр трубопровода, F – площадь поперечного сечения трубопровода; о- коэффициент местного сопротивления, его значения приводятся в справочниках; л- коэффициент трения(значение л определяется рядом условий, в первую очередь режимом течения газа).
Существует последовательное и параллельное соединение трубопроводов. При последовательном:
/>
При параллельном :
/>
Картина движения газа в потоке может быть различной. Существует ламинарный и турбулентный режимы течения, количественной мерой этих режимов является число Рейнольдса Re. Его численное значение зависит от соотношения трех величин: средней скорости потока W, его диаметра d, и вязкости н, которая рассчитывается по формуле:
/>,
где с – плотность газа, м – динамическая вязкость газа:
/>,
где мо – динамическая вязкость газа при 0 оС, T – температура газа, С – постоянная для данного газа;
/>
Число Рейнольдса является безразмерной величиной. Границей перехода из одного режима в другой считается обычно значение Re=2320-критическое значение(Reкр). При Re
В промышленных трубопроводах несжимаемые жидкости и газы в большинстве случаев движутся в турбулентном режиме, поэтому определение потерь напора на трение будет рассмотрено только для него.
После определения Re необходимо рассчитать толщину ламинарного подслоя в турбулентном потоке:
/>
где d-диаметр трубопровода.
Если д много больше средней величины выступов шероховатости(абсолютной шероховатости), то трубы носят название гидравлически гладких. Если много меньше – гидравлически шероховатых.
Для гидравлически гладких труб л рассчитывается по формуле Блазиуса:
/>
Для гидравлически шероховатых по формуле Никурадзе:
/>
Кэ — эквивалентная шероховатость. Ее значения для разных стенок приводятся в справочниках.
4) Определение давления на входе:
Выбираем давление на входе, равное конечному давлению плюс 3% от значения конечного давления
/>
Далее рассчитываем разность конечного давления и давления на выходе из воздуходувной станции:
/>,
и само давление на выходе
/>
Если />расчетное практически совпадает с выбранным давлением, следовательно выбор давления верен.
5)Построение характеристики сети:
Уравнение напорной характеристики сети записывается следующим образом:
H=a+(c+b)Q2--PAGE_BREAK--
Где />;
/>-коэффициент сопротивления трубопровода.
/>
Гидравлический расчет для конкретных данных
1)Расчет плотности и расхода газа при данном давлении и температуре:
/>
/>/>
Температура и давление газа при нормальных условиях:
То = 273 К,
po= 760мм.рт.ст. = 0,760*13600*9,81 Па = 1,01396*105Па.
Температура и давление газа:
р = 0.9 ати = 0,9*9,81*104Па +1,01396*105Па = 1,89686*105Па,
Т = 30+273 = 303 К.
/>/>
/>
/>
2)Выбор труб и определение расчетных скоростей на отдельных участках:
Пусть W=13 м/с. Тогда:
/>
Выбираем по ГОСТу ближайший стандартный внутренний диаметр стальной трубы d=600мм.
Расчетная скорость:
/>
При последовательном соединении Q1 = Q2 = Q3, задаемся внутренним диаметром d =650 мм, чтобы предотвратить разгон газа, тогда:
/>
т.к. d1 = d3, а Q1 =Q2= Q3=Q, то
W1 = W3 = 14,1 м/с.
3)Определение потерь напора на участках:
Для расчета кинематической вязкости необходимо сначала рассчитать динамическую вязкость, при:
мо = 1,72*10-5 Па*с — динамическая вязкость газа при 0 оС;
T = 303 К — температура газа;
С = 114 — постоянная для данного газа:
/>
тогда:
/>,
где с – плотность газа, м – динамическая вязкость газа:
Для определения режима движения на первом участке рассчитаем число Рейнольдса:
/>
Re1>Reкр=2320, следовательно режим движения турбулентный.
Рассчитаем толщину ламинарного подслоя:
/>
Абсолютная шероховатость ∆=0.5мм. Тогда ∆>д имеем область гидравлически шероховатых труб.
Коэффициент трения л1 определяем по формуле Никурадзе:
/>
Определим коэффициент сопротивления b на первом участке. Коэффициенты местных сопротивлений принимаем равными овентиля стандартного = 4,5, околена = 2, овентиля «рей» = 3,2. Следовательно ∑о = овентиля стандартного+ околена*5+ овентиля «рей» =4,5+2*5+3,2=17,7 Длина первого участка />
/>
Для определения режима движения на втором участке рассчитаем число Рейнольдса:
/>
Re1>Reкр=2320, следовательно режим движения турбулентный.
Рассчитаем толщину ламинарного подслоя:
/>
Абсолютная шероховатость ∆=0,5мм. Тогда ∆>д имеем область гидравлически шероховатых труб.
Коэффициент трения л2 определяем по формуле Никурадзе:
/>
Определим коэффициент сопротивления b на втором участке. Внезапное расширение: орасш = />. Внезапное сужение осуж = 0.5/>. Следовательно ∑о= орасш+ осуж =0.096 Длина второго участка />
/>
Для определения режима движения на третьем участке рассчитаем число Рейнольдса:
Re3 = Re1 =955932,2,
т.к. W3= W1, иd3= d1.
Re3>Reкр=2320, следовательно режим движения турбулентный.
Рассчитаем толщину ламинарного подслоя:
/>
Абсолютная шероховатость ∆=0,5мм.Тогда ∆>д имеем область гидравлически шероховатых труб.
Коэффициент трения л3 определяем по формуле Никурадзе:
/>
Определим коэффициент сопротивления b на третьем участке. Коэффициенты местных сопротивлений принимаем равными овентиля стандартного = 4,5, околена = 2, овентиля «рей» = 3,2. Следовательно ∑о = овентиля стандартного+ околена*5+ овентиля прямоточного =4,5+2*5+3,2=17,7 Длина третьего участка />
/>
Участки 1,2 и 3 соединены последовательно, значит:
/>
Рассчитаем потери на всем трубопроводе:
/>
4) Определение давления на входе:
Выберем давление на входе, равное конечному давлению плюс 3% от значения конечного давления
/>
/>Па
/>
/>расчетное практически совпадает с выбранным давлением, следовательно, давление на выходе из воздуходувной станции равно 1,94*105 Па
4)Построение характеристики сети:
Уравнение напорной характеристики сети записывается следующим образом:
H=a+(c+b)Q2
Где
/>
/>
/>
Для данного трубопровода уравнение характеристики сети имеет вид:
H = -201,2 + 12,733Q2
Эскиз воздухопровода
/>
Заключение
В данном курсовом проекте был рассчитан стальной воздухопровод. В гидравлическом расчете было определено давление на входе P1=1,94*105Па и построена характеристика сети воздухопровода, график которой представляет собой параболу:
/>
Для данной сети постоянная а, отвечающая сумме геометрической подачи и приращению пьезометрического напора, не изменяется в ходе эксплуатации трубопровода.
Иная картина наблюдается с сопротивлением трубопровода b, учитывающим потери напора на трение и местные потери. Для данной сети коэффициент трения более или менее постоянен, 0,0452