Зміст
Зміст
Введення
Гідравлічний розрахунок
Гідравлічний розрахунок для конкретних даних
Ескіз газопроводу
Висновок
Введення:
Під повітропроводами розуміють звичайно трубопроводи для повітря високого тиску (понад 0,15 ати), що подається нагнітачами та компресорами. Трубопроводи повітря низького тиску, що подається вентиляторами, називають повітроводами.
Повітропроводи виготовляються зазвичай зі сталевих шовних (водогазопровідних) або безшовних гарячекатаних труб; іноді застосовуються сталеві холоднотягнуті та холоднокатані труби. Шовні труби мають порівняно невисоку допускається тиск (зі звичайною стінкою повинні витримувати до 20 кгс / см 2), тому їх застосовують у невідповідальних випадках і помірних тисках. При прокладанні повітропроводів їх зварюють.
Повітропроводи найчастіше бувають зварні або клепані. При тиску повітря до 200 - 300 мм їх виготовляють з листового заліза товщиною від 0,5 - 2 мм і доставляють на місце в ідеї окремих секцій довжиною 1 - 3 м. Секції забезпечені фланцями і збираються за допомогою болтів. Повітропроводи такого типу бувають круглого і прямокутного перерізу (короби). При невеликих витратах вентиляторного повітря, а також при більш високому його тиску повітроводи виготовляють із сталевих труб і роблять суцільнозварними з листової сталі. У ряді випадків повітроводи роблять із цегли, бетону, залізобетону та інших матеріалів (підземні повітроводи).
У повітропроводах може допускатися швидкість в межах 5 -20 м / с, але рекомендуються значення швидкостей 12 - 15 м / с.
У даній роботі буде розрахований сталевий газопровід, в якому протікає повітря, витрата повітря на конвертерах 400 нм / хв. Потрібне тиск на виході складає 0.9 ати.
У ході гідравлічного розрахунку буде знайдено тиск на вході, а також побудована характеристика мережі газопроводу.
Дані про коефіцієнти опорів, еквівалентна абсолютна шорсткість були взяті з додатків книги А.А. Гальнбека "водоповітряної господарство металургійних заводів".
Гідравлічний розрахунок
Розрахунок складається з наступних етапів:
Розрахунок щільності і витрати газу при даному тиску і температурі:
Розрахунковим рівнянням щільності для газу є:
де з о-щільність газу при нормальних умовах , Де М газу - молярна маса газу, V m - Молярний об'єм;
p, T - тиск і температура газу,
p o, T o - тиск і температура газу при нормальних умовах.
2) Вибір труб і визначення розрахункових швидкостей на окремих ділянках:
При виборі труб необхідно задатися деяким значенням швидкості. Воно вибирається виходячи з економічних міркувань. Наступний етап полягає у визначенні діаметрів d труб на ділянках:
де F - площа поперечного перерізу трубопроводу, W-середня швидкість руху газу.
За розрахованим значенням d підбирають довіднику найближчий діаметр стандартної труби. Потім зворотним розрахунком обчислюють дійсну швидкість води в обраній стандартної трубі. Якщо ця швидкість не набагато відрізняється від середньо-економічною (приблизно 12-15 м / с), то вибір можна вважати закінченим.
3) Визначення втрат напору на ділянках:
Зовнішні мережі зазвичай можна віднести до довгих трубопроводах, де загальні втрати напору, в основному, визначаються втратами на тертя, а місцеві враховуються коефіцієнтом місцевих втрат про:
,
де b - коефіцієнт опору трубопроводу:
,
де l і d - довжина і діаметр трубопроводу, F - площа поперечного перерізу трубопроводу; о-коефіцієнт місцевого опору, його значення наводяться в довідниках; л-коефіцієнт тертя (значення л визначається рядом умов, в першу чергу режимом течії газу).
Існує послідовне і паралельне з'єднання трубопроводів. При послідовному:
При паралельному:
Картина руху газу в потоці може бути різною. Існує ламінарний і турбулентний режими течії, кількісною мірою цих режимів є число Рейнольдса Re. Його чисельне значення залежить від співвідношення трьох величин: середньої швидкості потоку W, його діаметра d, і в'язкості н, яка розраховується за формулою:
,
де с - щільність газу, м - динамічна в'язкість газу:
,
де м о - динамічна в'язкість газу при 0 о С, T - температура газу, С - постійна для даного газу;
Число Рейнольдса є безрозмірною величиною. Межею переходу з одного режиму в іншій вважається зазвичай значення Re = 2320-критичне значення (Re кр). При Re <Re кр - режим течії ламінарний. При Re кр <Re - турбулентний.
У промислових трубопроводах нестискувані рідини і гази в більшості випадків рухаються в турбулентному режимі, тому визначення втрат напору на тертя буде розглянуто тільки для нього.
Після визначення Re необхідно розрахувати товщину ламінарного підшару в турбулентному потоці:
де d-діаметр трубопроводу.
Якщо д багато більше середньої величини виступів шорсткості (абсолютної шорсткості), то труби носять назву гідравлічно гладких. Якщо багато менше - гідравлічно шорсткуватих.
Для гідравлічно гладких труб л розраховується за формулою Блазіуса:
Для гідравлічно шорсткуватих за формулою Нікурадзе:
До е. - еквівалентна шорсткість. Її значення для різних стінок наводяться в довідниках.
4) Визначення тиску на вході:
Вибираємо тиск на вході, рівне кінцевому тиску плюс 3% від значення кінцевого тиску
Далі розраховуємо різницю кінцевого тиску і тиску на виході з повітродувної станції:
,
і саме тиск на виході
Якщо розрахункове практично збігається з обраним тиском, отже вибір тиску вірний.
5) Побудова характеристики мережі:
Рівняння напірної характеристики мережі записується таким чином:
H = a + (c + b) Q 2
Де ;
-Коефіцієнт опору трубопроводу.
Гідравлічний розрахунок для конкретних даних
1) Розрахунок щільності і витрати газу при даному тиску і температурі:
Температура і тиск газу при нормальних умовах:
Т о = 273 К,
p o = 760мм.рт.ст. = 0,760 * 13600 * 9,81 Па = 1,01396 * 10 5 Па.
Температура і тиск газу:
р = 0.9 ати = 0,9 * 9,81 * 10 4 Па +1,01396 * 10 5 Па = 1,89686 * 10 5 Па,
Т = 30 +273 = 303 К.
2) Вибір труб і визначення розрахункових швидкостей на окремих ділянках:
Нехай W = 13 м / с. Тоді:
Вибираємо за ГОСТом найближчий стандартний внутрішній діаметр сталевої труби d = 600мм.
Розрахункова швидкість:
При послідовному з'єднанні Q 1 = Q 2 = Q 3, задаємося внутрішнім діаметром d = 650 мм, щоб запобігти розгін газу, тоді:
тому що d 1 = d 3, а Q 1 = Q 2 = Q 3 = Q , То
W 1 = W 3 = 14,1 м / с.
3) Визначення втрат напору на ділянках:
Для розрахунку кінематичної в'язкості необхідно спочатку розрахувати динамічну в'язкість, при:
м про = 1,72 * 10 -5 Па * с - динамічна в'язкість газу при 0 о С;
T = 303 К - температура газу;
З = 114 - постійна для даного газу:
тоді:
,
де с - щільність газу, м - динамічна в'язкість газу:
Для визначення режиму руху на першій ділянці розрахуємо число Рейнольдса:
Re 1> Re кр = 2320, отже режим руху турбулентний.
Розрахуємо товщину ламінарного підшару:
Абсолютна шорсткість Δ = 0.5мм. Тоді Δ> д маємо область гідравлічно шорсткуватих труб.
Коефіцієнт тертя л 1 визначаємо за формулою Нікурадзе:
Визначимо коефіцієнт опору b на першій ділянці. Коефіцієнти місцевих опорів приймаємо рівними про вентиля стандартного = 4,5, про коліна = 2, про вентиля «рей» = 3,2. Отже Σо = о вентиля стандартного + про коліна * 5 + про вентиля «рей» = 4,5 +2 * 5 +3,2 = 17,7 Довжина першої ділянки
Для визначення режиму руху на другій ділянці розрахуємо число Рейнольдса:
Re 1> Re кр = 2320, отже режим руху турбулентний.
Розрахуємо товщину ламінарного підшару:
Абсолютна шорсткість Δ = 0,5 мм. Тоді Δ> д маємо область гідравлічно шорсткуватих труб.
Коефіцієнт тертя л 2 визначаємо за формулою Нікурадзе:
Визначимо коефіцієнт опору b на другій ділянці. Раптове розширення: про Розширений = . Раптове звуження про го во = 0.5
. Отже Σо = о Розширений + про го во = 0.096 Довжина другої ділянки
Для визначення режиму руху на третьому ділянці розрахуємо число Рейнольдса:
Re 3 = Re 1 = 955932,2,
т. к. W 3 = W 1, і d 3 = d 1.
Re 3> Re кр = 2320, отже режим руху турбулентний.
Розрахуємо товщину ламінарного підшару:
Абсолютна шорсткість Δ = 0,5 мм.Тогда Δ> д маємо область гідравлічно шорсткуватих труб.
Коефіцієнт тертя л 3 визначаємо за формулою Нікурадзе:
Визначимо коефіцієнт опору b на третьому ділянці. Коефіцієнти місцевих опорів приймаємо рівними про вентиля стандартного = 4,5, про коліна = 2, про вентиля «рей» = 3,2. Отже Σо = о вентиля стандартного + про коліна * 5 + про вентиля прямоточного = 4,5 +2 * 5 +3,2 = 17,7 Довжина третьої дільниці
Ділянки 1,2 і 3 з'єднані послідовно, отже:
Розрахуємо втрати на всьому трубопроводі:
4) Визначення тиску на вході:
Виберемо тиск на вході, рівне кінцевому тиску плюс 3% від значення кінцевого тиску
Па
розрахункове практично збігається з обраним тиском, отже, тиск на виході з повітродувної станції одно 1,94 * 10 5 Па
4) Побудова характеристики мережі:
Рівняння напірної характеристики мережі записується таким чином:
H = a + (c + b) Q 2
Де
Для даного трубопроводу рівняння характеристики мережі має вигляд:
H = -201,2 + 12,733 Q 2
Ескіз повітропроводу
Висновок
У даному курсовому проекті був розрахований сталевий повітропровід. У гідравлічному розрахунку було визначено тиск на вході P 1 = 1,94 * 10 5 Па і побудована характеристика мережі повітропроводу, графік якої є параболою:
Для даної мережі постійна а, що відповідає сумі геометричній подачі та збільшенню п'єзометричного напору, не змінюється в ході експлуатації трубопроводу.
Інша картина спостерігається з опором трубопроводу b, що враховує втрати напору на тертя і місцеві втрати. Для даної мережі коефіцієнт тертя більш-менш постійний, 0,0452 <л <0.0466. Що стосується коефіцієнта місцевих втрат, то для даної мережі він може бути легко змінений за допомогою дросельних пристроїв - вентилів.