регистрация / вход

Расчет стального воздухопровода

Расчет плотности и расхода газа при данном давлении и температуре. Выбор труб и определение расчетных скоростей на отдельных участках. Определение потерь напора на участках. Гидравлический расчет для конкретных данных. Построение характеристики сети.

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:

1) 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 dтруб 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 о С, 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< Reкр – режим течения ламинарный. При Reкр <Re- турбулентный.

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

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*105 Па.

Температура и давление газа:

р = 0.9 ати = 0,9*9,81*104 Па +1,01396*105 Па = 1,89686*105 Па,

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 о С;

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 bна 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 , и d3 = 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 + 12,733 Q 2

Эскиз воздухопровода

Заключение

В данном курсовом проекте был рассчитан стальной воздухопровод. В гидравлическом расчете было определено давление на входе P1 =1,94*105 Па 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 < л< 0.0466. Что касается коэффициента местных потерь, то для данной сети он может быть легко изменен с помощью дроссельных устройств - вентилей.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий