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.
|
