Гидравлический расчёт трубопроводной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидравлический расчёт трубопроводной системы

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по дисциплине Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика

на тему Гидравлический расчёт трубопроводной системы

Исходные данные для выполнения работы:

p₁=200 [кПа], p₂=130 [кПа], L₁=2,5[м], L₂=1,5[м], L₃=2[м], L₄=3,5[м], d₁=0,3[мм],

d₂=0,2[мм], d₃=0,2[мм], d₄=0,3[мм], z₁=30[м], z₂=15[м], H=2[м], с=850 [кг/м³]

Введение

Сложный трубопровод имеет разветвлённые участки, состоящие из нескольких труб (ветвей), между которыми распределяется жидкость, поступающая в трубопровод из питателей [2].

Сечения трубопровода, в которых смыкаются несколько ветвей, называются узлами.

В зависимости от структуры разветвлённых участков различают следующие типы сложных трубопроводов: с параллельными ветвями; с концевой раздачей жидкости; с непрерывной раздачей жидкости; с кольцевыми участками. В практике встречаются разнообразные сложные трубопроводы комбинированного типа.

Можно выделить три основные группы задач расчёта сложных трубопроводов:

1) Определение размеров труб по заданным в них расходам и перепадам напоров в питателях и приёмниках.

2) Определение перепадов напоров в питателях и приёмниках, необходимых для обеспечения требуемых расходов в трубах заданных размеров.

3) Определение расходов в трубах заданных размеров по известным перепадам напоров

В данном курсовом проекте рассматривается третья из представленных групп задач. По существу это поверочный расчёт уже существующего трубопровода, выясняющий условия его работы. Безусловно, знание расходов в трубах на промысле необходимо, так как данный параметр является одним из основных факторов, влияющих на функционирование трубопровода в целом, а также позволяющих решать конкретные задачи.

1. Теоретическая часть

1.1 Гидравлический расчет сложного трубопровода

Для решения сформулированных выше задач составляется система уравнений, устанавливающая связи между размерами труб, расходами жидкости, напорами. Эта система состоит из уравнений баланса расходов для каждого узла и уравнений Бернулли для каждой ветви трубопровода [2]. При этом в сложных трубопроводах можно пренебрегать относительно малыми местными потерями напора в узлах. Это позволяет считать одинаковыми напоры потоков в концевых сечениях труб, примыкающих к данному узлу, и оперировать в уравнениях Бернулли понятием напора в данном узле.

Уравнение Бернулли для участка трубопровода 1-2 записывается в виде

(1)

где z - геометрический напор;

- пьезометрический напор;

- скоростной напор;

- коэффициент Кориолиса;

- потери напора;

В данной курсовой работе участки, для которых записываются уравнения Бернулли и . Тогда (1) примет вид

(2)

Потери напора в трубах выражаются формулой Дарси - Вейсбаха

[2] (3);

где - длина трубы;

- диаметр трубы;

- коэффициент сопротивления трения;

- коэффициент местного сопротивления;

- средняя скорость потока в трубе;

Поскольку средняя скорость потока в трубе выражается формулой [2]

(4);

где - расход жидкости в трубе;

а местными сопротивлениями пренебрегаем, то потери напора можно написать в следующем виде

(5);

Коэффициент сопротивления трения в зависимости от режима течения в трубе некоторым образом зависит от расхода Q [2]. Так, если режим течения ламинарный (Re<=2300 или, с учётом того, что , условие перепишется так ), то

 (6)

В зоне гидравлических гладких труб области турбулентного режима для шероховатых труб () будем использовать формулу Блазиуса

(7)

В зоне смешенного трения области турбулентного режима для шероховатых труб () будем использовать приближённую формулу А.Д. Альтшуля

(8)

В квадратичной области вполне шероховатых труб () формула Альтшуля переходит в формулу Б.Л. Шифринсона

(9)

Т.о, используя формулы (2), (5) - (8), можно получить зависимости типа

 (10)

для каждого участка трубопровода. Используя тот факт, что (расход на участке 1-4 равен расходам на участках 1-2, 2-3, 3-4), а (расход на участке 2-3 равен сумме расходов на трубах L₂ и L₃), данную задачу можно решить графо-аналитическим методом [3].

Для этого строят гидравлические характеристики всех труб Н = f (Q), входящих в рассматриваемую схему. Характеристики параллельно соединенных труб суммируют согласно уравнениям (12) и (13). Для этого необходимо на графике сложить абсциссы (расходы) каждой из кривых при одинаковых ординатах (напорах). В результате такого суммирования получим характеристику разветвленного участка, которую можно рассматривать как заменяющую параллельно соединенные трубы одной им эквивалентной. Характеристики последовательно соединенных труб суммируют согласно уравнениям (14) и (15). Для этого необходимо на графике сложить напоры каждой из кривых при одинаковых расходах. В результате получим характеристику участка, которую можно рассматривать как заменяющую последовательно соединенные трубы одной им эквивалентной.

а)б)

в)

Рисунок 1. Характеристика трубопровода: а) последовательное соединение; б) параллельное соединение; в) суммарная характеристика. [3]

2. Расчетная часть

Разность отметок между днищами резервуаров Н. Резервуары соединены трубами, из которых вторая и третья проложены параллельно (L₂= L₃). Труба 3 имеет задвижку. Трубы стальные бесшовные новые.

1) Определить расход нефти в трубах, проложенных между резервуарами, имеющими давление р₁ и р₂ уровни нефти в них z₁ и z₂;

2) Определить расходы в трубах;

3) Как изменятся эти расходы, если закрыть задвижку?

2.1 Решение

Характеристики трубопроводов описываются уравнениями:

Строим график для ветви 1 от расхода (л/с):

Для примера приведем расчет для л/с

Определим режим течения жидкости в трубопроводе.

Определим число Рейнольдса:

мм - коэффициент шероховатости трубы (новая стальная бесшовная труба) [1].

Значение определяется по формуле А.Д. Альтшуля (зона смешанного трения):

м

Аналогично рассчитываем для других расходов.

Строим график для ветви 2 от расхода (л/с):

Строим график для ветви 3 от расхода (л/с):

Строим график для ветви 4 от расхода (л/с):

После чего строим суммарный график ветвей 2 и 3 путем сложения расходов при одинаковых напорах.

После чего строим суммарный график трубопровода путем сложения напоров при одинаковых расходах.

Абсцисса точки пересечения суммарной кривой ветвей с линией

дают соответственно величину расхода 965 л/с.

На пересечения с абсциссой 0,965 с каждым из графиков определяем потери в каждом из трубопроводов.

H₁ = 5,75 м, Н₂ = Н₃ = 1,61м, Н₄ = 6.4 м

Для нахождения расхода в ветвях 2 и 3 определим пересечения графиков с ординатой 1,61

Q₁ = 965 л/с, Q₂ = 497 л/с, Q₃= 468 л/с, Q₄ = 965 л/с

Рисунок 2. Зависимость напора (Н) от расхода (Q) при открытой задвижке.

Рассмотрим случай, когда закрыта задвижка в трубопроводе 3.

В данном случае трубопровод представляет собой последовательно соединенные трубопроводы 1,2,4.

После чего строим суммарный график трубопровода путем сложения напоров при одинаковых расходах.

Абсцисса точки пересечения суммарной кривой ветвей с линией

дают соответственно величину расхода 1160л/с.

На пересечения с абсциссой 1,16 с каждым из графиков определяем потери в каждом из трубопроводов.

H₁ = 8,53 м, Н₂ = 7,8 м, Н₄ = 9,2 м

Рисунок 3. Зависимость напора (Н) от расхода (Q) при закрытой задвижке.

Заключение

В данной курсовой работе был проведен расчет сложного трубопровода, изучены его характеристики и рассмотрены факторы, влияющие на его структуру и функционирование в целом. Было использовано уравнение Бернулли, применен графо-аналитический метод решения. На основании данных методик и законов были построены графики зависимости напоров от расхода жидкости, характеризующие каждый участок и всю систему в целом. Исходя из расчетных формул и полученных графиков, были найдены параметры, являющиеся целью данного проекта.

Основной задачей данной работы являлось закрепление и умение применить теоретические знания, полученные в ходе курса.

Список использованной литературы

трубопровод графический аналитический напор

1. Дмитриев Н.М., Кадет В.В. Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика: Учебное пособие для вузов. - М.: Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2016. - 352 с.

2. Сборник задач по гидравлике и газодинамике для нефтегазовых ВУЗов/ Астрахан И.М., Иванников И.Г., Кадет В.В., Кочина И.Н., Евгеньев А.Е., Розенберг Г.Д.-М.: Грифон, 2007.-304 с.

3. Разбегина Е.Г., Сумбатова А.Р. Прикладные задачи гидравлики. Учебное пособие по дисциплинам «Гидравлика» и «Гидромеханика». - М.: РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина, 2007,- 86 с.

Размещено на Allbest.ru