Расчет гидравлической системы склада горюче-смазочных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации Федерального Агентство Воздушного Транспорта

Федеральное государственное образовательное учреждение среднего образования «Красноярский авиационный технический колледж гражданской авиации»

Курсовая работа по гидравлике

Тема: Расчет гидравлической системы склада ГСМ

Цель работы: Для гидравлической системы перекачивания топлива из резервуара в железнодорожную цистерну и топливозаправщик (рис. 1) необходимо выбрать насос, определить расходы жидкости в трубопроводах и абсолютное давление на входе в насос.

Рис.1. Гидравлическая схема перекачивания топлива

Исходные данные:

* Диаметры d участков трубопровода: АБ - 67мм, ВГ-67мм, ГД-40мм, ГЕ - 40мм

* Длины L участков трубопровода: АБ - 3,6м, ВГ-7,0м, ГД -49м,

ГЕ -46м.

* Высоты подъема жидкости Z: АБ - 3,6м, ВГ-5,0м, ГД - 29м,

ГЕ -22м

Введение

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости.

На поток реальной жидкости, имеющий конечные размеры и ограниченный стенками, влияют силы вязкости и силы молекулярного сцепления между жидкостью и стенками, что приводит к неравномерному распределению скоростей по сечению и потерям удельной энергии (полного напора).

Таким образом, уравнение Бернулли для потока реальной вязкой жидкости принимает вид -

Z1+P1\с+б1Vср12\2g= Z2+P2\с+б2Vср22\2g+?h,

где б - коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность распределения скоростей по сечению и равный отношению действительной кинетической энергии потока в сечении к кинетической энергии того же потока, в том же сечении, но при равномерном распределении скоростей;

?h - суммарная потеря удельной энергии (напора) на участке между рассматриваемыми сечениями.

Физический смысл уравнения Бернулли для потока реальной жидкости - это уравнение баланса энергии с учетом потерь.

Расход.

Расходом называется количество жидкости, протекающее через живое сечение потока в единицу времени.

Различают три разновидности расхода: объемный (Q=м3/с), весовой (G=Н/с) и массовый (М=кг/с).

Обычно в рассмотрение вводится средняя по сечению скорость

Vср=Q\S; Q=VсрS

Режимы течения жидкости, число Рейнольдса.

Возможны два режима течения жидкости: ламинарное и турбулентное.

Ламинарное - это слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости.

Турбулентное - это течение, сопровождающиеся интенсивным перемешиванием частиц жидкости и пульсациями скорости и давления.

Смена режима течения жидкости в трубе происходит при определенной скорости, которую называют критической. Как показывают опыты значение её прямо пропорционально кинематической вязкости и обратно пропорционально диаметру трубы.

Vкр=kх\d,

где k- безразмерный коэффициент пропорциональности, имеющий универсальное значение.

Это означает, что смена режима течения происходит при вполне определенном соотношении между скоростью, диаметром трубы и вязкостью.

kкр=Vкрd\х =Reкр (число Рейнольдса)

Как показывают опыты, критическое значение числа Рейнольдса примерно равно 2300. Однако можно говорить не только о критическом значении числа Рейнольдса, но и о его фактическом значении для того или иного потока и выражать его через фактическую скорость.

Re= Vd\х

При значениях числа Рейнольдса меньше критического режим течения ламинарный, больше критического - турбулентный.

Физический смысл числа Рейнольдса:

Число Рейнольдса может рассматриваться как мера отношения кинетической энергии рассматриваемого элемента жидкости к работе сил вязкого трения. Таким образом, число Рейнольдса характеризует относительную роль сил вязкости. Чем меньше число Рейнольдса, тем большую роль играют силы вязкости при движении жидкости. Чем больше число Рейнольдса, тем больше влияние сил инерции в потоке по сравнению с силами вязкости.

Гидравлические сопротивления

Потери напора на трение можно наблюдать по разности пьезометрических высот на различных сечениях горизонтального участка трубы постоянного сечения. Определяются по формуле Дарси:

hтр=лLVср2\d2g, где

л- коэффициент потерь напора на трение, зависящий от числа Рейнольдса и относительной шероховатости трубы (d\?э).

При турбулентном режиме течения в гидравлически гладких трубах, т.е. таких трубах, все выступы шероховатости стенки которых находятся в ламинарном подслое и не оказывают заметного влияния на гидравлические потери, л является функцией числа Рейнольдса и определяется по формуле Блазиуса.

л=0,3164/Re0.25

Местные гидравлические сопротивления.

Местные гидравлические сопротивления - это такие элементы трубопровода, в которых из-за изменения в размерах или конфигурации канала, происходит изменение скорости потока и, обычно, возникают вихреобразования.

Простейшие: расширение, сужение, поворот. Могут быть как внезапными, так и плавными.

Более сложные случаи местных сопротивлений - это комбинации простейших местных гидравлических сопротивлений.

hм=?оV2/2g,где

о - коэффициент местного сопротивления, V2/2g - скоростной напор.

Коэффициент местного сопротивления о при турбулентном режиме течения определяется почти исключительно формой местного сопротивления и очень мало меняется с изменением размеров трубы, скорости потока и вязкости, т.е. от перепадов числа Рейнольдса. Поэтому обычно считают, что о?f(Re).

Гидравлический расчет трубопроводов.

Кривой потребного напора называется график зависимости потребного напора от расхода жидкости в трубопроводе. Для простого трубопровода постоянного сечения (рис. 3) длиной L, произвольно расположенного в пространстве и содержащего ряд местных гидравлических сопротивлений, потребным напором Hпотр называется пьезометрический напор в начальном сечении, обеспечивающий расход жидкости в трубопроводе. Из уравнения Бернулли, записанного для начального и конечного сечений трубопровода, получим:

Нпотр=p1/сg=?z`+?h, где

- статический напор;

- суммарные потери напора.

Суммарные потери напора складываются из двух составляющих: потери напора на трение и потери напора в местных сопротивлениях:

?h = hтр + hм.

Кривая потребного напора сложного трубопровода

1. Последовательное соединение труб

При последовательном соединении труб, имеющих разные диаметры и содержащих разные местные сопротивления (рис.4-а), расход жидкости во всех сечениях будет одинаковый, а суммарная потеря напора от начального сечения до конечного определяется суммой потерь напора во всех трубопроводах

Для построения кривой потребного напора всего последовательного соединения следует сложить ординаты всех трех кривых при равных абсциссах (см. рис.4-а).

2. Параллельное соединение труб

Параллельно соединенные трубопроводы, имеющие различные диаметры и длины и содержащие разные местные сопротивления (рис.4-б), рассчитывают по следующим уравнениям



Для построения характеристики параллельного соединения нескольких трубопроводов нужно сложить абсциссы (расходы) характеристик этих трубопроводов при одинаковых ординатах (?h) (см. рис.4-б).

3. Разветвленный трубопровод

Разветвленный трубопровод - совокупность нескольких труб, имеющих одно общее сечение - место разветвления или смыкания этих труб. Такие трубопроводы обычно имеются в самолетных топливных системах (основных и заправочных) и в системах гидропередач, а также в стационарных системах подачи топлива на аэродромах. Для трубопровода, показанного на рис.5, справедлива система четырех уравнений с четырьмя неизвестными: ,, ,Нпотр:

Q=Q1+Q2+Q3

Hпотр=Z1+K1Q1m

Hпотр=Z2+K2Q2m

Hпотр=Z3+K3Q3m

Решение удобно выполнить графически, для этого для каждого из трубопроводов строится зависимости Hпотрот Q по приведенным выше уравнениям, а затем выполняется их сложение так же, как складываются характеристики параллельно соединенных труб. Полученная кривая представляет собой кривую потребного напора для разветвленного трубопровода (см. рис.5).

Трубопровод с насосной подачей жидкости.

При установившемся течении в трубопроводе с насосной подачей жидкости насос развивает напор равный потребному.

Ннас=Нпотр

Только при этом условии возможен устойчивый, бескавитационный режим работы насоса; оно обычно реализуется автоматически.

На этом равенстве основан метод расчета трубопроводов, питаемых насосом, который заключается в совместном построении в одном и том же масштабе и на одном графике двух кривых - кривой потребного напора и характеристики насоса - и нахождении точки их пересечения, называемой рабочей точкой.

Характеристика насоса - зависимость напора, создаваемого насосом от его подачи (расхода) при постоянном числе оборотов в минуту.

Ннас=f(Q)

Этот метод расчета применим лишь тогда, когда число оборотов привода насоса не зависит от потребляемой им мощности, т.е. от нагрузки на валу насоса.

Характеристика насоса.

Характеристика насоса - графическая зависимость напора, мощности и КПД насоса от подачи, обычно получаемая в результате нормальных испытаний насоса (рис.6). Зона характеристики насоса, в пределах которой рекомендуется длительная его эксплуатация, называется рабочей частью характеристики (ограничена знаком s на рис.6). Рабочая часть характеристики, как правило, определяется зоной допустимого снижения КПД от оптимального режима.

Подбор необходимого насоса и отыскание его марки производится по сводным графикам подач и напоров, приведенным в специальных каталогах.

Для перекачивания бензина, керосина, дизельного топлива, питьевой воды и спирта используют вихревые самовсасывающие одноступенчатые насосы ВС-80. топливо цистерна трубопровод насос

Перекачиваемые жидкости должны иметь вязкость не более 2?10-5 м2/с температуру от -40 до +50°С и плотность не более 1000кг/м3.

Насос предназначен для использования в электронасосных агрегатах и автоцистернах и выпускаются соответственно в двух модификациях: ВС-80 - для электронасосных агрегатов, ВС-80.1 - для автоцистерн. Каждая модификация выпускается как правого, так и левого вращений. По параметрам и присоединительным размерам насос ВС-80 идентичен насосу ЦНС-550

Расчеты.

Гидравлическая система, представленная на рис. 1, представляет собой сложный трубопровод. Для графоаналитического решения такого трубопровода следует разбить его на простые участки постоянного сечения без разветвлений (участки А-Б, В-Г, Г-Д и Г-Е). Для построения кривой потребного напора разветвленного трубопровода следует построить кривые потребного напора для простых участков после точки разветвления.

Участок ГД

Рассчитаем площадь сечения трубы

S= рd2/4=3,14*0,0016/4=0,001256м2

(Определяем виды местных сопротивлений и их коэффициенты ), рассчитаем ? о:

? о= орасш+2оотвод1,2+овентиля=0,1+1+0,1+1=2,2

Произвольно задаем 5 значений скорости жидкости в трубе в диапазоне от 0 до 25 м/с и для каждого значения скорости последовательно определяем скоростной напор, расход жидкости, число Рейнольдса, коэффициент трения, потери напора и потребный напор.

При V=5 м/с

По формуле (1) U2/2g=52/2*10=1,25м

По формуле (2) Q=V*S.=5*0,001256=0,00628м3/с= 6,28 л/с

По формуле (3) Re= Ud/u=5*0.04/1,25*10-6=160000

По формуле (4) л=0,3164/1600000,25=0,3164/20=0,01582

По формуле (5)hтр= 0,01582*49/0,04*1,25=24,2м

По формуле (6) hм=2,2*1,25=2,75м

По формуле (7) ?h=hтр+hм=24,2+2,75=27м

По формуле (8) Нпотр=z+?h=29+27=56м

При V=10 м/с

По формуле (1) U2/2g=102/2*10=5м

По формуле (2) Q= V*S =10*0.001256=0,01256м3/с=12,56 л/с

По формуле (3) Re= Ud/u=10*0,04/1,25*10-6=320000

По формуле (4) л=0,3164/3200000,25=0,3164/23,7841=0,0133

По формуле (5) hтр= 0,0133*49/0,04*5=81,4м

По формуле (6) hм=2.2*5=11м

По формуле (7) ?h= hтр+hм =81,4+11=92,4м

По формуле (8) Нпотр= z+?h =92,4+29=121,4м

При V=15 м/с

По формуле (1) U2/2g=152/2*10=11,25м

По формуле (2) Q= V*S =15*0,001256=0,01884м3/с=18,84 л/с

По формуле (3) Re= Ud/u =15*0.04/1,25*10-6= 480000

По формуле (4) л=0,3164/4800000,25=0,0120

По формуле (5) hтр=0,0120*49/0,04*11,25=165,375м

По формуле (6) hм=2.2*11,25=13,45м

По формуле (7) ?h= hтр+hм =165,375+13,45=178,825м

По формуле (8) Нпотр= z+?h =29+178,825=207,825м

При V=20 м/с

По формуле (1) U2/2g=202/2*10=20м

По формуле (2) Q=V*S=20*0.001256=0,02512м3/с=25,12 л/с

По формуле (3) Re=20*0.04/1,25*10-6=640000

По формуле (4) л=0,3164/6400000,25=0,0111

По формуле (5) hтр= 0,0111*49/0,04*20=272м

По формуле (6) hм=2.2*20=44м

По формуле (7) ?h= hтр+hм =272+44=316м

По формуле (8) Нпотр= z+?h =316+29=345м

При V=25 м/с

По формуле (1) U2/2g=252/2*10=31,25м

По формуле (2) Q= V*S =25*0.001256=0,0314м3/с=31,4 л/с

По формуле (3) Re=25*0.04/1,25*10-6=800000

По формуле (4) л=0,3164/8000000,25=0,0105

По формуле (5) hтр= 0,0105*49/0,04*31,25=402м

По формуле (6) hм=2,2*31,25=68,75м

По формуле (7) ?h= hтр+hм =402+68,75=470,75м

По формуле (8) Нпотр= z+?h =470,75+29=499,75м

Аналогично расчет ведется для всех остальных значений скорости и для участка ГЕ, а так же для участков АБ и ВГ с тем отличием, что на них произвольно выбираются значения расхода в диапазоне от 0 л/с до суммарного значения максимальных расходов на участках Г-Д и Г-Е. Результаты расчетов необходимо внести в таблицу для участка

Результаты расчетов для участка Г-Д:

Участок ГЕ:

? о= окл+2оотвод1,2+овентиля+орас=0,9+0,1+2+0,1+2+0,8=5,9

S = рd2/4=3,14*0,0016/4=0,001256м2

При V=5 м/с

По формуле (1) U2/2g=52/2*10=1,25м

По формуле (2) Q=V*S.=5*0,001256=0,00628м3/с= 6,28 л/с

По формуле (3) Re= Ud/u=5*0.04/1,25*10-6=160000

По формуле (4) л=0,3164/1600000,25=0,3164/20=0,01582

По формуле (5)hтр= 0,01582*46/0,04*1,25=22,74125м

По формуле (6) hм=5,9*1,25=7,375м

По формуле (7) ?h=hтр+hм=22,74125+7,375=30,11625м

По формуле (8) Нпотр=z+?h=22+30,1=52,1м

При V=10 м/с

По формуле (1) U2/2g=102/2*10=5м

По формуле (2) Q= V*S =10*0.001256=0,01256м3/с=12,56 л/с

По формуле (3) Re= Ud/u=10*0,04/1,25*10-6=320000

По формуле (4) л=0,3164/3200000,25=0,3164/23,7841=0,0133

По формуле (5) hтр= 0,0133*46/0,04*5=76,475м

По формуле (6) hм=5,9*5=29,5м

По формуле (7) ?h= hтр+hм =76,475+29,5=105,975м

По формуле (8) Нпотр= z+?h =22+105,975=127,975м

При V=15 м/с

По формуле (1) U2/2g=152/2*10=11,25м

По формуле (2) Q= V*S =15*0,001256=0,01884м3/с=18,84 л/с

По формуле (3) Re= Ud/u =15*0.04/1,25*10-6= 480000

По формуле (4) л=0,3164/4800000,25=0,0120

По формуле (5) hтр=0,0120*46/0,04*11,25=155,25м

По формуле (6) hм=5,9*11,25=66,375м

По формуле (7) ?h= hтр+hм =155,25+66,375=221,625м

По формуле (8) Нпотр= z+?h =22+221,625=243,625м

При V=20 м/с

По формуле (1) U2/2g=202/2*10=20м

По формуле (2) Q=V*S=20*0.001256=0,02512м3/с=25,12 л/с

По формуле (3) Re=20*0.04/1,25*10-6=640000

По формуле (4) л=0,3164/6400000,25=0,0111

По формуле (5) hтр= 0,0111*46/0,04*20=255,3м

По формуле (6) hм=5,9*20=118м

По формуле (7) ?h= hтр+hм =255+118=373,3м

По формуле (8) Нпотр= z+?h =22+373,3=395,3м

При V=25 м/с

По формуле (1) U2/2g=252/2*10=31,25м

По формуле (2) Q= V*S =25*0.001256=0,0314м3/с=31,4 л/с

По формуле (3) Re=25*0.04/1,25*10-6=800000

По формуле (4) л=0,3164/8000000,25=0,0105

По формуле (5) hтр= 0,0105*46/0,04*31,25=377,3м

По формуле (6) hм=5,9*31,25=184,375м

По формуле (7) ?h= hтр+hм =377,3+184,375=561,675м

По формуле (8) Нпотр= z+?h =22+561,675=583,675м

Участок АБ

S=рd2/4=3,14*0,004489/4=0,003523865м2

? о= осуж+окл+оф =0,5+2+2=4,5

При Q=25 л/с

По формуле (1) U=0,025/0,003523865=7,09 м/с

По формуле (2) U2/2g=7,092/2*10=2,513405м

По формуле (3) Re=7,09*0,067/1,25*10-6=380024

По формуле (4) л=0.3164/3800240.25=0,0127

По формуле (5) hтр=0,0127*3,6/0,067*2,513405=1,71м

По формуле (6) hм=4,5*2,513405=11,3м

По формуле (7) ?h=11,3+1,71=13,01м

При Q=50 л/с

По формуле (1) U=0,050/0,003523865=14,1м/с

По формуле (2) U2/2g=198,81/2*10=9,9405м

По формуле (3) Re=14,1*0,067/1,25*10-6=755760

По формуле (4) л=0.3164/7557600.25=0,0107

По формуле (5) hтр=0,0107*3,6/0,067*9,9405=5,71м

По формуле (6) hм=4,5*9,9405=44,7м

По формуле (7) ?h=44,7+5,71=50,41м

При Q=75 л/с

По формуле (1) U=0,075/0,003523865=21,2 м/с

По формуле (2) U2/2g=21,22/2*10=22,472м

По формуле (3) Re=21,2*0,067/1,25*10-6=1136320

По формуле (4) л=0.3164/11363200.25=0,0097

По формуле (5) hтр=0,0097*3,6/0,067*22,472=11,71м

По формуле (6) hм=4,5*22,472=101,124м

По формуле (7) ?h=11,71+101,124=112,81м

При Q=100 л/с

По формуле (1) U=0,100/0,003523865=28,3м/с

По формуле (2) U2/2g= 28,32/2*10=40,0445м

По формуле (3) Re=28,3*0,067/1,25*10-6=1516880

По формуле (4) л=0,3164/1516880=0,0090

По формуле (5) hтр= 0,0090*3,6/0,067*40,0445=19,4м

По формуле (6) hм=4,5*40,0445=180,2м

По формуле (7) ?h=180,2+19,4=199,6м

Участок ВГ

S= рd2/4 =3,14*0,0672/4=0,003523865

? о= 0,1+2+2=4,1

При Q=25 л/с

По формуле (1) U=0,025/0,003523865=7,09 м/с

По формуле (2) U2/2g=7,092/2*10=2,513405м

По формуле (3) Re=7,09*0,067/1,25*10-6=380024

По формуле (4) л=0,3164/3800240.25=0,0127

По формуле (5) hтр=0,0127*5/0,067*2,513405=2,3м

По формуле (6) hм=4,1*2,513405=10,3м

По формуле (7) ?h=2,3+10,3=12,6м

При Q=50 л/с

По формуле (1) U=0,050/0,003523865=14,1 м/с

По формуле (2) U2/2g= 14,12/2*10=9,9405м

По формуле (3) Re=14,1*0,067/1,25*10-6=755760

По формуле (4) л=0,3164/7557600.25=0,0107

По формуле (5) hтр=0,0107*5/0,067*9,9405=7,9м

По формуле (6) hм=4,1*9,9405=40,7м

По формуле (7) ?h=40,7+7,9=48,6м

При Q=75 л/с

По формуле (1)U=0,075/0,003523865=21,2 м/с

По формуле (2) U2/2g= 21,22/2*10=22,472

По формуле (3) Re=21,2*0,067/1,25*10-6=1136320

По формуле (4) л=0,3164/11363200.25=0,0097

По формуле (5) hтр=0,0097*5/0,067*22,472=16,2м

По формуле (6) hм=4,1*22,472=92,1м

По формуле (7) ?h=16,2+92,1=108,3м

При Q=100 л/с

По формуле (1) U=0,100/0,003523865=28,3 м/с

По формуле (2) U2/2g= 28,32/2*10=40,0445м

По формуле (3) Re=28,3*0,067/1,25*10-6=1516880

По формуле (4) л=0,3164/15168800.25=0,0090

По формуле (5) hтр=0,0090*5/0,067*40,0445=26,8м

По формуле (6) hм=4,1*40,0445=165,1м

По формуле (7) ?h =165,1+26,8=490,9м

Q	Q	S	V	V2/2g	Re	л	hтр	?о	hм	?h
л/с	м3/с	м2	м\s	-	-	-	м	-	м	м
0	0	0,003523865	0	0	0	0	0	3,1	0	0
25	0,025		7,0942	2,5677	528124	0,01174	1,3048		7,9599	9,2647
50	0,050		14,18884	10,271	1056248	0,0098695	4,3876		31,8401	36,2277
75	0,075		21,2826	23,1096	1584371	0,008918	88204		71,6398	80,4602
100	0,100		28,3768	41,0838	2112495	0,008299	14,7577		127,3598	142,1175

Для участков АБ+ВГ суммарные потери напора составляют:

Q (л/с)	0	25	50	75	100
?h АБ (м)	0	13,01	50,41	112,81	199,6
?h ВГ (м)	0	12,6	48,6	108,3	190,9
?h АБ+ВГ (м)	0	25,61	99,01	221,11	390,5

Расчет давления на входе в насос

Составим уравнение Бернулли для двух сечений АА - место выхода топлива из бака и ББ - вход топлива в насос всасывающего трубопровода и определим давление на входе в насос, обеспечивающий бескавитационный режим работы (условие бескавитационной работы насоса: рББ? 1,5рн.п. ) - давление в сечении ББ (давление в сечении АА примем равным ратм=760 мм рт. ст., РA =101 325 Па):

РБ= (РA/сg-zAБ-V2/2g-?hАБ)Pg

Подставим в данное выражение известные данные и произведем расчеты

РБ=(101325/775*10-3,6-1,3005-6,81)*775*10=10568,625Па

РБ?1,5*pн.п=4650=6975па

0,010568625Мпа0,010568625?0,006975МПа



Вывод

Я рассчитал гидравлическую схему перекачки топлива из склада ГСМ, я смог подобрать необходимый насос номер 1, который полностью удовлетворяет всем необходимым требованием и будет эксплуатироваться с высоким КПД в длительный период времени, данный насос может использоваться для данной гидравлической системы перекачивания топлива в железнодорожную цистерну и топливозаправщик.На рисунке А-Б менял диаметр 67мм и В-Г тоже 67мм,потому что я с начало расчитал участок Г-Д и Г-Е что-бы поток жидкость подовался равномерно на ЖДЦ и ТЗ, для этого нужно подобрать насос который совподает, насос зависит от сумма потерия на участке А-Б и В-Г а также площадь сечения в трубопроводе и скорость поток жидкости,какой топлива и характеристика насоса.

Литература

1 БаштаТ.М.,РудневС.С.,Некрасов Б.Б и др.Гидравлика,гидромашины и гидроприводы.-М.:Машиностроение,1982.-454

2 Справочное пособие по гидравлике, гидромашины и гидропроводы. Под общ. ред. Б.Б.Некрасов

3 Тугунов П.И., Новоселов В.Ф. и др. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. - М.: машиностроение, 2003 - 656 с.

Размещено на Allbest.ru