Гидравлический расчет трубопровода

Содержание

1.Задание на курсовую работу

.Выбор и обоснование расчётной схемы

.Список обозначений, используемых в расчётах

.Текст программы для расчёта трубопроводной системы

.Расчёт гидравлической характеристики трассы

.Вывод

. Задание на курсовую работу

Дано: максимальный расход через трубопровод Qmax, температура жидкости Т, свойства жидкости (r и n), геометрические характеристики трубопровода (длины и диаметры участков, геометрия местных сопротивлений), а также материал и качество поверхности трубы D (шероховатость). Схема трубопровода представлена на рисунке 1.

определить: гидравлическую характеристику трубопровода и всех его участков в диапазоне расходов от 0 до Qmax.

. Выбор и обоснование расчетной схемы

Рассматриваемый участок трубопровода представляет собой пять параллельных труб. Таким образом, данный участок трубопровода относится к классу трубопроводов с параллельными участками. Все трубы располагаются в одной геометрической плоскости. Внутри трубопровода движется вода с температурой 20°С.

В результате расчета необходимо определить расходы через каждый участок трубопровода и построить гидравлические характеристики отдельных участков и всего трубопровода в целом.

. список условных обозначений использованных в расчетах

— общий расход через гидравлическую трассу, м3/с;i — расход через i-ый участок разветвления гидравлической трассы, м3/с;

Hi — потеря полного напора по всей длине i-ого участка гидравлической трассы, м;

Hмi — потеря напора на местных сопротивлениях по всей длине i-ого участка гидравлической трассы, м;

Нтрi — потеря напора на трение по всей длине i-ого участка гидравлической трассы, м;

Индексы:

0-1 — относящийся к участку 0-1;

-2 — относящийся к участку 1-2;

-3 — относящийся к участку 1-3;

-6 — относящийся к участку 1-6;

-4(Q4) — относящийся к участку между точками 2 и 4 с расходом Q4;

-4(Q4) — относящийся к участку между точками 2 и 4 с расходом Q5;

-5(Q6) — относящийся к участку между точками 3 и 5 с расходом Q6;

-5(Q7) — относящийся к участку между точками 3 и 5 с расходом Q7;

-6 — относящийся к участку 4-6;

-6 — относящийся к участку 5-6;

-7 — относящийся к участку 6-7.

. текст программы для расчёта трубопроводной системы

исходные данные для расчёта.

Максимальный расход через гидравлическую трассу (м3/с).

Для построения гидравлической характеристики трассы необходимо провести расчёт гидравлических потерь на нескольких промежуточных расходах, лежащих в диапазоне от 0 до Qmax. Для этого разобьём этот интервал на 5 равных частей и проведём расчёт для каждого из полученных промежуточных значений расходов.

Углы раскрытия конусов (град).

Радиус плавного поворота (м).

диаметры труб (м).

Длины участков труб (м).

Значение эквивалентной шероховатости труб (м).

Расчёт площади проходного сечения труб (м2).

Расчёт коэффициентов трения и местных сопротивлений.

предварительная оценка режима движения жидкости на входном участке трубопровода.

Определение коэффициента гидравлического трения.

Определение коэффициентов местных сопротивлений.

На участках 1-2, 1-3, 2-4(Q5), 4-6 и 5-6 и 6-7 местных сопротивлений нет.

Участок 2-4(Q4)

Участок 1-6

Участок 3-5(Q6)

Участок 3-5(Q7)

Составление и решение системы уравнений для определения расходов по участкам трубопровода

Задание начальных значений для расчёта расходов Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q9.

Составление коэффициентов системы уравнений.

+

Составление и решение системы уравнений.

Вывод значений вычисленных расходов.

№Q4Q5Q12.94547*10-34.18059*10-38.7394*10-42.46528*10-34.80194*10-4Q25.89094*10-38.36118*10-31.74788*10-34.93055*10-39.60387*10-4Q38.83641*10-30.012542.62182*10-37.39583*10-31.44058*10-3Q40.011780.016723.49576*10-39.8611*10-31.92077*10-3Q50.014730.02094.3697*10-30.012332.40097*10-3№Q9QQ12.4995*10-31.68109*10-32.94547*10-34.18059*10-38*10-3Q24.999*10-33.36218*10-35.89094*10-38.36118*10-30.016Q37.4985*10-35.04327*10-38.83641*10-30.012540.024Q49.998*10-36.72436*10-30.011780.016720.032Q50.01258.40545*10-30.014730.02090.04

Проверка правильности предположения выбора квадратичной зоны для Q1.

Участок 0-1

Число Рейнольдса на участке 0-1 соответствует квадратичной зоне.

Участок 1-2

Число Рейнольдса на участке 1-2 соответствует квадратичной зоне.

Участок 1-3

Число Рейнольдса на участке 1-3 соответствует квадратичной зоне.

Участок 2-4(Q4)

Число Рейнольдса на участке 2-4(Q4) соответствует квадратичной зоне.

Участок 2-4(Q5)

Число Рейнольдса на участке 2-4(Q5) соответствует квадратичной зоне.

Участок 1-6

Участок 3-5(Q6)

Число Рейнольдса на участке 3-5(Q6) с диаметром d3 не соответствует квадратичной зоне. Делаем предположение, что режим движения соответствует доквадратичной зоне.

Участок 3-5(Q7)

Число Рейнольдса на участке 3-5(Q7) не соответствует квадратичной зоне. Делаем предположение, что режим движения соответствует доквадратичной зоне.

Участок 4-6

Число Рейнольдса на участке 4-6 соответствует квадратичной зоне.

Участок 5-6

Число Рейнольдса на участке 5-6 соответствует квадратичной зоне.

Участок 6-7

Число Рейнольдса на участке 6-7 соответствует квадратичной зоне.

Вычисляем коэффициенты системы уравнений с новыми значениями λ.

Решаем систему с новыми коэффициентами.

Выводим новые значения расходов для Q1.

Участок (расход на участке)Проверим сделанные предположения для Q1.

Участок 0-1

Число Рейнольдса на участке 0-1 соответствует квадратичной зоне.

Участок 1-2

Число Рейнольдса на участке 1-2 соответствует квадратичной зоне.

Участок 1-3

Число Рейнольдса на участке 1-3 соответствует квадратичной зоне.

Число Рейнольдса на участке 2-4(Q4) соответствует квадратичной зоне.

Участок 2-4(Q5)

Число Рейнольдса на участке 2-4(Q5) соответствует квадратичной зоне.

Участок 1-6

Число Рейнольдса на участке 1-6 с диаметром d1 соответствует квадратичной зоне, с диаметром d2 — доквадратичной.

Участок 3-5(Q6)

Число Рейнольдса на участке 3-5(Q6) с диаметром d2 соответствует квадратичной зоне, а с диаметром d3 — доквадратичной.

Участок 3-5(Q7)

Число Рейнольдса на участке 3-5(Q7) соответствует доквадратичной зоне.

Участок 4-6

Число Рейнольдса на участке 4-6 соответствует квадратичной зоне.

Участок 5-6

Число Рейнольдса на участке 5-6 соответствует квадратичной зоне.

Участок 6-7

Число Рейнольдса на участке 6-7 соответствует квадратичной зоне.

Для Q1 расчёты верны.

Выводим окончательные значения расходов и коэффициентов λ для Q1.

Участок (расход на участке)Проверяем Q2.

№Число РейнольдсаКоэффициент λЗона сопротивленияd1d2d3d1d2d30-13.39531*1050.03738Квадратичная1-21.25153*1050.03738Квадратичная1-31.77281*1050.03738Квадратичная1-67.41939*1043.70969*1040.044450.0386d1-квадратичная d2-доквадратичная2-4(Q4)1.04749*1050.03738Квадратичная2-4(Q5)4.08068*1040.04445Квадратичная3-5(Q6)1.06665*1055.33326*1040.037380.03408d2-квадратичная d3-доквадратичная3-5(Q7)7.06156*1043.53078*1040.038660.03523Доквадратичная4-61.25153*1050.03738Квадратичная5-61.77281*1050.03738Квадратичная6-73.39531*1050.03738Квадратичная

На выделенных в таблице участках числа Рейнольдса не удовлетворяют соответствующим им зонам. Предполагаем, что на этих участках другие зоны сопротивления и решаем систему с новыми коэффициентами.

№Число РейнольдсаКоэффициент λПредположениеd1d2d3d1d2d30-13.39531*1050.03738Квадратичная1-21.25016*1050.03738Квадратичная1-31.77421*1050.03738Квадратичная1-67.41862*1043.70931*1040.044450.0386d1-квадратичная d2-доквадратичная2-4(Q4)1.04635*1050.03738Квадратичная2-4(Q5)4.07622*1040.04445Квадратичная3-5(Q6)1.06069*1055.30347*1040.037380.03284d2-квадратичная d3-доквадратичная3-5(Q7)7.1352*1043.5676*1040.037380.03349d2-квадратичная d3-доквадратичная4-61.25016*1050.03738Квадратичная5-61.77421*1050.03738Квадратичная6-73.39531*1050.03738Квадратичная

значения чисел Рейнольдса на всех участках удовлетворяют соответствующим зонам сопротивления, следовательно, для Q2 расчёт выполнен верно.

Выводим окончательные значения расходов и коэффициентов λ для Q2.

Участок (расход на участке)Проверяем Q3.

№Число РейнольдсаКоэффициент λЗона сопротивленияd1d2d3d1d2d30-15.09296*1050.03738Квадратичная1-21.87524*1050.03738Квадратичная1-32.66132*1050.03738Квадратичная1-61.11279*1055.56396*1040.044450.0386Доквадратичная2-4(Q4)1.56952*1050.03738Квадратичная2-4(Q5)6.11433*1040.04445Квадратичная3-5(Q6)1.59104*1057.9552*1040.037380.03284d2-квадратичная d3-доквадратичная3-5(Q7)1.07028*1055.3514*1040.037380.03347d2-квадратичная d3-доквадратичная4-61.87524*1050.03738Квадратичная5-62.66132*1050.03738Квадратичная6-75.09296*1050.03738Квадратичная

На выделенных в таблице участках числа Рейнольдса не удовлетворяют соответствующим им зонам. Предполагаем, что на этих участках другие зоны сопротивления и решаем систему с новыми коэффициентами.

№Число РейнольдсаКоэффициент λПредположениеd1d2d3d1d2d30-15.09296*1050.03738Квадратичная1-21.87516*1050.03738Квадратичная1-32.66142*1050.03738Квадратичная1-61.11275*1055.56373*1040.044450.03738Квадратичная2-4(Q4)1.56946*1050.03738Квадратичная2-4(Q5)6.11408*1040.04445Квадратичная3-5(Q6)1.59133*1057.95663*1040.037380.03143Квадратичная3-5(Q7)1.0701*1055.35049*1040.037380.03283d2-квадратичная d3-доквадратичная4-61.87516*1050.03738Квадратичная5-62.66142*1050.03738Квадратичная6-75.09296*1050.03738Квадратичная

значения чисел Рейнольдса на всех участках удовлетворяют соответствующим зонам сопротивления, следовательно, для Q3 расчёт выполнен верно.

Выводим окончательные значения расходов и коэффициентов λ для Q3.

Участок (расход на участке)Проверяем Q4.

№Число РейнольдсаКоэффициент λЗона сопротивленияd1d2d3d1d2d30-16.79061*1050.03738Квадратичная1-22.50022*1050.03738Квадратичная1-33.54856*1050.03738Квадратичная1-61.48366*1057.41831*1040.044450.03738Квадратичная2-4(Q4)2.09261*1050.03738Квадратичная2-4(Q5)8.1521*1040.04445Квадратичная3-5(Q6)2.12177*1051.06088*1050.037380.03143Квадратичная3-5(Q7)1.4268*1057.13398*1040.037380.03283d2-квадратичная d3-доквадратичная4-62.50022*1050.03738Квадратичная5-63.54856*1050.03738Квадратичная6-76.79061*1050.03738Квадратичная

значения чисел Рейнольдса на всех участках удовлетворяют соответствующим зонам сопротивления, следовательно, для Q4 расчёт выполнен верно.

Выводим окончательные значения расходов и коэффициентов λ для Q4.

Участок (расход на участке)Проверяем Q5.

№Число РейнольдсаКоэффициент λЗона сопротивленияd1d2d3d1d2d30-18.48826*1050.03738Квадратичная1-23.12527*1050.03738Квадратичная1-34.4357*1050.03738Квадратичная1-61.85458*1059.27288*1040.044450.03738Квадратичная2-4(Q4)2.61576*1050.03738Квадратичная2-4(Q5)1.01901*1050.04445Квадратичная3-5(Q6)2.65221*1051.3261*1050.037380.03143Квадратичная3-5(Q7)1.7835*1058.91748*1040.037380.0325d2-квадратичная d3-доквадратичная4-63.12527*1050.03738Квадратичная5-64.4357*1050.03738Квадратичная6-78.48826*1050.03738Квадратичная

На выделенных в таблице участках числа Рейнольдса не удовлетворяют соответствующим им зонам. Предполагаем, что на этих участках другие зоны сопротивления и решаем систему с новыми коэффициентами.

значения чисел Рейнольдса на всех участках удовлетворяют соответствующим зонам сопротивления, следовательно, для Q5 расчёт выполнен верно.

Выводим окончательные значения расходов и коэффициентов λ для Q5.

Участок (расход на участке). Расчёт гидравлической характеристики трассы

Участок 0-1.

На данном участке отсутствуют местные сопротивления. Полная потеря напора определяется потерями на трение.

Участок 1-2

На данном участке отсутствуют местные сопротивления. Полная потеря напора определяется потерями на трение.

Участок 1-3

На данном участке отсутствуют местные сопротивления. Полная потеря напора определяется потерями на трение.

Участок 2-4(Q4)

Данный отрезок гидравлической трассы включает в себя участок простого трубопровода с расположенными на нём местными сопротивлениями и по нему движется жидкость с расходом Q4 из точки 2 в точку 4. Полная потеря напора в этом случае складывается из потерь на трение и потерь на местных сопротивлениях.

Участок 2-4(Q5)

На данном участке отсутствуют местные сопротивления. Полная потеря напора определяется потерями на трение.

Участок 1-6

Данный отрезок гидравлической трассы включает в себя участок простого трубопровода с расположенными на нём местными сопротивлениями и по нему движется жидкость с расходом Q3 из точки 1 в точку 6. Полная потеря напора в этом случае складывается из потерь на трение и потерь на местных сопротивлениях.

Участок 3-5(Q6)

Данный отрезок гидравлической трассы включает в себя участок простого трубопровода с расположенными на нём местными сопротивлениями и по нему движется жидкость с расходом Q6 из точки 3 в точку 5. Полная потеря напора в этом случае складывается из потерь на трение и потерь на местных сопротивлениях.

Участок 3-5(Q7)

Данный отрезок гидравлической трассы включает в себя участок простого трубопровода с расположенными на нём местными сопротивлениями и по нему движется жидкость с расходом Q7 из точки 3 в точку 5. Полная потеря напора в этом случае складывается из потерь на трение и потерь на местных сопротивлениях.

Участок 4-6

На данном участке отсутствуют местные сопротивления. Полная потеря напора определяется потерями на трение.

Участок 5-6

На данном участке отсутствуют местные сопротивления. Полная потеря напора определяется потерями на трение.

Участок 6-7

На данном участке отсутствуют местные сопротивления. Полная потеря напора определяется потерями на трение.

Гидравлические характеристики отдельных участков трубопровода.

Рисунок 3. Гидравлическая характеристика участка 0-1

Рисунок 4. Гидравлическая характеристика участка 1-2

рисунок 5. Гидравлическая характеристика участка 1-3

Рисунок 6.Гидравлическая характеристика участка 2-4(Q4)

Рисунок 7. Гидравлическая характеристика участка 2-4(Q5)

Рисунок 8. Гидравлическая характеристика участка 1-6

Рисунок 9. Гидравлическая характеристика участка 3-5(Q6)

рисунок 10. Гидравлическая характеристика участка 3-5(Q7)

рисунок 11. Гидравлическая характеристика участка 4-6

Рисунок 12. Гидравлическая характеристика участка 5-6

Рисунок 13. Гидравлическая характеристика участка 6-7

Гидравлическая характеристика трубопровода

Общая гидравлическая характеристика трубопровода складывается из гидравлических характеристик отдельных его участков.

Учебная работа. Гидравлический расчет трубопровода

Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления

Нижегородский государственный архитектурно строительный университет

Кафедра гидравлики

Контрольная работа

"Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления"

Проверил В.В. Жизняков

Выполнил Рябов С.С.

г. Нижний Новгород 2012 год

Содержание

Введение

1. Расчетные данные

2. Гидравлический расчет

2.1 Расчет 1 кольца

2.2 Определение располагаемого давления

2.3 Определение расхода теплоносителя

2.4 Определение диаметров трубопроводов

2.5 Определение ближайших стандартных диаметров труб ([3] с. 199)

2.6 Определение режима движения жидкости

2.7 Определение потерь давления на участках

2.8 Определение общих потерь давления в первом кольце

2.9 Определение невязки между располагаемым давлением и потерями давления в кольце

3. Расчет 2 кольца

3.1 Определение располагаемого давления PP2

3.2 Определение расхода теплоносителя

3.3 Определение диаметров трубопровода

3.4 Определение ближайших стандартных диаметров труб:

3.5 Определение режима движения жидкости

3.6 Определение потерь давления на участках

3.7 Определение общих потерь давления в первом кольце

3.8 Определение невязки между располагаемым давлением и потерями давления в кольце

3.9 Расчет диаметра диафрагмы

Литература

Введение

Система водоснабжения — это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, очистки, хранения и подачи ее потребителю по разводящей водопроводной цепи.

Целью выполняемой работы является практическое использование теоретических знаний для гидравлического расчета отопительной системы здания.

В качестве расчетной системы отопления здания предусмотрена двухтрубная гравитационная система водяного отопления с верхней разводкой. В двухтрубных системах отопления горячая вода проходит через параллельно присоединенные к подающим трубопроводам отопительные приборы, и постепенно охлаждаясь в них, возвращается в котел по самостоятельной линии. При верхней разводке магистральный распределительный трубопровод прокладывается выше нагревательных приборов.

1. Расчетные данные

Схема двухтрубной отопительной системы с указанием длин участков трубопроводов и размещения отопительных приборов (рис.1).

Температура горячей воды tг = 93 ◦С.

температура охлажденной воды to = 73◦С.

Тепловые нагрузки на приборы: q1 = 4800 Ватт, q2 = 7500 Ватт.

Рис.1. Схема двухтрубной отопительной системы

2. Гидравлический расчет

Теплоноситель в системе может циркулировать по двум возможным путям (кольцам):

кольцо: К-1-2-3-4-5-6-7-8-9-К

кольцо: К-1-2-3-10-11-12-7-8-9-10-К

2.1 Расчет 1 кольца

В первом кольце можно выделить два участка с тепловой нагрузкой на два прибора

1.q1 + q2К-1-2-3…7-8-9-К

Длина участка: l1 = 49,9м

q13-4-5-6-7

Длина участка: l2 = 4,2 м

2.2 Определение располагаемого давления

PP1 = g*h1* (ρo-ρг) + ∆P, Па (1)

где h1 — расстояние от центра котла до центра нагревательного прибора (h1=2,6 м);

ρo — 976,036 кг/м3 ([1], с.10);

ρг — 963,285 ([1], с.10);

∆P — дополнительное давление за счет охлаждения теплоносителя в магистралях и стояках ([2] с.217)

Принимаем ∆P = 150 Па.

РР1 = 9,8*2,6* (976,036-963,285) +150 = 474,89 Па

2.3 Определение расхода теплоносителя

Q1= (q1+q2) / (c* (to-tг) *1000*pср), м3/с (2.1)1= q1/ (c* (to-tг) *1000*pср), м3/с (2.2)

где q1, q2 — тепловые нагрузки;

с — удельная теплоемкость воды (с = 4,2 кДж/K);

qср= (qо-qг) /2 = (976,036-963,285) /2 = 969,661 кг/м3.

Q1= (4800+7500) / (4.2* (93-73) *1000*969,661) = 0,00015 м3/с

Q2=4800/ (4,2* (93-73) *1000*969,661) = 0,00006 м3/с

2.4 Определение диаметров трубопроводов

(3)

Vдоп — допускаемая скорость движения теплоносителей

d1 = (4Q1/πvдоп) 0,5 = (4*0,00015/3,14*0,15) 0,5 = 0,035 = 35 мм

d2 = (4Q2/πvдоп) 0,5 = (4*0,00006/3,14*0,15) 0,5 = 0,023 = 23 мм

гидравлический расчет отопление водяное

2.5 Определение ближайших стандартных диаметров труб ([3] с. 199)

d1ст=32 мм

d2ст=25 мм

Определяем действительные скорости:

v = 4Q/πdст2≤0,2, м/с (4)

v1 = (4*0,00015) / (3,14*0,032^2) = 0,19 м/с ≤ 0,2 м/с;

v2 = (4*0,00006) / (3,14*0,025^2) = 0,12 м/с≤ 0,2 м/с.

2.6 Определение режима движения жидкости

Re = (v*d) /v, (5)

где ν — коэффициент кинематической вязкости

для tср =83 ◦С ν = 0,353·10-6 м2/c ([4] с.9)

Re = (0, 19*0,032) /0,353*10-6 = 17223 > Reкр = 2320 — турбулентный режим движения;

Re = (0,12*0,025) /0,353*10-6 = 8499 > Reкр = 2320 — турбулентный режим движения

Для турбулентного режима движения жидкости

λ = 0,11* (kэ/d+68/Re) 0.25 (6)

где kэ — эквивалентная шероховатость оцинкованных стальных труб, бывших в эксплуатации.

Принимаем kэ = 0,5 мм

λ1 = 0,11* (0,5/32+68/17223) 0,25 = 0,041

λ2 = 0,11* (0,5/25+68/9065) 0,25 = 0,046

2.7 Определение потерь давления на участках

1.Линейные Pl = λ* (l/d) * (v2/2) *qср, Па (7)

Местные Pj = ∑ζ* (v2/2) *qср, Па (8)

Линейные потери на участках 1 и 2 составят:

Pl1 = 0,041* (49,9/0,032) * (0, 192/2) *969,661 = 1119 Па

Pl2 = 0,046* (4,2/0,020) * (0,162/2) *969,661 = 120 Па

Местное сопротивление на участке 1 при диаметре d1=32 мм ([1] c.340):

.котел стальной ξ = 2

тройник на повороте в т.1,2,8,9 ξ = 1,5*4=6

вентиль с косым шпинделем на участке на участках:

-3, 7-8, 8-9, 9-К ξ = 2,5*4=10

∑ξ = 18

Pj1 = 18* (0, 192/2) *969,661 = 315 Па

Местное сопротивление на участке 2 при диаметре d2=20 мм:

.тройник на проходе в т.3 ξ = 1

отвод под углом 90◦ в т.4 ξ = 1,5

кран двойной регулировки в т.5 ξ = 2

отопительный прибор П1 (радиатор двухколонный) ξ = 2

тройник на проходе в т.7 ξ = 1, ∑ξ = 7,5

Pj2 = 7,5* (0,162/2) *969,661 = 87 Па

2.8 Определение общих потерь давления в первом кольце

Pl = Pl1+Pl2+Pj1+Pj2, Па (9)

Pl = 1119+120+315+87 = 1641 Па

2.9 Определение невязки между располагаемым давлением и потерями давления в кольце

(Pl1-Pl) /Pl1*100% = 10-15% (10)

(1119-1641) /1119*100% = 46,6%> (10-15) %

Т.к. невязка больше допустимой (50.3%), то для уменьшения потерь давления увеличиваем диаметры труб. Для нашей системы отопления поменяем диаметр труб на участке 1 и произведем гидравлический расчет п.1.3-1.8 при измененном диаметре труб.

Для этого на участке 1-2 возьмем промежуточную точку А и сделаем гидравлический расчет при диаметре труб d=32 мм на участке К-1-A и d=40 мм на участке А-3 и 7-К

Результаты гидравлического расчета первого кольца сводим в таблицу 1.

Таблица 1 (1 часть)

Таблица расчета системы водяного отопления

УчасткиДлина участка, l, мРасход, Q, см3/cДанные предварительного расчетаДанные окончательного расчетаДиаметр, d, ммСкорость, V, см/cКоэф. λПотери давленияДиаметр, d, ммСкорость, V, см/cКоэф. λПотери давленияPl, ПаPj, ПаPl, ПаPj, ПаКольцо №1К-А14,715032190,041111931532190,04155261A-2102-30.34012 0,041762277-К24,94-855020160,0431208720160,04712087∑——1239402—848375Общие потери давления1641Суммарные потери давления1223

Определяем невязку между располагаемым давлением и потерями давления в кольце по формуле (10):

3. Расчет 2 кольца

II кольцо имеет общие с первым кольцом участки: К-1-2-3…7-8-9-К

диаметры этих участков мы уже рассчитали, поэтому необходимо определить диаметры только на участке 3:

-10-11-12-7

Длина участка 3 l3 = 4,3 м

3.1 Определение располагаемого давления PP2

по формуле (1):

PP2 = 9,8*5,2* (976,036-963,285) +150 = 799,79 Па

.2 Определение расхода теплоносителя

по формуле (2.2):

Q3 = 7500/ (4.2* (93-73) *1000*969,661) = 0,00009 м3/с

3.3 Определение диаметров трубопровода

по формуле (3):

d3 = (4Q3/πvдоп) 0,5 = (4*0,00009/3,14*0,15) 0,5 = 0,027 = 27 мм

d3ст=25 мм

Определяем действительные скорости по формуле (4):

v = (4*0,00009) / (3,14*0,0252) = 0,18 м/с

3.5 Определение режима движения жидкости

по формуле (5):

Re3 = (0,18*0,025) /0,353*10-6 = 12747 > Reкр = 2320 — турбулентный режим движения

Для турбулентного режима движения жидкости по формуле (6):

λ1 = 0,11* (0,5/25+68/17747) 0,25 = 0,043

3.6 Определение потерь давления на участках

Линейные потери, определяемые по формуле (7) на участке 3 составят:

Pl3 = 0,043* (4,3/0,025) * (0,182/2) *969,661 = 116 Па

Местное сопротивление на участке 3 ([1] c.340):

.тройник на повороте в т.3 ξ = 1,5

кран двойной регулировки в т.10 ξ = 2, отопительный прибор П2 (радиатор двухколонный) ξ = 2, отвод под углом 90◦ в т.12 ξ = 1, тройник на проходе в т.7

ξ = 1, ∑ξ=7,5

Определяем потери на местном сопротивлении по формуле (8):

Pj2 = 7,5* (0,182/2) *969,661 = 118 Па

3.7 Определение общих потерь давления в первом кольце

по формуле (9):

3.8 Определение невязки между располагаемым давлением и потерями давления в кольце

по формуле (10):

Т.к. невязка больше допустимой (20,7%), то для увеличения потерь давления уменьшаем диаметры труб. Меняем d3ст и принимаем равным d3ст =20 мм.

Определяем действительные скорости по формуле (4):

Т.к. скорость движения теплоносителя V 3 превышает допустимую (V доп=0,2 м/с), то для погашения излишнего давления вводят дополнительное сопротивление в виде диафрагмы.

3.9 Расчет диаметра диафрагмы

Определяем излишнее давление:

, Па (11)

Т.к. диафрагма является местным сопротивлениями для движущегося теплоносителя потери давления в ней определяются по формуле (8):

Тогда

(12)

По найденному значению коэффициента диафрагмы находим отношение

([5] с. 205):

Отсюда диаметр диафрагмы равен:

, мм (13)

Литература

[1] Справочник проектировщика под редакцией И.Г. Староверова. Внутренние санитарно-технические устройства, ч. I Отопление, водопровод, канализация. Стройиздат, М., 1976

[2] Белоусов В.В., Михайлов Ф.С. Основы проектирования систем центрального отопления. М., 1962

[3] Справочник по теплоснабжению и вентиляции, ч. I, издательство "Будивельник", Киев, 1976.

[4] Альтшуль А.Д., Животовский А.С., Иванов П.С. Гидравлика и аэродинамика. М., 1987

[5] Рабинович Е.З. Гидравлика, 1963 год.

Учебная работа. Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления

Гидравлический расчет трубопроводных систем

Министерство образования и науки российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Городское строительство и хозяйство"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

Наименование темы:

Гидравлический расчет трубопроводных систем

Наименование дисциплины:

основы гидравлики и теплофизики

Выполнил студент группы ВВбз-11 М.Ф. Мурашова

Нормоконтроль С.П. Епифанов

руководитель С.П. Епифанов.

Иркутск 2015

Задание на курсовую работу

По курсу: Основы гидравлики и теплофизики

Студентке: Хасаншиной Е. С.

Тема работы: Гидравлический расчет трубопроводных систем.

Исходные данные:

. Схема расположения трубопроводов — рис.6. Расход воды Q=3 л/с. Диаметр труб: первой трубы d1= 75 мм, второй трубы d2 = 100 мм, третьей трубы d3 = 50 мм. Длины труб: первой трубы l1 = 2 м, второй трубы l2 = 2 м, третьей трубы l3 = 2 м. температура воды в трубах T = 400. Коэффициент шероховатости стенок трубопровода kэ = 0,1 мм. Угол расположения наклонных участков относительно горизонтальной плоскости α = 300.

исходные данные: 2. Определить диаметр всасывающего трубопровода и предельную теоретическую высоту установки (всасывания) центробежного насоса с учетом и без учета запаса, обеспечивающего отсутствие кавитации, если насос перекачивает воду при температуреt = 500C, расходе Q = 35 м3/ч, частоте вращения n = 1500 об/мин. Трубопровод стальной, длиной l, эквивалентом шероховатости kэкв= 1,4 мм; имеет приемный (обратный) клапан, один поворот (колено) 900 (R=2d).

Оглавление

Введение

I. Расчет короткого трубопровода

1. Расчет скорости потоков в трубопроводах

2. Расчет потери напора трубопровода

3. Суммарные потери напора

4. Определение уровня воды в напорном баке

5. Расчет и построение напорной линии

6. Расчет и построение пьезометрической линии

7. Расчет и построение напорной характеристики

II. Расчет всасывающего трубопровода насосной установки

1. Расчет скорости и диаметра

2. Расчетная высота установки насоса

3. Расчет кавитационного запаса

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Гидравлика — это общепрофессиональная дисциплина, изучающая законы покоя и движения жидкостей, законы взаимодействия жидкости с твердыми телами и способы применения этих законов для решения практических задач.

Гидравлика является инженерной наукой, решение практических задач в ней доводится до конкретных результатов. С её помощью люди решают множество задач, относящихся к строительству разного рода сооружений, необходимых для решения проблем водоснабжения, а также создания гидравлического оборудования, ремонта гидравлики, ремонта гидронасосов и так далее.

В современной технике применяются трубопроводы различного назначения, служащие для перемещения разнообразных жидкостей и изготовленных из различных материалов.

Все трубопроводы могут быть разделены на простые и сложные.

Простым трубопроводом называется трубопровод без разветвлений постоянного или переменного сечения.

Сложные трубопроводы — трубопроводы с разветвлениями, составленные из последовательно и параллельно соединенных простых трубопроводов или ветвей с непрерывной раздачей жидкости кольцевые, а также с насосной подачей жидкости (разомкнутые и замкнутые).

При расчете трубопроводов возможны различные сочетания известных и требующих определения величин. В общем случае расчет трубопроводов удобно вести в следующем порядке:

схема трубопровода разбивается на участки, отличающиеся один от другого характером или величиной сопротивлений;

устанавливаются исходные данные для отдельных участков и всей гидросети;

трубопровод насосная установка гидравлический

с помощью формул и таблиц определяются коэффициенты местных сопротивлений;

определяются потери давления на каждом участке.

I. Расчет короткого трубопровода

Вода из открытого резервуара, в котором поддерживается постоянный уровень воды, вытекает из напорного бака через трубопровод переменного сечения. Коэффициент шероховатости стенок трубопровода kэ= 0,1 мм=0,1⋅10-3 м. Угол расположения наклонных участков относительно горизонтальной плоскости α = 300.

Требуется найти:

.Определить потери напора ∆hi в отдельных элементах (в трубах и местных сопротивлениях) и полные потери напора ∆h.

2.Определить уровень воды в баке при заданном расходе Q и температуре.

.Рассчитать значения полных и статических напоров в точках a,b,c,e,k,m,n,f и построить напорную и пьезометрическую линии.

.Рассчитать и построить гидравлическую характеристику трубопровода ∆h=f (Q). определить потери напора в трубопроводе при заданном расходе.

Дано: Расход воды Q = 3 л/с=3⋅10-3 м3/с. Диаметр труб: первой трубы d1 = 75 мм= 0,075 м, второй трубы d2 = 100 мм= 0,1 м, третьей трубы d3 = 50 мм= 0,05 м. Длины труб: первой трубы l1 = 2 м, второй трубы l2 = 2 м, третьей трубы l3 = 2 м. температура воды в трубах T = 400,ν40 = 0,66⋅10-6 м2/с

Рис 1. Схема короткого трубопровода.

. Расчет скорости потоков в трубопроводах

Средняя скорость потока V — скорость движения жидкости, определяющаяся отношением расхода жидкости Q к площади живого сечения ω для круглых напорных труб, вычисляем площади живых сечений, каждой трубы:

Тогда средние скорости в трубах будут равны:

Существует два вида гидравлических потерь:

1. потери на трение по длине — вызваны внутренним трением в жидкости и пропорциональны длине участков трубы, для их определения используем формулу Дарси-Вейсбаха, где — коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси) — безразмерный параметр, величина которого зависит от режима движения жидкости (числа Рейнольдса). Существует три режима движения жидкости:

1) ламинарный;

)неустойчивый;

)турбулентный.

Области сопротивления:

1)Доквадратичная зона (область шероховатых труб):

где λ определяется по формуле Альтшуля

;

2)Зона гидравлически гладких труб:

где λ определяется по формуле Блазиуса

.

3)Квадратичная зона шероховатых труб:

где λ определяется по формуле Шифринсона

. местные потери напора (потери удельной энергии) — обуславливаются изменением по величине и направлению скорости движения жидкости, приводящим к образованию вихревых зон. Определяются по формуле Вейсбаха:

где коэффициент местного сопротивления, скорость перед (после) местным сопротивлением.

1.1 Потери при выходе потока из резервуара:

где

ζвых = 0,5 — коэффициент местного сопротивления, ускорение свободного падения: g = 9,81 м/c2.

2.2 Потери напора в первой трубе 1 (по длине):

Для определения напора в трубе необходимо применяем формулу Дарси-Вейсбаха:

где — коэффициент гидравлического трения, величина которого зависит от режима жидкости:

Тогда значение критической зоны турбулентности

Трубопровод работает в переходном режиме. λ1рассчитывается по формуле Альтшуля:

Напор в трубе равен:

.3 потери напора на поворот (с-е):

Для того чтобы определить потери напора при резком повороте необходимо найти коэффициент сопротивления колена круглого сечения, воспользовавшись формулой:

где — ориентировочных расчетов =1.

Получаем

2.4 Потери напора на внезапном расширении (е-k):

Применяем формулу Борда для вычисления потери напора при внезапном расширении:

2.5 Потери во втором трубопроводе (по длине):

Рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха:

,

Тогда

Трубопровод работает в переходном режиме. λ2 рассчитывается по формуле Альтшуля:

Напор в трубе равен:

2.6 потери напора на внезапном сужении (m-n)

Рассчитываются по формуле Борда:

где

.7 потери напора в третьем трубопроводе (n-f):

Рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха:

,

Тогда

Трубопровод работает в переходном режиме. λ3рассчитывается по формуле Альтшуля:

Напор в трубе равен:

3. Суммарные потери напора

Просуммируем все потери по трубопроводу:

4. Определение уровня воды в напорном баке

Необходимо составить уравнение Бернулли, которое характеризует поток на всем пути от сечения I-I до сечения III-III, относящееся к целому потоку в жидкости:

где сечение I-I совпадает со свободной поверхностью в резервуаре; давление , а скорость жидкости на поверхности равна нулю, так как резервуар имеет большой размер и понижением уровнем воды можно пренебречь. Сечение III-III совпадает с выходным отверстием третьего трубопровода, а давление , скорость равна скорости движения жидкости в третьем водопровод Плоскость сравнения проведем горизонтально через ось первого трубопровода. Из условий следует, что

Подставляя найденные величины в уравнение Бернулли, вычисляем уровень воды в резервуаре:

5. Расчет и построение напорной линии

Полные напоры в сечениях трубопроводов:

Ha= H = 1.278м,

Hb= Ha — ∆ha-b = 1.278 — 0.012 = 1.266м,

Hс= Hb — ∆hb-c = 1.266 — 0.015 = 1.251м,e = Hc — ∆hc-e = 1.251 — 0.0031 = 1.2479 м,k= He — ∆he-k = 1.2479 — 0.0046 = 1.2433м,m= Hk — ∆hk-m = 1.2433 — 0.0035 = 1.2398м,n= Hm — ∆hm-n = 1.2398 — 0.0027 = 1.2371м,f= Hn — ∆hn-f = 1.2371 — 0.1178= 1.1193м.

Наносим данные на рис 1, откладывая полученные величины от плоскости сравнения, получаем линию сравнения.

. Расчет и построение пьезометрической линии

Скоростные напоры в трубах:

Пьезометрические напоры в сечениях трубопроводов:

ha = Ha — H1ск = 1.278 — 0.0235= 1.2545 м,

hb =Hb — H1ск=1.2545-0.0235 = 1.231 м,

hc =Hc — H1ск=1.231 — 0.0235 =1.2075 м,e= He — H1ск=1.2075-0.0235 =1.18 4м,k =Hk — H2ск=1.184-0.0073= 1.1767м,m = Hm — H2ск=1.1767-0.0073=1.1694м,n = Hn — H3ск=1.1694-0.1193 =1.0501м,f = Hf — H3ск=1.0501-0.1193 = 0.9308м,

Результаты расчетов наносим на рис. 2 (пьезометрическая линия).

Рис 2. Напорная пьезометрическая линия.

7. Расчет и построение напорной характеристики

Используя уравнение расхода выразим:

Найдем гидравлическое сопротивление системы:

Напорная характеристика трубопровода

В таблице приведены значения потерь напора, а на рис.3 — график напорной характеристики трубопровода.

Таблица 1

124560,00360,01460,05840,09120,1314

Рис. 3. Напорная характеристика трубопровода.

II. Расчет всасывающего трубопровода насосной установки

Насос перекачивает воду при температуре t = 500C, расходе Q = 35 м3/ч, частоте вращения n = 1500 об/мин. Трубопровод стальной, длиной l=10, эквивалентом шероховатости kэкв= 1,4 мм; имеет приемный (обратный) клапан, один поворот (колено) 900 (R=2d). ξклапан=6; ξповорот=0.7 (угол 900,R=2∙d). Плотность воды.

Требуется:

Определить диаметр всасывающего трубопровода и предельную теоретическую высоту установки (всасывания) центробежного насоса с учетом и без учета запаса, обеспечивающего отсутствие кавитации.

Рис 4. Схема всасывающего трубопровода.

1. Расчет скорости и диаметра

Из формулы расхода выражаем диаметр трубы:

,

где Q — расход, S — площадь сечения, V — скорость всасывания.

Vвсасывания может быть от 0.62 м/с

Возьмем V = 1.5 м/с, тогда диаметр равен:

Берем близкий по значению диаметр d=100 мм

2. Расчетная высота установки насоса

Составляем уравнение Бернулли для двух сечений, приняв плоскость сравнения на уровне свободной поверхности жидкости в питающем резервуаре:

где ∆h — потери напора.

z1=zн, т.к. высота z2 соответствует высоте насоса.

V1=0, т.к. на сечении 1-1 отсутствует движение жидкости.

V2=V, т.к. скорость воды в трубопроводе постоянна.

p1=pатм, т.к. на сечении 1-1 только атмосферное давление.

z1=0, т.к. на сечении 1-1 нулевая отметка высоты.

Получим

где потери напора ∆h на участке трубопровода от сечения I-I и II-IIдлинойl вычисляется:

Для определения режима жидкости вычисляем число Рейнольдса. Коэффициент кинематической вязкости воды при температуре t = 500C, равен = 0.556 ∙ 10-6

Тогда значение критической зоны турбулентности

Трубопровод работает в переходном режиме. λ рассчитывается по формуле Альтшуля:

Подставляем значения и находим потери напора.

Давление насыщенного водяного пара перекачиваемой жидкости рн. п (табл.) t=50=1221 Па;

Атмосферное давление pатм (Иркутск) = 95673 Па;

3. Расчет кавитационного запаса

Поскольку кавитация приводит к быстрому разрушению материала рабочих колес и ненормальной работе насосов, разрежение в насосе не должно превышать определённого предела, обеспечивающего отсутствие кавитации.

∆hкав вычисляется:

Тогда, предельная теоретическая высота установки центробежного насоса с учетом запаса, обеспечивающего кавитации, равна

Заключение

В ходе решения первой задачи в курсовой работе производился расчет короткого трубопровода. Были найдены потери напора в отдельных его элементах (в трубах и местных сопротивлениях), а так же полные потери напора. В ходе решения были рассчитаны значения полных и статистических напоров в точках a, b, c, e, k, m, n, f и построены напорная и пьезометрическая линии; рассчитана и построена гидравлическая характеристика трубопровода ; были определены потери напора в трубопроводе при заданном расходе.

В ходе решения второй задачи курсовой работы был определен диаметр всасывающего трубопровода при заданном расходе, рассчитана предельная теоретическая высота установки (всасывания) центробежного насоса с учетом и без учета запаса, обеспечивающего отсутствие кавитации.

Список использованной литературы

1.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учеб. для вузов. — М.: альянс, 2011. — 422с.

2.Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика. — М.: Высш. Шк., 2008. — 198с.

.Лапшев Н.Н. Гидравлика. — М.: Академия, 2007.

.Сайриддинов С.Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения: Учеб пособие. М.: Издательство АСВ, 2008. — 352с.

.Чугаев Р.Р. Гидравлика. — М.: БАСТЕТ, 2008. — 671с.

Рекомендуемая литература:

. Чугаев Р.Р. Гидравлика. — М.: БАСТЕТ, 2008. — 671 с.

. Лапшев Н.Н. Гидравлика. — М.: Акдемия, 2007.

. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика. — М.: Высш. шк., 2008. — 198 с.

. Сайриддинов С.Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения: Учеб. пособие. М.: Издательство АСВ, 2008. — 352 с.

. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учеб. для вузов/ Т.М. Башта [и др.] — М.: альянс, 2011. — 422 с.

Учебная работа. Гидравлический расчет трубопроводных систем

Гидравлический расчет объемного гидропривода

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра: «Водоснабжение, водоотведение и гидравлика»

«Гидравлика и гидропневмопривод»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе:

«Гидравлический расчет объемного гидропривода»

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ: Шаранков В.Н.

ШИФР: 02-ПТМ-605

КУРС: 4

ПРОВЕРИЛ: доц. ПЫЛАЕВ И.П.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2005

Содержание

1. Гидравлический расчёт объемного гидропривода возвратно-поступательного движения

.1 Определение расчетных выходных параметров гидропривода

.2 Назначение величины рабочего давления и выбор насоса

.3 Определение диаметров трубопроводов

.4 Определение потерь давления в гидросистеме

.5 Расчет гидроцилиндров

.6 Определение внутренних утечек рабочей жидкости, расчёт времени рабочего цикла и определение К.П.Д. гидропривода

.7 Подбор и расчёт остальных устройств гидропривода

Список литературы

1. Гидравлический расчёт объемного гидропривода возвратно-поступательного движения

Требуется рассчитать гидропривод гидродомкрата в соответствии с аксонометрической схемой, приведенной на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Аксонометрическая схема объемного гидропривода.

— бак для рабочей жидкости; 2 — насос; 3 — предохранительный клапан; 4 — гидроцилиндры; 5 — распределитель; 6 — фильтры для очистки рабочей жидкости; 7 — обратный клапан; 8 — 12 — трубопроводы.

) Длины участков трубопроводов принять равными:

ℓ8 = 2,0 м;

ℓ9,16 = 3,0 м;

ℓ10,15 = 6,8 м;

ℓ11, 12,13,14 = 1,0 м.

) необходимое усилие на гидроцилиндры равно: = 160 кН.

) Длина рабочего хода штока гидроцилиндра равна:

L = 400 мм.

) время рабочего цикла гидропривода принять равным:

t = 30 с.

) В качестве рабочей жидкости принять:

Масло индустриальное 50

плотность ρ = 920 кг/м3; вязкость ν = 50 ∙10 -6 м 2/с.

1.1 Определение расчетных выходных параметров гидропривода

Поскольку гидропривод имеет два гидроцилиндра, работающих в одинаковых условиях, необходимое усилие на штоке каждого гидроцилиндра составит:

Принимая коэффициент запаса по усилию kз.y = 1,20, вычисляем расчетное

Исходя из условия устойчивости, определяем минимальный диаметр штока:

где Е — модуль упругости материала штока (для стали Е = 2,1 ·10 5 МПа);

k — коэффициент, учитывающий заделку концов штока (k = 2).

В соответствии с нормалью ОН 22-176-69 принимаем dмин= 100 мм и с учетом L = 400 мм по прил. 2 выбираем φ = 1,65.

Определим скорость рабочего хода поршня, принимая ∆t = 1,0 с.

Принимая коэффициент запаса по скорости равным kз.с = 1,10, получаем:

Расчетная мощность гидропривода составит:

1.2 назначение величины рабочего давления и выбор насоса

При проектировании гидропривода важно правильно выбрать величину рабочего давления в системе.

При заниженных давлениях гидропривод получается очень громоздким, так как при этом требуются насосы большой производительности и трубопроводы значительных диаметров (система должна пропускать большой расход).

При высоких давлениях система становится компактной, однако в этом случае возрастают требования к качеству изготовления элементов гидропривода и их прочности.

В настоящее время рабочее давление в системе следует назначать на основе практических рекомендаций, приведенных в табл. 1.2.

Таблица № 1.2

Усилие на штоке, кНДо 5050 — 100свыше 100Давление в системе, МПа6,3 — 10,010,0 — 20,020,0 — 32,0

При назначении рабочего давления следует иметь в виду, что в последние годы наметилась тенденция к повышению рабочего давления в системе и рекомендуется ориентироваться на верхние пределы указанных диапазонов давлений.

По величине Fp = 96 кН в соответствии с таблице 1 принимаем давление в системе равным р = 10 МПа. При этом давлении расчётная производительность насоса составит:

На строительных и дорожных машинах чаще всего применяются шестеренные и аксиально-поршневые гидромашины. техническая характеристика некоторых шестеренных насосов приведена в табл. 1.3.

Таблица №1.3

техническая характеристика некоторых шестеренных насосов

Тип насосаРабочий объем, см3Номинальное давление, МПаДиапазон частоты вращения вала, об/минОбъёмный К.П.Д.Полный К.П.Д. НШ-1010,0101100 — 16500,900,80 НШ-3231,7101100 — 16500,900,81НШ-4647,38101100 — 16500,900,85

Производительность насоса равна

что несколько больше Qр .

Насос приводится во вращение двигателем через редуктор, при расчете которого следует учесть, чтобы он при сниженных оборотах двигателя (в момент перегрузки) обеспечивал указанное число оборотов вала насоса.

таким образом, принят насос НШ-32 с n = 1100 об/мин, рн= 10 МПа и Qн = = 31,4 л/мин = 524 см 3/с.

Предохранительный клапан в системе настраиваем на давление насоса, т.е. рн = 10 МПа.

1.3 Определение диаметров трубопроводов

В соответствии со схемой работы гидропривода определяем расходы на участках. диаметры трубопроводов 11, 12, 13, 14 рассчитываем из условия пропуска половинного расхода насоса, остальные трубопроводы рассчитываем на пропуск расхода насоса.

Внутренние диаметры трубопроводов определяются на основе уравнения:= Sтр· υрек , (1.1)

где Q — расход на данном участке;тр — площадь поперечного сечения трубопровода;

υрек — рекомендуемая скорость движения жидкости в трубопроводе.

Величины рекомендуемых скоростей движения жидкости в трубопроводах, основанные на опыте эксплуатации гидроприводов, приведены в табл. 1.4.

Таблица № 1.4

Рекомендуемые скорости движения жидкости в трубопроводах

Наименование участка трубопровода Скорости движения рабочей жидкости, м/срекомендуемыедопускаемые в фасонных частяхВсасывающий1-24Нагнетательный и сливной4-812

Внутренний диаметр трубопровода определяем по формуле:

. (1.2)

По найденному значению внутреннего диаметра определяют толщину стенок трубопровода по формуле:

(1.3)

По фактическим внутренним диаметрам трубопроводов находят действительные средние скорости движения жидкости:

(1.4)

Желательно, чтобы действительные средние скорости не выходили за пределы, указанные в табл.1.4.

Результаты вычислений сводим в табл. 1.5:

Таблица №1.5

Результаты вычислений

Участкиυрек , см/сQ, см3/сРазмеры трубопроводаυ, см/свычисленныепринятыеdвн, ммδ, ммdн, ммδ, ммdвн, мм8 9, 10, 15, 16 11, 12, 13, 14150 500 500524 524 26221,1 11,5 8,16- 1,23 0,8825 16 122,0 2,0 1,421,0 12,0 9,2151 463 394

Примечание. Во всасывающем трубопроводе толщина стенок расчетом не определялась вследствие незначительной величины действующего в нём давления.

1.4 Определение потерь давления в гидросистеме

Потери давление на участках удобно вычислять по методу приведенных длин, используя для этого формулу Вейсбаха-Дарси

(1.5)

где ρ — плотность рабочей жидкости;

ℓпр — приведённая длина участка;

λ — коэффициент гидравлического трения.

Коэффициент гидравлического трения λ определяют в зависимости от величины числа Рейнольдса:

(1.6)

где v — кинематический коэффициент вязкости рабочей жидкости.

При ламинарном режиме движения (Re < Reкр= 1000) в условиях изотермического течения коэффициент λ определяют по формуле:

(1.7)

поскольку при работе гидропривода температура жидкости равна ~50ºC и, как правило, выше температуры окружающей среды, то с учётом охлаждения внешних слоев жидкости, соприкасающихся со стенками трубопровода, принимают

(1.8)

При турбулентном режиме коэффициент гидравлического трения удобно определять по формуле А.Д. Альтшуля

(1.9)

где ∆э — эквивалентная шероховатость трубы. Для стальных бесшовных труб рекомендуется принимать ∆э = 0,04 мм.

Приведенная длина участка трубопровода определяется по формуле:

ℓпр = ℓ + ∑ℓэкв , (1.20)

где ℓ — длина участка;

∑ℓэкв — сумма длин, эквивалентных по падению давления местным сопротивлениям, имеющимся на данном участке.

Расчёты по определению приведенных длин участков сведены в табл. 1.6.

Таблица №1.6

Расчёты по определению приведенных длин участков

УчасткиДлина участка ℓ, мdвн, мВиды местных сопротивленийм

м82,00,021Глава 2 Вход в трубопровод8Глава 3 Резкий поворот32420,882,88Штуцер293,00,012Глава 4 обратный клапан45Три штуцера3х2Тройник на проход2106,80,012Четыре резких поворота4х322513,0112,81Распределитель50Тройник с разделением на два равных потока20121,00,0092Резкий поворот32Штуцер2460,421,42Выход в гидроцилиндр12141,00,0092Вход в трубопровод8Штуцер2420,391,39Резкий поворот32156,80,012Тройник с соединениемпотоков36163,0Три резких поворота3х322002,4012,2Три штуцера3х2Распределитель50Выход в фильтр12Примечание. Сопротивление в фильтре учитывается отдельно.

В качестве рабочей жидкости примем масло индустриальное с плотностью ρ = 920 кг/м3 и коэффициентом кинематической вязкости ν = 50х х10 -6 м2/с. Это масло обладает достаточно широким интервалом положительных рабочих температур (от +10 до +70°С), что позволяет эксплуатировать гидропривод только летнее время.

Расчет потерь давления в гидросистеме сведен в табл. 1.7, причем расход в подающей линии принят равным подаче насоса, а в сливной линии вычислим с учетом аккумулирующей способности гидроцилиндров и определен по формуле:

Коэффициент гидравлического трения λ вычислен по формуле А.Д. Альтшуля при эквивалентной высоте шероховатости ∆ =0,04 мм.

Таблица №1.7

Расчет потерь давления в гидросистеме

Участкиℓпр, мdвн, мQ, см3/сυ, м/сv, м2/сReλρ, кг/м3

Па∆p, кПаПодающая линия: бак — гидроцилиндр82,880,0215241,515∙10-56340,11816,239201048,817,029,1012,810,0125244,6311110,05559,199861583,69121,420,00922623,947250,10316,007140,9114,28Сливная линия: гидроцилиндр — бак∆pп =714,99141,390,00921592,395∙10-54400,17125,70920262867,5315,1612,20,0123182,816740,111113,063632410,67 Фильтр———-100,00∆pс = 578,2∆p = 1293,19

1.5 Расчет гидроцилиндров

давление в поршневой полости гидроцилиндра равно

рц = рн — ∆рп = 10 ∙106 — 714,99 ∙10 3= 9285 кПа ≈ 9,29 МПа.

необходимая площадь гидроцилиндра составит

Требуемый минимальный диаметр гидроцилиндра равен

В соответствии с величинами L, φ, dмин и Dмин по нормали ОН 22 — 176 — 69 подбираем унифицированный гидроцилиндр. В данном случае требуемым условиям удовлетворяет гидроцилиндр с параметрами: L = 800 мм; φ = 1,65; d = 100 мм и D = 120 мм.

Проверяем выбранный гидроцилиндр на создание требуемого усилия при рабочем ходе.

Сила трения в уплотнениях поршня

Сила трения в уплотнениях штока

712 Н.

Сила сопротивления, обусловленная вытеснением жидкости с противоположной стороны поршня,

Полезное усилие, создаваемое гидроцилиндром при рабочем ходе,

— 1090 = 30868 Н ≈ 30,87 кН.

Так как Fц = 30,87 кН > F = 27,5 кН, то выбранный гидроцилиндр удовлетворяет требованию по созданию заданного усилия. В соответствии со схемой гидропривода два таких гидроцилиндра обеспечат необходимое усилие на рабочем органе.

1.6 Определение внутренних утечек рабочей жидкости, расчёт времени рабочего цикла и определение К.П.Д. гидропривода

гидропривод трубопровод насос давление

Рабочий расход в гидросистеме найдём по формуле

раб = Qн — ∆Q.

Внутренние утечки ∆Q складываются из утечек в распределителе и суммы утечек в гидроцилиндрах.

Утечки в распределителе равны

∆Qрасп = (1 — ηо.расп) Qн = (1 — 0,96)∙524 ≈ 21 см 3/с.

Утечки в гидроцилиндрах составят

таким образом,

∆Q = ∆Qрасп + ∑∆Qн = 21 + 5 ≈ 26 см 3/с.

Общий рабочий расход

раб = Qн — ∆Q = 524 — 26 ≈ 498 см 3/с.

Рабочий расход одного гидроцилиндра

Определяем скорости рабочего и холостого ходов поршня:

время одного двойного хода поршня гидроцилиндра составит (при времени переключения распределителя ∆t = 1,0 с).

В данном случае время двойного хода поршня гидроцилиндра будет равно времени рабочего цикла гидропривода, так как цилиндры работают параллельно.

Так как t = 25,0 с < tзад = 30 с, то гидропривод удовлетворяет требованию по обеспечению проектной производительности машины.

Определяем общий К.П.Д. гидропривода.

Мощность, потребляемая гидроприводом,

.

полезная мощность гидропривода

Общий К.П.Д. гидропривода

1.7 Подбор и расчёт остальных устройств гидропривода

Объём бака для рабочей жидкости принимаем равным трёхминутной производительности насоса

W =3 × Qн = 3 × 31,4 = 94,2 л.

Принимаем: бак типовой конструкции, применяющейся на строительных и дорожных машинах, емкостью 100 л; фильтр для очистки рабочей жидкости проволочный плетеный сетчатый марки П С42-23 с тонкостью фильтрации 0,08 мм и расчетным расходом 35 л/мин; распределитель — золотниковый четырехпозиционный с ручным управлением марки РЧ-50, рассчитанный на расход до 50 л/мин; предохранительный клапан — конический; обратный клапан — также конический.

Диаметр канала предохранительного клапана вычисляем по формуле:

где υ — скорость движения жидкости в канапе; принята равной 12 м/с.

Принимаем d0 = 8,0 мм.

диаметр самого конического клапана берем равным

dк = 1,5 × d0 =1,5 × 8,0 = 12,0 мм.

С помощью регулировочного винта клапан настраивается на давление, развиваемое насосом, и пломбируется.

Расчетные диаметры обратного конического клапана принимаем равными диаметрам, полученным для предохранительного клапана, т.е. d0 = 8,0 мм, dк = 12,0 мм.

Учебная работа. Гидравлический расчет объемного гидропривода