Расчет гидравлических характеристик схемы

Расчет включает выбор базовой ветви трубопровода, расчет требуемой производительности и напора насоса.

Расчет гидравлических параметров схемы необходим для определения затрат энергии на перемещение жидкости и подбора стандартной гидравлической машины (насоса).

Заданная технологическая схема содержит емкости, расположенные на различных отметках высот, центробежный насос и сложный разветвленный трубопровод с установленной на нем запорной и регулирующей арматурой, включающий ряд местных сопротивлений. Расчет целесообразно начинать с определения диаметров трубопровода по формуле

. (3.4)

Так как расход среды Q_i известен, для расчета диаметра необходимо задаться значением скорости w. Чем больше скорость, тем меньше требуемый диаметр трубопровода, т.е. меньше стоимость трубопровода. Но с увеличением скорости растут потери напора в трубопроводе, что приводит к увеличению затрат энергии на перемещение жидкости. На практике для сред, перекачиваемых насосами, рекомендуют принимать значение экономической скорости w» 1,5 м/с.

На основании рассчитанных значений d_i выбирается ближайший стандартный диаметр трубы d _{ст i} по ГОСТ 3262–75 для стальных водогазопроводных труб [1]. Краткая выписка из ука­занного ГОСТа приведена в прил.В.

В случае значительных диаметров, выходящих за пределы диапазона размеров труб, установленных ГОСТ 3262–75, могут использоваться ГОСТ 8734–78 [2] или ГОСТ 8732–78 [3] (прил. Г, Д).

Так как внутренние диаметры стандартных труб могут отличаться от значений, рассчитанных по формуле (3.4), необходимо уточнить скорость течения жидкости:

. (3.5)

Далее определяем потери напора в трубопроводе. Потери напора разделяют на потери на трение по длине и местные потери. Потери на трение возникают в прямых трубах постоянного сечения и возникают пропорционально длине трубы. Они определяются по формуле

. (3.6)

Безразмерный коэффициент потерь на трение по длине (коэф­фициент Дарси) можно рассчитать по универсальной формуле А.Д. Альтшуля [4,5]:

, (3.7)

где Δ _i – абсолютная эквивалентная шероховатость, завися­щая от состояния труб.

Значения абсолютной шероховатости труб приведены в табл. 2.

Таблица 2. Ориентировочные значения абсолютной шероховатости труб, Δ

Трубы	Δ, мм
Стальные новые Стальные, бывшие в эксплуатация с незначительной коррозией Стальные старые, загрязненные Чугунные новые, керамические Чугунные водопроводные, бывшие в эксплуатации Алюминиевые гладкие Трубы из латуни, меди и свинца	0,06 – 0,1   0,1 – 0,2 0,5 – 2 0,35 – 1 1,4 0,015 – 0,06 0,0015 – 0,01

 

Местные потери обусловлены местными гидравлическими сопротивлениями, т. е. местными изменениями формы и размера русла, вызывающими деформацию потока. К ним относятся: резкие повороты трубы (колена), плавные повороты, входы и выходы из трубопроводов, резкие (внезапные) расширения и сужения, конфузоры, диффузоры, теплообменники, вентили и т. д.

Местные потери напора определяются по формуле Вейсбаха следующим образом:

. (3.8)

Коэффициенты сопротивления ξ для ряда видов местных сопротивлений приведены в прил. Е.

 

Рис. 3.3 Схема конфузора (а) и диффузора (б) к расчету гид­равлического сопротивления

 

Рассмотрим приемы расчета некоторых местных сопротивле­ний.

Коэффициент местного сопротивления конфузора (рис. 3.3, а) рассчитывается по формуле

,(3.9)

где α – угол раскрытия конфузора; λ _i – рассчитывается по формуле (3.7) для участка трубопровода после сужения с площадью F ₀. Заметим, что в формулу (3.8) подставляется значение скорости w ₀(для участка трубопровода меньшего сечения).

Коэффициент местного сопротивления диффузора (рис. 3.3, б) рассчитывается по формуле

. (3.10)

Аналогично предыдущему λ _i рассчитывается для участка трубопровода с меньшим сечением F ₀ (до расширения).

Коэффициент местного сопротивления змеевика (рис. 3.4) рассчитывается по формуле:

, (3.11)

где ε – коэффициент, определяемый из табл. 3; п – число витков змеевика, R ₀ – радиус витка.

 

 

Рис. 3.4 Схема к расчету сопротивления змее­вика

 

Таблица 3. Значение коэффициента

Re R 0 / d
3,1	0,12	0,08	0,06	0,05
3,9	0,10	0,07	0,06	0,05
5,1	0,10	0,06	0,05	0,04
6,9	0,09	0,06	0,05	0,04
	0,08	0,05	0,04	0,04
	0,07	0,05	0,04	0,03
	0,07	0,04	0,04	0,03
	0,05	0,04	0,04	0,03

Сопротивление кожухотрубчатого теплообменника (рис. 3.5) рассчитыва­ется по формуле

. (3.12)

 

 

 

Рис. 3.5 Схема к расчету гидравлического сопротивления кожухотрубчатого

Теплообменника

 

В этом соотношении первое слагаемое – потери на трение по длине труб теплообменника; второе – сумма местных сопротивле­ний на входе и выходе теплообменника, причем ξ₁ принимается как коэффициент сопротивления диффузора – формула (3.10), а ξ₄ –внезапного сужения (с диаметра D до диаметра d); третье – мест­ные сопротивления на входе и выходе трубок, причем ξ₂ прини­мается как коэффициент сопротивления внезапного сужения, а ξ₃ – как коэффициент сопротивления внезапного расширения. При этом сечение внутритрубного пространства , где п – число труб в теплообменнике.

Сопротивление теплообменника типа «труба в трубе» (рис. 3.6), если жидкость протекает по внутренней трубе, рассчитывается по формуле

.(3.13)

В этом выражении первое слагаемое – потери на трение, причем m ₁– количество прямых участков теплообмена; второе – потери на местные сопротивления за счет плавных поворотов, ξ₁ – коэффициент сопротивления плавного поворота на 180°, m ₂–количество поворотов.

 

 

Рис. 3.6 Схема к расчету гидравлического сопротивле­ния

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: