Курсовая работа: Расчет гидравлической циркуляционной установки
Гидравлика может быть определена как прикладная механика жидкости. Она является основой таких дисциплин, как гидроэнергетика, водоснабжение и канализация, гидравлические машины (турбины, насосы, компрессоры), трубопроводный транспорт. Значительна роль этой науки в химической технологии, легкой промышленности, автоматики.
В современной промышленности нет области, где не проводятся гидравлические расчеты процессов, устройств и механизмов.
Особое значение гидравлика имеет для нефтяной и газовой промышленности, так как все ее процессы, начиная от бурения разведочных скважин и кончая транспортировкой готовой продукции потребителю, связаны с перемещением и хранением жидкости.
Для каждой из этих отраслей характерен свой круг гидродинамических задач и соответствующих методов их решения. Однако все они основываются на общих законах движения и покоя жидкостей и газов, а также на некоторых общих методах описания гидродинамических явлений.
Вопросами гидравлики человек интересовался еще с древности. За несколько тысяч лет до нашей эры в Египте, странах Ближнего и Среднего Востока, в Индии и Китае люди уже умели строить платины и каналы. Примерно в тоже время появились первые гидравлические двигатели - водяные колеса.
Первым научным трудом о законах равновесия жидкостей считают трактат Архимеда "О плавающих телах", написанный за 250 лет до нашей эры. После этого появились работы Леонардо да Винчи "О движении и измерении воды" (1452-1519).
В 1565 г. была опубликована работа голландского ученого Симона Стевина (1548-1620 гг.) "Начала гидростатики". В работах Галилея (1564-1642 гг.) рассмотрены закономерности пребывания тел в воде. Торричелли (1608-1647 гг.), исследуя течение жидкости из отверстия, нашел известную формулу для скорости течения. Паскаль (1623-1662 гг.) вывел закон о передаче давления в жидкостях.
Исаак Ньютон (1642-1724 гг.) впервые предложил основные законы течения в жидкости. В 1738 г. в книге "Гидродинамика" Даниил Бернулли опубликовал уравнение, в котором устанавливалась связь между давлением, скоростью движения и положением рассматриваемой массы жидкости при установившемся движении.
В 1755 и 1756 гг. появляются работы Леонарда Эйлера, где он впервые дает полную систему уравнений движения идеальной жидкости.
Основоположниками гидравлики как самостоятельной науки являются члены Петербургской академии наук Д. Бернулли и Л. Эйлер. В 1738 г. была опубликована работа Д. Бернулли "Гидродинамика или записки о силах движения жидкости", в которой установлена связь между давлением и скоростью в элементарной струйке тяжелой "идеальной" жидкости.
М.В. Ломоносов (1711-1765 гг.) изучал условия работы гидротехнических сооружений и занимался исследованием движения воздуха в родниках.
В 1791 г. вышло первое русское печатное руководство по гидравлике А. Колмакова "Карманная книжка для вычисления количества воды, вытекающей через трубы, отверстия или по желобам, а также и силы, какою они ударяют, стремясь с данной скоростью".
В конце ХVХ и начале Х1Х веков во Франции появляются работы Шези по движению воды в каналах и трубах и Дарси - по напорному движению воды в трубах.
В 1883 г. Н.П. Петров разработал гидродинамическую теорию смазки, уточнил гипотезу о внутреннем трении в движущейся жидкости.
В 1889 вышла работа Н. Жуковского "О гидравлическом ударе в водопроводных трубах", в которой дана теория гидравлического удара. Жуковским впервые были введены основные дифференциальные уравнения движения грунтовых вод.
Л.С. Лейбензоном (1879-1951 гг.) и его учениками создана российская армия фильтрации.
В развитии нефтяной гидравлики роль русских и советских ученых проявилась особенно ярко. В. Шухов (1853-1939 гг.) разработал основы гидравлического расчета трубопроводов, которые затем развили Л. Лейбензон (1879-1951 гг.) и его ученики И. Чарный (1909-1967 гг.), В. Черникин (1912-1965 гг.) и др. На базе работ Павловского Н.Н. (1884-1937 гг.) Лейбензон заложил основы новой науки "Подземная гидравлика", которую успешно развивали его ученики И.А. Чарный, В.Н. Щелкачев, Б.В. Лапук и созданные ими школы.
2. Описание циркуляционной установки
Жидкость по самотечному трубопроводу поступает из верхнего резервуара А в нижний резервуар В, откуда насосом перекачивается в промежуточную емкость С и из нее выливается в резервуар А.
На всасывающей линии насосной установки имеется всасывающая коробка с обратным клапаном 1, поворотное колено 2, задвижка 3, вакуумметр Рв. На нагнетательной линии установлены манометры Рм1, Рм2, Рм3, скоростная трубка 5 и расходомер Вентури 6. Промежуточная емкость С в донной части имеет насадок 7.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
| Вариант 13 | |
| Величина | Значение |
| r1 , кг/м3 | 760 |
| n1 , см2 /с | 0,007 |
| l1 , м | 10 |
| l2 , м | 8 |
| l3 , м | 3 |
| l4 , м | 1 |
| l5 , м | 3 |
| l6 , м | 100 |
| l7 , м | 50 |
| l8 , м | 5 |
| l9 , м | 190 |
| l10 , м | 3 |
| lc , м | 20 |
| lэкв., м | 2 |
| d1 , мм | 81 |
| d2 , мм | 68 |
| , мм | 0,1 |
| с , мм | 0,2 |
| Н3 , м | 0,5 |
| кор | 10 |
| кол | 1 |
| зад | 2 |
| dвен , мм | 30 |
| μвен | 0,94 |
|
hвен, мм рт. ст | 166 |
| 2 , кг/м3 | 0 |
| РВ, кПа | 40 |
| Рм1 , кПа | 145 |
| dнас , мм | 30 |
| μнас | 0,82 |
3. Схема установки
4. Расчет циркуляционной установки
4.1 Определение геометрической высоты всасывания насоса Н2
Для определения геометрической высоты воспользуемся известным уравнением Бернулли. Для его применения необходимо выбрать плоскость сравнения. Плоскостью сравнения может служить любая горизонтальная плоскость. Также необходимо выбрать два сечения. Сечения проводятся перпендикулярно вектору скорости. Нумерация сечений производится по направлению движения жидкости. Уравнение Бернулли для установившегося движения реальной несжимаемой жидкости записывается:
(1)
где: z-расстояние от выбранных сечений соответственно до некоторой произвольно выбранной плоскости сравнения (м). Если сечение лежит ниже плоскости сравнения, то z отрицательна.
р - абсолютное или манометрическое давление в сечениях (Па);
ρ - плотность несжимаемой жидкости (кг/м³);
α - коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса). Обычно принимается равным единице.