Министерство образования и науки Республики Татарстан

Альметьевский Государственный  Нефтяной Институт

 
 
 

Факультет инженерной механики

Кафедра транспорта и хранения нефти и  газа

Курсовая  работа

по дисциплине «Гидравлика»

 
 
 
 

на тему: «Расчет гидравлической циркуляционной установки» 
 
 
 

Выполнил: студент группы 17-15Т

Кузьмин В.Ю.  ________________

                                                                   подпись

Руководитель  работы:

Хуснуллина Т.А.______________

                                                                                                                                                                                 подпись 
 

Итоговая оценка:_____________________

Дата защиты работы:__________________ 
 
 
 
 
 
 
 

г. Альметьевск 2009 г.

      СОДЕРЖАНИЕ

      1. Введение……………………………………………………………………….3

      2. Описание циркуляционной установки………………………………………6

      3. Схема циркуляционной установки…………………………………………..7

      4. Расчетная часть

      4.1. Определение геометрической высоты  всасывания насоса  Н₂…………..8

      4.2. Определение показания дифманометра  (или дифпьезометра) скоростной трубки…………………………………………………………………………..…12                                                         

      4.3. Построение эпюры скоростей………………………………………….…13

      4.4. Определение показаний дифманометра расходомера Вентури..………14

      4.5. Определение установившегося уровня  жидкости ………………… …...16

      4.6. Определение разности показаний  манометров Р_м2 и Р_м3…...…………...16

      4.7. Определение   суммарных   потери   напора   в местных сопротивлениях   нагнетательной  линии………………………………………………………………..18 

      4.8. Определение необходимого диаметра  самотечного трубопровода dс,…………………………………………………………………..…………………..19

      4.9. Определение минимальной толщины стальных стенок трубы…………21

      4.10. Определение полезной мощности насоса………………..……………..22

      Заключение……………………………………………………………………..24 

      Список  используемой литературы…………………………….……………...25    
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

      Введение

      Гидравлика  занимается изучением законов равновесия и движения жидкостей, а также взаимодействие между жидкостями и твердыми телами, полностью или частично погруженными в жидкость.

     Чтобы познать рассматриваемые явления, установить причины их возникновения, а также условия протекания, в гидравлике широко используются упрощенные приемы решения некоторых задач для получения приближенных, но иногда крайне необходимых ответов на вопросы инженерной практики.

      Изучением законов равновесия и движения жидкостей занимается и другая наука-гидромеханика, в которой применяются лишь строго математические методы, позволяющие получать общие теоретические решения различных задач, связанных с равновесием и движением жидкостей. Долгое время гидромеханика рассматривала  преимущественно невязкую (идеальную) жидкость, т.е. некоторую условную жидкость с абсолютной подвижностью частиц, считающуюся абсолютно несжимаемой, не обладающей вязкостью - не сопротивляющейся касательным напряжениям. В последнее время гидромеханика стала  разрешать также проблемы движения вязких (реальных) жидкостей, а потому роль эксперимента в гидромеханике значительно возросла. Таким образом, изучением законов равновесия и движения жидкостей занимаются две науки: гидравлика (техническая механика жидкостей) и гидромеханика.

      Гидравлика делится на две части: гидростатику и гидродинамику. Гидростатика изучает законы равновесия жидкостей и действие их на соприкасающиеся с ними твердые тела. Гидродинамика изучает законы движения жидкостей и взаимодействия их с соприкасающимися с ними покоящимися или движущимися твердыми телами.

      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.

          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  всасываюшей 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 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      3. Схема циркуляционной  установки 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      4. Расчет циркуляционной установки 

      4.1. Определение геометрической высоты всасывания насоса Н₂ 

      4.1.1. Для определения геометрической высоты всасывания насоса Н₂ рассмотрим два сечения  А-А (поверхность жидкости в нижнем резервуаре В) и В-В (в месте установки вакуумметра Р_в во всасывающей линии насосной установки). Мы имеем дело с установившимся движением вязкой несжимаемой жидкостью.  Запишем уравнение Бернулли для сечения А-А и В-В:

 …(1)        

      где , - расстояния от сечений А-А и В-В соответственно до некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости (м);

       , - давления в сечениях А-А и В-В соответственно (Па);

       - плотность циркулирующей жидкости (кг/м³);

      g -  ускорение свободного падения  (м²/с);

      V_A-A ,V_B-B - скорость течения жидкости в сечение А-А и В-В соответственно (м/с);

       , - коэффициенты Кориолиса, которые учитывают неравномерность распределения скоростей в сечениях А-А и В-В соответственно;

       - потери напора на участках между выбранными сечениями.

Выберем сечение А-А за начало отсчёта, тогда z_А-А=0 и z_В-В=Н₂.

      V_A-A=0, так как уровень в нижнем резервуаре В установившийся.

       , так как резервуар В открыт.

       - разность атмосферного и вакуумного давления.

      Для решения практических задач коэффициент  Кориолиса можно принять равным единице, т.е. .

       ,

      где Q – расход жидкости (м³/с); S- площадь поперечного сечения (м²).