Контрольная работа: Гидравлический расчет конденсатной системы трубопровода

Содержание

Введение

1. Назначение и краткое описание конденсатной системы

2. Исходные данные для расчета конденсатной системы

2.1 Конденсатная система

2.2 Маслоохладитель

2.3 Конденсатор ВОУ

3. Расчет потерь

3.1 Расчет потерь напора в конденсатной магистрали

Участок 1–2

Участок 2–3

Расчет теплообменного аппарата: Конденсатор ВОУ

Сопротивление клапана

Участок 2–3 (от МО до КВОУ)

Участок 3–4

Расчет теплообменного аппарата: Маслоохладитель

Сопротивление клапана

Участок 3-4 (от тройника до МО)

Участок 4–5

3.2 Расчет потерь всасывающей магистрали

Участок 5–6

4. Характеристика сети

4.1 Нахождение полного коэффициента сопротивления системы

4.2 Нахождение полного напора насоса для разных расходов в системе

4.3 График зависимости характеристики сети

5. Заключение

6.Список используемой литературы

Целью работы является закрепление знаний по основам теории судовых гидравлических трубопроводных систем, а также практическое овладение навыками для выполнения необходимых расчетов трубопроводных систем.

В качестве системы, предназначенной для учебного расчета, выбрана конденсатная система судна. Это объясняется двумя причинами: во-первых, это наиболее важная система с точки зрения функционирования судовой энергетической установки (СЭУ); во-вторых, она наиболее разветвленная, что представляет определенный интерес с точки зрения выполнения гидравлических расчетов.

И так, главной задачей гидравлического расчета трубопровода будем считать определение диаметра труб и гидравлических характеристик системы, т.е. расхода и напора жидкости в трубопроводах на основных режимах работы системы. По полученным гидравлическим характеристикам в дальнейшем произведем выбор главного механизма, обслуживающего систему. Между гидравлическими характеристиками трубопроводами и характеристиками механизма должно быть полное соответствие на основных режимах работы системы.

Необходимый напор и производительность системы обеспечиваются в том случае, если расход жидкости и полное сопротивление в трубопроводной системе с учетом избыточного давления у потребителя и высоты подъема жидкости равны соответственно производительности и напору механизма, т. е. выполняются условия материального и энергетического балансов системы и механизма. При несоблюдении равенства будет наблюдаться либо перегрузка механизма, либо снижение напора и расхода в трубопроводе.

Основным моментом в гидравлическом расчете будет являться определение полного сопротивления движения жидкости.

В данной курсовой работе приведен расчет конденсатной гидравлической трубопроводной системы. Назначение данной системы состоит в приеме, хранении и подаче рабочего тела, в рассматриваемом случае конденсатной воды, к подогревателям, различным фильтрам элементам управления регулирования и защиты СЭУ, парогенерирующей установке. На чертеже конденсатной системы (см. приложение 1) приведены несколько упрощенная схема конденсатной системы, т.к. часть оборудования и элементов опущена.

На указанном чертеже показаны основные элементы рассматриваемой системы: главный конденсатор, маслоохладитель, конденсатный насос, маслоохладитель, фильтр ионной очистки, деаэратор, конденсатор водоопреснительной установки.

К данной системе применяются следующие требования морского регистра судоходства. Конденсатная система паротурбинных установок должна обслуживаться двумя конденсатными насосами. Подача каждого насоса не менее чем на 25 % должна превышать максимальное количество конденсата отработавшего пара, поступающего в конденсатор. В установках с двумя главными конденсаторами, размещенными в одном машинном отделении, резервный конденсаторный насос может быть общим для обоих конденсаторов.

2.1 Конденсатная система

где:

 — расход жидкости в системе;

 — приток жидкости в систему;

 — длина всасывающей магистрали системы;

 — длина от конденсатного насоса КН до тройника;

 — длина участка от тройника до выходного патрубка из маслоохладителя МО;

 — длина участка от выходного патрубка МО до входного патрубка конденсатора водоопреснительной установки

 — геометрическая высота от уровня конденсата в конденсатосборнике главного конденсатора ГК деаэраторе до ЦТ сечения входного патрубка насоса;

 — геометрическая высота между ЦТ сечений напорного патрубка насоса и входного патрубка МО;

 — геометрическая высота между ЦТ сечений выходного патрубка ионообменного фильтра и входного патрубка КВОУ;

 - геометрическая высота от ЦТ сечений выходного патрубка КВОУ и входного патрубка деаэратора;

 — гидросопротивление ИОФ;

 — гидросопротивление деаэрационной головки.

 — давление в деаэраторе;

 — давление в ГК;

 — подогрев конденсата в МО;

 — подогрев конденсата в КВОУ.

2.2 Маслоохладитель

где:

 — число труб в трубном пучке;

 — количество ходов охлаждающей воды;

 — длина трубки

 — внутренний диаметр труб пучка;  

 — диаметр трубной доски.

2.3 Конденсатор ВОУ

где:

 — число труб в трубном пучке;

 — количество ходов охлаждающей воды;

 — длина трубки

 — внутренний диаметр труб пучка;

3.1 Расчет потерь напора в конденсатной магистрали

Участок 1–2

1. Найдем расход на участке 1-2:

; [2, Табл. 1]

; [2, Табл. 1]

.

2. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный — напорный)

 [4, стр. 17]

Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей

; [2, стр. 14]

;

Стандартный приемлемый диаметр равен  [2, стр. 14]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра

; [2, стр. 14]

3. Найдем температуру на участке 1-2:

; [2, Табл. 1]

; [5, стр. 23]

; ; [2, Табл. 1]

; ; [2, Табл. 1]

Найдем температуру на участке 2-3:

; [6]

;

;

.

Найдем температуру на участке 1-2:

; [6]

;

;

.

[5,  — стр. 23-24,  — стр. 217].

Найдем кинематическую вязкость:

; [1, стр. 15]

 (Турбулентный режим) [2, стр. 14]

По формуле Кольбрука:

 [2, стр. 16]

Рассчитаем сопротивления.

1. Сопротивление на повороте:

 [3, стр. 233]

Для данного поворота: ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

.

2. Сопротивление тройника:

Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [3, стр. 308]

.

Найдем сопротивление на участке 1-2:

; [2, Табл. 1]

 [2, стр. 17]

Найдем потери напора на участке 1-2:

 [2, стр. 17]

Найдем напор в точке 2:

; [2, стр. 17]

; [3, Табл. 1]

;

(напор, созданный сопротивлением деаэратора) [3, стр. 27]

;

(напор, созданный сопротивлением деаэрационной головки) [4, стр. 27]

.

Участок 2–3

Расчет теплообменного аппарата: Конденсатор ВОУ.

Количество трубок в ходе: ; [2, стр. 10]

количество ходов:; [2, стр. 10]

длина трубки: ; [2, стр. 10]

диаметр трубки ; [2, стр. 10]

диаметр патрубка: ; [2, стр. 10]

расход воды: ;

Расход одной трубки:

.

Скорость на входе и выходе из КВОУ:

 [3, стр. 18]

Скорость внутри трубок КВОУ:

 [3, стр. 18]

Найдем критерий Рейнольдса:

;

(см. расчет  и  на первом участке) [1, стр. 15]

 (Турбулентный режим) [2, стр. 18]

По формуле Кольбрука:

 [2, стр. 16]

Найдем потери по длине:

 [1, стр. 102]

Найдем потери при входе и выходе из трубки:

, (); [6]

, () [6]

Общие потери в трубках КВОУ:

.

Найдем потери на входе и выходе из КВОУ:

, (); [6]

, () [6]

Общие потери в КВОУ:

.

Сопротивление клапана.

; [3, стр. 26]

; [4, стр. 18]

.

Участок 2–3 (от МО до КВОУ)

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость:

; [1, стр. 15]

 [2, стр. 18]

По формуле Кольбрука:

 [2, стр. 16]

Рассчитаем сопротивления.

1. Сопротивление на повороте:

 [2, стр. 233]

Для данного поворота: ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

.

2. Сопротивление тройника:

Тройник 1: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [2,  стр. 308]

.

Тройник 2: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [2, стр. 308]

.

Найдем сопротивление на участке 2-3:

; [2, Табл. 1]

[2, стр. 17]

Найдем потери напора на участке 2-3:

 [2, стр. 17]

Найдем напор в точке 3:

; [2, стр. 17]

; [3, Табл. 1]

;

(напор, созданный сопротивлением ФИО) [3, стр. 27]

.

Участок 3–4

Расчет теплообменного аппарата: Маслоохладитель.

Количество трубок в ходе: ; [2, стр. 10]

количество ходов:; [2, стр. 10]

длина трубки: ; [2, стр. 10]

диаметр трубки ; [2, стр. 10]

диаметр патрубка: ; [2, стр. 10]

расход воды: ;

Расход одной трубки:

Скорость на входе и выходе из МО:

 [3, стр. 18]

Скорость внутри МО:

 [3, стр. 18]

Найдем критерий Рейнольдса:

;

(см. расчет  и  на первом участке) [1, стр. 15]

 (Турбулентный режим) [2, стр. 14]

По формуле Кольбрука:

 [2, стр. 16]

Найдем потери по длине:

 [1, стр. 102]

Найдем потери при входе и выходе из трубки:

; [6]

 [6]

Общие потери в МО:

.

Найдем потери на входе и выходе из МО:

; [6]

 [6]

Общие потери в МО:

.

конденсатный система маслоохладитель магистраль

Сопротивление клапана.

; [3, стр. 26]

; [3, стр. 18]

.

Участок 3-4 (от тройника до МО)

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (так как нет изменений) [2, Табл. 1]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость:

; [1, стр. 15]

 [2, стр. 14]

По формуле Кольбрука:

 [2, стр. 16]

Рассчитаем сопротивления.

1. Сопротивление на повороте:

 [3, стр. 233]

Для данного поворота: ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

2. Сопротивление тройника:

Тройник 1: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [3, стр. 308]

.

Тройник 2: Для данного тройника: все сечения одинаковы, отношение расходов расходящихся ветвей равно , тогда сопротивление тройника равно [3, стр. 308]

.

Найдем сопротивление на участке 3-4:

; [2, Табл. 1]

 [2, стр. 17]

Найдем потери напора на участке 3-4:

 [2, стр. 17]

Найдем напор в точке 4:

; [2, стр. 17]

; [2, Табл. 1]

Участок 4–5

1. Найдем расход на участке 4-5:

 [2, Табл. 1]

2. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный — напорный)

[3, стр. 17]

Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей

; [2, стр. 14]

; .

Стандартный приемлемый диаметр равен . [3, стр. 15]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра

[3, стр. 18]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

. (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость:

; [1, стр. 15]

. [2, стр. 14]

По формуле Кольбрука:

. [2, стр. 16]

Рассчитаем сопротивления.

Сопротивление в вентиле:

Возьмем вентиль «Косва» при полном открытии. Данный диаметр .

Для данного диаметра:

 [3, стр. 373]

Найдем сопротивление на участке 4-5:

; [2, Табл. 1]

 [2, стр. 17]

Найдем потери напора на участке 4-5:

 [2, стр. 17]

Найдем напор в точке 5:

; [2, стр. 17]

.

3.2 Расчет потерь всасывающей магистрали

Участок 5–6.

1. Найдем расход на участке 5–6:

. [2, Табл. 1]

2. Найдем диаметр трубопровода:

Скорость в трубопроводе (Конденсатный — приемный)

. [3, стр. 17]

Посчитаем диаметр трубопровода с учетом этих скоростей

; [2, стр. 14]

; .

Стандартный приемлемый диаметр равен . [3, стр. 15]

Посчитаем скорость с учетом уточненного диаметра

 [2, стр. 14]

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

; (см. расчет на 1-ом участке)

. (см. расчет на 1-ом участке)

Найдем кинематическую вязкость:

; [1, стр. 15]

. [2, стр. 14]

По формуле Кольбрука:

 [2, стр. 16]

Рассчитаем сопротивления.

1. Сопротивление при резком сужении:

,

где

; . [3, стр. 136]

.

Предположим, что: ; ;

;

.

.

2. Сопротивление на повороте:

 [3, стр. 233]

Для данного поворота: ; ; .

Тогда сопротивление поворота равно:

3. Сопротивление в вентиле:

Возьмем вентиль «Косва» при полном открытии. Данный диаметр .

Для данного диаметра:

 [3, стр. 373]

Найдем сопротивление на участке 5-6:

; [2, Табл. 1]

 [2, стр. 17]

Найдем потери напора на участке 5-6:

 [2, стр. 17]

Для обеспечения надежной работы насоса в гидравлической системе надо соблюсти следующие условия: избыточное давление в трубопроводе должно быть больше или равно величине допускаемого кавитационного запаса энергии для данного насоса

, [2, стр. 24]

Где  — давление на поверхности жидкости,

 — давление насыщения при заданной температуре,

 — потери давления во всасывающем патрубке,

 — геометрическая высота всасывания,

 — допускаемый кавитационный запас энергии, (обычно принимается в диапазоне ).

Для данной системы: ;

; [3, стр. 27]

;

;

;

;

Неравенство верно. Значит, насос работает без перебоев.

4.1 Нахождение полного коэффициента сопротивления системы

; [2, стр. 25]

;  [2, стр. 25]

 — полный напор насоса,

 —потери на напорной части системы,

 —напор на входе в насос.

; [2, стр. 25]

 — полный коэффициент расхода системы;

 — расход системы.

;

; (см. участок 4–5)

;

.

Найдем полный коэффициент расхода системы:

; [3, стр. 27]

.

4.2 Нахождение полного напора насоса для разных расходов в системе.

0. ;

; [2, стр. 25]

.

1. ;

; [2, стр. 25]

.

2. ;

; [2, стр. 25]

.

3. ;

; [2, стр. 25]

.

4. ;

; [2, стр. 25]

.

5. ;

; [2, стр. 25]

.

6. ;

; [2, стр. 25]

.

7. ;

; [2, стр. 25]

.

8. ;

; [2, стр. 25]

.

9. ;

; [2, стр. 25]

.

10. ;

; [2, стр. 25]

.

4.3 График зависимости характеристики сети

В данной курсовой работе мы познакомились с устройством конденсатной системы корабля. Научились определять местные сопротивления на участках, рассчитывать теплообменные аппараты и другие обслуживающие систему аппараты. Рассчитали потери напора на каждом участке, определили условие всасывания (неравенство оказалась верным, следовательно, насос работает стабильно, без перебоев) и определили полный напор насоса. Нашли полный коэффициент сопротивления системы, и затем, задаваясь различными значениями расхода построили графическую зависимость , называемую характеристикой сети.

1. Вильнер Я.М, Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам; Под ред. Б.Б. Некрасова — Минск: Высшая школа, 1976.

2. Гидравлический расчет судовой системы. Методические указания к выполнения курсовой работы по дисциплине «Гидромеханика» для студентов заочной формы обучения специальности 180103/ Сост. А.М. Воронин – Северодвинск: Севмашвтуз, 2009. – 30с.

3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. — М.: Машиностроение, 1975 .

4. Матвиенко С.И. Гидравлический расчет судовой системы /Метод. Указания/.

5. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара.

6. Лекции по дисциплине: Механика жидкости и газа.