Министерство  образования и  науки Республики татарстан 

альметьевский государственный 

нефтяной  институт 
 

Кафедра транспорта и хранения нефти и  газа 
 
 
 

Курсовая  работа по курсу «Гидравлика» 

на тему: «Расчет гидравлической циркуляционной установки» 
 
 
 
 

        Выполнил: студент Галимов А.М.

                                                                                                    группы Вариант №5   

                                                                                Проверил:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Альметьевск  

      Содержание: 
 

      1.ВВЕДЕНИЕ

 

      Гидравликой называется прикладная наука, занимающаяся изучением законов покоя и  движения жидких тел и рассматривающая приложение этих законов к решению конкретных технических задач.

      Первым  учёным, чьи труды в области  гидравлики дошли до нас, был Архимед (ок. 287 – 212 гг. до н.э.), открывший в  частности, закон плавания тел. В  сочинении Герона приведены описания различных гидравлических устройств, в том числе насосов. В античные времена закладывался фундамент гидравлики как прикладной науки. В эпоху Средневековья развитие научной мысли было приостановлено, и лишь спустя тысячелетие, в эпоху Возрождения, начался новый период расцвета науки и искусства. В это время трудами Леонардо Да Винчи (1452 – 1519 гг.), Г.Галилея (1564 – 1642 гг.), Б.Паскаля (1623 -1662 гг.) были заложены основы экспериментальной гидравлики.

      Бурное  развитие гидравлика получила в эпоху  капитализма, характеризуемую развитием промышленности и ростом городов. Исследования А.Шези (1718 – 1798 гг.), А.Дарси (1803 – 1856 гг.), Ю.Вейсбаха (1806 – 1871 гг.), О.Рейнольдса (1842 – 1912 гг.), а также русских учёных Д.И.Менделеева (1834 – 1907 гг.), Н.П.Петрова (1836 – 1920 гг.), Н.Е.Жуковского (1847 – 1921 гг.) и других позволили решить многие насущные для практики задачи.

      В современной промышленности нет  области, где не проводятся гидравлические расчеты процессов, устройств и механизмов. Крупнейшие гидростанции и оросительные каналы, тормозные устройства автомобилей и искусственное сердце, промышленные роботы и гидропривод машин и механизмов, автоматизированные системы управления производством и гидрооборудование металлообрабатывающих станков — лишь некоторые тому примеры.

      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. В развитии нефтяной гидравлики роль русских и советских ученых проявилась особенно ярко.  В. Г.Шухов (1853—1939гг.) разработал основы гидравлического расчета  трубопроводов, которые затем развили Л. С. Лейбензон (1879—1951 гг.) и его ученики И. А. Чарный (1909—1967 гг.), В. И. Черникин   (1912—1965   гг.)  и др. На базе работ Н. Н. Павловского (1884—1937 гг.) Л. С. Лейбензон заложил основы новой науки   «Подземная   гидравлика», которую успешно развивали его ученики И, А, Чарный, и В. Н. Щелкачев   (род.  1907 г.),   Б.В. Лапук   (1911—1971 гг.) и созданные ими школы.

      В гидравлике рассматриваются потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками (русла рек, трубопроводы, элементы гидромашин и других устройств, внутри которых протекает жидкость).

      Жидкость - физическое тело, оказывающее сильное сопротивление изменению своего объема и слабое сопротивление изменению своей формы. В тех случаях, когда газ можно считать несжимаемым (когда его скорость движения много меньше скорости распространения в нем звука), его тоже относят к жидкостям, и такой газ подчиняется при своем покое и движении всем законам, что и капельные жидкости.

      В начале своего развития гидравлика была наукой чисто эмпирической. Метод же, используемый в современной гидравлике, заключается в следующем. Исследуемое явление сначала упрощают настолько, чтобы к нему можно было применить законы теоретической механики. Полученные результаты сравнивают с экспериментальными данными, выясняется степень расхождения и теоретические результаты уточняются введением соответствующих коэффициентов. Если явление не поддается теоретическому анализу из-за его сложности, то оно исследуется экспериментально и результат выдается в виде эмпирической формулы.

      Раздел  гидравлики, изучающий законы покоящейся жидкости, называется гидростатикой, а раздел гидравлики, где рассматриваются законы движущейся жидкости, называется гидродинамикой. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

      2.1. Исходные данные

 

      2.2. Описание установки

      Жидкость  по самотечному трубопроводу поступает  из верхнего резервуара А в нижний резервуар В, откуда насосом перекачивается в промежуточную ёмкость С  и из неё выливается в резервуар А.

      На  всасывающей линии насосной установки  имеется всасывающая коробка  с обратным клапаном 1, поворотное колено 2, задвижка 3, вакуумметр Р_В.

      На  нагнетательной линии установлены  манометры Р_М1, Р_М2, Р_М3, скоростная трубка 5 расходомер Вентури 6. Промежуточная ёмкость С в донной части имеет насадок 7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Схема гидравлической циркуляционной установки 

        

      2.3.Определяемые  параметры

1. Определить  геометрическую высоту всасывания насоса Н₂.
2. Определить показание дифманометра  (или дифпьезометра) скоростной трубки.
3. Построить эпюру скоростей для сечения в месте установки скоростной трубки.
4. Определить показание дифманометра расходомера Вентури (h_вен).
5. Определить разность показаний манометров Р_м2 и Р_м3.
6. Определить   суммарные   потери   напора   в местных сопротивлениях   нагнетательной  линии  и  их   суммарную эквивалентную длину.
7. Определить необходимый диаметр самотечного трубопровода d_c, обеспечивающий установление заданного постоянного уровня в верхнем резервуаре Н₃.
8. Определить минимальную толщину стальных стенок трубы d₂, при которой не происходит её разрыва в момент возникновения прямого гидравлического удара.
9. Определить полезную мощность насоса.

      2.4. Определение геометрической  высоты всасывания  насоса Н₂.

      2.4.1 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).

      

      В результате формула (1) примет вид:

        …(2)

       Для определения Н₂ необходимо определить расход Q и потери напора h_A-B. 

      2.4.2.    Расходом потока называется количество жидкости, протекающее через некоторое поперечное сечение потока в единицу времени. Это сечение должно быть сделано так, чтобы обязательно пересекало каждую элементарную струйку и только один раз. Обычно за поверхность сечение принимают живое сечение потока. Для аналитического вычисления расхода необходимо знать закон распределения скоростей по сечению потока.

      Расход  потока выражается или в весовых  единицах, например в кГ/сек, или  в массовых единицах, например в  кГ·сек/м, или в объемных например, в  м³/сек. В первом случае расход будет называться весовым (G), во втором - массовым (М) и в третьем- объемным (Q). Между весовым, массовым и объемным расходом существует зависимость, определяемая формулой