3. Пример расчёта трубопровода. Выбор насоса.
Произвести расчет трубопровода для перекачивания G = 5000 кг/ч смеси бензола (70%) и толуола (30%) при температуре 30 0С из хранилища в трубчатый паровой подогреватель. Схема трубопровода представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема трубопровода
3.1. Проектирование трубопровода
Трубопровод соединяет хранилище 1 с трубчатым паровым подогревателем 7. Так как насос установлен у хранилища, то трубопровод напорный. В трубопровод включено 5 участков общей длины 31 м, три запорных вентиля (2, 3, 4), центробежный насос 5, измерительная диафрагма 6. Трубопровод имеет три поворота на 900. Высота подъёма смеси 14 м.
3.2. Определение характеристик смеси
Поскольку в условии
задачи не оговаривается изменение
температуры, принимаем поток изотермическим,
т.е. с сохранением температуры 30°С на
всем протяжении. Состав смеси бензола
и толуола позволяет определить плотность
и вязкость смеси.
Плотность при 30 0С:
бензола ρб = 868,5 кг/м
Вязкость при 30 0С: бензола μб = 5,6*10-4 Па*с и вязкость толуола μт = 5,22*10-4 Па*с, тогда вязкость смеси: lg μсм = 0,7*lg μб + 0,3*lg μт = 0,7*lg (5,6*10-4) + 0,3*lg (5,22*10-4) = — 3,261, а μсм = 5,48*10-4 Па*с [2, с.5 ].
3.3. Перевод массового расхода жидкости к объёмному
В расчетах используется объемный расход жидкости Vc, м3/с.
Перевод осуществляется по формуле:
Vc = G/(3600* ρсм) (19)
Vc = 5000/(3600*864,9) = 1,61*10-3 м3/с.
3.4. Определение ориентировочного диаметра трубопровода
По таблице [2, с.17] выбираем скорость движения в напорном трубопроводе w = 2 м/с.
Средний диаметр трубопровода можно определить по формуле:
dср = (4* Vc/π*w)0,5 (20)
dср = (4*1,61*10-3/3,14*2)0,5 = 0,032 м.
3.5. Выбор стандартного диаметра трубопровода
Промышленность выпускает гостированный сортамент труб, среди которых необходимо выбрать трубы с диаметром наиболее близким к расчетному (пункт 3.4.). Обозначаются трубы dн х δ, где dн – наружный диаметр трубы, мм; δ – толщина стенки трубы, мм. При этом внутренний диаметр трубы dвн = dн – 2* δ.
Гостированные размеры
труб по ГОСТ 8732-78 составляют следующий
ряд, мм: 14х2; 18х2; 25х2; 32х2,5; 38х2,5; 45х3; 57х3;
76х3,5; 89х4,5; 108х4,5; 133х4; 159х4,5; 219х6; 272х7; 325х8;
377х10; 426х11; 465х13.
Согласно пункта 3.4. внутренний размер трубы 32 мм, тогда наружный размер dн = 32 + 2*2,5 = 37 мм. Наиболее близкая по размерам труба 38х2,5 мм. Гостированный внутренний диаметр 33 мм, поэтому эквивалентный диаметр примем dэ = 0,033 м.
3.6. Уточнение скорости движения жидкости
Выразим из уравнения (20) скорость движения жидкости:
w = 4* Vc/(π* dэ2) = 4*1,61*10-3/(3,14*(0,033)2) = 1,883 м/с.
3.7. Определение режима движения жидкости
Режим движения жидкости определим по уравнению Рейнольдса (формула (3)):
Re = W* dэ * ρсм /μсм = 1,883*0,033*864,9/5,48*10-4 = 98073.
Режим движения развитый турбулентный.
3.8. Определение коэффициента гидравлического сопротивления
Примем среднее значение
шероховатости l
= 0,2 мм, тогда относительная шероховатость
составит ε = l/
d э = 0,2/33 = 6,06*10-3.
Проверим условие Re ≥ 220*ε -1,125.
220*(6,06*10-3)-1,125 = 68729, т.е. меньше Re = 98073. Область движения автомодельная и коэффициент гидравлического сопротивления находится по формуле (14):
1/ λ0,5 = 2*lg(3,7/ε) = 2*lg(3,7/6,06*10-3) = -6,429. Откуда λ = 0,0242.
3.9. Нахождение коэффициентов местных сопротивлений
Согласно пункта 3.2. и с учетом того, что [2, с.520] коэффициенты местных сопротивлений следующие:
— вход в трубу ξтр = 0,5;
— вентиль нормальный ξвен = 4,7;
— колено 90 0 ξкол = 1,1;
— выход из трубы ξвтр = 1;
— измерительная диафрагма (при m = (dэ/D)2 = 0,3, то ξд = 18,2)
∑ ξмс = ξтр + 3* ξвен + 3* ξкол + ξд + ξвтр = 0,5 + 3*4,7 + 3*1,1 + 18,2 + 1 = 37,1.
Геометрическая
высота подъема смеси 14 м.
3.10. Определение полной потери напора в трубопроводе
Сумма всех длин участков трубопровода 31 м, Р1 = Р2. Тогда полное гидравлическое сопротивление сети по формуле (18):
ΔРсети = (1 + λ * I/ dэ + ∑ ξмс)* ρ*W2 /2 + ρ*g*hгеом + (Р2 – Р1) = (1 + 0,0242*31/0,033 + 37,1)*864,9*1,8832/2 + 864,9*9,81*14 = 168327,4 Па.
Из соотношения ΔРсети = ρ*g*h определим hсети = ΔРсети/ (ρ*g) = 168327,4/(864,9*9,81) = 19,84 м.
3.11. Построение характеристики трубопроводной сети
Будем считать, что характеристика сети представляет собой правильную параболу, выходящую из точки с координатами V c = 0; h на которой известна точка с координатами Vc = 5,78 м3/ч и hсети = 19,84 м. Найдем коэффициент параболы.
Общее уравнение параболы
у = а*х2 + b.
Подставив значения имеем 19,84 = а*5,782 + 14. Тогда а = 0,1748.
Возьмем несколько значений объемной производительности и определим напор hсети.
Данные сведем в таблицу.
Таблица – Зависимость напора сети от производительности насоса
Производительность, м3/ч | Напор сети, м |
1 | 14,17 |
2 | 14,70 |
3 | 15,57 |
4 | 16,80 |
5 | 18,37 |
5,78 | 19,84 |
6 | 20,29 |
7 | 22,57 |
8 | 25,19 |
9 | 28,16 |
| 10 | 31,48 |
По
полученным точкам строим характеристику
сети (линия 1 на рисунке 2).
Рисунок 2 – Совмещение характеристик сети и насоса:
1 – характеристика сети; 2 – характеристика насоса; 3 — расчетная точка; 4 – рабочая точка.
подбор диаметра по расходу и уклону, таблицы Лукиных и формулы
Эта статья посвящена подбору наружного самотечного канализационного трубопровода. Научим, как определить диаметр трубы канализации, а также назначить ей требуемый уклон.
Рассмотрим это на следующем примере:
Содержание
- Условие задачи
- Определяем минимальную скорость и максимальное наполнение
- Расчет по таблице Лукиных для диаметра 150 мм
- Расчеты для труб большого диаметра
- Заключение
Условие задачи
Расход на участке внутриквартальной хозяйственно-бытовой канализации составляет Q=3 л/c. Подобрать железобетонную трубу.
Расчет канализационной трубы (участка сети) заключается в назначении для него диаметра и подборе уклона, см. расчетную схему ниже:
Расчетная схема участка канализационной сетиВ соответствии с СП32.
13330, минимально возможный диаметр внутриквартальной канализации составляет 150 мм. Это имеется в виду внутренний диаметр.
13330, минимально возможный диаметр внутриквартальной канализации составляет 150 мм. Это имеется в виду внутренний диаметр.Определяем минимальную скорость и максимальное наполнение
При подборе трубы мы стремимся назначить как можно меньший диаметр, обеспечив при этом минимально возможный уклон. Однако при этом действуют ограничения по минимальной скорости и максимально возможному наполнению трубы H/D:
Таблица: Минимальные значения скорости и максимальные наполнения для различных диаметров канализационных трубНапример, исходя из этой таблицы для диаметра трубы 300 мм скорость на участке должна быть не меньше 0,8 м/c, а предельное наполнение H/D – 0,8 (т.е. максимально возможный слой воды в такой трубе 300*0,8 = 240 мм).
Необходимо отметить, что эта таблица в части наполнения H/D не касается дождевой канализации (ее трубопроводы подбираются на полное наполнение).
Наполнение H/DТакже нужно помнить, что при гидравлическом расчете канализационной сети, состоящей из нескольких участков >>> скорость не должна уменьшаться по ходу движения.
Расчет по таблице Лукиных для диаметра 150 мм
В рассматриваемом случае речь идет о внутриквартальной канализации, поэтому постараемся подобрать трубу диаметром 150 мм.
Открываем таблицы Лукиных для данного типа труб:
Фрагмент таблиц Лукиных для диаметра Д=150 ммМы пытаемся подобрать минимальный уклон, т.к. это будет способствовать минимальной глубине заложения трубы и сократит объем земляных работ.
Читайте также: Разница между умывальником, раковиной и мойкой
Берем уклон 0,008 (это значит понижение отметки трубы на величину 8 мм на каждый метр ее длины, еще могут сказать: 0,8% или 8‰). Ищем в соответствующем столбце расход 3 л/c > он заключен между 2,51 и 4,32 л/c. Точное наполнение h/d и скорость v могут быть найдены интерполяцией: H/D составляет 0,33, а скорость v = 0,58 м/c. Наполнение удовлетворяет требованиям нормативной таблицы (<0,6 для диаметра 150 мм), а вот скорость меньше минимально допустимой (0,7 м/c для диаметра 150 мм).
При скорости 0,58 м/c труба будет заиливаться (т.е. на дно из-за медленного движения стоков будет выпадать осадок).
Таким образом, необходимо выбрать большее значение уклона трубы. Уклоны 0,01 и 0,012 также, очевидно, не подходят из-за скорости, а вот при уклоне 0,014 скорость составит 0,71 м/c (> 0,7 м/c). Поскольку наполнение H/D меньше 0,6, то можно считать трубу подобранной.
интерполяция значения скорости по значениям расхода (3 л/c между 1,49 л/c и 3,32 л/c)Фрагмент таблиц Лукиных для диаметра Д=150 мм, подбираем уклон трубы для расхода Q = 3 л/c
ИТОГ: для транспортирования расчетного расхода 3 л/c во внутриквартальной хозяйственно-бытовой канализации подойдет труба диаметром 150 мм, положенная с уклоном 0,014 (14 ‰ ).
Расчеты для труб большого диаметра
При больших расходах возникает вопрос выбора диаметра трубы. Например, на расход Q = 20 л/c подходит, как минимум, три варианта:
Первый вариант — труба 200 мм, уклон 6 ‰.
Второй вариант — труба 250 мм, уклон 3,5 ‰.
Третий вариант — труба 300 мм, уклон 5 ‰. (для этого диаметра скорость уже должна быть не меньше 0,8 м/c)
Заключение
Окончательный выбор между вариантами можно сделать на основании их технико-экономического сравнения. Чаще всего при проектировании сетей канализации стремятся обеспечить наименьшую глубину заложения при выдерживании нормативных скоростей.
Читайте также: Что такое перманганатная окисляемость, ХПК и БПК, их определение и нормы
Учитывая, что сопряжение участков канализации преимущественно выполняют «шелыга в шелыгу» (т.е. участки соединяются в колодцах по верхним точкам), то увеличение диаметра даже при уменьшении уклона может дать большую итоговую глубину заложения трубы. Поэтому из рассмотренных вариантов, первые два являются конкурирующими между собой, а третий им явно уступает.
Сопряжение участков канализации «шелыга в шелыгу»
Что вам нужно знать
27 декабря 2022 г.
27 декабря 2022 г.
| 10:24
Если вы сантехник, подрядчик или любители делать что-то своими руками, вы знаете, что трубы бывают разных размеров и форм. Но знаете ли вы, как диаметр трубы влияет на скорость потока? В этой статье мы объясним, почему диаметр трубы влияет на скорость потока и что это означает для вашего сантехнического проекта.
Разница между диаметром трубы и скоростью потока
Скорость потока трубы напрямую связана с ее внутренним диаметром. Чем больше внутренний диаметр трубы, тем большее количество воды можно протолкнуть через нее в любой момент времени. Это имеет смысл, если подумать: более широкое отверстие позволяет проходить большему количеству воды с меньшими усилиями. С другой стороны, меньший внутренний диаметр ограничивает поток, потому что меньше места для движения воды.
Важно отметить, что, хотя большие трубы способны обрабатывать больше воды, чем маленькие, им также требуется больше энергии, чтобы протолкнуть через них такое же количество воды.
Это означает, что если у вас есть длинный трубопровод с множеством изгибов и поворотов, использование труб большего диаметра не всегда целесообразно из-за их повышенного сопротивления. Если это проблема для вашего проекта, вам нужно будет использовать комбинацию маленьких и больших труб, чтобы свести к минимуму сопротивление и при этом максимально увеличить скорость потока.
- Диаметр трубы является одним из наиболее важных факторов, определяющих скорость потока.
- Чем больше диаметр трубы, тем больше ее скорость потока.
- Чем меньше диаметр трубы, тем ниже ее расход.
- Зависимость между диаметром трубы и скоростью потока является линейной.
- Скорость потока измеряется в галлонах в минуту (галлонов в минуту).
Как рассчитать скорость потока
Если вы хотите рассчитать, сколько воды может пройти через трубу определенного размера, вы можете использовать несколько простых расчетов. Например, если ваш трубопровод имеет внутренний диаметр один дюйм (25 мм), то максимальная скорость потока равна 0,408 литра в секунду (или 0,087 галлона в минуту).
Имейте в виду, что эти расчеты предполагают, что все другие факторы, такие как падение давления и потери на трение, остаются постоянными по всей длине испытуемого участка трубы. Также предполагается, что тестируемая труба изготовлена из гладкого материала, такого как ПВХ или медь, а не из грубого материала, такого как чугун или бетон, поэтому результаты могут различаться в зависимости от конкретной установки.
Заключение:
В заключение ясно, что диаметр трубы влияет на скорость потока — чем больше внутренний диаметр трубы, тем большее количество воды может быть пропущено через нее в любой момент времени. Однако имейте в виду, что большие трубы требуют больше энергии, что не всегда может быть практичным в зависимости от вашего сантехнического проекта, поэтому обязательно учитывайте все факторы, прежде чем принимать какие-либо решения о том, какой размер труб необходим для вашей работы! Кроме того, если вам нужна помощь в расчете того, сколько воды может пройти через трубу определенного размера, есть несколько простых расчетов, которые вы можете использовать, чтобы облегчить жизнь при планировании любых крупных сантехнических проектов!
Piping Mart
Pipingmart — это портал B2B, специализирующийся на промышленных, металлических и трубопроводных изделиях.
Кроме того, делитесь последней информацией и новостями, касающимися продуктов, материалов и различных типов марок, чтобы помочь бизнесу в этой отрасли.
Рассчитать диаметр нефтепровода по перепаду давления и расходу
Вернуться к указателю примеров
Фон
В примерах представлено сравнение результатов AioFlo с опубликованными данными из хорошо известных и уважаемых источников, которые обычно доступны для инженеров. Это позволит потенциальным пользователям AioFlo проверить его точность в сравнении с рядом типичных расчетов. Рабочие примеры также могут быть запущены новыми пользователями в рамках их учебного процесса. Чтобы узнать больше о AioFlo, нажмите «Главная» в меню выше.
Описание
Эта задача связана с течением несжимаемой жидкости в длинном трубопроводе. Заданы требуемый расход масла и полное падение давления. Трубопровод достаточно длинный и прямой, чтобы можно было игнорировать отдельные фитинги, а расчет размеров производился только на основе общей эквивалентной длины.
Внутренняя поверхность трубы определяется как «гладкая». Чистого изменения высоты нет.
Загрузить бесплатную пробную версию AioFlo сейчас
Справочник по проблемам
Химическая инженерия Коулсона и Ричардсона, том 1, 6-е изд., (1999), стр. 830, задача 3.23 и руководство по решению, стр. 37
Сведения о жидкости
| Жидкость: | Масло |
| Расход : | 50 т/ч |
| Фаза: | Жидкость |
| Плотность : | 950 кг/м� |
| Вязкость : | 1,0e-2 Н.с/м� (= 10 сП) |
Детали трубы
| Шероховатость: | «гладкий» |
| Длина: | 10 км |
| Падение давления: | 200 кПа |
| Изменение высоты : | ноль |
| Фитинги: | вкл. как эквивалент длина |
Для расчета
Рассчитайте минимальный диаметр трубы, который соответствует ограничению падения давления
Ссылка для скачивания
Вы можете запустить этот пример в AioFlo, загрузив и открыв файл данных.
Сравнение результатов
| Расчетный элемент | Артикул | АйоФло | АйоФло |
|---|---|---|---|
| Шероховатость | «гладкий» | 0,01 мм | 0,1 мм |
| Номер Рейнольдса | (не указано) | 9214 | 9173 |
| Коэффициент трения (Муди) | (не указано) | 0,03164 | 0,03236 |
| Внутренний диаметр трубы (мм) | 193 | 191,9 | 192,8 |
Обсуждение
В этом примере Coulson & Richardson определили трубу как «гладкую» и использовали уравнение Блазиуса для моделирования коэффициента трения.