Результаты расчетов сводим в таблицу.

ЗАДАНИЕ

к комплексному расчетному заданию «Рассчитать кольцевую сеть для водоснабжения промышленного предприятия»

Дано:

Сеть (рис. 1а-1в) состоит из двух смежных колец I и II. Направления путевых расходов q_i_-_j линий указаны предположительно.

Рис. 1а

Рис.1в

В период наибольшего расчетного водопотребления из сети забирается вода в количестве

где Q_i - отбор в отдельных n точках сети, л/с. l_i_-_j- длины участков от точки i до точки j, м; Э_н - экономический фактор, учитывающий влияние стоимости энергии, укладки труб, величины амортизационных отчислений и т. п. для каждого участка сети от точки i до точки j.

Данные для вариантов выбрать из следующей таблицы в соответствии с номером в журнале (ведомости).

Дано	Номер по журналу
Дано	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Схема	а	б	в	а	б	в	а	б	в	а	б	в	а	б	в	а	б	в	а	б	в	а	б	в	а
Q₁	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34
Q₂	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38	39
Q₃	30	32	34	36	38	40	42	44	46	48	50	52	54	56	58	60	62	64	66	68	70	72	74	76	78
Q₄	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37
Q₅	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38
Q₆	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34
Q₇	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36
L_1-5	300	-	500	350	-	450	400	-	400	450	-	350	500	-	300	200	-	300	400	-	500	400	-	450	400
L_5-4	600	800	700	650	750	650	700	700	600	750	650	550	800	600	500	500	600	800	700	650	750	650	700	700	600
L_4-3	200	300	350	250	400	400	300	450	450	350	350	300	400	300	350	300	400	300	450	450	350	350	300	400	300
L_1-2	50	100	50	100	100	50	150	150	200	200	200	150	250	300	200	50	100	100	50	150	150	200	200	200	150
L_2-3	600	700	600	650	650	550	700	600	500	750	550	450	800	500	400	650	650	550	700	600	500	750	550	450	800
L_2-7	250	-	-	300	-	-	350	-	-	400			450	-	-	500	-	-	550	-	-	600	-		650
L_7-6	450	600	500	500	550	450	550	500	400	600	450	350	650	400	300	500	550	450	550	450	400	600	450	350	650
L_6-3	200	300	250	250	300	250	300	250	200	350	200	150	400	200	100										200
L_1-7		350	300		350	300		300	250		300	200		300	200
L_2-5		250			350			400			300			250
Э₁ _- ₅	1.5		0.8	0.5		0.7	1		1	0.8		0.5	0.9		1										1.3
Э _5-4	2	1.5	1	1	0.8	1	1.2	1.5	1	1	1	0.8	0.8	2	1.5										0.8
Э _4-3	2,5	2	1,5	1	1	1	1,5	2	2	2	1,5	1	1	2	1,5	2	1,5	1	1	1	1,5	2	2	2	1,5
Э _1-2	3	2.5	2	1.5	1	1.5	2	2.5	3	2.5	2	1.5	1	2.5	2										1
Э _2-3	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1										1
Э _2-7	0.8			0.5			0.2			0.6			0.3												0.8
Э _7-6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5										0.9
Э _6-3	1	0.8	0.7	0.6	0.6	1	0.8	0.7	0.5	0.4	0.9	1	0.8	0.6	0.5										0.5
Э _1-7		0.2	1		0.9	0.5		0.9	0.6		1	0.4		0.8	0.7
Э _2-5		1			0.5			1			0.5			1
h _изб	3	4	5	6	7	8	3	4	5	6	7	8	6	7	8	6	7	8	3	4	5	6	7	8	6

Найти:

- диаметры всех водопроводных линий D_i _- _j;

- скорости течения воды на всех участках сети и

- величины потерь напора h_i _- _j на всех участках сети;

- уточнить направления течения воды на всех участках сeти

- исправленные (за счет перебрасываемых) значения расчетных расходов Q ' _i (или Q ' _i и т. д.) в каждой точке отбора

- минимальный необходимый напор сети h_m_in;

- требуемый напор h_ce_ти и суммарный расход воды Q сети (основные характеристики насоса и (или) водонапорной башни).

Начертить:

схему сети (в масштабе) в соответствии со схемой задания (см. рис. 1а-1в) с указанием найденный величин;

таблицу всех найденных характеристик по отдельным участкам сети.

МЕТОДИКА И ПРИМЕР РАСЧЕТА

Дано: Сеть состоит из двух смежных колец I и II. Направление путевых расходов q_i_-_j линий водопотребления из сети указаны предположительно.

В период наибольшего расчетного водопотребления из сети вода забирается в количествеQ = , где Q - отбор в отдельных п точках сети, л/с; l_i _- _j - длины участков от точкиi до точкиj, м.

Э _i _- _j– экономический фактор, учитывающий влияние стоимости укладки труб, величины амортизационных отчислений по участкам и т. д. Чем выше Э _i _- _j, тем выгоднее прокладывать трубы большого диаметра. Этот коэффициент, как правило, рассчитывается экономическими службами предприятия.

Расход на участках, л/с	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7
Расход на участках, л/с	21	26	52	24	25	21	23

Участок	1-5	5-4	1-3	1-2	2-3	1-7	7-6	6-3
Длины участков, м	350	550	300	150	450	200	350	150
Экономический фактор	0,5	0,8	1	1,5	1	0,4	0,8	1

Величина потерь напора h_изб = 8 м.

Расчет

1. Находим общий расчетный водозабор из сети всеми объектами водопотребления Q:

Q_л/с =Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆+ Q₇ =

= 21 + 26 + 52 + 24 + 25 + 21 + 23 = 192 л/с;

Q = Q_л/с /1000 = 192 /1000 = 0,192 м³/с

2. Для определения путевых расходов всех участков сети находим эквивалентные экономические длины каждого из участков:


700	687,5	300	100	450	500	437,5	150

3. Находим суммарные эквивалентные экономические длины всех возможных путей от водозабора из внешней сети до углового потребителя, имеющего возможность потребления из нескольких различных ветвей сети:

Ветвь 1:

= + + = 700 + 687,5 + 300 = 1687,5 м;

ветвь 2:

= + =100 + 450 = 550 м;

ветвь 3:

= + + =500 + 437,5 + 150 = 1087,5 м.

4. Находим доли водоподачи узловому потребителю, поступающие по разным ветвям сети:

где i - номер ветви, n = 3 – количество ветвей.

К₁=

К₂=

К₃=

При проверке , имеем 1.

5. Находим подачу воды узловому потребителю, поступающую по разным ветвям сети:

q₄-₃ =Q₃K₁=0,052·0,25 = 0,013 м³/с;

q₂-₃=Q₃K₂=0,052·0,42 = 0,0218 м³/с

q₆-₃ =Q₃K₃=0,052·0,33 = 0,0172 м³/с.

6. Находим транзитные расходы на каждом участке пути:

q_1-5 = Q₅+Q₄+Q₃ ·K₁ = 0,025 + 0,024 + 0,0128 = 0,0618 м³/с;

q_5-4 = Q₄+Q₃ ·K₁ =0,024 + 0,0128 = 0,037 м³/с;

q_4-3 = Q₃ ·K₁ =0,0128 м³/с;

q_1-2 = Q₂+Q₃ K₂ =0,026 + 0,0218 = 0,0478 м³/с;

q_2-3 = Q₃ K₂= 0,0218 м³/с

q_1-7 = Q₇+Q₆+Q₃ ·K₃ =0,023 + 0,021 + 0,0172=0,0612 м³/с; q_7-6 = Q₆+Q₃ ·K₃ = 0,021 + 0, 0172 = 0,0382 м³/с;

q_6-3 = Q₃ ·K₃ = 0, 0172 м³/с

Проверка:

Q – Q₁ = q_1-2 + q_1-5+ q_1-7

Имеем

0,192 – 0,021= 0,171 = 0,1708.

7. Находим экономические диаметры отдельных водопроводных линий:

D_i-j = ·

где х = 0,14 - теоретическое значение для труб среднего диаметра (для расходов до 200 л/с);

х = 0,15 - для расходов от 200 до 500 л/с;

х = 0,16 - для расходов свыше 500 л/с.

8. Подбираем ближайшие по значению диаметры стандартных труб из следующего ряда:

Ø50; 75; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500 и далее через 100.

Участки	D_1-5	D_5-4	D_4-3	D_1-2	D_2-3	D_1-7	D_7-6	D_6-3
Экономические диаметры, мм	281	242	160	295	200	272	247	183
Нормализованные диаметры, мм	300	250	150	300	200	300	250	150

9. Проверяем соответствие выбранных диаметров рекомендуемому диапазону экономических скоростей. Среднee значение экономических скоростей рекомендовано выбирать в пределах:

- для труб малых и средних диаметров (до 500 мм) 0,6-0,9 м/с;

- для труб больших диаметров (свыше 500 мм) 0,9-1,2 м/с.

В зависимости от назначенной и технологических требований

возможны более широкие пределы скоростей: 0-3 м/с. Большие скорости способствует возникновению гидравлических ударов, снижение скоростей менее рекомендуемой приводит к повышенным капитальным вложениям.

, м/c

υ_1-5	υ ₅_-₄	υ_4-3	υ_1-2	υ_2-3	υ_1-7	υ_7-6	υ_6-3
0,87	0,75	0,72	0,68	0,69	0,87	0,78	0,99

Все рассчитанные участки соответствуют рекомендуемым скоростям, кроме участка 6-3. Это значение превышает рекомендованные, однако при увеличении диаметра скорости снизятся ниже рекомендованных, поэтому в дальнейших расчетах принимаем рассчитанные скорости.

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Участок сети	l, м	l_э, м	q, м /с	D, мм	υ, м/с
1-5	350	700	0,0618	300	0,87
5-4	550	687,5	0,0368	250	0,75
4-3	300	300	0,0128	150	0,72
1-2	150	100	0,0477	300	0,68
2-3	450	450	0,0217	200	0,69
1-7	200	500	0,0615	300	0,87
7-6	350	437,5	0,0385	250	0,78
6-3	150	150	0,0175	150	0,99

10. Потери напора в стальных и чугунных трубах на единицу длины трубы:

i=S₀·Q²

где S_o - удельное сопротивление линий (сопротивление трения, приходящееся на 1 м линии), зависящее от диаметра трубы и шероховатости внутренней поверхности стенок.

Существует ряд эмпирических зависимостей, в том числе таблиц и диаграмм, для определения i и S_o , например, проф. Ф. А. Шевелева и таблиц, созданных на их основе. Для стальных и чугунных труб:

-в области квадратичного сопротивления (при скорости 1,2 м/с)

- переходной области (при υ < 1,2 м/с)

(1)

Так как скорости во всех линиях нашего водопровода меньше 1,2 м/с, то используем формулу (1).

i_1-5	i_5-4	i_4-3	i_{1 -}₂	i₂_-3	i₁_-7	i₇_-6	i_6-3
0,0041	0,0039	0,0071	0,0025	0,0045	0,0041	0,0043	0,0127

11. Находим удельное сопротивление линий:

S_01-5	S_05-4	S_04-3	S_01-2	S_02-3	S_01-7	S_07-6	S_06-3
1,07	2,89	43,6	1,12	9,57	1,08	2,87	41,58

12. Сопротивление всех линий сети по заданным длинам линий:

S1-5	S5-4	S4-3	S1-2	S2-3	S1-7	S7-6	S6-3
376,1	1590,8	13079,1	167,97	4304,57	215,08	1005,1	6237,06

13. Для упрощения дальнейших расчетов находим произведения:

1-5	5-4	4-3	1-2	2-3	1-7	7-6	6-3
23,24	58,54	167,41	8,01	93,41	13,23	38,70	109,15

14. Найдем величины потерь напора на отдельных участках. При этом величинам потерь напора придаются знаки «+» или «-», в зависимости от того, идет ли расход по данной линии по часовой стрелке или против нее:

Участок сети	I кольцо					II кольцо
Участок сети	1-5	5-4	4-3	3-2	2-1	1-2	2-3	3-6	6-7	7-1
Знак	+	+	+	-	-	+	+	-	-	-
h_i-j	1,437	2,155	2,144	2,027	0,382	0,382	2,027	1,909	1,49	0,813

15. Из теории гидравлики известно, что истинноераспределение воды по линиям кольцевой сети характеризуется равенством нулю суммы потерь напора в каждом замкнутом контуре сети или кольце, т. е. идеальным случаем распределения потерь напора по каждому кольцу сети является Σ h = 0.

В общем случае потери напора по I не равны II и, следовательно, Σ h ≠ 0, a Σh = ∆h, которое называется невязкой кольца.

Найдем невязки колец:

I: ∆h₁ = h₁-₅ + h₅-₄+ h₄-₃ + h₃-₂ + h₂-₁ = 1,437 + 2,155 + 2,144-2,027-0,382 = 3,327 м;

II: ∆h₁₁ = h₁-₂ + h₂-₃+ h₆-₇ + h₃-₆ + h₇-₂ = 0,382 + 2,027 -1,909 – 1,49 - 0,813 = -1,803 м.

Допустимый предел невязок не должен превышать потери давления смежных линий у концевого потребителя в данном кольце:

и выбираем наименьшие значения:

Сравниваем значения невязок по кольцу с максимально допустимыми:

Невязки превышают допустимые пределы, знаки («+» для кольца I и «-» для кольца II) показывают, что перегруженными являются периферийные линии сети, а центральная недогружена, поэтому необходима переброска некоторого количества воды с периферийных линий на центральную.

16. Величины перебрасываемых (поправочных) расходов Q определяются для каждого кольца:

17. В результате пропуска по сети перебрасываемых расходов в указанном направлении расходы на участках периферийных линий должны уменьшаться, а на участке центральной магистрали (2-3) возрасти:

I кольцо:

∆Q_1-5= -0,0029 м³/с, ∆Q_5-4 = -0,0029 м³/с,

∆Q_4-3 = -0,0029 м³/с, ∆Q_3-2 = 0,0067 м³/с,

∆Q_2-1 = 0,0067 м³/с;

II кольцо:

∆Q_3-6 = - 0,0038 м³/с, ∆Q_6-7= - 0,0038 м³/с,

∆Q_7-1 = - 0,0038 м³/с, ∆Q_1-2 = 0,0067 м³/с,

∆Q_2-3 = 0,0067 м³/с.

18. Определим исправленные, за счет перебрасываемых, значения расчетных расходов:

q_1-5	q _5-4	q _4-3	q _1-2	q _2-3	q _1-7	q _7-6	q _6-3
0,0589	0,0339	0,0099	0,0543	0,0283	0,577	0,0347	0,0137

19. Далее проводим расчет потерь напора при новых значениях расходов, начиная с п.7, пока значения невязок не будут удовлетворять необходимым условиям. Все полученные значения сводим в таблицу.

Участки сети	Путевой расход, м³/с	Диаметр, мм	Средняя эконом. скорость, м/с	Потери напора в трубах, м³/с²	Удельное сопротивление линий, Па/м	Сопротивление линий, Па	Потери напора, м	Исправленные путевые расходы, м³/с
1-5	0,0618	300	0,87	0,0041	1,07	376,1	1,437	0,0589
5-4	0,0368	250	0,75	0,0039	2,89	1590,8	2,155	0,0339
4-3	0,0128	150	0,72	0,0071	43,6	13079	2,144	0,0099
1-2	0,0477	300	0,68	0,0025	1,12	167,97	0,382	0,0543
2-3	0,0217	200	0,69	0,0045	9,57	4304,6	2,027	0,0283
1-7	0.0615	300	0,87	0,0041	1,08	215,08	0,813	0,0577
7-6	0,0385	250	0,78	0,0043	2,87	1005,1	1,490	0,0347
6-3	0,0175	150	0,99	0,0127	41,58	6237	1,909	0,0137

Кольцо	Потери в смеж-ных линиях, м	Минимальное значение потерь, м	Невязка ∆h, м	Переброска ∆Q, м³/с
I кольцо	2,144	2,027	3,327	0,0029
	2,027
II кольцо	2,027	1,909	-2,185	0,0038
	1,909

Так как значение невязок не удовлетворяют условию и , то повторяем расчет с измененными значениями путевых расходов.

Участки сети	Путевой расход, м³/с	Диаметр, мм	Средняя эконом, скорость, м/с	Потери напора в трубах, м ³/с²	Удельное сопротивление линий, Па/м	Сопротивление линий, Па	Потери напора, м	Исправленные путевые расходы, м /с
1-5	0,0589	300	0,83	0,0038	1,08	378,84	1,315	0,0569
5-4	0,0339	250	0,69	0,0034	2,93	1612,2	1,854	0,0319
4-3	0,0099	150	0,56	0,0045	45,57	13670	1,344	0,0079
1-2	0,0543	400	0,53	0,0008	0,26	39,69	0,117	0,0588
2-3	0,0283	200	0,90	0,0074	9,17	4127,9	3,316	0,0328
1-7	0,0577	300	0,82	0,0036	1,09	217,15	0,724	0,0553
7-6	0,0347	250	0,71	0,0035	2,92	1012,9	1,234	0,0323
6-3	0,0137	150	0,78	0,0081	43,1	6465,5	1,121	0,0113

Кольцо	Потери в смежных линиях, м	Минимальное значение потерь, м	Невязка ∆h, м	Переброска ∆Q, м³/с
I кольцо	1,344	1,344	1,080	0,0020
	3,316
II кольцо	3,316	1,221	-0,136	0,0024
	1,221

20. Сеть увязывается - находим необходимый напор для определения высоты напорной башни и/или напорного насоса. Минимально необходимый напор от входа в сеть и до наиболее удаленного потребителя

h₁ = h₁-₅ + h₅-₄ + h₄-₃ = 1,315 + 1,854 + 1,344 = 4,513 м;

h₁₁ = h₁-₂ + h₂-₃ = 0,117 + 3,316 = 3,433 м;

h₁₁₁ = h₁-₇ + h₇-₆ + h₆-₃ = 0,724 + 1,234 + 1,221 = 3,179 м.

Если после расчета оказалось, что на каком-либо участке поменялся знак, это означает, что поменялось и направление движения воды (на чертеже это надо отобразить изменением направления стрелок).

Выбираем наибольший из минимально необходимых напоров от входа в сеть и до наиболее удалённого потребителя - это и будет минимально необходимый напор сети.

Однако для нормальной работы наиболее удаленного потребителя необходимо некое избыточное давление, следовательно, напор, который должен быть в начале сети

h_под = h_max + h_изб = 4,513 + 8 = 12,513м

По полученным значениям подачи Q = 0,192 м/с и необходимого напора

h_под = 12,513 м выбираем напорный насос.

Литература

1. Абрамов Н. Н. Водоснабжение / Н. Н. Абрамов. - М. Стройиздат, 1982.

2. Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий : учебное пособие / В. Г. Лисиенко [и др.]; под общ. ред. А. П. Несенчука. – Минск: Вышэйшая школа, 1989.

3. Соколов Е. Я. Энергетические основы трансформации теп- ла и процессов охлаждения / Е. Я. Соколов, В. М.Бродянский. - М.: Энергоиздат, 1981.

4. Энергетика и охрана окружающей среды/под ред. Н. Г. За- логина. -М. : Энергия, 1979.

5. Черкасский В. М. Насосы, компрессоры, вентиляторы / В. М. Черкасский. - М. : Энергоатомиздат, 1984.

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 561; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!