Сделай Сам Свою Работу на 5

Определение узловых расходов





№ узла №№ участков, прилегающих к данному узлу Сумма путевых расходов, л/с, Сумма сосредоточенных расходов в данном узле, л/с, Узловой расход , л/с
         

Примечание: находится из табл. 4.1;

из данных задания.

4.3 Определение расчетных расходов

на участках кольцевой сети

 

В соответствии с заданной исходной схемой составляется упрощенная расчетная схема только кольцевой сети, на которой приводятся вышенайденные в п. 4.2 узловые расходы (рис. 4.3).

 

 

Рис. 4.3. Расчетная схема кольцевой сети

 

Вода из V узла подается по трубам ко всем остальным узлам, при этом наиболее удаленными от водонапорной башни, расположенной в узле V, будут узлы VII, VIII, IX.

Следует показать на схеме направление этих потоков воды стрелками.

Полагаем, что в первом приближении расходы воды на участках, питающих эти наиболее удаленные точки, одинаковые и равны 1/3 суммы расходов воды в наиболее удаленных узлах, т.е.

. (4.3)

Тогда на всех остальных участках расход воды находится, исходя из I-го уравнения Кирхгофа, в соответствии с которым сумма расходов воды, приходящей к данному узлу, равна сумме расходов воды, уходящей из него, или алгебраическая сумма этих расходов равна нулю, т.е.



. (4.4)

Следовательно,

,

.

Если же значение найденной величины расходов окажется отрицательным, то на расчетной схеме следует изменить направление движение воды на противоположное.

Пользуясь I уравнением Кирхгофа (4.4), рассчитываются расходы на остальных участках.

,

.

В завершение следует проверить правильность расчетов в точке встречи всех потоков (в узле VIII), где должно выполняться требование I-го уравнения Кирхгофа:

.

 

 

4.4 Выбор диаметров труб и определение сопротивлений

 

По расчетным расходам на участках кольцевой схемы, основываясь на значениях предельных экономических расходов (приложение I), определяют диаметры труб на каждом участке d, в м, и фактическую скорость движения воды , м/с, по формуле

, (4.5)

где расчетный расход воды на каждом участке, м3/с;

d – диаметр трубы, м, найденный по приложению I.

Если значение скорости воды окажется меньше 1,2 м/с, то при расчете сопротивления воды вводится коэффициент К (приложение 2).



Далее по приложению 3 определяют удельные сопротивления для выбранных диаметров труб. Сопротивление на каждом участке находят по выражению

, (4.6)

где удельное сопротивление, с26;

длина расчетного участка, м.

Тогда потери напора, м,

. (4.7)

Все данные заносим в табл. 4.3.

 

Таблица 4.3

Определение гидравлических сопротивлений участков кольцевой

гидравлической сети

Номер участка Расход q, м3 Диаметр труб, d, м Фактическая скорость , м/с Удельное сопротивление А, с26 Коэффициент К Длина участка, l, м Сопротивление S, с25 Потери напора , м
                 

Примечание. Диаметр труб выбирают таким, чтобы расчетный расход был меньше предельного экономического.

4.5 Увязка гидравлических колец

 

Обозначим буквой каждое расчетное кольцо и назначим положительное направление обхода – по часовой стрелке (рис. 4.3). Тогда на участках, где направление движения воды совпадает с положительным направлением обхода, потери напора будут положительные, в противном случае – отрицательные.

При правильно выбранных значениях расходов воды на участках кольцевых линий алгебраическая сумма потерь по каждому кольцу должна быть равна нулю, т.е. в соответствии со II уравнением Кирхгофа

. (4.8)

Если алгебраическая сумма потерь напора хотя бы на одном из колец получится отличной от нуля, т.е. , то все кольца необходимо увязать. Величина называется невязкой. Суть увязки колец сводится к такому перераспределению расходов воды по участкам, при котором выполнялись бы требования (4.4) и (4.8). Для увязки на каждом кольце находят поправочный расход по формуле проф. В.Г. Лобачева



. (4.9)

Если невязка оказалась положительной, то необходимо на всех участках кольца, где расход воды совпадает с обходом по часовой стрелке, значения этих расходов уменьшить на величину . На участках, где расход воды не совпадает с положительным направлением обхода, необходимо значение расхода увеличить на величину . При отрицательном значении невязки поступают наоборот. На участках, общих для двух колец, поправка вводится одновременно по первому и второму кольцам со своим знаком.

После перераспределения расходов на каждом участке обязательно проверяют выполнение первого уравнения Кирхгофа (4.4) для каждого узла, далее определяют потери напора на участках кольца и проверяют выполнение второго уравнения Кирхгофа (4.8) для каждого кольца. В случае, если новое значение невязки хотя бы на одном из колец окажется больше , еще раз определяют поправочный расход по формуле (4.9) и повторяют процесс увязки колец.

Расчет кольцевых сетей считается завершенным, если . Эти расчеты могут быть выполнены с помощью ЭВМ. Все полученные величины необходимо занести в табл. 4.4.

На листе формата А1 изобразить расчетную кольцевую схему и на каждом участке привести результаты по увязке колец (табл. 4.4): расход , диаметр , длину , потери напора . В центре кольца следует показать величину невязки .

 


Таблица 4.4

Расчетные данные по увязке колец

Предварительное распределение расходов воды I-е исправление II-е исправление Окончательное распределение расходов воды
Кольцо Номер участка Длина участка l, м q, л/с S, с25 Sq hw, м л/с л/с м , л/с л/с м  
А                                  
                   
В                                  
                   

 

 


4.6 Увязка гидравлических колец на ПК

 

Так как процесс последовательного приближения расчетных расходов воды по участкам кольцевой сети к действительным расходам очень трудоемкий и может достигать 20 и более итераций, то с целью сокращения времени, затрачиваемого на проведение итерационных расчетов по увязке колец, нужно первое перераспределение расходов выполнить вручную (в соответствии с п. 4.5), а последующие – на персональном компьютере (ПК).

 

4.6.1 Подготовка исходных данных

При выполнении расчетов гидравлических кольцевых схем трубопроводов требуется большое количество вычислений. Для сокращения времени, затрачиваемого студентами на проведение итерационных расчетов по увязке колец, используется ПК с языком программирования Quick Basic.

В соответствии с заданием составляется расчетная схема, на которой стрелками указываются направления потоков воды при предварительном распределении её расходов по участкам.

За положительное направление принимается обход по часовой стрелке. Если направление движения воды совпадает с принятым направлением обхода, то потери напора здесь условно положительные, в противном случае – отрицательные.

Каждому участку присваивается соответствующая нумерация арабскими цифрами, а каждому кольцу – римскими. Затем составляется матрица структуры схемы (рис. 4.4).

Для составления матрицы по горизонтали (табл. 4.5) записываются номера всех участков, с первого до последнего, а по вертикали – номера колец и в каждой графе проставляются –1,0, +1 или 0.

Если направление движения воды на данном участке совпадает с направлением обхода, то в матрице пишется +1, если направление движения воды противоположно обходу по часовой стрелке, то пишется –1, и если данному кольцу не принадлежит рассматриваемый участок, то записываем 0.

 

Рис. 4.4. Пример варианта расчетной схемы, где:

I – II – кольца; 1,2,3…8 – участки данной схемы

 

Далее рекомендуется полученные данные свести в таблицу, рассмотрим ее на нашем примере.

 

Таблица 4.5

Матрица структуры расчетной схемы

 

Номер кольца Номер участка
I -1
II -1 -1 -1

 

При предварительном распределении расходы воды на участках, питающих наиболее удаленные потребители, принимаются в первом приближении одинаковыми, в n раз меньшими суммы узловых расходов этих потребителей, где n – число наиболее удаленных потребителей.

Так, на принятой схеме:

.

Используя первое уравнение Кирхгофа, в соответствии с которым сумма расходов воды, питающих данный узел, равна сумме уходящих расходов, т.е. ∑qj =0, на каждом участке предварительно определяются расчетные значения расходов в соответствии с принятым направлением движения воды на расчетной схеме.

Зная величину расхода воды, при предварительном распределении, на каждом участке, по таблицам (прил. 1, 2) выбирается соответствующий диаметр трубопровода di и удельное гидравлическое сопротивление Аi. Далее рассчитывается фактическая скорость движения воды на каждом участке Vф, м/с, по формуле (4.5).

По значению фактической скорости движения воды на каждом участке по таблицам (прил. 2) определяется поправочный коэффициент Кi и вычисляется гидравлическое сопротивление Si по формуле (4.6).

После проведенных расчетов полученные значения заносятся в табл. 4.6, где указываются номера колец и участков, предварительный расход воды qi и сопротивление Si.

Для нашего примера (рис. 4.4) исходные данные будут иметь следующий вид.

Таблица 4.6

Исходные данные для расчета гидравлических колец

 

 

№ Кольца № Участка Предварительный расход воды qi, м3 Сопротивление Si, с25
I q1 S1
q2 S2
q3 S3
q4 S4
q5 S5
II q5 S5
q6 S6
q7 S7
q8 S8

 

4.6.2 Описание блок-схемы

 

Смысл увязки гидравлических колец заключается в нахождении таких значений расходов воды по каждому участку, при которых выполняются следующие требования:

по каждому узлу: ∑qi = 0;

по каждому кольцу: ∑hwi = 0 или .

C этой целью на каждом участке вычисляются потери напора hwi.

hwi= Si∙|qi|∙ qi, м.

Далее, по каждому кольцу находится величина невязки Δhj:

.

Если значение невязки , хотя бы по одному из колец по модулю больше 0,3 м, то определяется поправочный расход qj по каждому кольцу:

.

В дальнейшем на каждом участке вычисляется новое значение расхода:

На смежных участках вводится поправка дважды по каждому из смежных колец.

Так, на смежном участке 5 (рис. 4.4) новое значение расхода будет равно:

,

где ΔqI, ΔqII – поправочные расходы по I и II кольцам, взятые со своими знаками.

Для вновь полученных расходов опять вычисляются потери напора, находится значение невязки по каждому кольцу и проверяется требование:

.

Если это требование не выполняется, то повторяется перераспределение расходов до тех пор, пока не будет достигнуто его выполнение. С целью сокращения продолжительности счета вводится ограничение числа итераций до 75.

На основании вышеизложенного составляется расчетная блок-схема (рис. 4.5).

На схеме введены следующие обозначения:

i – номер участка;

j – номер контура;

qi – расход воды на каждом участке;

ai = Si| qi|;

Hi – потеря напора на каждом участке, равная Hi = aiqi;

bi = Σai; ej= Σ Hi = Δhj – невязка по каждому кольцу;

rj = Δqj – поправочный расход;

k – число колец.

Рис. 4.5. Расчетная блок-схема

n – число участков;

m – текущий номер итераций,

В соответствии с данной блок-схемой составлена программа для ПК, которая написана на языке QBasic.

 

4.6.3 Запуск программы и порядок выполнения расчетов ПК

 

После включения ПК и запуска программы-оболочки Norton Commander необходимо загрузить с диска (если данная программа отсутствует на компьютере) программу QBasic.

Для этого нужно вставить диск в гнездо дисковода, открыть папку QBasic и запустить qbasic.exe, для начала работы с программой нажать клавишу ESC. Далее, когда программа загрузилась, зайти в File, в появившемся меню выбрать Open, в появившейся таблице выбрать файл УВЯЗКА~1.BAS, запустить этот файл, если все операции выполнены правильно, то на экране должна появиться программа.

QBasic®qbasic.exe®загрузка программы®нажать на клавиатуре ESC, для начала работы®File®Open®УВЯЗКА~1.

 

На экране должна появиться программа:

CLS

REM УВЯЗКА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ КОЛЕЦ

REM ВВЕСТИ ЧИСЛО КОЛЕЦ И ЧИСЛО УЧАСТКОВ

DATA

REM МАТРИЦА СТРУКТУРЫ

DATA

30 DATA

REM ЗНАЧЕНИЯ РАСХОДОВ ПО УЧАСТКАМ

DATA

REM ЗНАЧЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПО УЧАСТКАМ

DATA

В строку № 10 (10 DATA) необходимо набрать соответствующие значения числа колец и числа участков, разделяя их запятой (K, N), с помощью клавиатурных клавиш (­ –в случае, когда нужно перейти на верхнюю строку,¯– для перехода на нижнюю строку), в данном случае используем клавишу для перехода вниз¯.

В строку № 20 (20 DATA) вводится матрица I-го кольца, через запятую, строго соблюдая знаки.

В строку № 30 (DATA 30) вводится матрица II-го кольца, также со строгим соблюдением знаков.

В строку № 40 (DATA 40) в соответствии с нумерацией вводятся численные значения предварительных расходов на каждом участке, в м3/с.

В строку № 50 (DATA) вводим значения гидравлических сопротивлений на каждом участке.

После ввода всех данных нажимаем клавишу F5.

При правильном введении всех данных на экране мы получим следующую информацию:

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ЧИСЛО КОЛЕЦ ЧИСЛО УЧАСТКОВ

МАТРИЦА СТРУКТУРЫ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РАСХОДЫ ПО УЧАСТКАМ

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО УЧАСТКАМ

РЕЗУЛЬТАТЫ ПО УВЯЗКЕ КОЛЕЦ

ЧИСЛО ИТЕРАЦИЙ РАВНО

НЕВЯЗКА ПО I КОЛЬЦУ РАВНА

НЕВЯЗКА ПО II КОЛЬЦУ РАВНА

Таблица 4.7

Полученные данные расчета после увязке колец на ПК

НОМЕР УЧАСТКА РАСХОД КУБ М/С ПОТЕРИ НАПОРА, м
   
   
N    

 

Если допущена ошибка в предварительном распределении расходов по участкам или при вводе данных в ПК, на экране появится надпись:

«Итерационный процесс не сходится за 75 шагов».

В этом случае необходимо проверить вводимые данные и правильность проведения расчетов.

Полученные расчетные данные рекомендуется свести в табл. 4.8.

 

Таблица 4.8

Результаты расчетов по увязке гидравлических колец

Номер кольца   Номер участка Сопротив-ление, с25 Расход воды, м3 Потери напора на участках сети после увязки колец, м Примечание
Предвари-тельный После увязки
    I           Число итераций М=
       
       
       
      Невязка по кольцу =
  II            
       
      Невязка по кольцу =

 

Программа по увязке гидравлических колец на QBasic приведена в приложении 4, а пример расчета – в приложении 5.

После выполнения расчетов вручную или с использованием ПК результаты следует внести в последний столбик табл. 4.4.

4.7 Расчет ответвлений

 

Изобразить заданную расчетную схему вместе с ответвлениями. На каждом участке ответвления определить расчетное значение расхода. Так, например, для схемы (рис. 4.6) расчетные расходы будут соответствовать

;

;

;

;

;

Рис. 4.6. Расчетная схема кольцевой сети вместе с ответвлениями

 

 

По величине расхода на каждом участке ответвления по приложению I выбирают диаметры труб d, а удельные сопротивления А – по приложению 3.

По формуле (4.5) определяют фактическую скорость и по приложению 2 выбирают значение поправочного коэффициента К. После чего по формулам (4.6) и (4.7) вычисляют соответственно сопротивления и потери напора на каждом участке ответвления.

 

 

4.8 Определение пьезометрических отметок

в точках ответвления

 

Пьезометрическую отметку в начальной точке ответвления (рис. 4.7) можно получить по выражению

, (4.10)

 

где геодезическая отметка поверхности земли в конечной точке ответвления у водопотребителя, м;

свободный напор в точке;

потери напора на участке от начальной до конечной точки ответвления.

 

Рис. 4.7. К определению пьезометрической отметки в точке ответвления

 

Так, например, для схемы (рис. 4.6) пьезометрические отметки можно найти по формулам:

;

;

;

.

Из двух расчетных значений пьезометрических отметок в XI точке выбираем наибольшую: . Тогда пьезометрическая отметка в VI узле будет

.

Полученное значение Нi в каждой точке ответвления сопоставляют с заданным , и тогда

. (4.11)

Фактическую пьезометрическую отметку выбирают по наибольшей величине

Все данные расчета ответвлений сводят в табл. 4.9.

 

Таблица 4.9

Определение пьезометрических отметок в точках ответвлений

 

Ответ- вление l, м Q, м3 d, м S, с25 hw, м , м , м , м , м , м , м , м
                         

 

4.9 Определение пьезометрических отметок в узловых точках

кольцевой схемы

В предыдущем параграфе были найдены пьезометрические отметки в точках, лежащих на кольцевых линиях, от которых отходят ответвления. Так, в схеме (рис. 4.6), такими были VI, VII, IX, XVI.

Для нахождения пьезометрических отметок в остальных узлах воспользуемся зависимостью

, (4.12)

где фактически выбранное значение пьезометрической отметки в i-ой точке, расположенной ближе к рассматриваемому j-му узлу (при расчете ответвлений);

потери напора на кольцевом участке от выбранной i-й точки до рассматриваемого j-го узла (см. табл. 4.4).

Выбор знака перед зависит от направления движения воды.

Так, например, для схемы рис. 4.6, если точкой встречи оказалась точка VIII,

;

.

Из двух значений фактическая пьезометрическая отметка в VIII узле выбирается наибольшей, отметки в других точках находятся как

;

;

;

.

Фактическую пьезометрическую отметку в V точке выбирают по наибольшему значению.

 

 

4.10 Проверка свободных напоров в узловых точках

 

В связи с тем, что в некоторых узловых точках находятся потребители, для которых заданы свободные напоры ( ), необходимо проверить фактические свободные напоры в этих точках

, (4.13)

где фактически принятые в подразделе 4.9 значения пьезометрических отметок в узлах, м;

геодезические отметки поверхности земли в этих точках, м.

Если больше , то пьезометрическая отметка в узловой точке имеет расчетное значение.

Если меньше , то пьезометрическую отметку в этом узле необходимо увеличить на

. (4.14)

Тогда с учетом корректировки пьезометрическая отметка в рассматриваемой узловой точке будет

. (4.15)

Все расчетные величины заносят в табл. 4.10.

 

Таблица 4.10

Проверка свободных напоров в узловых точках

 

Номер узла , м , м , м м м , м
             

 

 

4.11 Определение высоты водонапорной башни

 

Из табл. 4.10 найти значение пьезометрической отметки в узле V (водонапорная башня) с учетом корректировки, т.е. . Зная отметку земли в узле V ( по заданию), определяется высота водонапорной башни, м

,

где отметка земли в V узле, м.

 

 

4.12 Гидравлический расчет водоводов

 

Примем расчетный расход воды в напорном водоводе равным сумме расходов на участках, отходящим от водонапорной башни.

,

где расчетные расходы воды, (м3/с), на соответствующих участках, найденные после увязки колец (табл. 4.4).

По расчетному расходу, пользуясь соответственно приложениями 1, 2, 3, подбирают диаметр водовода и определяют удельное сопротивление. По формулам (4.6) и (4.7) рассчитывают потери напора на водоводе IV.

 

4.13 Определение параметров насосов и выбор их типов

 

Подачу насосной установки, равной стопроцентному расходу воды в напорном водоводе, определяют по формуле:

,

где подача насосной установки, м3/ч;

расход воды в напорном водоводе, л/с.

Зная подачу насоса, можно рассчитать диаметр всасывающего трубопровода II–III на исходной схеме трубопроводов

, (4.16)

где экономичное значение расхода воды в трубопроводе, равное м/с;

расход воды во всасывающем трубопроводе насоса, м3/с, равный расходу воды в напорном водоводе.

Найденное значение округляют до ближайшего стандартного и определяют скорость воды во всасывающем трубопроводе по формуле (4.5). Далее находят потери напора , м

, (4.17)

где длина всасывающего трубопровода, м (по заданию);

коэффициент гидравлического сопротивления за счет трения, определяемый по приложению 6;

сумма коэффициентов местных сопротивлений.

где коэффициент сопротивления всасывающего клапана с сеткой на всасывающей линии насоса, ;

коэффициент сопротивления при входе в насос, ориентировочно принять ;

коэффициент сопротивления закруглений труб круглого сечения при центральном угле поворота , определяемый по приложению 7.

После этого определяют потребный напор насоса

, (4.18)

где высота ствола водонапорной башни, м;

высота слоя воды в баке водонапорной башни, обычно равная 4…5 м;

соответственно геодезические отметки поверхности земли у башни и поверхности воды в резервуаре, м, ;

потери напора в напорном водоводе.

По и , пользуясь каталогом [I], подбирают подходящую марку рабочего и резервного насосов.

Потребную мощность насоса Nн , кВт, находят по формуле:

, (4.19)

где плотность воды, кг/м3;

подача насоса, м3/с, равная ;

кпд насоса, определяемый по каталогу насосов [1].

 

По окончании расчетов на миллиметровой бумаге формата II (А2) в соответствующем масштабе вычерчивают приемный и напорный резервуары, водонапорную башню, насосную установку, всасывающий и напорный трубопроводы.

Указывают все расчетные отметки, геометрическую высоту подъема насоса , потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах и , напор, развиваемый насосом , и строят пьезометрическую линию на напорном водоводе (рис. 4.10) Рекомендуемый масштаб по горизонтали 1:1000, по вертикали 1:1000.

 

 

Рис. 4.10. К определению напора насосной установки

1 – подземный резервуар для запаса воды; 2 – насосная установка;

3 – водонапорная башня; 4 – водовод

 

 


 

5 Требования к оформлению работы

 

Работу оформлять в соответствии с требованиями ЕСКД и СТП РГУПС-2-07. Графическая часть должна содержать: заданную схему водопроводной сети с указанием горизонталей и всех объектов в плане: расчетную схему водопровода, на которую должны быть нанесены значения с указанием размерностей диаметров труб, длин участков, расходов и потерь напора, полученных после увязки колец, а также узловые расходы; схему насосной установки с водопроводной башней и построенной пьезометрической линией на напорном водоводе с указанием всех расчетных отметок.

Курсовая работа должна иметь:

Пояснительную записку, включающую:

- содержание,

- реферат,

- введение,

- исходные данные для расчетов,

- расчет водопроводной сети, выбор насосов и построение пьезометрической линии на напорном водоводе (миллиметровой бумаге формата А2),

- заключение.

 


Библиографический список

 

1 Шатихина, Т.А. Гидрогазодинамика : учеб. пособие / Т.А. Шатихина ; РГУПС. – Ростов н/Д, 2009. – 191 с.

2 Лобачев, П.В.Насосы и насосные станции / П.В. Лобачев. – М. : Стройиздат, 1983. – 684 с.

3 Гарин, В.М. Гидравлика и гидравлические машины : учеб. пособие / В.М. Гарин, В.И. Сапрыкин, А.И. Озерский, И.В. Лебедева ; РГУПС. – Ростов н/Д, 2009. – 116 с.

4 Шевелев, Ф.А.Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб : справочное пособие / Ф.А. Шевелев, А.Ф. Шевелев.– М. : Стройиздат, 1984.

5 Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. – М. : Машиностроение, 1975. – 560 с.

6 Шатихина, Т.А.Увязка гидравлических колец и техника проведения расчетов на ПК : методические указания / Т.А. Шатихина, О.И. Панарин; РГУПС. – Ростов н/Д, 2003. – 19 с.

7 Шатихина, Т.А. Расчет водопроводной сети поселка : методические указания / Т.А. Шатихина; РИИЖТ. – Ростов н/Д, 1984. – 16 с.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.