Курсовая работа (т): Розрахунок газопровідного тракту

Розрахунок газопровідного тракту

ДонНТУ

кафедра Технічна теплофізика ПТТ-06

Курсова робота

”Теплоенергетика”

Розрахунок газопровідного тракту

Розробив Звєрєв В.В.

Перевірив Курбатов Ю.Л.

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка 33 сторінки , 3 рисунки, 3 таблиці , 2 джерела

ГАЗОПРОВІД, СОПЛО ЛАВАЛЯ, ПАЛЬНИК, ДІЙСНІ УМОВИ, НАЧАЛЬНІ УМОВИ, ОРІЄНТОВАНА ТА УТОЧНЕНА ВИСОТА, ВТРАТА ТИСКУ, ЩІЛИННИЙ ПЕРЕТИН, ШВИДКІСТЬ ВИТІКАННЯ.

Виконано розрахунки газопровідного тракту, газового сопла Лаваля, димового тракту і димаря для промислової труби з витратою природного газу 0,37м3/с і 0,62 МПа.

ЗМІСТ

Вступ

. Гідравлічний розрахунок газопроводу високого тиску

. Розрахунок витікання природного газу високого тиску через сопло Лаваля

. Розрахунок витікання повітря (ГАЗА НИЗЬКОГО ТИСКУ) через щілинне сопло

. Гідравлічний розрахунок димового тракту та димової труби

Висновок

Перелік посилань

ВСТУП

Цiль данноï курсовоï роботи полягає в тому, щоб студент на практиці мав змогу ознайомитися з методикою та основними характерними рисами розрахунку сучасного теплоенергетичного агрегата. Розширення i закрiплення теоретичних i практичних знань, придбаних в унiверситетi.

Дана курсова робота розширює моє поняття майбутньої професії - теплотехнік, доводить її важливість для суспільства.

Завдання

на курсову роботу з гідрогазодинаміки

”Гідравлічний розрахунок промислової печі”

Студент Звєрєв В.В. Група ПТТ-06

Термін виконання з__22.02.08 по 16.05.08 2008 р.

Дата захисту 30.05.08

Керівник роботи: Дробишевська І. П.

Завдання:

.Виконати розрахунок газопроводу високого тиску і визначити тиск газу перед пальником.

.Розрахувати витікання природного газу і розміри сопла Лаваля.

.Розрахувати щілинне сопло пальника для витікання повітря.

.Виконати розрахунок димового тракту і визначити розміри димаря.

Вихідні дані: (варіант №3)

Витрата природного газу (метану) Vго =0,27м3/с

R=525 Дж/(кг∙К); ρ0м=0,714 кг/м3; к=1,31

Тиск у цеховому газопроводі (Ргцех)зай=520 кПа

Тиск повітря (Рп)зай=3,4 кПа

Температура повітря tп=340 ºС

Коефіцієнт витрати повітря α=1,15

Теоретична витрата повітря L0=9,52 м3/с

Теоретичний вихід продуктів горіння V0=10,52 м3/с

Витрата продуктів горіння в рівнобіжному тракті V2=5,8 м3/с

Щільність продуктів горіння ρпг0=1,3 кг/м3

Сумарний опір рівнобіжного тракту ∑ΔР2=340 Па

Температура продуктів горіння на виході з печі tпг=770 ºС

Температура продуктів горіння після рекуператора tр=500 ºС

Поперечний переріз печі F=8,2 м2

Розміри газопроводу, м: L1=2; L2=1; L3=16; L4=8; L5=2; L6=9; L7=3.

Розміри димового тракту, м: а1=1,52, а2=3,7; а3=1,24; а4=1,24; b1=1,22; b2=0,82; b3=0,82; b4=1,52; L1=1,2; L2=h1=6,1; L3=1,2; L4=3,8; L5=2,44; L6=3,04; L7=3,04; L8=4,04; L9=2,04; L10=4,04; Fп:Fбр =1

Підпис студента______________________

Графік виконання

Розрахунок газопроводу -4 - й тиждень

Розрахунок витікання газу -6 - й тиждень

Розрахунок витікання повітря -7 - й тиждень

Оформлення записки -12 - й тиждень

Захист роботи -13 - й і 14 - й тижні

Підпис керівника роботи ___________________________________

1. ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ГАЗОПРОВОДУ ВИСОКОГО ТИСКУ

Тиск газу наприкінці ділянки довжиною L менше, ніж на початку через втрати на тертя і визначається з вираження

рк = pн ∙

Якщо швидкість газу через витрату

а також увести постійні значення р0=101300 Па і Т0=273 К, то вираження прийме вид

рк = рн ∙

де: рк - кінцевий тиск газу, Па;

D - діаметр газопроводу,м;

λ =0,02-0,03 - коефіціент тертя;

Vго ρ0-витрата газу і щільність газу при П. Ф. У.,м3/с, кг/м3;

Т-температура газу, К;

Рп- абсолютний тиск газу на початку ділянки,Па.

Утрати на тертя на ділянці довжиною 1 складає різницю між початковим і кінцевим тисками: р = рп - рк

Вибір діаметра газопроводу грунтується на понятті гранічного діаметра D*, тобто такого мінімально можливого діаметра, при якому весь початковий тиск витрачається на подолання опору і рк=0, а також рк/рп=0. При цих умовах з (1) випливає що

D* = 3,4

де L - загальна довжина газопроводу.

Співвідношення рк/рп для D>D* має вид

Діаметр газопроводу, що рекомендується,

D=(1,4...1,6)D*

При цьому втрати тиску складають 15+5% від початкового тиску. Нераціонально будувати газопровід діаметром D>2D*, тому що капітальні втрати на його спорудження будуть надмірно великі; нераціонально також будувати газопровід діаметром D<1,2D*, тому що при цьому будуть зайво великими гідравличні втрати , а отже - і енергетичні витрати на переміщення газу.

Місцевим опором називається всяка зміна напрямку чи швидкості і потоку. Втрати в місцевих опорах визначаються по формулі

Δрмо=Кмо

де Δрмо- втрати в місцевих опорах, Па;

Кмо- коефіцієнт місцевого опору, що залежить від виду опору;

W0- розрахункова швидкість газу при П. Ф.У. м/с;

W0=V0/f

ρ0- щільність газу при П. Ф. У., кг/м3;

Т, р- температура й абсолютний тиск газу перед опором, К, кПа.

Гідростатичні опори виникають, якщо газопровід змінює положення по висоті, а щільність газу відрізняється від щільності навколишнього середовища:

Δрг = ± hg(ρв-ρг)

де Δрг- утрати геометричного тиску, Па

ρг, ρв- щільності газу і зовнішнього повітря, приведені до дійсних умов;

h- висота, м.

При русі легкого газу вниз чи важкого нагору втрати мають знак ”+”, у противному випадку- ”-”.

Загальна довжина газопроводу Lобщ = 45 м. Приймаємо температуру газу Тг = 295 К (ºС), коефіцієнт тертя λ = 0,03. Початковий абсолютний тиск газу (на вході в газопровід):

Рн=(Р)зай + 100000 = 520000 + 100000 = 620000 Па (620 кПа).

Гранічний діаметр газопроводу

D* = 3,4  = 3,4  = 0,0301м.

Діаметр газопроводу, що рекомендується:

D = (1,4...1,6)∙D* = 1,5∙0,0301=0,045 м.

Приймаємо D = 0,050 м ( найближчий стандартний).

Розрахунок утрат тиску в газопроводі

Схема газопроводу приведена на рис. 1.

1.      Вхід в газопровід

ΔРмо = кмо, Па,

де кмо- коефіцієнт місцевого опору. Визначаємо по [1, с. 165] кмо=0,5.

W0 - швидкість газу, м/с.

W0 =  =  = 168,27 м/с;

ΔРмо = = 886,287 Па

Тиск Ризб, кПа:

-        на початку ділянки Ризбн=620 кПа;

-        наприкінці ділянки Ризбк=Ризбн-ΔРмо=620000-886,287=619,113кПа.

Ці результати заносимо в рядок 1 таблиці 1.

2.      Тертя на ділянці L1=1 м.

Абсолютний тиск наприкінці ділянки:

Рк = Рн=619113,71=

=617,308 кПа

Утрати тиску на тертя складуть:

ΔРтр = Рн - Рк = 619113 - 617308= 1804,794 Па (1,805 кПа).

Аналогічно визначені втрати тиску в місцевих опорах і на тертя на інших ділянках газопроводу. Результати занесені в таблицю 1.

Утрати геометричного напору на ділянках 1 і 2:

ΔРгеом = g ∙ h ∙ (ρв - ρг),

де h = L1 + L2 = 2+1= 3 м

ρв ,ρг - дійсні щільності повітря і газу, кг/м3;

ρв = ρво ∙  = 1,29∙ = 1,022 кг/м3

ρг = ρго = 0,714=4,0009 кг/м3

∆Pгеом=9,8*3(1,022-4,0009)= -87,573 Па (-0,0876 кПа)

Абсолютний тиск на прикінці ділянки 2:

Рабск = Рабсн - ∆Pгеом= 616,226+0,0595=616,285 кПа

Утрати тиску в газопроводі склали 33039 Па. Абсолютний тиск на прикінці газопроводу: 550000 - 33039 =516961 Па. З обліком 20% запасу втрати тиску, тиск на прикінці газопроводу складае: 512000 Па

Схема газопроводу приведена на рис.1.

1 - цеховий газопровід; 2 - засувка; 3 - вимірювальна діафрагма; 4 - регулююча заслінка; 5 - пальник; 6 - сопло Лаваля

Рис. 1 - Схема газопроводу

Таблиця 1. Розрахунок газопроводу високого тиску

2. РОЗРАХУНОК ВИТІКАННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ ВИСОКОГО ТИСКУ ЧЕРЕЗ СОПЛО ЛАВАЛЯ

Комбіноване сопло Лаваля має частини, що звужуються і розширяються (рис. 2).

У першій досягаеться критична швидкість, рівна місцевой швидкості газу, у другій - максимальна швидкість руху газу. Сопло Лаваля застосовується в тому випадку, якщо співвідношення тисків р2/р1 ( р1 - абсолютний тиск перед соплом, Па, р2 - абсолютний тиск середовища, в яку відбуваеться витікання), менше критичного:

У противному випадку частина, що розширюється, виконує роль дифузора, у якому швидкість знижуеться в наслідок збільшення площі перетину.

Критична швидкість (у вузькому перетині сопла Лаваля):

=;

=392,8229 м/с.

Максимальна розрахункова швидкість:

;

Швидкість на виході із сопла Лавля:

,

де φ - коефіцієнт, що враховує втрати при витіканні газу. φ=0,95...0,97.

Приймаємо φ=0,96.

Для розрахунку сопла Лаваля використовуємо газодинамічні функції.

Параметри газу в критичному перетині (λ=1):

-        тиск:

 Па

-        щільність:

 кг/м3

-        температура:

К

-        витрати:

м3/с

 м3/с

Відносна швидкість:

.

Параметри газу у вихідному перетині:

щільність:

 кг/м3

-        температура:

К

-        тиск:

Па.

Використовуючи закон нерозривності, визначимо площі поперечног переріза і діаметри сопла:

-        у критичному перетині сопла:

,

Відкіля

-        у вихідному перетині сопла:

Відкіля