Курсовая работа (т): Розрахунок газопровідного тракту

Довжина частини сопла, що розширюється:

де α - кут розкриття, α=7...11˚. Приймаємо α=8˚.

Масова витрата природного газу:

G=V0м·ρ0=0,37·0,714=0,2641кг/с.

газопровід димовий тиск сопло

3. РОЗРАХУНОК ВИТІКАННЯ ПОВІТРЯ (ГАЗА НИЗЬКОГО ТИСКУ) ЧЕРЕЗ ЩІЛИННЕ СОПЛО

Тому що тиск повітря відрізняється від тиску навколишнього середовища менш, ніж на 10%, то повітря вважається газом низького тиску. Щільність і температуру повітря в процесі витікання приймаємо постійними.

Швидкість витікання повітря в цьому випадку розраховуемо по формулі:

;

де φ=0,85...0,9 - коефіцієнт, що враховує втрати при витіканні. Приймаємо φ=0,88;

W1 - швидкість перед соплом. Приймаємо W1=0.

Ρ - щільність повітря, приведена до дійсних умов.

=0,591 кг/м3

Р1 - тиск повітря перед соплом:

Р1=Рв+101,3=3,6+101,3=105 кПа (105100Па).

Тоді

м/с.

Швидкість витікання при нормальних фізичних умовах:

;

.

Площа F поперечного переріза кільцевої щілини для витікання повітря визначимо з рівняння нерозривності:

,

де V0в=α·L0·V0м=1,05·9,52·0,37=3,698м3/с,

.

Діаметр D кільцевої щіліни розрахуємо з урахуванням зовнішнього діаметра d сопла Лаваля:

;

відкіля

4. ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ДИМОВОГО ТРАКТУ
І ДИМОВОЇ ТРУБИ

Гідравлічний розрахунок димового тракту необхідний для наступного вибору тягового пристрою( димососа, ежектора, димаря). Якщо один тяговий засіб обслуговує кілька рівнобіжних трактів, то вибір його виробляється по опорі найбільш напруженого тракту ( а не по сумі опорів усіх рівнобіжних трактів).

Загальний опір димового тракту розраховується як опір газоходу низького тиску і складається з утрат тиску на тертя, у місцевих опорах і втрат геометричного тиску (гідростатичних опорів):

∆P∑=∑∆Pтр+∑∆Pмс+∑∆Pгеом ,

де ∆P∑ - загальний опір димового тракту, Па.

Утрати тиску на тертя, Па, розраховуються по формулі:

,

де λ=0,04…0,05 - коефіцієнт тетря для бетонних і цегельних каналів при турбулентному режимі руху. Приймаємо λ=0,045.

Рдин - динамічний тиск. Па;

В - барометричний тиск, кПа;

Рст - статичний тиск ,кПа; для газів низького тиску приймаєм:

В+Рст 101,3кПа;

Dг - гідравлічний діаметр каналу,м,

П - периметр перетину,м;

; ,

- розрахункова витрата газу, м3/с;

Витрати димових газів, складемо таблицю 2 гідравлічних опорів димового тракту. Спад температури продуктів згоряння складає 1...1,5 ˚С/м. Приймаємо спад температури 1,5˚С/м.

.Різке звуження на виході з печі являє собою місцевий опір. Утрати тиску в місцевих опорах визначається по формулі:

∆Pмс=кмс·Рдин=,

де

м/с

Fрасч=a1·b1=1.62·1.27=2,06м

Кмс=0,5(1-a1b1/F)=0,5(1-(1,62·1,27)/9,2)=0,39

Утрати тиску:

∆Pмс=0,34·12,4=5Па.

Тиск продуктів згоряння на виході з печі:

Р=Рпеч-∆Рмс=0-5= -5 Па,

де Рпеч - тиск продуктів згорання в печі. Приймаємо Рпеч=0 Па.

Результати розрахунків заносимо в рядок 1 таблиці 2.

.Тертя на ділянці L1=1 м.

,

∆V=Vпго·L1=0.002·4,6·2=0.0184м3/с

Температура газів наприкінці ділянки 1:

tг=770-2/2=769˚С.

Розрахунковий перетин:

F=a1·b1=1.62·1.27=2,0574м2.

Розрахункова швидкість і динамічний тиск:

м/с;

.

Утрати тиску на тертя на ділянці 1:

∆Pтр=1,1*12,39=14 Па.

Тиск на прикінці ділянки 1:

Р=-14-4=-18 Па.

.Різкий поворот на 90˚.

∆Pмс=кмс·Рдин,

м3/с,

W0=/F=4,7/2,06=2,3м/с,

кмс=1,1[1,c.169],

∆Pмс=1,1·13=14Па,

Тиск після різкого повороту:

Р=-76-14=90 Па.

3.      Опускання газів на глибину h1=6,7м.

∆Pгеом=gh1·(ρв-ρг),

де ρв,ρг - щільність повітря і продуктів згорання при дійсних умовах.

Температура газів наприкінці ділянки:

;

.

Тиск після опускання на глибину:

Р=-18-56=-75 Па.

Аналогічно визначені втрати тиску по інших ділянках димового тракту. Утрати тиску в рекуператорі визначені при середній температурі газів у рекуператорі: (770+436)/2=603˚С. У трійнику відбувається злиття двох потоків димових газів: прямого на прикінці ділянки L8 і бічного з рівнобіжного тракту. Тому витрати газів у трійнику складе: 4,6+4,91=9,51 м3/с. Оскільки до трійника підходить тракт з опором ∆P2=360 Па, то подальший розрахунок тисків ведемо по більш напруженому димовому тракті. Сумарні втрати тиску по димовому тракті склали ∆P∑max=409,6 Па. Розрахунки димового тракту приведенi у таблицi 2.

Розрахунки димового тракту (таблиця 2):

Розрахунок висоти димаря

Розрахунок висоти димаря полягає у визначенні висоти, а також діаметрів нижнього (підстави) і верхнього (устя) перетинів.

Орієнтована висота димаря

,

де Ррасч - розрахункове розрідження, створюване в підстави димаря, Па,

Ррасч=(1,3...1,5);

,3...1,5 - коефіцієнт запасу, що враховує можливе форсування роботи печі, а також засмічення каналів. Приймаємо коефіцієнт запасу рівним 1,35.

Щільність при дійсних умовах:

-        повітря при температурі tв=20˚С:

кг/м3.

-        продуктів згорання при температурі tг=436˚С

кг/м3

Тоді орієнтована висота труби складає:

м.

Уточнене значення Н, м, розраховується з урахуванням утрат тиску в димарі, зміни температури газів по висоті труби, конусності стовбура труби:

,

де Тв=Тв1-0,007·Н́ - середня по висоті труби температура зовнішнього повітря;

Тв1 - температура повітря в підстави труби Тв1=25˚С;

Тв=25-0,007·82=24,4˚С (297,4К).

Т1 - температура продуктів горіння в підстави труби, ˚С. Т1=436,2˚С (709,2К) (рядок 24 таблиці 3)

Т2 - температура продуктів горіння в устя труби,˚С:

Т2=Т1-=436,2-82=354,2˚С (627,2)

δ=1˚С/м - спад температури на 1м висоти труби;

Тг - середня по висоті труби температура газів, ˚С;

Тг=0,5∙(Т1+Т2)=0,5∙(436,2+354,2)=395,2 ˚С (668К)

dср - середній діаметр димаря, м. dcp=0.5(dосн+dуст).

Діаметр устя розраховується по швидкості газів на виході з труби W02=2…4м/с. З розумінь зручності обслуговування діаметр устя труби повинний бути не менш 800 мм. Приймаємо W02=2м/с. Розрахунок діаметра устя виробляється по сумарній витраті димових газів :

,

відкіля

Діаметр підстави труби:

Середній діаметр димаря:

Швидкість продуктів горіння в підстави труби:

Тоді уточнена висота димаря складає:

Остаточна висота димаря 110м.

Схема димового тракту приведена на рис.3.

ВИСНОВКИ

а) результати розрахунку газопроводу:

тиск у цеховому газопроводі - 520 кПа;

тиск газу перед пальником - 455 кПа;

витрати природного газу - 0,27м3/с.

б) Таблиця 3 - результати розрахунку сопла Лаваля:

в) результати розрахунку витікання повітря:

коефіцієнт витрати повітря - 1,1;

витрата повітря - 3,142 м3/с;

температура повітря - 295 ˚С;

площа щільнного перетину - 0,086 м2;

діаметр щілини - 0,332 м;

швикість витікання при НФУ - 42,86 м/с;

швидкість при дійсних умовах - 94 м/с.

г)результати розрахунку димового тракту:

витрати продуктів горіння - 4,61 м3/с;

загальний опір розрахункового тракту - 409,62 Па;

опір, обраний для розрахунку димаря - 409,62 Па;

діаметр устя труби - 2,62 м;

діаметр підстави - 3,93 м;

орієнтована висота -82м;

уточнена висота - 91,26 м;

остаточна висота - 95 м.

ВИСНОВОК

В курсовій роботі я зробив: розрахунок газопроводу (високого тиску), що підводить природний газ цехового газопроводу до об'єкта; розрахунок витікання природного газу через сопло Лаваля і паливоспалюючого пристрою; витікання повітря (газу низького тиску) через щілинне сопло паливоспалюючого пристрою; а також розрахунок димового тракту (низького тиску), що відводить продукти горіння з об'єкта, і димаря.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1.       Курбатов Ю.Л. „Методичні вказівки до виконання курсової роботи з гідрогазодинаміки та теплоєнергетики” 2009.

2.       Курбатов Ю.Л., Шелудченко В.І., Кравцов В.В. „ Технічна механіка рідини і газу”, Донецьк, 2010 р.