Пояснительная к расчетной части

Трубопроводы нашли широкое распространение во многих областях современной жизни, в том числе и в нефтегазовой отрасли. Поэтому диаметр, длина, шероховатость и другие параметры варьируются в широких пределах. Вследствие этого, существуют различные классификации трубопроводов. Учитывая специфику данной работы, рассмотрим деление на простые и сложные трубопроводы.

Простыминазывают трубопроводы одинакового по длине диаметра и состоящие из одной линии.

Сложными называют трубопроводы, в случае, если они имеют пе­ременный по длине диаметр или имеют ветвления. Места трубопровода, где соединяется несколько ветвей, называют узлами.

При гидравлических расчетах сложного трубопровода может ставиться задача определения необходимого напора для обеспечения заданного расхода, либо определение расхода при заданных размерах и известных напорах. Исходными при этих расчетах являются уравнение Бернулли и урав­нение сохранения расхода (или неразрывности).

Запишем уравнение Бернулли для некоторого участка трубопровода, расположенного между сечениями 1 и 2:

(1)

- геометрический напор; - пьезометрический напор; - скоростной напор; - потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений.

Причем:

(2)

где –потери напора по длине, – местные потери напора на гидравлические сопротивления, – коэффициент гидравлического сопротивления, – длина трубопровода, – диаметр трубопровода, – коэффициент местного сопротивления, – скорость флюида, – ускорение свободного падения.

При решении данной курсовой работы, мы считаем, что:

1. Трубопровод лежит в одной горизонтальной плоскости:

(3)

2. Местные потери напора пренебрежимо малы, по сравнению с потерями напора по длине. Тогда уравнение (2) примает вид:

(4)

Уравнение (4) называется уравнением Дарси-Вейсбаха.

Также в данной курсовой работе участки, для которых записываются уравнения Бернулли, на всём протяжении имеют постоянный диаметр, поэтому и . Тогда уравнение (1) примает вид:

(5)

Средняя скорость жидкости, текущей по трубе определяется по формуле , подставляя это выражение в уравнение (4), получим:

(6)

Коэффициент гидравлического сопротивления λ зависит от режима течения. В зависимости от значения Re, коэффициент гидравлического сопротивления определяется по различным формулам:

1. Ламинарный режим, Re<2320

(7)

2. Турбулентный режим.

· Зона гидравлически гладких труб, 3000 ≤ Re ≤ 10d/∆.

формула Блазиуса; (8)

· Зона смешанного трения, 10d/∆ ≤ Re ≤ 500d/∆. (9)

формула Альтшуля; (10)

· Квадратичная зона, Re ≥ 500d/∆.

формула Шифринсона. (11)

Сложные трубопроводы делятся на следующие группы:

· параллельные соединения, когда к основной магистрали подключены параллельно ей еще одна или несколько труб;

· последовательные соединения, в которых жид­кость проходит по магистрали, состоящей из труб различного диаметра.

Параллельное соединение труб (рис.1). Магистральный трубопровод разветвляется на не­сколько параллельных линий труб различных длин и диаметров, сходящихся затем в точке магистрали. Если расход жидкости в магистрали , а параллельных линиях , , , то:

(12)

Рис.1

Составляя уравнение Бернулли для каждой из параллельных ветвей, получим, что потери напора равны между собой:

(13)

Последовательное соединение труб (рис.2). Магистральный трубопровод состоит из труб различной длины и диаметра. Если обозначить общий расход жидкости через , то очевидно, что:

(14)

При этом потери напора определяются по формуле:

(15)

Рис.2

Независимо от того, какая задача нам поставлена при гидравлическом расчете сложного трубопровода, ее удобно решать графоаналитическим методом. Для этого строят гидравлические характеристики всех труб Н = f (Q), входящих в рассматриваемую схему. Характеристики параллельно соединенных труб суммируют согласно уравнениям (12) и (13). Для этого необходимо на графике сложить абсциссы (расходы) каждой из кривых при одинаковых ординатах (напорах). В результате такого суммирования получим характеристику разветвленного участка, которую можно рассматривать как заменяющую параллельно соединенные трубы одной им эквивалентной. Характеристики последовательно соединенных труб суммируют согласно уравнениям (14) и (15). Для этого необходимо на графике сложить напоры каждой из кривых при одинаковых расходах. В результате получим характеристику участка, которую можно рассматривать как заменяющую последовательно соединенные трубы одной им эквивалентной.

Расчетная часть

Задание №1

1) Введем новые буквенные обозначения на схеме установки и обозначим на каждом участке трубопровода длину, диаметр и давление:

Рисунок схема с обозначеиями

2) Задаем в программе Microsoft Excel скорости движения жидкости для каждого участка трубопровода. Далее вычисляем для каждого значения скорости расход жидкости и число Re. В зависимости от полученного значения числа Re, вычисляем коэффициент гидравлического сопротивления по одной из формул (7) – (11). В данной курсовой работе коэффициент гидравлического сопротивления λ рассчитывается по формуле Альтшуля и по формуле Шифринсона. После вычисления λ определяем потери напора по длине для каждого участка согласно формуле Дарси – Вейсбаха.

3) Так как нам известны давления на скважинах 1 и 2, можно построить график зависимости H=f(Q) для участков 1и 2 по уравнениям:

Так как участки 1 и 2 параллельны, то их общая характеристика строится в соответствии с уравнениями (12) и (13) (рис. …….).

4) Рассмотрим участок 4. Построим график потерь напора для этого участка по уравнению:

5) Построим график зависимости H=f(Q) для участка 3 по уравнению:

6) Построим график зависимости H=f(Q) для участка 5 по уравнению: