Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика

Л.Х. Фокеева

Методические указания по организации

и выполнению курсовой работы

по дисциплине «Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика»

для бакалавров направления

131000 «Нефтегазовое дело» всех форм обучения

Альметьевск 2014

ВВЕДЕНИЕ

Методическое указание по дисциплине «Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика» бакалавров направления 131000 «Нефтегазовое дело» предназначено для выполнения курсовых работ, предусмотренных планом.

В методическом указании приведены темы курсовых работ, их задачи и назначение, требования по содержанию и оформлению, список рекомендуемой литературы. Методическое указание предназначено для помощи студентам в самостоятельной работе над выполнением курсовой работы по указанному теоретическому курсу. Оно дает рекомендации к решению основных задач и раскрывает общие положения, связанные с выполнением курсовой работы.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Цель и задачи курсовой работы:

- применять знания, полученные на лекциях и практических занятиях для самостоятельного анализа;

- обосновывать внедрение различных инноваций и принимать решение об их целесообразности;

- выработать элементарные навыки исследовательской работы;

- теоретически грамотно и логически последовательно излагать рассматриваемую проблему.

Наряду с лекциями, практическими занятиями и выполнением контрольных заданий написание курсовой работы способствует углублению знаний студентов по изучаемой дисциплине. Выполнение курсовой работы предполагает закрепление полученных студентами знаний, развитие самостоятельных творческих навыков работы с литературой, научно-техническими и методическими материалами, а также приобретение практического опыта аналитической работы.

Выполнение курсовой работы включает следующие этапы:

1. Получение задания и консультация с руководителем по сбору материалов.

2. Ознакомление с настоящими методическими указаниями.

3. Составление плана работы и изучение литературы по теме курсовой работы.

4. Обработка и анализ собранных материалов.

5. Написание курсовой работы, проведение расчетов, выводы и заключения.

7. Оформление курсовой работы.

8. Сдача курсовой работы на проверку, исправление замечаний руководителя (при их наличии).

9. Защита курсовой работы.

Курсовая работа позволяет углублять и обобщать полученные теоретические знания на лекциях, во время практических и лабораторных занятий. На любом этапе предусматривается возможность консультирования с руководителем по курсовому проектированию при возникновении вопросов и сложных моментов в процессе.

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

При написании курсовой работы к студентам предъявляются определенные требования, как по содержанию, так и по оформлению. В соответствии с целями и задачами курсовая работа должна представлять собой целостную, однородную и завершенную студенческую научную работу, в которой должны быть четко сформулированы проблема и исследовательские вопросы, обоснована их актуальность, изложены степень изученности проблемы и состояние ее исследования.

Содержательная часть курсовой работы имеет следующую структуру:

- титульный лист;

- задание на курсовую работу;

- оглавление;

- введение;

- теоретическая часть;

- расчетная часть;

- графическая часть (если обусловлено заданием)

- заключение;

- список используемых источников (литературы);

- приложения (в случае необходимости).

Каждая структурная часть курсовой работы имеет свое назначение.

Оформляя курсовую работу, автор должен помнить, что каждая структурная часть (введение, основная часть, заключение, библиография) начинается с новой страницы.

Оглавление

Развернутый план с указанием глав, параграфов, нумерацией страниц.

Введение (2-3 страницы)

Во введении дается общая характеристика курсовой работы: излагается прикладное значение рассматриваемой задачи, ее использование в нефтегазовой промышленности, обоснование актуальности выбранной темы, постановка конкретной проблемы, методов исследования, возможно краткого обзора литературы по теме. Затем формулируются вопросы, рассматриваемые в курсовой работе.

Не рекомендуется делать введение объемом более 2-3 страниц.

Основная часть

Основная часть делится на главы и параграфы; может содержать теоретическое обоснование (теоретическая часть) и описание практической работы (расчетная часть).

В теоретической части описывается метод расчета и выбор расчетных формул. В тексте даются ссылки на основную литературу с указанием номера страниц.

В расчетной части приводится подробное решение задачи с используемыми формулами, таблицами и промежуточными значениями рассматриваемых дисциплин и результатов расчетов. Можно использовать справочные материалы приложений.

Заключение

Заключение содержит краткую формулировку результатов, полученных в ходе работы. В заключении, как правило, автор исследования суммирует результаты осмысления темы, выводы, обобщения и рекомендации, которые вытекают из его работы, подчеркивает их практическую значимость, а также определяет основные направления для совершенствования рассмотренных процессов.

Необходимо иметь в виду, что введение и заключение никогда не делятся на части. Объем заключения примерно равен объему введения.

Список использованных источников

Список литературы составляется в конце работы (перед приложением) и в алфавитном порядке в следующей последовательности: по алфавиту с точным указанием выходных данных книги, статьи. Список литературы ─ это перечень книг, журналов, статей с указанием основных данных (место и год выхода, издательство и др.). Список включает библиографические описания всех использованных, цитированных или упоминаемых в работе документов, а также прочитанную литературу по теме, которая оказала существенное влияние на содержание работы.

Приложения

Приложения могут быть различными: таблицы, схемы, графики, диаграммы. Приложения оформляются после списка литературы и располагаются в порядке ссылок в тексте. Каждое приложение начинается с нового листа с обозначением в правом верхнем углу словом «Приложение». Приложения должны нумероваться последовательно, арабскими цифрами (например, «Приложение10») и иметь заголовок. Если приложение одно, то оно не нумеруется. Если приложение выполнено на листах иного формата, чем текстовая часть работы, то оно должно быть сложено по формату А4.

Приложения не засчитываются в заданный объем курсовой работы.

Задание

Задание оформляется на специальном бланке по установленной форме, подписывается руководителем курсовой работы. В задании формулируется название темы работы, в которой указывается содержание отдельных разделов, а также дается перечень основной литературы. При составлении задания руководитель должен перечислить основные вопросы, определяющие содержание курсовой работы.

Работа сдается на проверку руководителю не позднее, чем за 5 дней до даты ее защиты.

3. ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ

Курсовая работа выполняется на бумаге стандартного формата А4 (210х297 мм). Запись текста ведется на одной стороне листа с полями: верхнее, нижнее – 2,0 см., левое – 3,0 см., правое – 2 см. Рекомендуемый шрифт – ТimesNewRoman, кегль 14, полуторный интервал, выравнивание по ширине страницы. Тексты могут выполнятся машинописным или рукописным способом.
Текст курсовой должен быть отпечатан (в 1 экземпляре и представлен в папке-скоросшивателе (не скрепленный текст работы не принимается к проверке). Рекомендуемый объем курсовой работы (без приложений) – 25-35страниц.
Текст должен иметь сквозную нумерацию. Номера страниц указываются внизу страницы по центру арабскими цифрами. Титульный лист включают в общую нумерацию страниц работы. Номер страницы на титульном листе не проставляют. Иллюстрации и таблицы, расположенные на отдельных листах, включают в общую нумерацию страниц работы. Номера страниц всех заголовков в оглавлении и в тексте должны совпадать. В тексте курсовой должны быть все заголовки, указанные в оглавлении работы: Оглавление, Введение, названия глав, Заключение, Примечания, Список литературы. Наименование каждого структурного элемента пишется на новой странице (исключения составляют наименования параграфов). Их располагают в середине строки без точки в конце и печатают прописными буквами, не подчеркивая. Если заголовок включает несколько предложений, их разделяют точками. Переносы слов в заголовках не допускаются. Расстояние между заголовками структурных элементов работы и текстом должно быть 2 интервала. Сокращения слов и словосочетаний не допускается, кроме общепринятых или заранее определенных в словаре работы.

Текст работы подразделяется на разделы, подразделы. Подразделы могут делиться на пункты. Разделы нумеруются арабскими цифрами (1, 2, 3,...), подразделы обозначаются также арабскими цифрами, например, для раздела 1: (1.1.), (1.2.). Каждый раздел рекомендуется начинать с нового листа.

Наименование разделов записывают в виде заголовков в середине строки прописными буквами. Наименование подразделов и пунктов записывают в виде заголовков с абзацного отступа строчными буквами (кроме первой прописной).

Эскизы, схемы и чертежи в записке выполняются на компьютере с подрисунчатыми надписями и нумерацией.

Все иллюстрации (схемы, чертежи, рисунки и т.д.) именуются рисунками и нумеруются в пределах раздела арабскими цифрами, например: Рисунок 1.2 (второй рисунок первого раздела). Рисунки, схемы и т.д. должны размещаться после первого упоминания о них в тексте. Нумеруются таблицы в пределах раздела, например, табл. 1.2 (вторая таблица первого раздела), давая им заголовок. Математические формулы должны быть написаны с пояснением всех входящих в формулу символов. Все расчеты должны проводиться в международной системе единиц (Si) с указанием размерностей и параметров. Все расчетные формулы записываются сначала в символическом виде с указанием размерностей параметров в ней, затем в том же порядке подставляются численные значения параметров без указания размерностей и приводить конечный результат расчета.

Текст курсовой работы должен быть выполнен аккуратно и грамотно, графические материалы (таблицы, графики схемы, иллюстрации) должны наглядно демонстрировать положения разрабатываемой темы.
Использованная литература должна располагаться в следующем порядке: справочные издания, монографии и статьи, адреса сайтов в алфавитном порядке по именам их авторов. Указывается фамилия и инициалы автора (авторов), полное название используемого источника, место издания, наименование издательства, год издания, общее количество страниц.
Иллюстрации должны иметь название, которое помещают над иллюстрацией. Иллюстрация обозначается словом «Рисунок», которое помешают после поясняющих данных. Иллюстрации следует нумеровать арабскими цифрами порядковой нумерацией в пределах всей работы. Если в работе только одна иллюстрация, ее не нумеруют. Нумерация листов приложений должна быть сквозная, она является продолжением общей нумерации основного текста. В тексте курсовой работе делаются ссылка на этот материал.

В перечне литературы указываются фамилия (фамилии) и инициалы авторов, полное название книги, брошюры, название издательства, год издания, количество страниц, а в журналах НТС, трудах – фамилия и инициалы автора (авторов), название статьи, издательство, год издания, страницы статьи.

Например:

1. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. М., Гостоптехиздат,

1963, 396 с. с ил. 6

2. Саттаров М.М. Некоторые вопросы контроля за перемещением ВНК.

Тр. УфНИИ, вып. 17, 1967, с.35.

КУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ

«ГИДРАВЛИЧЕКСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ С ОТВЕТВЛЕНИЯМИ»

Насос подает жидкость из емкости А в резервуары В и С с общим расходом Q. Заданы высоты Н₁, Н₂, Н₃ , а также длины и диаметры:

- всасывающей линии L₁ и d₁;

- напорной линии L₀ и d₀ до разветвления;

- линий, ведущих к резервуарам L₂, d₂ и L₃, d₃.

Все трубы стальные, бесшовные, несколько лет бывшие в эксплуатации. На рисунке 1 показаны местные сопротивления: приемный клапан с сеткой, повороты (прямое колено), задвижки; учесть также сопротивления при входе в резервуары.

Все коэффициенты можно определить по справочнику.

Определить:

- давление в точке Д;

- при заданном расходе Q наибольшую высоту всасывания Н_{1 max}, если вакуумметрический напор на входе в насос не должен быть более 4 метров;

- напор и полезную мощность насоса;

- определить расходы жидкости Q₂ и Q₃, поступающие в резервуар В и С (при определении расходов использовать разные методы расчетов, в том числе графоаналитический). Сравнить результаты расчетов между собой.

Рисунок 1- Схема гидравлической системы с ответвлениями

Варианты заданий на курсовую работу

№ вар.
Q, м3/с	0,055	0,035	0,045	0,05	0,04	0,03	0,045	0,055	0,03	0,035
Длины участков, м
L0
L1						3,5
L2
L3
Диаметры линий, мм
d0
d1
d2
d3
ρ, кг/м3
105, м2/с			0,5	0,2			0,5	0,4	0,2	0,4
Н1					2,5
Н2
Н3

№ вар.
Q, м3/с	0,04	0,03	0,045	0,055	0,03	0,055	0,035	0,045	0,05	0,04
Длины участков, м
L0		3,5
L1						3,5
L2
L3
Диаметры линий, мм
d0
d1
d2
d3
ρ, кг/м3
105, м2/с		0,5	0,4	0,2		0,5	0,4	0,2
Н1
Н2
Н3

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1. Исходным уравнением для начала всех расчетов является уравнение Бернулли для реальной жидкости:

Необходимо рассмотреть два сечения:

- сечение А-А- поверхность жидкости в нижнем резервуаре А (начало отсчета);

- сечение Д-Д в нагнетательной линии насосной установки;

- кинематический коэффициент Кориолиса α принимаем равным 1;

- скорость =0, т.к. уровень в нижнем резервуаре А установившийся;

- Р_А=Р_атм;

- z_А=0, z_Д=Н_1.

-υ_А=0, т.к. уровень жидкости в резервуаре А установившийся.

2. Выразив скорость через уравнение сохранение массы (уравнение неразрывности), подставить в уравнение Бернулли, записанное для выбранных сечений.

3. Определить потери напора между сечениями А-А и Д-Д (линейные и местные). При определении потерь напора по длине (формула Дарси-Вейсбаха) необходимо знать режим течения жидкости. Режим течения определяется безразмерным параметром – числом Рейнольдса:

4. Определить зону шероховатости труб для определения коэффициента гидравлического трения λ.

5. Зная все величины параметров, входящих в уравнение Бернулли, можно узнать давление в точке Д:

(Па)

6. Для определения наибольшей высоты всасывания насоса также использовать уравнение Бернулли, принимая:

- Р_Д=Р_абс, где абсолютное давление на входе в насос Р_абс=Р_атм-Р_вак;

- z_Д=Н_всас

-υ_А=0, т.к. уровень жидкости в резервуаре А установившийся.

(м).

Скорость выразить из уравнения неразрывности потока.

7. При определении эффективного напора определить разность напоров в нагнетательной и всасывающей линиях. Уравнение Бернулли записать для двух сечений:

- сечения А-А в начале всасывающей линии;

- сечения Б-Б в конце нагнетательной линии;

- Р_А = Р_Б =Р_атм, т.к. рассматриваются на свободных поверхностях уровней жидкости;

- z_Б=Н₂+Н₁.

Тогда уравнение Бернулли примет вид:

(м)

Рассчитать последовательно потери напора по длине и в местных сопротивлениях:

- для всасывающей линии;

- для нагнетательной линии.

Полезная мощность насоса рассчитывается по формуле:

(кВт)

8. Для определения расходов жидкости Q₂ и Q₃записать уравнение Бернулли для сечений Д-Д и сечения, которое совпадает с уровнем жидкости в резервуаре В. Принять z₂=Н₂, а z_Д, , равными нулю,h_Д-В - потери напора между сечениями. Давление на свободной поверхности в резервуаре В – атмосферное,давление в сечении Д-Д принимаем за абсолютное.

Если обозначить разницу между абсолютным и атмосферным давлениями как Н_Д2:

, то получим

Н_Д2=Н₂+h_Д-В,

где Н₂ -геодезическая высота резервуара В.

h_Д-В=Q²AL, где

А – удельное сопротивление трубопровода, определяемое по справочникам согласно заданному диаметру d₂(с²/м⁶).

ВыразивQ₂из полученных формул, можно определить его значение:

(м³/с)

Зная общий расходQи расход в первой ветке Q₂, вычислить расход Q₃.

Задачу необходимо решить и графоаналитическим способом, т.е. построить характеристики трубопровода Н(Q) отдельных ветвей. Расчеты занести в таблицу для ряда значений Q.

№№	Q (м3/с)	(м/c)	Re	λ	h (м)
1.
2.
3.
4.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация трубопроводов.

2. Трубопроводы с насосной подачей.

3. Уравнение баланса напоров.

4. Напор насоса. Высота всасывания.

5. Характеристика потребного напора трубопровода.

6. Уравнение неразрывности потока.

7. Полезная мощность насоса. КПД насоса.

8. Гидравлические сопротивления.

9. Геометрическая высота нагнетания (всасывания).

10. Кавитация.

11. Приборы для определения давления в трубопроводе.

12. Потери напора.

13. Единицы измерения давления.

14. Гидравлический коэффициент трения.

15. Определение режима течения жидкости. Число Рейнольдса.

16. Физические свойства жидкости.

17. Идеальная и реальная жидкости.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г.Д. Нефтегазовая гидромеханика: учебник для вузов.- Москва: Институт компьютерных исследований,2005.-544 с.

2. Иванов В.И., Сазанов И.И., Схиртладзе А.Г., Трифонова Г.О. Гидравлика.

Том 1. Основы механики жидкостей и газов. Учебник,2012 г.-192 стр.

3.Стесин С.П. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы в примерах решения задач. Учебное пособие, 2013 г. - 208 стр.

4. Основы гидравлики и теплотехники: учебник для вузов/ Брюханов О.Н., Мелик-Аракелян А.Т., Коробко В.И.-Москва. Академия, 2006.-240 с.

5. Кудинов В.А. Гидравлика.- Учебное пособие - М.: высшая школа,2008. - 199 с.

6. Сборник задач по гидравлике и газодинамике для нефтегазовых ВУЗов/ Астрахан И.М., Иванников И.Г., Кадет В.В., Кочина И.Н., Евгеньев А.Е., Розенберг Г.Д.-М.: Грифон, 2007.-304 с.

7. Дмитриев Н.М., Кадет В.В. Подземная гидромеханика: Пособие для семинарских занятий. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2008.-200 с.

8.Схиртладзе А.Г., Иванов В.И., Кареев В.Н., Погонин А.А., Чепчуров М.С., Бондаренко В.Н. Гидравлика в машиностроении. В 2-х частях. Учебник. 2011 г. - 888 стр.

9. Разбегина Е.Г. Сумбатова А.Р. Прикладные задачи гидравлике. Учебное пособие по дисциплинам «Гидравлика» и «Гидромеханика». - М.:РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2007,-86 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1