ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ. Общая длина газопровода Lобщ = 44 м. Принимаем температуру газа Тг = 293 К (20°С), коэффициент трения λ = 0,02. Начальное абсолютное давление газа (на входе в газопровод): Рн = (Ргцех)изб + 101300 = 520000 + 101300 = 621300 Па (621,3 кПа). Предельный диаметр газопровода: м. газопровода: D = (1,4 1,6) • D* = (1,4 1,6)-0,0220 = 0,0308 :0,0352 м. Принимаем D = 0,045 м. Расчет потерь давления в газопроводе Схема газопровода приведена на рис.2. 1 2 1-цеховой газопровод; 2 - задвижка; 3 - измерительная диафрагма; 4 - регулирующая заслонка; 5 - горелка; 6 - сопло Лаваля Рис. 2 - Схема газопровода 1.Вход в газопровод: , Па, Где кмс- коэффициент местного сопротивления. Определяем по[1, с. 142] кмс = 0,5 W0- скорость газа, м/с: Давление Ризб, кПа: - в начале участка Ризбн = 520 кПа -в конце участка Ризбк = Ризбн − ∆Рмс = 520 − 3,113 = 516,887 кПа. Эти результаты заносим в строку 1 таблицы 1. Абсолютное давление в конце участка: Рабск = Рабсн − ∆Рмс= 621300 – 3113 = 618187 Па. 2.Трение на участке L1=2м. Абсолютное давление в конце участка: Потери давления на трение составят: ∆Ртр=Рн-Рк=618187 − 612500=5687 Па (5,687 кПа). Избыточное давление в конце участка 1: Ризбк = Ризбн − ∆Рмс = 516,881 − 5,687 = 511,2 кПа. Аналогично определены потери давления в местных сопротивлениях и на трение на остальных участках газопровода.
Результаты занесены в таблицу 1. Потери геометрического напора на участках 1 и 2: ∆Ргеом = g · h · (ρв − ρг), Где h = L1 + L2 = 2 + 1 = 3м. ρв, ρг – действительные плотности воздуха и газа, кг/м3; кг/м3; кг/м3; ∆Ргеом=9,8·3·(1,205− 4,564) = −99 Па (−0,099 кПа). Абсолютное давление в конце участка 2: Рабск = Рабсн − ∆Ргеом= 694926 + 99 = 695025 Па. Избыточное давление: Ризбк = Ризбн − ∆Рабс = 479,141+ 0,099 =479,240 кПа. Потери давления в газопроводе составили 226073 Па. Абсолютное давление в конце газопровода: 621300 −226073 = 395227 Па. С учетом 10% запаса потери давления: 226073 · 1,1 = 248680 Па. Тогда абсолютное давление в конце газопровода составит: 621300 – 248680 = 372620 Па. 2 РАСЧЕТ ИСТЕЧЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ВЫСОКСГО ДАВЛЕНИЯ ЧЕРЕЗ СОПЛО ЛАВАЛЯ Критическая скорость (в узком сечении сопла Лаваля): ; м/с. Максимальная расчетная скорость: ; =428 м/с. Скорость на выходе из сопла Лаваля: Wmax = φ · Wmax = 0,96 · 428 = 411 м/с. где φ – коэффициент, учитывающий потери при истечении газа. Φ = 0,95…0,97. Принимаем 0,96. Для расчета сопла Лаваля используем газодинамические функции.
Параметры газа в критическом сечении (λ = 1): & #8722; давление 202668 Па; −плотность 2,287 кг/м3; − температура 2254 К. Относительная скорость: Параметры газа в выходном сечении: − плотность: кг/м3 − температура: Используя закон неразрывности, определим площади поперечного сечения и диаметры сопла: − в критическом сечении сопла: G= V0г · ρ0 = Wкр · ρкр · fкр, Откуда: м2; м (16,8мм) − в выходном сечении сопла: м2; м (18,9мм). Длина расширяющейся части сопла: мм (0,012м), Где α – угол раскрытия. α=7…11˚. Принимаем α=10˚. Массовый расход природного газа: G = V0г · ρ0 = 0,27 · 0,714 = 0,1928 кг/с. 3 РАСЧЕТ ИСТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА (ГАЗА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ) ЧЕРЕЗ ЩЕЛЕВОЕ СОПЛО Так как давление воздуха отличается от давления окружающей среды менее, чем на 10%, то воздух считается газом низкого давления.
Плотность и температуру воздуха в процессе истечения принимаем постоянными.
Скорость истечения воздуха в этом случае рассчитываем по формуле: , где φ = 0,85…0,9 – коэффициент, учитывающий потери при истечении.
Принимаем φ = 0,9; W1 −скорость перед соплом.
Принимаем W1=0; ρ – плотность воздуха, приведенная к действительным условиям. кг/м3 Р1− давление воздуха перед соплом: Р1 = Рв +101,3 = 3,4 + 101,3 = 104,7 кПа (104700 Па). Тогда м/с Скорость истечения при нормальных физических условиях м/с. Площадь F попречного сечения кольцевой щели для истечения воздуха определим из уравнения неразрывности: Gв= V0в · ρ0в = W · ρ · F; , где V0в=α · L0· V0г= 1,15 · 9,52 · 0,27 =2,96 м3/с; тогда м2. Диаметр D кольцевой щели рассчитаем с учетом наружного диаметра d сопла Лаваля (рис. 3): d = dвых+ 5 = 18,9 + 5 = 23,9 мм (0,0239м). С другой стороны, , откуда м (289мм). 1 - сопло Лаваля; 2 - воздушное щелевое сопло Рис. 3 - Выходная часть горелки Вычертить в масштабе по размерам: dкр=16,8 мм; dВых=218,9мм; 1=12 мм; D=289 мм. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДЫМОВОГО ТРАКТА 4.1