Задачи для самостоятельного решения. Задача 2.2.27. Минеральное масло (ρ = 810 кг/м3, ν = 3·10-4 м2/с) перекачивается из открытого резервуара (рис

Рис. 2.2.21

Задача 2.2.32. Нефтепровод (l = 350 км, d = 529 мм, трубы сварные новые) должен перекачивать 8 млн. т нефти (ρ = 880 кг/м³, ν = 10^-4 м²/с) в год (расчетное число дней работы 350). Разность нивелирных отметок начала и конца трубопровода z₁ – z₂ = 55 м, эк­вивалентная длина местных сопротивлений l_экв=1% от l, избыточное давление в конце каждого перегона (перед следующей насосной станцией и в конце трубопровода) р_и = 0,45 МПа, избыточное давление, развиваемое каждой насосной станцией, p_нас = 53 МПа.

Определить требуемое число насосных станций и построить напорную линию.

Ответ: n = 4.

Задача 2.2.33. Вода при t = 20 °С вытекает из открытого резервуара по горизонтальному трубопроводу (l = 50 м, d = 100 мм, трубы сварные умеренно заржавленные, ∑ζ = 5) в атмосферу под напором H = 6м. Определить расход.

Ответ: 18,8 дм³/с.

Задача 2.2.34. Топливо (ρ = 819 кг/м³ , η = 1,5·10^-3 Па·с) вытекает в атмосферу из резервуара с постоянным уровнем Н = 5,6 м и избыточ­ным

давлением на поверхности жидкости p_и = 10 кПа по горизонталь­ному трубопроводу (l = 30 м, d = 80 мм, трубы сварные бывшие в употреблении, ∑ζ = 3 ).

Определить расход.

Пояснение. Рекомендуется использовать программу для ПК (см. прил.5).

Ответ: Q =143 дм³/с.

Задача 2.2.35. Минеральное масло (ρ = 835 кг/м³, ν = 1,7·10^-4 м²/с) по трубопроводу (l = 25 м, d = 100 мм, трубы сварные новые) вытекает из открытого резервуара с постоянным уровнем над входом в тру­бу H = 3,2 м в атмосферу. Местными сопротивлениями являются вход в трубу, вдающуюся внутрь резервуара, и открытая задвижка, разность нивелирных отметок начала и конца трубопровода Δz = 1 м.

Определить расход масла.

Пояснение. Рекомендуется в первом приближении аналитически найти расход без учета местных сопротивлений, а затем повторно ре­шить задачу с учетом режима движения жидкости.

Ответ: Q = 17,7 дм³/с.

Задача 2.2.36. Пользуясь данными задачи 2.35, определить (без учета местных сопротивлений), каким должен быть диаметр трубопро­вода для получения расхода Q = 15 дм³/с.

Ответ: d = 0,09м.

Задача 2.2.37. Для поддержания пластового давления при добыче нефти в нагнетательную скважину (рис. 2.2.22) глубиной Н = 2000 м по насосно-компрессорным трубам (d₁ = 62 мм Δ = 0,5 мм l_экв = 0,02·l) закачивается 300 м³ воды в сутки. Забойное избыточное дав­ление р_з = 25 МПа.

Определить показание устьевого манометра М(р_м) и полезную мощность, затрачиваемую при закачке, N_п.

Ответ: р_м= 6,1 МПа; N_п = 21,2 кВт.

Рис. 2.2.22. Рис. 2.2.23.

Задача 2.2.38. По условию задачи 2.2.37 определить, каким должно быть относительное изменение диаметра насосно-компрессорных труб d₂/d₁, чтобы при том же устьевом и забойном давлениях расход воды можно было увеличить в Q₂/Q₁ раз. Состояние труб одинаково.

Ответ:

Задача 2.2.39. Бензин (ρ = 710 кг/м³, ν = 6·10^-7 м²/с) подается через промежуточную емкость в основную, дно которой лежит ниже оси насоса на h = 5 м (рис. 2.2.23). Расход бензина Q = 50 дм³/с, диаметр труб d = 150 мм, их эквивалентная шероховатость Δ = 0,15 мм, длины участков l₁ = 200 м, l₂ = 100 м, эквивалентная длина местных сопротивлений l_экв=5% от l. Дыхательные клапаны поддерживают в резервуарах постоянное избыточное давление р_и = 2 кПа., максимальная вы­сота налива Н = 6 м, показание вакуумметра В у входа в насос р_в = 10 кПа.

Определить максимальную мощность на валу насоса (к.п.д. насоса η_нас = 0,75) и максимальный уровень бензина в промежуточной ем­кости Н₁.

Ответ: N_нас = 9,05 кВт; Н = 6,6 м.

Задача 2.2.40. Вода (ν = 10^-6 м²/с) из озера (рис. 2.2.24) по самотеч­ному трубопроводу (l = 50 м, d = 265 мм) поступает в береговой коло­дец, откуда насосом подается в промысловый водопровод. Подача насоса Q = 60 дм³/с, его всасывающая линия (l_в = 15 м d = 265 мм) имеет всасывающую коробку с обратным клапаном, колено и вентиль. Все трубы сварные умеренно заржавевшие, h = 3м.

Определить вакуум в трубе перед насосом.

Ответ: р_в = 48,6 кПа.

Рис. 2.2.24. Рис. 2.2.25.

Задача 2.2.41. По данным задачи 2.2.39 определить, какой минимально необходимый диаметр должна иметь самотечная труба, если при неизмен­ных полных потерях напора ее длина должна быть увеличена в 2,2 раза.

Ответ: d = 300 мм.

Задача 2.2.42. Насос, перекачивая мазут (ρ = 970 кг/м³, ν = 4·10^-4 м²/с) по трубопроводу (l = 1200м, трубы сварные новые), может создать напор H = 100 м при Q = 28 дм³/с. Разность нивелирных отметок начала и конца трубопровода Δz = - 5 м, конечное избы­точное давление р_и = 5 кПа, эквивалентная длина местных сопротивле­ний l_экв = 5% от l.

Определить минимально необходимый диаметр труб.

Задача 2.2.43. При перекачке нефтепродукта (ρ = 810 кг/м³, ν = 3·10^-5 м²/с) с подачей Q = 60 дм³/с насос создает напор Н_нас = 75 м. Конечное давление в горизонтальном продуктопроводе (l = 2 км, трубы сварные новые, l _экв = 2,5% от l) p_и = 150 кПа.

Определить диаметр труб.

Ответ: d = 0,18м.

Задача 2.2.44. Топливо Т-1 (см. прил. 4) при t = 40 ⁰С перетекает из верхнего резервуара в нижний (см. рис. 2.2.19) по сифонному сливу (l = 30 м, d = 50 мм, трубы сварные с незначительной коррозией). Местные сопротивления показаны на рис. 2.2.19, атмосферное давление может колебаться в пределах от 97 до 103 кПа. Длина горизонтального учаcтка 16 м, H₁ может изменяться от 4,1 м в начале слива до 3,1 м в конце, Н — от 2 до 2,5 м.

Определить максимальный и минимальный расходы и проверить работоспособность сифона в худших условиях. Инерционными эффекта­ми пренебречь. Принять Н₃ = 3 м.

Ответ: Q_max = 3,9 дм³/с; Q_min = 3,4 дм³/с; сифон работать будет.

Задача 2.2.45. Топливо Т-1 (см. прил. 4) при t = 20⁰С перетекает из открытого верхнего резервуара в нижний (см. рис. 2.2.14), давление в котором может меняться от р_и = 50 кПа до р_в = 40 кПа. Соединитель­ная труба (l = 100 м, d = 100 мм, трубы сварные новые) имеет местные сопротивления (∑ζ = 20); Н = 5 м.

Построить график Q = Q (H_д) и определить по нему Q при p_в =31,3 кПа.

Ответ: Q = 16 дм³/с.

Задача 2.2.46. По условию задачи 2.2.40 (см. рис. 2.2.24), но при t = 30 °С определить, при какой степени закрытия задвижки у входа в насос начнется кавитация. Атмосферное давление p_a = 98 кПа.

Пояснение. Недостающие данные можно взять из прил. 4.

Ответ: 0,3 > n > 0,2.

Задача 2.2.47. Насос (см. рис. 2.2.17) при нормальной работе может создать в конце всасывающей линии (в сечении 2 - 2) вакуум не более р_в. Данные о всасывающей линии (d, Δ, ∑ζ) и о жидкости (Q, η, ρ) и H₁ имеются.

Какова может быть максимальная длина этой линии?

Ответ:

Задача 2.2.48. Топливо Т-1 при t=40 ⁰С (см. прил. 4) по сифонному сливу (l = 12 м, d = 50 мм, трубы сварные новые) подается из резервуа­ра (см. рис. 2.2.25) с постоянным уровнем z_А – z_D = 5,1 м. Местные соп­ротивления показаны на рисунке, истечение — в атмосферу.

Какое давление р_и необходимо создать в резервуаре над жидкостью, чтобы расход равнялся 2,85 дм³/с?

Ответ: р_и = 10 кПа.

Задача 2.2.49. По трубопроводу (l = 300 м, d = 100 мм, трубы сварные умеренно заржавевшие, ∑ζ = 18) вода при t=10 ⁰С подается к пожарному брандспойту (конической трубке с цилиндрическим нако­нечником - соплом) с расходом Q = 20 дм³/с (рис. 2.2.26). Превышение обреза сопла над осью трубопровода h = 3 м.

Определить необходимый диаметр сопла d_с и избыточное давление в начальном, сечении трубопровода р_и исходя из условия, что струя воды должна достигать высоты Н = 15 м. Сопротивление воздуха снижает ее на 20%.

Ответ: d_с = 36 мм; р_и = 554 кПа.

Рис. 2.2.26. Рис. 2.2.27.

.

Задача 2.2.50. По трубопроводу (l = 20 км, трубы бесшовные, быв­шие в эксплуатации, l _экв = 3 % от l) перекачивается бензин (Q = 118 м³/с ρ = 720 кг/м³, ν = 4,5·10^-7 м²/с). Превышение конечной точки трубопровода над начальной z_к – z_н = 120 м, конечное избыточ­ное давление р_к = 10⁵ кПа., напор, создаваемый насосом, Н_нас = 264 м.

Определить диаметр трубопровода.

Ответ: d = 316 мм .

Задача 2.2.51. До какой температуры должно быть подогрето масло MС-20 (см. прил. 4), чтобы оно по трубопроводу (l = 60 м d = 80 мм трубы сварные новые) перетекло из верхнего резервуара в нижний (см. рис. 2.2.14) с расходом Q = 8,65 дм³/с. Известно, что р₁ = 50 кПа. р₂ = 34,4 кПа. Н = 3 м. Местными сопротивлениями пренебречь.

Решение можно получить или аналитическим способом, или построив график зависимости h_Д=h_Д(ν)

Ответ: t≈25 ⁰С

Задача 2.2.52. Сливное сифонное устройство (рис. 2.2.26) для периоди­ческого автоматического слива накапливающегося в резервуаре соляно­го раствора (ρ = 1050 кг/м³, η = 2·10^-3 Па·с) имеет общую длину l = 20 м при h₁ = 3,5 м; h₂ = 5 м; d = 50 мм; Δ = 1 мм; ∑ζ = 3.

Определить максимальный (при начале слива) и минимальный (пе­ред отключением) расход жидкости в сливном сифоне. Известно, что .

Пояснение. Сифонный слив начинает работать полным сечением при заполнении его жидкостью и прекращает при прорыве в него возду­ха через верхний конец. Инерционными эффектами пренебречь.

Ответ: Q_max = 5,59 дм³/с; Q_min = 4,29 дм³/с.