КПК ГО-12 (Большакова Г.П.): лабораторная работа 6

лабораторная работа 6

Лабораторная работа: «Расчёт технологических процессов в системах газоснабжения с использованием электронных таблиц»

Цель работы:
Освоить методику расчёта основных параметров систем газоснабжения (расход газа, потери давления, диаметры трубопроводов) с применением электронных таблиц (Microsoft Excel / LibreOffice Calc). Сформировать навыки автоматизации типовых инженерных вычислений в профессиональной деятельности специалиста по газоснабжению.

Продолжительность: 2 академических часа.

Оборудование и ПО:

Персональный компьютер с установленным ПО для работы с электронными таблицами;
Методические указания по выполнению работы;
Справочные данные по нормативам газоснабжения (СП 42-101-2003, ГОСТ 5542-2022).

Задание 1. Расчёт часового расхода газа для жилого микрорайона

Создайте таблицу исходных данных:
- количество домов;
- число квартир в доме;
- норма расхода газа на 1 квартиру (принять $3, 0 м^{3} / ч$ );
- коэффициент одновременности (задать в диапазоне $0, 3$ – $0, 7$ в зависимости от количества квартир).
Рассчитайте:
- общий расход газа без учёта коэффициента одновременности:
  
  $Q_{общ} = N_{кв} \cdot q_{кв},$
  
  где $N_{кв}$ — общее число квартир, $q_{кв}$ — норма расхода на квартиру;
- скорректированный расход с учётом коэффициента одновременности $K_{одн}$ :
  
  $Q_{расч} = Q_{общ} \cdot K_{одн} .$
Постройте диаграмму зависимости $Q_{расч}$ от числа квартир при разных $K_{одн}$ .

Задание 2. Гидравлический расчёт газопровода низкого давления

Задайте исходные данные:
- расчётный расход газа $Q$ ( $м^{3} / ч$ );
- длина участка $L$ ( $м$ );
- допустимые потери давления $Δ P$ ( $Па$ );
- плотность газа $ρ$ ( $0, 73 кг / м^{3}$ ).
Используя формулу Дарси–Вейсбаха, рассчитайте необходимый диаметр трубы $d$ ( $мм$ ):

$Δ P = λ \cdot \frac{L}{d} \cdot \frac{v ^{2}}{2} \cdot ρ,$

где $λ$ — коэффициент гидравлического трения (принять $0, 02$ ), $v$ — скорость газа ( $м / с$ , не более $7 м / с$ ).
Реализуйте расчёт в электронной таблице с подбором диаметра из стандартного ряда ( $20$ , $25$ , $32$ , $40 мм$ ). Выведите сообщение «Диаметр подходит» / «Диаметр не подходит» для каждого варианта.

Задание 3. Анализ эффективности системы газоснабжения

Составьте сводную таблицу с данными по 5 участкам газопровода:
- расход газа;
- длина участка;
- фактический диаметр;
- фактические потери давления.
Рассчитайте:
- суммарные потери давления по системе;
- процент отклонения от допустимых значений;
- экономию газа при оптимизации диаметров (предположив снижение скорости до $5 м / с$ ).
Постройте график «Потери давления по участкам» и сделайте вывод о наиболее проблемных зонах.

Требования к оформлению отчёта

Отчёт должен содержать:

Титульный лист (по стандарту учебного заведения).
Цель работы и краткое описание задач.
Расчётные таблицы с формулами (скриншоты или распечатки).
Графики и диаграммы.
Выводы по каждому заданию (не менее 3–4 предложений).
Ответы на контрольные вопросы (см. ниже).

Контрольные вопросы

Какие нормативные документы регламентируют расчёты систем газоснабжения?
Почему важно учитывать коэффициент одновременности при расчёте расхода газа?
Как влияет диаметр трубы на потери давления в газопроводе?
В каких случаях применяется формула Дарси–Вейсбаха?
Какие преимущества даёт использование электронных таблиц для инженерных расчётов?

Критерии оценки

5 (отлично): все задания выполнены корректно, отчёт оформлен по требованиям, ответы на вопросы полные и точные.
4 (хорошо): 1–2 ошибки в расчётах, незначительные недочёты в оформлении, ответы на вопросы в целом верные.
3 (удовлетворительно): 3–4 ошибки в расчётах, отчёт неполный, ответы на вопросы поверхностные.
2 (неудовлетворительно): более 4 ошибок, отсутствие ключевых расчётов или выводов.

Ниже приведены готовые формулы для ввода в ячейки табличного процессора (Excel / LibreOffice Calc) по каждому заданию лабораторной работы. Предполагается, что исходные данные размещены в столбцах A–D, расчёты — в E–G, а вспомогательные константы — в отдельных ячейках (например, в H1–H5).

Задание 1. Расчёт часового расхода газа

Исходные данные (пример размещения):

A2: количество домов ( $N_{дом}$ );
B2: число квартир в доме ( $N_{кв / дом}$ );
C2: норма расхода на квартиру $q_{кв} = 3, 0 м^{3} / ч$ ;
D2: коэффициент одновременности $K_{одн}$ (0,3–0,7).

Формулы:

Общее число квартир ( $N_{кв}$ ):
```
=A2*B2
```
Ячейка E2
Общий расход без коэффициента ( $Q_{общ}$ ):
```
=E2*C2
```
Ячейка F2
Расчётный расход с коэффициентом ( $Q_{расч}$ ):
```
=F2*D2
```
Ячейка G2

Для диаграммы:

Ось X: значения $N_{кв}$ (столбец E);
Ось Y: $Q_{расч}$ (столбец G) при разных $K_{одн}$ (можно скопировать таблицу для 3–5 вариантов D2).

Задание 2. Гидравлический расчёт газопровода

Исходные данные:

A5: расход газа $Q$ ( $м^{3} / ч$ );
B5: длина участка $L$ (м);
C5: допустимые потери давления $Δ P$ (Па);
D5: плотность газа $ρ = 0, 73 кг / м^{3}$ ;
E5: коэффициент трения $λ = 0, 02$ ;
F5: максимальная скорость $v = 7 м / с$ .

Вспомогательные расчёты:

Скорость газа $v$ (м/с) через диаметр $d$ (мм):

$v = \frac{4 \cdot Q}{3600 \cdot π \cdot ( d /1000 ) ^{2}}$

В Excel (для диаметра в ячейке H5):
```
=4*A5/(3600*PI()*(H5/1000)^2)
```
Ячейка I5
Потери давления $Δ P_{расч}$ (Па) для заданного $d$ :

$Δ P_{расч} = λ \cdot \frac{L}{d /1000} \cdot \frac{v ^{2}}{2} \cdot ρ$

В Excel:
```
=E5*(B5/(H5/1000))*(I5^2/2)*D5
```
Ячейка J5

Проверка условия ( $Δ P_{расч} \leq Δ P$ ):

=IF(J5<=C5, "Диаметр подходит", "Диаметр не подходит")

Ячейка K5

Подбор диаметра:

В столбце H введите стандартные диаметры: 20, 25, 32, 40 (мм).
Для каждого значения H5–H8 рассчитайте I5–I8, J5–J8, K5–K8 по формулам выше.

Задание 3. Анализ эффективности системы

Исходные данные (таблица на 5 строк, столбцы A–D):

A10–A14: расход газа $Q_{i}$ ( $м^{3} / ч$ );
B10–B14: длина участка $L_{i}$ (м);
C10–C14: фактический диаметр $d_{i}$ (мм);
D10–D14: фактические потери $Δ P_{i}$ (Па).

Расчёты:

Суммарные потери давления ( $\sum Δ P$ ):
```
=SUM(D10:D14)
```
Ячейка E10
Процент отклонения от допустимых потерь ( $Δ P_{доп}$ в ячейке F10):

$Отклонение = (\frac{\sum Δ P}{Δ P _{доп}} - 1) \cdot 100%$

В Excel:
```
=(E10/F10-1)*100
```
Ячейка G10
Экономия газа при снижении скорости до $5 м / с$ :
- Рассчитайте новый расход $Q_{нов}$ для каждого участка:
  
  $Q_{нов} = \frac{π \cdot ( d _{i} /1000 ) ^{2} \cdot 5 \cdot 3600}{4}$
  
  В Excel (для первой строки, ячейка H10):
```
=PI()*(C10/1000)^2*5*3600/4
```
- Экономия по участку:
```
=A10-H10
```
  Ячейка I10 (протянуть до I14)
- Общая экономия:
```
=SUM(I10:I14)
```
  Ячейка J10

Для графика «Потери давления по участкам»:

Ось X: номера участков (A10–A14);
Ось Y: $Δ P_{i}$ (D10–D14).

Примечания

Единицы измерения:
- Диаметр в формулах переведён из мм в м ( $d /1000$ ).
- Расход $Q$ в $м^{3} / ч$ переведён в $м^{3} / с$ делением на 3600.
Константы:
- $π$ в Excel: функция PI().
- Плотность газа $ρ$ и $λ$ можно зафиксировать в отдельных ячейках (например, D5 и E5).
Условные обозначения:
- Ячейки с исходными данными (A–D) выделяются цветом.
- Расчётные ячейки (E–J) содержат формулы.

Last modified: Tuesday, 2 December 2025, 9:27 AM

КПК ГО-12 (Большакова Г.П.)