Гидравлический расчет коротких трубопроводов

21. Всасывающий трубопровод насоса (рис. 3.1) имеет длину l =5 м и диаметр d=32 мм. Высота всасывания насоса h=0,8 м, атмосферное давление р_ат =100 кПа. Насос подает минеральное масло при расходе Q= 50 л/мин, кинематической вязкости n=10 сСт, плотности r= 890 кг/м³. Коэффициенты местных сопротивлений: плавного поворота – 0,1, вентиля – 4,5, фильтра – 10. Определить давление р₂ на входе в насос.

22. Всасывающий трубопровод центробежного насоса (рис. 3.1) имеет длину l =9 м, диаметр d=100 мм, высоту выступов шероховатости D=0,2 мм. Подача насоса Q=8 л/с, температура воды t=20°С, атмосферное давление р_ат =100 кПа. Коэффициенты местных сопротивлений: плавного поворота – 0,1, вентиля – 0,5, сетки с обратным клапаном – 10. Определить высоту всасывания насоса h, при которой вакуумметрическое давление на входе в насос равно р_в =60 кПа.

23. Из резервуара (рис. 3.2), в котором поддерживаются постоянный уровень Н=18 м и избыточное давление р_м =100 кПа, подается вода по трубопроводу, состоящему из двух последовательно соединенных труб, диаметры и длины которых соответственно равны d₁=75мм, d₂ =50 мм, а l ₁ = l ₂ = 20 м. Коэффициенты гидравлического трения их l₁ =0,027, l₂ = 0,030. На конце второй трубы установлен конусный (поворотный) кран. Определить расход воды при угле поворота крана q = 20°.

24. По новому стальному трубопроводу, состоящему из двух последовательно соединенных труб (рис. 3.2), вода выливается в атмосферу из резервуара, в котором поддерживаются постоянными уровень Н=5,4 м и манометрическое давление р_м. Определить величину манометрического давления р_м для обеспечения расхода Q=7,0 л/с при следующих данных: диаметры труб d₁ =75 мм, d₂ =50 мм; длины – l ₁= 25 м, l ₂ = 34 м, температура воды t=20°С, угол открытия крана q =20°.

25. Вода из верхнего резервуара (рис. 3.3) подается в нижний резервуар по стальному новому трубопроводу диаметром d =80 мм и длиной l = 30 м, имеющему два резких поворота (колена) на углы b₁=90° и b₂ =45°. Разность уровней в резервуарах Н=2,5 м, температура воды – 20°С. Определить расход воды в трубопроводе.

26. Определить внутренний диаметр d сифона, предназначенного для переброски воды из верхнего резервуара в нижний (рис. 3.3) при постоянной разности уровней Н=2,0 м, расходе Q=5,0 л/с. Трубопровод стальной, оцинкованный, не новый, длина его 25 м, температура воды 25°С.

27. Насос (рис. 3.4) подает воду на высоту h=8 м по стальному не новому трубопроводу диаметром d =50 мм и длиной l = 20 м, на котором имеются обратный клапан, вентиль с прямым затвором, два резких поворота на углы b₁=60° и b₂ =30°. Расход Q=2,5 л/с, давление в конце трубопровода р₂ =150 кПа, температура воды – 15°С. Определить давление р₁ в начале трубопровода (на выходе из насоса).

28. Из резервуара А в резервуар В за счет сжатого воздуха подается минеральное масло (рис. 3.5) по новому стальному трубопроводу диаметром d =25 мм при температуре t = 15°С. Определить величину манометрического давления р_м для обеспечения расхода Q= 1 л/с при следующих данных: длина трубопровода l = 18 м, перепад уровней в резервуарах Н=4,0 м, кинематическая вязкость и плотность масла соответственно равны – n=10 сСт и r=890 кг/м³, атмосферное давление р_ат=100 кПа, угол открытия крана q =30°.

29. Из закрытого резервуара А (рис. 3.5) с манометрическим давлением на поверхности р_м=300 кПа вода подается в открытый резервуар В на высоту Н=5 м. Трубопровод стальной новый длиной l = 13 м диаметром d=75 мм, коэффициент гидравлического трения l₁ =0,03. Определить расход Q при полностью открытой задвижке и температуре воды t=20°С.

30. Из резервуара А (рис. 3.6) минеральное масло выливается в резервуар В по стальной трубе диаметром d=20 мм, в конце которой имеется пробковый кран. Определить, за какое время заполнится резервуар В объемом V=10 л, если Н=1,5 м, длина трубопровода l = 3,2 м, высота выступов шероховатости D=0,1 мм, плотность масла r_м=890 кг/м³, кинематическая вязкость n=50 сСт. Кран полностью открыт.

Короткими называются в гидравлике трубопроводы, в которых потери энергии на местных сопротивлениях соизмеримы с потерями энергии по длине потока. Поэтому наряду с потерями по длине необходимо учесть потери энергии на каждом местном сопротивлении.

Гидравлический расчет короткого трубопровода выполняется на основе применения уравнения Д. Бернулли для двух выбранных сечений потока, а также уравнения расхода.

При составлении уравнения Бернулли целесообразно руководствоваться следующим. Расчетные сечения удобно выбирать там, где известно давление, но в уравнение должна попасть и искомая величина. На участке потока между сечениями не должно быть источника или потребителя энергии (насоса или гидродвигателя). Нумерация выбранных сечений 1 и 2 производится по направлению потока. Плоскость сравнения (отсчета) выбирается горизонтальной. По высоте ее можно назначать произвольно, но чаще всего ее удобнее проводить через центр тяжести нижнего сечения. Геометрический напор z выше плоскости сравнения считается положительным, а ниже – отрицательным.

Написанное в общем виде уравнение Бернулли преобразуется к расчетному виду согласно условию задачи, из него находится искомая величина. Если в полученном расчетном уравнении окажется более одной неизвестной величины, то оно решается либо методом подбора, либо методом последовательных приближений. Эти методы достаточно освещены в рекомендуемой литературе, например в [ 5, с. 123…126].