Гідравлічні розрахунки трубопроводів

Трубопроводи підрозділяються на прості і складні, на короткі і довгі.

Простим трубопроводом називається трубопровід, що складається з труб одного або декількох діаметрів, розташованих в одну лінію і таки, що не мають відгалужень.

Прості трубопроводи можуть бути короткими і довгими.

Короткими називаються трубопроводи порівняно невеликої довжини, у яких місцеві втрати напору є достатньо істотними, складаючи не менше 5-10% (і більше) втрати напору за довжиною. Прикладами коротких трубопроводів можуть бути: всмоктувальна лінія насоса, бензопровід, що надає паливо з бензобака в карбюратор, сифонний трубопровід та ін.

Довгими трубопроводами називаються трубопроводи, що мають значну протяжність, в яких втрати напору за довжиною є основними, місцеві втрати в них складають до 5% втрат за довжиною. Прикладами довгих трубопроводів можуть бути трубопроводи для транспортування нафтопродуктів на значні віддалі, трубопроводи водопровідних мереж, тобто магістральні.

Складні трубопроводи, це трубопроводи з відгалуженими. Вони бувають тупикові, паралельно-розгалужені, кільцеві.

Трубопроводи можуть бути з транзитною, шляховою і змішаною витратами рідини.

Гідравлічний розрахунок простого (короткого і довгого) припускає наявність діаметра d, довжини L трубопроводу, також наявності напору Н (тиску) для здійснення (як правило) технологічно заданої витрати рідини Q. Практично одну з цих величин, при наявності останніх необхідно визначити.

Знання і уміння застосовувати для конкретних умов рівняння Бернуллі і закону нерозривності потоку, а також, відповідно до режимів руху рідини находження втрат напору (тиску) в залежності від зон гідравлічних опорів, дають можливість визначити будь-які невідомі в задачі параметри.

гідравлічний розрахунок простого (і водночас) короткого трубопроводу.

Приклад 1. Визначити показання вакуумметра, встановленого на вході у відцентровий насос. Витрата рідини Q, довжина L, і діаметр d_вс всмоктувального трубопроводу, температура рідини, еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні труби D_eкв, висота всмоктування (відстань від вільної поверхні всмоктувальної місткості до осі насоса) H_вс – відомі. Схема всмоктувального трубопроводу з насосом і всмоктувальної ємності і всіма іншими позначеннями, необхідними для розрахунку приведені на рис. 46.

З метою визначення показання вакуумметра застосуємо рівняння Бернуллі. Для чого проведемо перерізи 1-1 і 2-2 на кінцях робочої ділянки, а також площину порівняння. Робоча ділянка, на якій здійснюється процес всмоктування, знаходиться між перерізами 1-1, що проведений через потік в трубі відповідно вільної поверхні рідини у всмоктувальній ємності, і перерізом 2-2, що проходить через точку, де встановлений вакуумметр (перед входом в насос).

Рівняння Бернуллі записується для двох перерізів 1-1 і 2-2:

,

де z₁ – відстань (за вертикаллю) від центра ваги поперечного перерізу 1-1 до площини порівняння, яка проводиться через нижній переріз, тобто 1-1.

Рис. 46

Абсолютний тиск в трубі в перерізі 1-1 Р₁ ( – п’єзометричний напір в цьому перерізі, м ст.рідини) , де

– втрата напору на довжині а-б

– втрата напору при проходженні рідини через сітку зі зворотнім клапаном;

z₁ =0, так як переріз 1-1 співпадає з площиною порівняння;

z₂ – відстань (за вертикаллю) від центра ваги поперечного перерізу труби в другому перерізі до площини порівняння

z₂₌H_вс

v ₁ і v ₂ – швидкості рідини відповідно в перерізах 1-1 і 2-2;

так як труба по всій довжині однакова, то v ₁ = v ₂

- втрати напору між перерізами 1-1 і 2-2;

;

де – втрати напору по довжині між перерізами 1-1 і 2-2;

– втрата напору на повороті (поворот плавний на 90⁰);

– втрата напору при проходженні рідини крізь засувку.

Підставимо всі ці дані в рівняння Бернуллі

.

Представимо це рівняння у такому вигляді

де p₂ – абсолютний тиск у другому перерізі

р₂=р_вс; р_вс<р_ат;

– втрата напору по всій довжині всмоктувальної труби (від сітки зі зворотнім клапаном до вакуумметра)

– сума втрат напору при проходженні рідини через місцеві опори на всмоктувальній лінії

.

так як ,

то ,

або

. (132)

Тобто, показання вакуумметра представляє собою суму висоти всмоктування і всіх гідравлічних опорів по довжині всмоктувального трубопроводу.

– розраховується, як показано раніше.

– вибираються в довідниках відповідно до діаметра трубопроводу.