Гидравлический расчет трубопроводов

Цель гидравлического расчета трубопровода заключается в определении по двум известным величинам третьей величины: расхода жидкости, напора на входе или диаметра труб.

Ознакомиться с классификацией трубопроводов. Изучить методики расчета простых коротких и длинных трубопроводов. При расчете коротких трубопроводов применяются уравнения Бернулли и неразрывности потока, формулы для определения потерь напора по длине и местных потерь. Расчет длинных трубопроводов ведется по упрощенному уравнению Бернулли. При этом пренебрегают скоростными напорами, так как они являются весьма малыми величинами по сравнению с другими членами уравнения. Следовательно, линия полной удельной энергии совпадает с пьезометрической. Местные потери напора принимаются равными 5…15% потерь напора по длине.

Рассмотреть принципы расчета трубопровода при параллельном и последовательном соединениях труб.

Уяснить особенности расчета потерь напора в трубопроводе с равномерно распределенным путевым расходом.

Изучить методику расчета разомкнутой (тупиковой) сети. Ознакомиться с расчетом сложного кольцевого трубопровода.

Понять принципы возникновения гидравлического удара в трубопроводе. Рассмотреть вывод формулы Н.Е. Жуковского для определения повышения давления при мгновенном закрытии затвора. Проанализировать формулу Н.Е. Жуковского для вычисления скорости распространения ударной волны в трубопроводе с упругой стенкой. Уяснить особенности расчета гидроудара при постепенном закрытии затвора. Ознакомиться со способами предотвращения и использования гидроударов.

Вопросы для самопроверки

 

1. Как классифицируются трубопроводы?

2. В чем различие расчетов коротких и длинных трубопроводов?

3. От каких факторов зависит сопротивление трубопровода?

4. Что такое экономически выгодный диаметр трубопровода и как он определяется?

5. Как определить общее сопротивление трубопровода при последовательном и параллельном соединении участков труб?

6. Как определяются потери напора в трубопроводе с равномерно распределенным путевым расходом при наличии транзитного расхода?

7. Объясните методику расчета сложного разомкнутого трубопровода.

8. Какие принципы положены в основу расчета сложного кольцевого трубопровода?

9. Что такое фаза гидравлического удара?

10. Как определить повышение давления при гидроударе?

11. От чего зависит скорость распространения ударной волны в жидкости?

12. Какие меры принимают для понижения давления при гидроударах?

13. В каких устройствах явление гидроудара используется в полезных целях?

 

Л и т е р а т у р а: [ 1, с. 64…72]; [ 2, с. 118…136]; [ 5, с. 115…135].

 

Гидравлические машины

 

Общие сведения о гидравлических машинах

 

Ознакомиться с общей классификацией гидравлических машин и областями их применения. Уяснить основные технические параметры, характеризующие работу гидравлической машины: подача (расход), напор (рабочий перепад давления), мощность полезная и потребляемая, коэффициент полезного действия.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Дайте общую классификацию гидравлических машин.

2. Объясните общие принципы действия лопастного и объемного насосов.

3. Как определить напор насоса по показаниям приборов?

4. Как определить полезную и потребляемую мощности насоса, гидромотора?

5. Объясните физический смысл объемного, гидравлического и механического коэффициентов полезного действия.

 

Л и т е р а т у р а: [ 1, с. 89…97]; [ 2, с. 154…161]; [ 3, с. 7…16, 22…27]; [ 5, с. 179…183].

Динамические насосы

 

В динамическом насосе жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Изучить устройство, принцип действия, основные правила эксплуатации центробежных (консольных, двухстороннего входа, многоступенчатых) и осевых насосов.

Выяснить, какие особенности конструктивного устройства имеют лопастные насосы, предназначенные для перекачивания гидросмесей (жидких кормов, навоза и пр.).

Уметь вывести основное уравнение лопастных насосов (уравнение Эйлера) и проанализировать, какие факторы влияют на величину напора. Ознакомиться с методикой параметрических испытаний и рабочими характеристиками насосов. Изучить основы теории гидродинамического подобия лопастных насосов: условия и критерии подобия; вывод основных уравнений, определяющих соотношение подач, напоров, мощностей, крутящих моментов подобных насосов; определение удельной частоты (или коэффициента быстроходности) и типизации рабочих колес по этому параметру. Знать, как пересчитываются характеристики насоса при изменении частоты вращения и диаметра рабочего колеса. Уметь определять режим работы насоса и подбирать нужный насос по каталогу. Знать способы регулирования режимов работы насоса, условия параллельного и последовательного соединения насосов для работы на сеть. Изучить явление кавитации, его влияние на работу насоса, определение допустимой высоты всасывания.

Ознакомиться с устройством, принципом действия, техническими характеристиками, применением вихревых насосов, струйных, ленточных, вибрационных, воздушных водоподъемников (эрлифтов); оценить их достоинства и недостатки.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Как уравновешиваются осевые силы рабочих колес в центробежных насосах?

2. Как устроены наиболее характерные уплотнения насосов?

3. Объясните устройство и принцип действия погружного насосного агрегата для подъема воды из артезианской скважины.

4. Каковы основные правила эксплуатации насосных агрегатов?

5. От каких факторов зависит напор центробежного насоса?

6. Как определяются номинальные параметры лопастного насоса?

7. Как пересчитать характеристики насоса на другую частоту рабочего колеса?

8. Как изменяются характеристики насоса при уменьшении диаметра рабочего колеса?

9. По каким параметрам подбирается нужный насос по каталогу?

10. Как построить напорные характеристики двух насосов, соединенных параллельно, последовательно, если известны напорные характеристики каждого из них?

11. Объясните явление кавитации и влияние его на характеристики насоса.

12. Как определить допустимую высоту всасывания центробежного насоса?

13. Объясните принцип действия вихревого насоса, струйного, вибрационного, воздушного водоподъемников, гидротарана.

 

Л и т е р а т у р а: [ 1, с. 97…141, 153…155]; [ 2, с. 161…240];

[ 3, с. 27…119]; [ 5, с. 184…210, 247…255].

 

Объемные насосы

 

В объемном насосе жидкая среда перемещается в результате периодического изменения объемов занимаемых ею камер, попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса.

Ознакомиться с общей классификацией и применением объемных насосов.

Изучить конструктивное устройство и основы теории поршневых кривошипных насосов. При этом уяснить понятия, характерные для любого вида объемного насоса: рабочий объем, осредненная и мгновенная подача, коэффициент неравномерности подачи. Выяснить, как определяется допустимая высота всасывания, от чего зависит объем воздушных колпаков.

Изучить конструкции, принцип действия, технические характеристики, достоинства и недостатки роторно-поршневых (радиальных и аксиальных), роторных (пластинчатых, шестеренных, винтовых, планетарных) насосов. Усвоить принципы регулирования и реверсирования подачи в роторно-поршневых насосах. Ознакомиться с особенностями испытаний и рабочих характеристик объемных насосов, с основными правилами их эксплуатации.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Как определяются рабочий объем, осредненная и мгновенная подача, коэффициент неравномерности подачи объемного насоса?

2. Объясните принцип действия поршневого, кривошипного, радиально-поршневого, аксиально-поршневого, пластинчатого, шестеренного, винтового, планетарного насосов.

3. Какие конструктивные решения обеспечили получение высоких давлений в каждом вышеназванном типе насоса?

4. Объясните принципы бесступенчатого регулирования подачи в радиально- и аксиально-поршневых насосах.

5. В чем заключаются особенности испытаний и рабочих характеристик объемных насосов (по сравнению с лопастными)?

 

Л и т е р а т у р а: [ 1, с. 141…152]; [ 2, с. 272…350]; [ 3, с. 183…198]; [ 5, с. 211…246].