Для стальных водопроводных труб

Диаметр трубопровода, мм	Рекомендуемая предельная скорость, м/с	Рекомендуемый предельный расход, л/с	Диаметр трубопровода, мм	Рекомендуемая предельная скорость м/с	Рекомендуемый предельный расход, л/с
50	0,96	3,1	400	1,36	184
75	1,07	5,8	500	1,40	315
100	1,15	11,7	600	1,49	443
125	1,19	16,6	700	1,52	561
150	1,23	21,8	800	1,53	776
200	1,34	46,0	900	1,57	987
250	1,34	71,0	1000	1,68	1335
300	1,35	103,0	1200	1,69	1919
350	1,35	140,0

3.3. Гидравлический расчет длинных трубопроводов

при последовательном и параллельном соединениях труб

Разных диаметров

При последовательном соединении труб разных диаметров (рис. 3.1, а) потери удельной энергии по длине складываются из суммы потерь на отдельных участках

, (3.16)

которые рассчитываются по расчетной зависимости (3.7).

Рис. 3.1. Схема соединения труб в длинном трубопроводе:

а – последовательное соединение;

б – параллельное соединение.

Если по трубопроводу расход идет транзитом через все участки, то его величина определяется по формуле

. (3.17)

При параллельном соединении труб разных диаметров (рис. 3.1, б) расход складывается из суммы расходов на отдельных линиях:

, (3.18)

а потери удельной энергии по длине одинаковы для всех параллельных линий. Определяются потери по формуле

. (3.19)

Тогда расход каждой линии определяется по формуле (3.6). Решение задачи ведется способом последовательных приближений, т.е. предварительно задаются квадратичной зоной сопротивления и принимают Q₁=Q₂=1,0. Вычисляют предварительный расход, а по его значению – среднюю скорость движения жидкости. Устанавливают фактическую зону сопротивления и при необходимости в зависимости (3.6), (3.17), (3.19) вводят поправочные коэффициенты и уточняют расчетные величины.

Распределение расходов по ветвям трубопровода при его параллельном соединении (см. рис. 3.1, б) можно определить и другим способом. Предварительно задаются квадратичной зоной сопротивления и принимают q₁ = 1,0. Затем выражаются расходы всех ветвей трубопровода через расход одной ветви. Например, расходы второй и третьей ветвей трубопровода через расход первой, т.е.

. (3.20)

Согласно формуле (3.18) общий расход потока, транспортируемый по трубопроводу,

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ +…+ Q_n = Q₁ + в₁ Q₁ +в₂Q₁ +…+ в_n_–1Q₁ =

= 1 + в₁ + в₂ +…+ в_n_–1)Q₁,

откуда

Q₁ = Q/(1 + в₁ + в₂+…+ в_n_-1). (3.21)

Из уравнений (3.20) соотношения расходов определяются предварительные расходы по параллельным ветвям трубопровода, а по их значениям – средние скорости движения потока. Устанавливается фактическая зона сопротивления и при необходимости в уравнения (3.20) вводят поправочный коэффициент q₁ и уточняют величины расходов.

Определив расходы по ветвям трубопровода, для одной из них по расчетной зависимости (3.7) находят потери напора по длине потока и общие потери.

Более подробно методику гидравлического расчета длинных трубопроводов при последовательном и параллельном соединениях труб разных диаметров рассмотрим на примере.

Пример 3.1. По горизонтальному новому чугунному трубопроводу, состоящему из трех последовательно соединенных участков труб разных диаметров: d₁ = 200 мм; d₂ = 150 мм; d₃ = 100 мм и длине l ₁ = 250 м; l ₂ = 200 м; l ₃ = 180 м, показанных на рис. 3.1,а, подается вода от водонапорной башни к потребителям в виде непрерывной раздачи на участках АВ – Q_p₁ = 10л/с и CD – Q_p₂ = 12л/с, а также транзитных расходов в узловые точки В – Q₁ = 6 л/с; С – Q₂ = 4 л/с; D – Q₃ = 7 л/с.

Определить отметку пьезометрической линии водонапорной башни Ñ^Б_п, если отметка пьезометрической линии в конце трубопровода Ñ^D_п = 15,0 м; как распределятся транзитные расходы на каждой линии трубопровода и изменится отметка пьезометрической линии в пункте А, если трубы соединить параллельно, а непрерывная раздача остается, как при последовательном соединении?

Решение. 1. Является очевидным, что при последовательном соединении труб разных диаметров отметка пьезометрической линии водонапорной башни

где K_м – коэффициент, учитывающий потери напора на местные гидравлические сопротивления и принимается K_м = 1,05…1,10.

В расчете принят K_м = 1,10.

Потери напора по длине определяются по расчетной завиисмости (3.7), для чего по зависимости (3.8) определяются на каждом участке трубопровода расчетные расходы и средние скорости движения воды, т.е.

Q^AB_расч = 0,55Q_p₁+Q_p₂+Q₁+Q₂+Q₃=0,55×10+12+6+4+7=34,5 л/с;

Q^ВС_расч = Q_p₂+Q₂+Q₃=12+4+7=23,0 л/с;

Q^CD_расч = 0,55Q_p₂+Q₃=0,55×12+7=13,6 л/с;

м/с;

м/с,

где площади сечения трубопроводов приняты по величинам диаметров трубопровода из табл.8 приложения в единицах измерения дм²×10.

По табл.9 приложения для новых чугунных труб для заданных диаметров определяются скорости, при превышении которых наступает квадратичная зона сопротивления, т.е.

= 3,1м/с;=2,95 м/с;м/с.

Сопоставляя средние скорости движения потока V c V_кв, видно, что на всех участках трубопровода движение потока происходит в неквадратичной зоне сопротивления и поэтому в расчетной зависимости (3.7) поправочный коэффициент на зону сопротивления q₂>1,0. Его значение определим по табл.10 приложения:

q₂^АВ = 1,20; q₂^ВС = 1,165; q₂^CD = 1,11.

По значению диаметров и материалу трубопровода по табл.8 приложения определяются удельные сопротивления:

А_кв^АВ=0,00647 с²/л²; А_кв^ВС=0,0296 с²/л²; А_кв^С^D=0,253 с²/л².

Подставив расчетные параметры в исходное уравнение (3.7), получим искомую величину

2. При параллельном соединении труб разных диаметров и длин потери напора по длине на каждой линии будут одинаковы и, предполагая движение в квадратичной зоне сопротивления, их величина определяется по формуле (3.19):

где , , – расходные характеристики соответствующих линий трубопровода для квадратичной зоны сопротивления. Принимаются по табл.8 приложения и составляют:

= 393,00 л/с; = 183,90 л/с; = 62,85 л/с.

Тогда предварительный расчетный расход для каждой линии трубопровода определится по формуле (3.6):

Затем определяется средняя скорость движения воды на каждой линии трубопровода:

По табл. 9 приложения определяются средние скорости V_кв, при превышении которых наступает квадратичная зона сопротивления:

V_кв1 = 3,10 м/с; V_кв2 = 2,95 м/с; V_кв3 = 2,80 м/с.

Из сопоставления скоростей V и V_кв видно, что на всех линиях трубопровода зона сопротивления неквадратичная. По значению средней скорости V и материалу трубопровода по табл. 10 приложения определяются поправочные коэффициенты на зону сопротивления, которые составят:

q₁¢ = 0,848; q₁¢¢ = 0,840; q₁¢¢¢ = 0,813.

С учетом поправочных коэффициентов во втором приближении уточняется величина потерь напора и расходов на каждой линии трубопровода:

Распределение расходов по линиям трубопровода при их параллельном соединении можно определить другим способом по зависимостям (3.20) и (3.21).Тогда

откуда

откуда .

В свою очередь, расчетный расход трубопровода

откуда

Предварительные расчетные расходы по остальным линиям трубопровода будут равны:

л/с;

л/с.

Так как предварительные расчетные расходы получились практически одинаковые, как в первом случае, то аналогичной будет и зона сопротивления, а следовательно, и поправочные коэффициенты на нее, т.е.