Основные расчетные задачи. Классификация трубопроводов


На практике встречается три основных типа задач, связанных с расчетом трубопроводов. На рисунке 8.1, по диагонали, расположены определяемые величины.

Тип I. Заданы: трасса трубопровода (т.е. длины всех его участков и геометрические высоты всех его точек), расходы во всех точках, где жидкость расходуется, давления в этих точках и диаметры участков труб. Известны также коэффициент кинематической вязкости жидкости и шероховатость стенок трубопровода.

Требуется определить напор  Н, который должен быть создан напорным устройством в начале трубопровода.

Тип II. Заданы: трасса трубопровода, диаметры труб, давления в точках расходования жидкости и начальный напор. Как и в первом типе задачи известны коэффициент кинематической вязкости жидкости и шероховатость стенок трубопровода.

Требуется определить расход жидкости  Vc.

Тип III. Заданы: трасса трубопровода, начальный напор, расход жидкости, коэффициент кинематической вязкости жидкости и шероховатость стенок трубопровода.

Требуется определить диаметр трубопровода .

В качестве основных расчетных зависимостей при решении этих задач используют:

1. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости (3.27) и уравнение неразрывности (3.8);

2. Формулы для определения потерь напора:

а) потери на терние при ламинарном режиме движения жидкости – формула Пуазейля (5.11);

б) потери на трение при любом режиме движения – формула Дарси  (4.24) с определением коэффициента гидравлического сопротивления  по формулам (5.13), (6.21), (6.22), (6.23), (6.24) и (6.25);

в) потери напора на преодоление местных сопротивлений – формула Вейсбаха (7.1).

Если в формуле Дарси среднюю скорость  заменим через расход жидкости , то получим зависимость для определения потерь напора по длине трубопровода в зоне квадратичного сопротивления, которую называют второй водопроводной формулой

.                   (8.1)

где  – удельное сопротивление трубопровода.

В зависимости от величины местных потерь напора все трубопроводы можно разделить на гидравлически длинные и гидравлически короткие.

Трубопроводы, у которых основными потерями напора являются потери по длине, а местными потерями напора и скоростным напором можно пренебречь, называют гидравлически длинными трубопроводами. В отдельных случаях местные потери напора, составляющие 5¸10% потерь напора по длине, могут быть учтены соответствующим коэффициентом .

Трубопроводы, у которых местные потери напора и скоростной напор соизмеримы с потерями напора по длине , называют гидравлически короткими трубопроводами.

Кроме того, различают трубопроводы простые и сложные.

Простым называют такой трубопровод без ответвлений, который имеет по всей длине одинаковое сечение, или состоит из ряда последовательно соединенных труб различного сечения.

Сложными (Рис. 8.2) называют трубопроводы, имеющие магистраль с ответвлениями в разных точках. В свою очередь сложные трубопроводы делятся на тупиковые (Рис. 8.2 а) и кольцевые (Рис. 8.2 б). Расчет таких трубопроводов значительно сложнее, чем простых. Однако, некоторые задачи, относящиеся к сложным трубопроводам, можно решать, рассматривая отдельные их элементы как простые.

 

Отходящие от магистрали участки трубопровода называют ветвями, а  места ответвлений – узлами. Кольцевой трубопровод, в отличие от тупикового, обеспечивает надежную, бесперебойную подачу жидкости за счет возможного изменения направлений ее движения.

 В зависимости от условий отбора жидкости различают трубопроводы с транзитным и путевым расходом. В первых – жидкость расходуется только в конечных точках ответвлений трубопровода, во вторых – происходит непрерывная раздача ее на отдельных участках.

И, наконец, по принципу работы все трубопроводы делят на напорные и безнапорные. Движение жидкости в напорных трубопроводах происходит благодаря разности напоров (давлений) в начальном и конечном сечениях. Эта разность может быть создана при помощи насоса, уровня жидкости или под действием давления газа в резервуаре, из которого происходит истечение жидкости. В напорных трубопроводах жидкость заполняет все живое сечение потока. Безнапорные трубопроводы, как правило, самотечные трубопроводы, которые работают не полным сечением с образованием свободной поверхности.