Движение жидкости в трубопроводах Расчеты трубопроводов Классификация трубопроводов

Все трубопроводы можно разделить на простые и сложные. Простым называют трубопровод, состоящий из труб одинакового диаметра и не имеющий по пути ответвлений (например, шахтный водоотливной трубопровод), сложным - все остальные трубопроводы, состоящие из ряда простых, соединенных тем или иным образом (например, шахтный пневматический воздухопровод, городской водопровод и др.)

Различают короткие и длинные трубопроводы.

Короткими называют трубопроводы, потери напора в местных сопротивлениях которых, составляют более 5 – 10 % от потерь напора в прямых участках трубопровода. К ним относятся всасывающие трубопроводы насосных установок, гидролинии гидроприводов и пр. Длинными называются трубопроводы, в которых потери напора по длине настолько превышают местные потери напора, что последними без ущерба для точности расчета можно пренебречь, либо принять их ориентировочно равными 5 – 10 % от потерь напора по длине.

В зависимости от рода перемещаемой жидкости трубопроводы часто называют водопроводы, нефтепроводы, газопроводы и т.д.

Простой трубопровод

Рассмотрим простой короткий трубопровод, состоящий из прямолинейных участков и местных сопротивлений, и подсчитаем в нем потери напора, для чего воспользуемся принципом сложения потерь:

Если в этом выражении заменить скорость на и сделать приведение подобных членов, тогда

.

Обозначив выражение, стоящее в скобках, буквой R, получим

.

Величина R называется сопротивлением трубопровода и зависит от его длины, диаметра, местных сопротивлений, а при квадратичном законе сопротивления и от шероховатости, причем в последнем случае для данного трубопровода R=const.

Напорные характеристики трубопроводов

Рассмотрим простой трубопровод насосной установки. Для определения напора, необходимого на перемещение жидкости в этом трубопроводе, воспользуемся уравнением Бернулли. Проведем плоскость сравнения О - О и сечения I - I, II - II, III - III, IV - IV. Обозначим абсолютные давления на входе в трубопровод р_н и выходе из трубопровода р_к, а расстояния от плоскости сравнения до поверхности жидкости в нижнем резервуаре Н_вс (геометрическая высота всасывания) и до поверхности жидкости в верхнем резервуаре Н_н (геометрическая высота нагнетания). Сумму этих двух высот обозначим Н_вс + Н_н = Н_г и назовем ее геометрической высотой. В общем случае геометрическая высота это разность отметок уровней жидкости в местах входа и выхода ее из трубопровода.

Полный напор, необходимый для перемещения жидкости по трубопроводу (подъема ее и преодоления противодавления и сопротивлений в трубопроводе), создается в данном случае насосом и может быть выражен разностью полных напоров в сеченияхIII - III и II - II трубопровода (на выходе и входе в насос):

.

Если воспользоваться уравнением Бернулли и провести соответствующие преобразования получим уравнение напорной характеристики трубопровода:

.

Из уравнения видно, что полный напор расходуется в трубопроводе на преодоление статического противодавления ,подъем жидкости на высоту Н_г и преодоление сопротивлений.

Характеристикой трубопровода называется зависимость суммарной потери напора (или давления) в трубопроводе от расхода:

.

Эта характеристика имеет непростой вид. При очень малых расходах жидкости, когда в трубопроводе наблюдается ламинарный режим движения, это будет прямая, затем - кривая с показателем степени т у Q, изменяющимся от 1 до 2, и, наконец, при значительных расходах жидкости, когда в трубопроводе имеет место турбулентный режим и трубы являются гидравлически шероховатыми, - квадратичная парабола.

Но так как при выполнении расчетов водопроводов, шахтных водоотливных трубопроводов, пневматических воздухопроводов, вентиляционных сетей и др. приходится иметь дело, как правило, только с последним участком кривой, то условно считаем ее всю квадратичной параболой.

В токе пересечения кривой потребного напора и характеристики насоса имеется равенство между потребным напором и напором, создаваемым насосом. Эта точка называется рабочей точкой, так как всегда реализует режим работы насоса, ей соответствующий.