8.4. Гидравлический расчет напорных трубопроводов

8.4.1. Классификация трубопроводов. Задача гидравлического расчета трубопроводов

Трубопроводы широко применяются для перемещения различных жидкостей (вода, нефть, бензин, различные растворы и т.д.) и изготавливаются из металла, бетона, дерева, пластмасс.

По степени заполнения поперечного сечения жидкостью различают напорные и безнапорные трубопроводы. В напорных трубопроводах жидкостью заполнено полностью все поперечное сечение, а в безнапорных - часть поперечного сечения и имеется свободная поверхность.

По виду потерь напора бывают короткие и длинные трубопроводы.

Короткие трубопроводы - это такие трубопроводы, у которых местные потери напора соизмеримы с потерями напора по длине.

Длинные трубопроводы - это трубопроводы, у которых местные потери напора незначительны и не превышают 10% от потерь по длине.

В свою очередь, длинные трубопроводы разделяются на простые и сложные.

Простые трубопроводы выполняют без ответвлений, сложные изготавливают с отверстиями, переменной длины и диаметра и могут соединяться как последовательно, так и параллельно.

Задачи гидравлического расчета трубопровода заключаются в определении для заданной длины по двум величинам третьей неизвестной величины: расхода жидкости Q, потери напора h_w, диаметра трубопровода d.

8.4.2. Расчет коротких трубопроводов

Рассмотрим короткий трубопровод с местным сопротивлением, присоединенным к резервуару, заполненному жидкостью. Истечение жидкости в атмосферу из трубопровода длиной l и диаметром d происходит под постоянным напором H ( рис. 49 ).

Рис. 49

При заданных длине l и диаметре трубопровода d необходимо определить скорость движения жидкости v и расход Q.

Составим уравнение Бернулли для сечений 1 и 2. При этом считаем, что и .

или

,

где h_w - суммарные (местные и по длине) потери напора между сечениями 1 и 2, которые можно представить в виде зависимости

,

где

.

Формулу можно записать в следующем виде

.

Отсюда найдем скорость истечения

,

где j - коэффициент скорости.

Расход, пропускаемый коротким трубопроводом

.

8.4.3. Расчет длинных трубопроводов при последовательном соединении труб

Рассмотрим трубопровод, состоящий из последовательно соединенных длинных труб разного диаметра d₁,…, d_n и длины l₁,…, l_n при постоянном расходе жидкости по длине трубопровода ( рис. 50 ).

Рис. 50

Расчет сводится к определению суммарных потерь напора по длине трубопровода, так как местными потерями пренебрегают

.

Преобразуем выражение для потери напора по длине

,

где - расходная характеристика.

Тогда

.

Формула показывает, что трубопровод, составленный из последовательно соединенных труб разного диаметра и длины, можно рассматривать как простой трубопровод, суммарные потери напора, в котором равны сумме потерь напора составляющих его труб.

Формула позволяет решить и обратную задачу, т.е. при заданных напоре, диаметре труб вычислить расход Q :

.

8.4.4. Расчет трубопровода при параллельном соединении труб

Особенность гидравлической схемы работы трубопровода при параллельном соединении труб состоит в том, что все трубы работают под действием напора ( рис. 51 ), который необходим для преодоления потерь напора по длине h_l. При этом следует иметь в виду, что во всех ответвлениях параллельных труб потери напора будут одинаковыми.

.

Рис. 51

Расчет трубопровода при параллельном соединении труб сводится к составлению для каждого ответвления уравнения

, ,

и общего уравнения для расхода жидкости в трубопроводе

.