5.4 Гидравлические расчеты сложных трубопроводов

Различают четыре категории сложных трубопроводов.

I. Коллектор постоянного диаметра с распределенным по длине отбором продукции (раздаточный коллектор в резервуарах, отстойниках, сепараторах).

II. Коллектор переменного диаметра с распределенным по длине поступлением продукции (система сбора скважинной продукции).

III. Коллектор с параллельным участком трубопровода (байпас на водоводах).

IV. Замкнутый коллектор (кольцевой водовод).

Гидравлический расчет трубопровода I категории

Введем понятие о двух расходах:

- транзитный расход жидкости Q_T, который поступает на участки, примыкающие к рассматриваемому;

- путевой расход жидкости, который отбирается по длине коллектора, q_i.

Уравнение материального баланса

(5.36)

q_i - объемные расходы жидкости в ответвлениях.

Рис.5.2. Расчетная схема сложного трубопровода I категории.

Поскольку диаметр раздаточного коллектора одинаков на всем протяжении, а расходы жидкости на различных участках разные, то и режимы течения на каждом участке могут быть разные (рис.5.2).

Перепад давления при расчете сложных трубопроводов можно рассчитывать и по формуле Дарси-Вейсбаха и по формуле Лейбензона:

(5.37)

Для рассматриваемого случая перепад на 1-ом участке трубопровода будет:

На втором участке:

На n-ом участке:

Общий перепад по всей длине коллектора:

Таким образом, для сложного трубопровода I категории

(5.38)

общий перепад давления равен сумме падений давления по участкам.

Алгоритм решения задачи на определение перепада давления:

1. Находятся скорости движения жидкости по участкам.

2. Для каждого участка трубопровода определяется режим движения жидкости по значению параметра Rе и ε.

3. Рассчитывается коэффициент гидравлического сопротивления λ, если расчет ведется по формуле Дарси-Вейсбаха, или выбираются по табл. 5.1 значения коэффициентов β и m, если расчет ведется по формуле Лейбензона.

4. Рассчитываются потери давления на каждом участке.

5. Рассчитывается общая потеря давления по всей длине коллектора, как сумма потерь на отдельных участках.

Гидравлический расчет трубопровода II категории

Рис.5.3. Гидравлическая характеристика сложного трубопровода, состоящего из двух последовательно соединенных труб

Возможно два варианта трубопроводов данной категории.

Первый – последовательное соединение труб разного диаметра. В этом случае расход жидкости остается постоянным по всей длине трубопровода Q = const , а потери напора в трубопроводе будут равны сумме потерь напора на участках;

(5.39)

При графоаналитическом способе нахождения характеристики сложного трубопровода предварительно строятся характеристики каждого из его участков (рис.5.3). Затем они суммируются в единую характеристику всего трубопровода. Для этого для ряда произвольных значений Q_i, одинаковых для всех участков и трубопровода в целом, складываются соответствующие им значения h_i. Эти суммы для выбранных значений Q_i и являются потерями напора в трубопроводе (согласно выражению (5.39)).

Второй вариант – переменный диаметр трубопровода и переменный по длине расход.

Уравнение материального баланса:

(5.40)

Т

Рис.5.4. Расчетная схема сложного трубопровода II категории

ак как диаметры труб по участкам разные, то на разных участках возможны различные режимы течения (рис.5.4).

Алгоритм задачи на определение потери давления по всему трубопроводу аналогичен алгоритму предыдущей задачи.