Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебное пособие.doc
Скачиваний:
470
Добавлен:
04.06.2015
Размер:
8.95 Mб
Скачать

6.2.3 Гидравлический расчет всасывающей линии насоса

Примем расчетные сечения на поверхности жидкости в резервуаре 1-1 и перед входом в насос 2-2 (рисунок 6.4). Плоскость сравнения совместима с сечением 1-1. Давление на поверхности жидкости равно атмосферному.

Составим уравнение Бернулли для указанных двух сечений:

. (6.19)

Так как 1=0,z1=0,z2=hвс,2=1,(Q– расход, а- площадь сечения трубопровода). С учетом этого уравнение (6.19) примет вид

. (6.20)

Рисунок 6.4

Так как - вакуумметрическая высота, то высота всасывания

, (6.21)

т.е. высота всасывания зависит от потерь напора во всасывающей линии насоса. Для надежной работы насоса обычно принимают hвс7…8 м.

6.3 Расчет длинных простых трубопроводов

6.3.1 Гидравлический расчет длинного простого трубопровода

Рассмотрим длинные трубопроводы, т.е. такие, в которых потери напора на преодоление местных сопротивлений пренебрежимо малы по сравнению с потерями напора по длине.

Для гидравлического расчета воспользуемся формулой ( ), для определения потерь напора по всей длине трубопровода

Простой длинный трубопровод представляет собой трубопровод с постоянным диаметром трубы, работающий под напором Н (рисунок 6.5).

Рисунок 6.5

Для расчета простого длинного трубопровода с постоянным диаметромзапишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2

.

Скорость 1=2=0, а давлениеP1=P2=Pат,тогда уравнение Бернулли при этих условиях примет вид

.

Следовательно, весь напор Нрасходуется на преодоление гидравлических сопротивлений по всей длине трубопровода. Так как мы имеем гидравлически длинный трубопровод, то, пренебрегая местными потерями напора, получим

. (6.22)

Но согласно формуле (6.1)

,

где

Таким образом, напор

(6.24)

6.3.2 Практический расчет длинного простого трубопровода

В напорном трубо­проводе постоянного диаметра d при постоянном расходе Q движе­ние жидкости является равномерным и установившимся, поэтому потери напора по длине трубопровода определяются по формуле Дарси (6.3), где коэффициент λ в общем случае явля­ется функцией двух величин: Re и относительной шероховатости.

Так как ,

то формулу Дарси

можно записать в виде

(6.25)

или

(6.26)

где - удельное сопротивление трубопровода.

Для области квадратичного закона сопротивления, где коэф­фициент λ, не зависит от числа Re, удельное сопротивление трубо­провода зависит только от шероховатости стенок трубы и ее диа­метра, поэтому для данной шероховатости стенок трубы и для каж­дого диаметра d, предусмотренного стандартом, составлены таблицы значений А, приводимые в гидравлических справочниках.

В качестве примера в таблице 6.1 приведены значения удельного сопротивления А для бывших в эксплуатации стальных и чугун­ных труб, работающих в квадратичной области сопротивления (при скорости  1.2 м/с).

Таблица 6.1. - Значения А для стальных и чугунных труб, бывших в эксплуатации, при скоростиv 1.2 м/с

d, мм

А, с26, для труб

d, мм

А, с26, для труб

стальных

чугунных

стальных

чугунных

75

1709

350

0.41

0.46

80

1168

400

0.206

0.233

100

267

368

450

0.109

0.119

125

106

111

500

0.062

0.068

150

45

41.8

600

0.024

0.026

175

19

700

0.0115

0.0115

200

9.27

9.03

800

0.00566

0.00567

225

4.82

900

0.00303

0.00305

250

2.58

2.75

1000

0.00174

0.00175

275

1.53

1200

0.00066

300

0.94

1.03

1400

0.00029

Для переходной области (при скорости движения воды в трубе < 1.2 м/с) удельное сопротивление трубопровода А0 определяется по формуле

(6.27)

где КП - поправочный коэффициент, учитывающий зависимость коэффициента гидравлического трения от числа Рейнольдса (таблица 6.2).

Таблица 6.2 - Значения коэффициента КП для стальных и чугунных труб в зависимости от скорости

, м/с

КП

, м/с

КП

0,2

1,41

0,8

1,06

0,3

1,28

0,9

1,04

0,4

1,2

1

1,03

0,5

1,15

1,1

1,015

0,6

1,115

1,2

1

0,7

1,085

Так как для простого длинного трубопровода Н=hl, то по формуле (6.26) можно записать

, (6.28)

а для переходной области

. (6.29)

При гидравлическом расчете простого трубопровода обычно из­вестны его длина l, материал и конфигурация. Неизвестной может быть одна из трех величин: Н, Q или d. В соответствии с этим могут быть рассмотрены три основные задачи.

1. Дано: d, l, Q; определить Н. При решении этой задачи предварительно определяют скорость по формуле

.

Если скорость 1,2 м/с, по таблицам находят удельное со­противление трубопровода А для заданного диаметра d и по форму­ле (6.28) вычисляют необходимый напор Н.

При скорости < 1,2 м/с для заданного диаметра d и полученной скорости по таблицам определяют А и Кп, по формуле (6.27) вычисляют А0, а по формуле (6.29) находят напор Н.

Пример 6.1 Определить напор, необходимый для пропуска расхода воды Q = 50 л/с через стальной трубопровод диаметром d = 250 мм и длиной 1200 м.

Решение. Скорость движения воды в трубе:

м/с.

По таблице 6.1 для заданного диаметра d = 250 мм находим А =2,58 с26, а по табл. 6.2 для = 1,02 м/с находим Кп =1.03.

По формуле (6.27) определяем А0:

А0= 1,032,58 = 2,66 с26.

Необходимый напор по формуле (6.29):

Н = 2,6612000,052 = 8 м.

2. Д а н о: d, l, Н; определить Q. Определяя по заданному диа­метру из таблиц значение А, находят пропускаемый трубопрово­дом расход Q по формуле

.

Зная расход, проверяют скорость . Если  1,2 м/с, то зада­ча решена, в противном случае по найденной скорости из таблиц определяют поправочный коэффициент Кп, находят А0 и определя­ют расход во втором приближении по формуле:

.

Обычно вторым приближением и ограничиваются, так как третье приближение отличается незначительно и на инженерный расчет существенного влияния не оказывает.

Пример 6.2. Определить расход воды в чугунной водопроводной трубе диаметром d = 200 мм, длиной l = 1000 м при располагаемом напоре H = 10 м.

Решение. Предварительно считаем, что  1.2 м/с. По табл. 6.1 для заданного диаметра d - 200 мм находим А = 9,03 с26.

Определяем расход воды:

м3/с.

Проверяем среднюю скорость движения воды в трубе:

м/с.

Так как = 1,05 < 1,2 м/с, то по табл. 6.2 определяем для = 1,05 м/с значение Кп = 1.02, а по формуле (6.27) находим А0 = 1,029,03=9,2 с26.

Определяем расход воды во втором приближении:

м3/с=33 л/с.

Полученный расход Q = 33 л/с можно считать окончательным расходом в трубопроводе.

3. Д а н о: l, Н, Q; определить d. Эта задача также решается методом последовательных приближений.

В первом приближении из уравнения (6.28) определяют удель­ное сопротивление трубопровода:

,

по которому из таблиц находят значение d.

Во втором приближении определяют скорость . Если скорость  1,2 м/с, задача решена. В противном случае определяют Кп и вычисляют А по уравнению

Пользуясь таблицами, вторично подбирают ближайший стан­дартный диаметр трубопровода.

Пример 6.3 Определить диаметр стального трубопровода и среднюю скорость движения воды в нем при следующих данных: Q = 100 л/с, Н = 15 м, l = 1500 м.

Решение. Определяем удельное сопротивление трубопровода:

При А= 1 с26 по табл. 6.1 подбираем ближайший стандартный диа­метр стального трубопровода d = 300 мм.

Определяем среднюю скорость при d => 300 мм:

Так как u = 1,41 > 1,2 м/с, то d = 300 мм подобран правильно.