Формулі для розрахунку газових мереж низького тиску
6.2 Розрахункові витрати газу в газових мережах
низького тиску
Із формули (6.3) видно, що за наявності рівномірного шляхового відбору газу витрата газу є змінною по довжині газопроводу, максимальною на початку і мінімальною в кінці трубопроводу. При виборі необхідного діаметра газопроводу виникає питання, яку витрату газу брати до уваги. Очевидно, що вибір діаметра треба проводити за усередненим за певною методикою значенням витрати газу на ділянці.
Витрата газу, за якою визначається необхідний діаметр газопроводу, називається розрахунковою.
Розрахунковою витратою газу на ділянці газопроводу будемо називати таку еквівалентну, постійну по довжині трубопроводу витрату, яка спричинює втрати тиску газу, що дорівнюють втратам тиску для дійсної, змінної за величиною витрати газу (див. рисунок 6.3).
Рисунок 6.3 - Cхема для пояснення поняття розрахункової
витрати газу для ділянки газової мережі
Втрати тиску від тертя при розрахунковій постійній по довжині витраті газу згідно з формулою (6.8)
.
(6.9)
Втрати тиску від тертя при фактичній змінній по довжині витраті газу згідно з формулою (6.6)
.
(6.10)
Критерій переходу від фактичної до розрахункової витрати газу на ділянці газової мережі низького тиску
.
(6.11)
Спільне розв‘язування рівнянь (6.9) - (6.11) дає формулу для розрахункової витрати газу на ділянці мережі низького тиску
.
(6.12)
Із формули (6.12) видно, що розрахункова витрата газу залежить від режиму руху газу (коефіцієнта режиму ) і співвідношення транзитних і шляхових витрат газу на ділянці газопроводу.
Для ламінарного режиму руху газу = 1, з урахуванням цього формула (6.12) після математичних перетворень приймає вигляд
.
(6.13)
Результати досліджень свідчать, що при різних режимах руху газу та різних співвідношеннях транзитних і шляхових витрат газу на ділянці газопроводу коефіцієнт біля шляхової витрати у формулі (6.13) змінюється у вузьких межах від 0,5 до 0,58. Тому широко застосовуються такі наближені формули для визначення розрахункових витрат газу:
для турбулентного режиму руху газу
,
(6.14)
незалежно від режиму руху газу на ділянці згідно з рекомендаціями ДБН В. 2.5-20
. (6.15)
Математичні моделі (6.14) і (6.15) можуть бути використані в методиках гідравлічного розрахунку газових мереж низького тиску.
6.3 Границі використання розрахункової моделі газопроводу з рівномірним відбором газу
Визначимо умови, за яких може бути застосована модель газопроводу низького тиску з рівномірним і неперервним відбором газу по довжині.
Розглянемо
ідеалізований випадок, коли транзитна
витрата газу відсутня (
),
величини відборів газу однакові (
=
),
відстані між відборами рівні між собою
(
)
(див. рисунок 6.4). Кількість шляхових
відборів газу становить
.
Спочатку розрахуємо газопровід зі змінною по довжині витратою газу більш точно, по ділянках, тобто за розрахунковою моделлю зосередженого відбору газу. Розрахунковим виразом для визначення втрат тиску від тертя є формула (6.8).
Рисунок 6.4 - Розрахункова схема газової мережі низького тиску
Попередньо знаходимо витрати газу для кожної ділянки:
для
-ої
ділянки
;
для
(
-1)-ої
ділянки
;
(6.16)
......................................................................
для
1-ої ділянки
;
Втрати тиску від тертя для кожної ділянки:
для -ої ділянки
,
(6.17)
для першої ділянки
,
(6.18)
де
- сталий комплекс параметрів
.
(6.19)
Врахувавши, що загальні втрати тиску від тертя в газовій мережі дорівнюють сумі втрат тиску на ділянках, одержуємо такий вираз
.
(6.20)
Враховуючи,
що
,
зводимо вираз (6.20) до вигляду
.
(6.21)
Визначимо загальні втрати тиску для газопроводу, зображеного на рисунку 6.4, використовуючи методику рівномірного відбору газу по довжині. Розрахунковим виразом є формула (6.7), яка для конкретних умов газопостачання приймає вигляд
.
(6.22)
Обчислимо похибку, яку ми допускаємо при використанні розрахункової формули (6.22)
.
(6.23)
.
(6.24)
Із формули (6.24) випливає, що похибка при використанні моделі рівномірного відбору газу для розрахунку газопроводів низького тиску залежить від кількості шляхових відборів і режиму руху газу .
Для
ламінарного режиму руху газу
,
тоді
.
(6.25)
З врахуванням виразу (6.25) формула (6.24) приймає вигляд
.
(6.26)
Для
квадратичної зони тертя турбулентного
режиму руху газу
,
тоді
.
(6.27)
З врахуванням виразу (6.27) формула (6.24) приймає вигляд
.
(6.28)
Оцінимо похибку, яку ми допускаємо при використанні для гідравлічних розрахунків газових мереж низького тиску методики рівномірного відбору газу по довжині, якщо кількість шляхових відборів газу становить =10:
при ламінарному режимі руху газу
.
при турбулентному режимі руху газу в квадратичній зоні
.
Отже похибка при турбулентному режимі більша ніж при ламінарному режимі руху газу. Використовуючи формули (6.26) і (6. 28) і знаючи кількість шляхових споживачів, можна у кожному конкретному випадку обґрунтувати вибір методики гідравлічного розрахунку газових мереж низького тиску.