Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУВПО «Удмуртский государственный университет»

Нефтяной факультет

ГИДРАВЛИКА

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ

Учебно-методическое пособие

Ижевск 2009

УДК 656.56 (075)

ББК 39.71-02я73

У912

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом УдГУ.

Рецензент В.Б. Дементьев, доктор технических наук, профессор

Составитель к.т.н. доцент Т.Н. Иванова

И

Гидравлика. Гидравлический расчет трубопроводов. Учебно-методическое пособие для студентов специальностей 090800 - Бурение нефтяных и газовых скважин, 090600 - Разработка нефтяных и газовых месторождений, очной и заочной форм обучения / Сост. Т.Н. Иванова Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2009. 64 с.

В пособии приведены основные теоретические сведения по гидравлике с последующим их применением для решения задач, изложены методика расчета простого и сложного трубопровода, приведены примеры расчета трубопроводов, даны варианты заданий для самостоятельного расчета, содержатся справочные и нормативные материалы, которые могут потребоваться в процессе решения задач. Для студентов направления 650700 - Нефтегазовое дело и специальностей 090800 - Бурение нефтяных и газовых скважин, 090600 - Разработка нефтяных и газовых месторождений.

УДК656.56(075)

ББК39.71-02я73

©

Т.Н Иванова, сост., 2009

© ГОУВПО «УдГУ», 2009

(а)

(б)

(в)

Рис. 4. Распределение давления по видам труб

По зависимости (18 а) определены значения расходной харак­теристики для водопроводов в функции коэффициента шерохова­тости п и диаметра d (табл. 3).

Таблица 3

Значения расходной характеристики К_кв = (в л/сек) для водопроводов при

Диаметры, мм	Состояние (шероховатость) стенок труб
	Чистые (новые) трубы n = 0,0111; 1/n = 90			Нормальные расчётные условия n = 0,0125 ; 1/n = 80		Грязные (старые) трубы n = 0,0143 ; 1/n = 70
	Ккв		Ккв			Ккв
12	0,0452	0,00026	0,0406		0,00016	0,0395	0,00013
25	0,324	0,105	0,288		0,083	0,251	0,063
40	5,308	0,028	4,666		0,022	4,083	0,017
50	9,624	0,092	8,46		0,072	7,403	0,055
63	17,60	0,309	15,63		0,244	13,67	0,196
75	28,37	0,805	24,94		0,622	21,83	0,476
100	61,11	3,734	53,72		2,886	47,01	2,209
125	110,8	12,28	97,4		9,487	85,23	7,264
150	180,2	32,46	158,4		25,09	138,6	19,21
175	271,8	73,86	238,9		57,08	209,0	43,70
200	388,0	150,6	341,0		116,4	298,5	89,08
225	531,2	282,2	467,0		218,1	408,6	167,0
250	703,5	494,9	618,5		382,5	541,2	292,8
300	1144	1309	1006		1011	880	774,4
350	1726	2978	1517		2301	1327	1762
400	2464	6070	2166		4691	1893	3592
450	3373	11380	2965		8792	2594	6731
500	4467	19950	3927		15410	3436	11810
600	7264	52760	6386		40780	5587	31220
700	10960	120100	9632		92780	8428	71040
750	13170	173400	11580		134100	10130	102600
800	15640	244700	13750		189100	12030	144800
900	21420	453600	18830		354500	16470	271400
1000	28360	801500	24930		621700	21820	476000
1200	46120	2127000	40550		1644000	35480	1259000
1400	69570	4840000	61160		3740000	53520	2864000
1600	99330	9866000	87320		7625000	76410	5838000
1800	136000	1850000	119500		14280000	104600	10940000
2000	180100	3244000	158300		25060000	138500	19170000

Таблица 4

Значения поправочных коэффициентов  и  для расчёта в переходной области сопротивления

Типы труб	коэффиц	Скорость, м/сек
		0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,5	3,0	> 3,1
Новые стальные	 	0,91 1,22	0,92 1,18	0,93 1,16	0,94 1,14	0,95 1,12	0,95 1,10	0,96 1,08	0,97 1,07	0,97 1,06	0,98 1,05	0,98 1,04	0,99 1,03	0,99 1,02	1,00 1,00
Новые чугунные	 	0,81 1,51	0,84 1,42	0,86 1,36	0,87 1,32	0,89 1,28	0,91 1,22	0,92 1,18	0,93 1,15	0,94 1,12	0,95 1,10	0,96 1,08	0,98 1,05	0,99 1,03	1,00 1,00
Нормальные	 	0,92 1,19	0,94 1,14	0,95 1,11	0,96 1,08	0,97 1,06	0,98 1,03	0,99 1,01	1,00 1,00	1,00 1,00	1,00 1,00	1,00 1,00	1,00 1,00	1,00 1,00	1,00 1,00
Старые (грязные)	 	0,6 2,78	0,62 2,60	0,65 2,37	0,68 2,16	0,7 2,04	0,72 1,93	0,75 1,78	0,77 1,69	0,79 1,60	0,8 1,56	0,82 1,49	0,84 1,42	0,86 1,3	0,90 1,23

Естественно, возникает вопрос о значениях скоростей, кото­рые целесообразно принять в расчетах трубопроводов. Здесь не­обходимо учесть следующие обстоятельства. Задавшись боль­шими скоростями при известном расходе, получим малые диа­метры труб, что приведет к экономии металла, железобетона. Однако чем меньше d, тем больше потери напора [фор­мула (3)]. В этом случае в целях преодоления гидравличе­ских сопротивлений необходимо создать мощные насосные уста­новки для создания достаточного напора, что также вызовет большие затраты. Кроме того, при больших скоростях потребуются дополни­тельные устройства для локализации явления гидравлического удара. Поэтому необходимо так подобрать диаметры трубопро­вода, чтобы суммарная стоимость трубопровода и насосной установки с учётом расходов по эксплуатации была бы минимальной.

Следовательно, целесооб­разно выявить пределы скоро­стей, при которых на устройство и эксплуатацию трубопровода и насосной установки потребуются минимальные затраты. При проектировании боль­ших сетей трубопроводов необходимо проводить специальные технико-экономические расчёты для установления наивыгод­нейшего диаметра труб.

Рис. 5. Номограмма расхода и скорости течения

Наиболее экономичный диаметр или скорость зависят от разных факторов и могут быть определены одним транзитным расходом по формулам:

(25)

(26)

где d – диаметр, м;

Q – расход воды, м³/сек;

V – скорость, м/сек;

Э – параметр, учитывающий влияние стоимости энергии, труб и их укладки, амортизационные отчисления и т.д. Величина параметра Э зависит от экономики данного района, где строится водопровод, от экономических условий в стране в годы строительства трубопровода. Значения Э колеблются в больших пределах: от 4,0 до 0,2. При этих значениях Э можно по формуле (26) определить интервалы скоростей для каждого диаметра трубы, в пределах которых заключена наиболее выгодная скорость. Для средних экономических условий рекомендуется принимать Э = 1,0. Тогда при Э =1 формулы (25) и (26) примут следующий вид:

В таблице 5 даны для каждого диаметра экономические скорости при Э = 4,0 и Э = 0,2. Для средних экономических условий (Э = 1,0) в этой таблице приведены экономические скорости и соответствующие расходы.

Таблица 5