Методики инженерных расчетов
5.1 Классификация трубопроводов и их расчеты
При эксплуатации гидравлических систем возникают два режима (установившийся и неустановившийся) движения рабочих сред: воды, топлива, масел, пара, продуктов сгорания топлива, воздуха и т.д. Неустановившийся режим характеризуется резкой сменой давлений и скоростей в произвольном живом сечении потока с течением времени. Это можно наблюдать в периоды пуска и остановки насосов или компрессоров, регулировки режима с помощью запорно-регулирующей арматуры, в процессе циклической подачи топлива или масла в цилиндры ДВС. Однако большинство систем подавляющее количество времени эксплуатируется в установившемся режиме, поэтому основные приемы расчетов относятся именно к этому случаю.
Гидравлические системы – это совокупность труб различного диаметра, которые различаются характером соединения: последовательное, параллельное, разветвленное. Для удобства расчетов трубопроводы разделяют на простые и сложные, короткие и длинные.
Простые трубопроводы представляют собой последовательное соединение труб не обязательно одинакового диаметра, при условии постоянного расхода жидкости по длине. Сложные – это все остальные виды соединений труб, в том числе и последовательные с переменным расходом жидкости по длине.
Короткие трубопроводы – это такие, у которых местные потери соизмеримы с потерями напора по длине. При расчете длинных трубопроводов местными потерями напора можно пренебречь. Базовой расчетной зависимостью для любой системы является уравнение связи трех определяющих параметров: расхода жидкости Q (м3/с) и напора Н (м), которые обеспечивает насос, и диаметра трубопровода d (м). Поэтому возможны три постановки задачи: рассчитать Н по известным Q и d; определить Q по известным H и d; найти d по известным Q и H.
Для определения необходимого напора суммируют все потери напора
.
(5.1)
При известных значениях расхода (Q) и
диаметра трубопровода (d) скорость
движения жидкости можно определить как
,
и тогда расчетная зависимость для
короткого трубопровода приобретает
вид
.
(5.2)
Расчетная зависимость для длинных трубопроводов имеет более простой вид
.
(5.3)
Полученное значение напора увеличивают обычно на 5…8%. Для другой постановки задачи – определения Q по известным H и d, необходимо уравнение (5.2) или (5.3) решить относительно Q
.
(5.4)
Однако в связи с тем, что расход неизвестен, невозможно рассчитать скорость для определения коэффициента гидравлического трения, значением которого необходимо задаться. После определения расхода необходимо проверить корректность полученного результата.
Третья задача – определение диаметра (d) по известным значениям расхода (Q) и напора (Н) - может быть решена только графоаналитическим методом. Для этого следует выбрать несколько значений d и для каждого из них с помощью базовой зависимости (5.2) или (5.3) найти значения напоров при заданном значении Q. После этого строится график зависимости d = f(H), с помощью которого по известному значению напора находится необходимая величина d. Однако трубы изготавливаются промышленностью в соответствии с сортаментом и поэтому найденное значение диаметра необходимо увеличить до ближайшего большего по сортаменту.