Вопрос 26. Какие трубопроводы называются короткими и длинными, простыми и сложными? в чем особенности их гидравлического расчета? Способы повышения пропускной способности трубопроводов.
Ответ: Короткие трубопроводы – трубопроводы, в которых местные потери составляют более 10% от потерь напора по длине. К ним относят: внутренние водопроводные сети, всасывающие линии насосы насосных станций, сифоны. Особенностятью гидравлического расчета является учет всех местных сопротивлений.
Длинные трубопроводы – трубопроводы, в которых местные потери не превышают 10% от потерь напора по длине. К ним относят: водопроводные сети, водоводы, нефтепроводы. При расчете таких трубопроводов местными потерями напора пренебрегают.
Простые трубопроводы – не имеющие ответвлений, с неизменным диаметром (Рисунок 1.5, а)
Сложные трубопроводы могут быть:
Последовательно соединенными (Рисунок 1.5, б);
Параллельно соединенными (Рисунок 1.5, в);
Разветвленными (Рисунок 1.5, г).
Рисунок 1.5
Гидравлический расчет трубопроводов сводится к решению трех основных задач: определению потерь напора, расхода воды, диаметра трубопровода при других заданных параметрах. Для определения потерь напора пользуются упрощенной формулой Дарси – Вейсбаха :
где S – гидравлическое сопротивление трубопровода.
Рассмотрим особенности расчета сложных трубопроводов:
Последовательное соединение трубопроводов. При последовательном соединении труб расход жидкости на всем пути остается постоянным, а общие потери напора во всей системе получают путем сложения потерь напора на отдельных участках:
Формула для потерь напора примет вид:
Параллельное соединение трубопроводов. При параллельном соединении расход жидкости распределяется по ответвлениям, а потом снова сливается в точке схода и становится равным первоначальному.
Формула для определения напора:
В частности, когда трубопроводы, соединенные параллельно идентичны, имеем:
Способы повышения пропускной способности трубопроводов.
В настоящее время для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводах к воде добавляют полимерные вещества (полиакриламид, полиоксиэтилен). Снижение сопротивления происходит за счет утолщения пограничного ламинарного слоя и сокращения величины турбулентных пульсаций, а также увеличения вязкости.
Вопрос 27. Формулы для расчета сплошных струй. Расчет наклонных струй. Какова роль насадков пожарных стволов? Способы получения распыленных струй.
Ответ:
Вертикальная струя.
Высота вертикальной сплошной струи определится по формуле Люгера:
Коэффициент φ может быть определен по эмпирической зависимости:
где d – диаметр выходного сечения насадка, мм
Рисунок 1.6
Для расчета высоты вертикальных струй при напорах от 7 до 70 м используют формулу Фримана:
Величину компактной части струи определяют как часть всей вертикальной струи:
где α может быть определен по эмпирической формуле Лобачева:
Наклонная струя.
Если при одном и том же напоре у насадка постепенно изменять угол наклона ствола, то конец компактной части струи будет описывать траекторию abc, которая называется огибающей кривой компактной струи, а наиболее удаленные капли струи - траекторию c`b`a` , называемую огибающей кривой раздробленной струи (рис. 1.7). Расстояния по прямой от насадка до граничных кривых соответственно называются радиусом действия компактной струи и радиусом действия раздробленной струи.
Рисунок 1.7
Расчет наклонных струй ведут по величинам Sв, Sк полученным для вертикальных струй.
Огибающая кривая компактной струи abc мало отличается от дуги окружности, описанной радиусом, который для ручных стволов диаметром насадка не выше 25 мм можно принять равным Sк, т.е.
Величину радиуса действия раздробленной струи определяют по формуле:
где β – коэффициент, зависящий от угла наклона радиуса действия струи θ` .
Роль пожарных насадков:
Для получения сплошных стабильных струй в пожарной технике применяют насадки. Они позволяют придать струе большую скорость, снизить потери энергии на выходе струи, тем самым повысив качество струи.
Способы получения распыленных струй
Классификация способов распыливания струй представлена на рисунке 1.8 .
Рисунок 1.8
Вопрос 28. Каковы причины возникновения гидравлического удара? Как рассчитать величину давления в трубопроводе при этом явлении? Приведите примеры возникновения гидравлического удара при эксплуатации пожарной техники. Как можно уменьшить или предотвратить повышение давления?
Ответ: Гидравлический удар представляет собой неустановившееся движение жидкости и возникает из-за резкого открытия или закрытия задвижек, или иных устройств управления потоком.
Давление в трубопроводе при гидравлическом ударе определяется как сумма величин давления до удара и повышения давления после удара:
Величина повышения давления рассчитывается по формуле Жуковского:
где Vo – скорость потока жидкости до удара;
с – скорость распространения звука в жидкости.
В пожарной технике основными причинами возникновения гидроударов являются: внезапная остановка насоса, резкое перекрытие клапана, резкое закрытие крана на стволе, наезд автомобиля на рукавную линию, заломы рукавов.
Для предохранения оборудования трубопроводов и рукавных линий от повреждений при гидравлическом ударе принимают различные меры эксплуатационного или конструкторского характера.
Наиболее эффективный метод снижения давления — это устранение возможности прямого гидравлического удара при увеличении времени закрытия или открытия запорной и регулирующей арматуры. Уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводах, что при заданном расходе сводится к увеличению диаметра трубы, также позволяет снизить ударное давление. Для уменьшения разрушающего воздействия давления применяют предохранительные клапаны. На водопроводных линиях устанавливают воздушные колпаки, которые позволяют уменьшить давление за счет сжатия находящегося в колпаке воздуха.
Блокировка открытия шиберов пожарной колонки гидранта московского типа также предупреждает возникновение гидравлического удара в водопроводной сети. Аналогичное назначение имеют мостики, устанавливаемые в местах возможного проезда автомобилей через рукавные линии, а также предохраняющие рукава от “заломов” в местах прокладки через стены, заборы и др. преграды.