9.3.3. Сифонный трубопровод

Сифонным трубопроводом называется такой трубопровод, часть которого располагается выше уровня жидкости в сосуде, из которого происходит подача жидкости. Сифон работает самотечно, над вакуумом (рис. 2.29). Движение жидкости в сифоне происходит за счет разницы высот уровней сосудов А и В:

Рис. 2.29. Схема сифонного трубопровода

Наличие вакуума в трубопроводе вызывает выделение растворенного в жидкости газа, а при значительном вакууме может привести к интенсивному испарению жидкости. Поэтому нормальная работа сифонного трубопровода возможна только до давления насыщенного пара перекачиваемой жидкости при данной температуре . Это минимальное давление определяется для самой верхней точки сифонного трубопровода (по схеме для сечения х–х). Итак, условия нормальной работы сифона: .

При расчете сифона сначала определяют его расход, затем проверяют на работоспособность. Итак, определяем расход сифона. Для этого запишем уравнение Бернулли для сечения 1–1 и 2–2:

,

С другой стороны, определим с помощью уравнений Дарси – Вейсбаха:

Далее, переходя к расходу , найдем:

(2.89)

Проверяем работоспособность сифона. Запишем уравнение Бернулли для сечений 1–1 и х–х (наивысшее живое сечение сифона):

(2.90)

Из уравнения (2.90) найдем :

(2.91)

Давление насыщенного пара жидкости зависит от температуры, с ростом температуры растет. В летних условиях для воды

9.3.4. Особенности расчета газопровода

Газы сжимаемы, и их плотность при уменьшении давления уменьшается. Следовательно, при уменьшении давления в направлении движения увеличивается объемный расход газа.

Рассмотрим горизонтальное течение газа в трубе постоянного диаметра (рис. 2.30). Массовый расход по длине трубы постоянен:

(2.92)

где S – площадь живого сечения трубы,

Рис. 2.30. Схема газопровода

Поэтому уравнение (2.92) упрощается и принимает вид:

(2.93)

Как видно из (2.93), уменьшение плотности газа приводит к увеличению его скорости. Введем обозначения и

Принято считать, что если , то перепад небольшой. Для небольшого перепада давления без большой ошибки можно использовать все формулы для капельной жидкости, принимая

Рассмотрим случай, когда Для этого случая: и , поскольку согласно формуле (2.93) .

Запишем для участка длиной dx дифференциальное уравнение Бернулли с учетом потери давления:

(2.94)

В этом уравнении не все члены равнозначны. Члены gdz и по сравнению с остальными для газа незначительны, поэтому их отбросим. Потери давления определим по уравнению Дарси – Вейсбаха:

(2.95)

В уравнении (2.95) величина w² неизвестна. Заменим w² через начальные параметры газа для сечения 1–1, предполагая, что газ течет по трубе при постоянной температуре, т.е. процесс изотермический.

Для изотермы газа имеем соотношения:

Отсюда, согласно уравнению (2.93), получим:

Используя полученное выражение для w², перепишем (2.95) и проинтегрируем: по давлению от до , по длине от до :

(2.96)

Обозначив для давления в сечении 2–2 получим формулу:

(2.97)

Зная находим :

(2.98)

Необходимо отметить, что при вводе расчетной формулы (2.98) не было учтено возможное изменение коэффициента гидравлического сопротивления .

При неизотермическом течении газа получить простую расчетную формулу типа (2.98) не удается.

Транспорт сжиженных газов не отличается от транспорта капельных жидкостей. Основное требование при их перекачке – давление в трубах не должно быть ниже давления насыщения сжиженных газов при температуре перекачки. Если давление упадет ниже этого значения, то жидкость закипит, в трубопроводе образуются газовые пробки и расход сжиженного газа резко упадет.