Послідовне і рівнобіжне з'єднання трубопроводів

а) Послідовне з'єднання розглянемо на рисунку 3.6.

Рисунок 3.6  Схема послідовного з'єднання трубопроводів 1, 2 і 3

Витрати рідини в трубопроводах на підставі нерозривності потоку однакові . Втрати тиску в трубопроводах 1, 2, 3  сумуються Δр_Σ=Δр₁+Δр₂+Δр₃.

б) Розгалуження потоку в трубопроводах (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7  Схема розгалуження потоку 1, 2 і 3

Для однакового діаметра трубопроводів:

.

в) Рівнобіжне з'єднання трубопроводів показане на рисунку 3.8

Рисунок 3.8  Схема рівнобіжного з'єднання трубопроводів

Перепади тисків у трубопроводах однакові , тобто:

,

а витрати не рівні

.

Витрати в трубопроводах визначимо по формулах:

; ; ,

а сумарна витрата дорівнює:

,

або

,

де .

Звідки

.

Таким чином, у задачах про визначення витрат, спочатку визначаємо , а потім знаходимо .

В окремому випадку коли (рисунок 3.7) (якщо немає споживачів), то витрати в галузях визначаються по формулах:

.

Розрахунок всмоктувального трубопроводу насоса

Складемо рівняння Бернуллі для двох перетинів 0-0 і 1-1 (рисунок 3.9).

За площину порівняння візьмемо перетин 0-0.

,

де ;  втрати напору по довжині труби;

 місцеві втрати;

 інерційні втрати напору, зв'язані з нерівномірністю руху робочих органів - витискачів у насосі (зі зміною витрати у всмоктувальній трубі).

р_ат  атмосферний тиск;

р_абс  абсолютний тиск

Рисунок 3.9  До розрахунку всмоктувального трубопроводу

Маємо z₀= 0, v₀=0, р₀=р_атм. Позначимо висоту, на яку потрібно встановити насос над рівнем рідини як:

.

Без обліку втрат у трубопроводах одержимо:

.

Приймемо р_абс=350  400 мм. рт. стовпа, тоді

.

Для реальних насосних станцій:

м.

Несталі рухи рідини

Розглянемо наступні види несталого руху рідини в трубопроводах:

1) несталий рух у трубах;

2) гідравлічний удар;

3) пульсація потоку.

1. Природа несталого руху рідини в трубопроводі зв'язана з прискоренням (уповільненням) потоку рідини.

Рух рідини підкоряється закону Ньютона:

,

де  маса рідини;

 прискорення рідини.

Інерційні втрати напору:

;

після деяких перетворень одержимо:

,

чи маючи у виді, що

,

одержимо, що інерційні втрати рівні:

.

2. Гідравлічний удар зв'язаний з різким закриттям трубопроводу або каналу, по яких рухається рідина.

Це явище досліджував Жуковський. Нехай у трубі рухається рідина зі сталою швидкістю (рисунок 3.10). Різко закриємо прохід рідини заслінкою. Тоді швидкість рідини стане рівної .

Рисунок 3.10  Гідравлічний удар

У результаті цього підвищується тиск, але не одночасно по всій довжині трубопроводу, а поступово від заслінки до бака. Шлях, що проходить хвиля:

,

де - швидкість поширення ударної хвилі.

Складемо рівність імпульсу сили кількості руху рідини:

.

Перепишемо дане рівняння у виді:

звідки одержимо:

 рівняння Жуковського для визначення підвищення тиску в системі.

Реально стискується не тільки рідина, але і трубопровід. Тому реальна швидкість підвищення гідравлічного тиску буде визначаться через швидкість:

,

де  діаметр трубопроводу;

 товщина стінки трубопроводу;

 модуль пружності рідини;

 модуль пружності матеріалу трубопроводу.

Реальна величина через деформації стінок трубопроводу, витоку рідини, не миттєвого закриття заслінки. Гідравлічну систему потрібно проектувати так, щоб не було гідравлічного удару.

Так, якщо в середнім положенні плунжера (рисунок 3.11) є прохід, то гідравлічний удар відсутній.

немає удару є удар

Рисунок 3.11  Середнє перекриття проточки розподільника

3. Пульсація рідини створюється роботою насосів і гідромоторів внаслідок подачі рідини порціями.

Частота пульсації тиску в гідросистемі:

, с^-1,

де  кількість порцій (поршнів),

 частота обертання насоса або гідромотора.

Встановлено, що при збігу частоти з власною частотою коливань системи виникає резонанс. Причому, резонанс виникає при визначеній довжині труби. Довжина хвилі при гармонійній пульсації:

.

Критерієм виникнення резонансу буде довжина труби:

;

При маємо перший резонанс, при k = 2 – другий резонанс і т.д.

Для зменшення амплітуди коливань труби при резонансі останні встановлюють на гумові прокладки, замість сталевих труб застосовують гумовотканинні рукави.