3. Общие теоретические положения

На стадиях технического и рабочего проектирования ОСС выполняются гидравлические расчеты трубопроводов систем. Целью расчета является определение диаметров труб и основных гидравлических параметров – напора и расхода жидкости в трубопроводах. По результатам расчета строятся гидравлические характеристики, на основании которых производится выбор механизма, обслуживающего систему. Между характеристиками трубопровода и механизма должно быть полное соответствие на основных режимах работы. Необходимые напор и производительность системы обеспечиваются в том случае, когда расход жидкости и полное сопротивление трубопроводов с учетом избыточного давления у потребителей и высоты подъема жидкости равны соответственно подаче и напору механизма (соблюдаются материальный и энергетический балансы системы и механизма). Нарушение равенства вызовет либо перегрузку механизма, либо снижение расхода и напора жидкости в трубопроводе.

Основную часть гидравлического расчета судовой системы составляет определение полного сопротивления движению жидкости. Большинство ОСС имеет достаточно разветвленную сеть трубопроводов при высокой насыщенности различной арматурой. При этом потери напора в местных сопротивлениях такого трубопровода нередко достигают 80 ÷ 90 % от общих потерь напора в системе. Гидравлический расчет выполняется с известными приближениями, которые обусловлены погрешностями в исходных данных, принимаемых в расчете. Принято считать, что гидравлические расчеты ОСС дают общую точность в пределах ± 10%.

Существуют различные методы гидравлического расчета трубопровода судовой системы. Наибольшее применение получили методы аналитический, графоаналитический, потерянного напора на единицу длины трубопровода и метод характеристик. Независимо от выбранного метода расчет начинается с вычерчивания расчетной пространственной схемы трубопровода с указанием фасонных и прямолинейных участков, арматуры и потребителей (рис.4).

Трубопровод разбивается на основную магистраль и ответвления. За основную магистраль принимается такое последовательное расположение элементов трубопровода между механизмом и потребителем, которое по предварительной оценке имеет наибольшее сопротивление.

На расчетной схеме намечают узловые точки и обозначают их римскими цифрами по ходу расчета. Узловой называется точка, имеющая два или более расходящихся (сходящихся) потока жидкости, а также точка, в которой начинается (заканчивается) основная магистраль или ответвление. Часть трубопровода между соседними узловыми точками называется группой сопротивлений. Если в пределах группы имеются параллельные линии, то в обозначение основной магистрали вводят дополнительный буквенный индекс (см. группу VI-VII на рис.4,а).

Каждая группа сопротивлений разбивается на участки сопротивлений (в дальнейшем для краткости «группа» и «участок»). Участком (простым трубопроводом) называется последовательное соединение элементов, в которых равенство Q = const является обязательным, а d = const – желательным условием. Участки обозначаются арабскими цифрами, например, 1-2, 2-3 и т.д. по ходу расчета. При этом поскольку группа может состоять из нескольких участков, то римские и арабские цифры могут не совпадать. Для каждого участка в схеме на полке линии-выноски указываются расход Q (м³/час); скорость жидкости v (м/с); суммарная длина L (м) прямолинейных отрезков; внутренний диаметр трубопровода d (м) в виде дроби: . Кроме этого на схеме указываются геометрические высоты Z узловых точек относительно принятой плоскости сравнения.

Рис. 4. Расчетные схемы ОСС

При проектировании ОСС в зависимости от совокупности заданных параметров гидравлический расчет любым из выше названных методов сводится к решению прямой или обратной задачи.

Прямая задача заключается в определении характеристик (напор и производительность) механизма, который удовлетворяет расчетным характеристикам трубопровода. Заданными являются следующие параметры:

• схема системы и род жидкости;

• расходы Q_i , м³/с, и напоры H_i , Дж/кг, потребителей;

• длины участков L_i , м, и геометрические высоты расчетных точек Z_i , м.

Средняя по сечению трубы скорость жидкости v_i задается или выбирается в пределах 2÷4 м/с согласно табл.2 [11,13]. При выборе необходимо учитывать, что уменьшение скорости вызовет увеличение внутреннего диаметра трубопровода, т.е. массы и стоимости системы, а повышение скорости приведет к уменьшению диаметра, росту гидравлического сопротивления и потребует более мощного механизма. Расчет ведется от самой удаленной точки системы к насосу, при этом задача решается полностью и в конечном виде.

Таблица 2

Допускаемые скорости жидкости в трубопроводах

Среда	Назначение трубопровода	Скорость, м/с
Вода морская	Приемный ниже ВЛ	2,0 ÷ 2,5
	Напорный магистральный	2,5 ÷ 3,0
	Отросток к потребителям	4,0 ÷ 7,0
Вода пресная	Приемный	1,0 ÷ 1,5
	Напорный	2,0 ÷ 2,5

Обратная задача состоит в определении расхода и напора жидкости у потребителей системы, когда известны характеристики главного механизма. В процессе расчета можно влиять на параметры движения жидкости путем изменения диаметров трубопроводов, т.е. скорость не может быть задана произвольно, а зависит от напора на участке системы. Задачи такого типа не решаются в конечном виде, расчет выполняется от насоса к самой удаленной точке методом последовательных приближений.

После составления расчетной схемы приступают к решению соответствующих уравнений Бернулли и расхода.