2.Расчет простых трубопроводов
Простым называют трубопровод постоянного диаметра, по которому происходит снабжение одного потребителя от одного источника без промежуточного ответвления потока. При их расчете могут встретиться в основном два случая, отличающиеся исходными данными.
2.1.Первый случай
Известны расход жидкости, геометрическая длина участка, типы и количество местных сопротивлений на участке, геодезические отметки начального и конечного сечений и одно из давлений: в конце или в начале участка. В этом случае расчет необходимо вести исходя из экономически наивыгоднейшей (оптимальной) скорости, соответствующей минимуму суммарных (эксплуатационных и капитальных) годовых затрат.
Порядок расчета заключается в следующем.
1.В
зависимости от выбранного или заданного
сортамента труб и величины расчетного
расхода по справочным таблицам
выбирают
оптимальную скорость на участке 
2.Из
уравнения расхода (1.4.) определяют
расчетное значение внутреннего диаметра
трубы 
.
3.По
ГОСТ
выбирают трубу с внутренним диаметром
,
ближайшим к расчетному. При этом
необходимо помнить, что трубы
гостируются
по наружному диаметру и толщине стенки.
Выбор трубы
по ГОСТ может производиться
как в сторону увеличения диаметра против
расчетного, так и в сторону уменьшения.
4.По принятому значению диаметра из уравнения расхода (1.4.) определяется фактическая скорость на участке .
5.По фактической скорости и принятому значению диаметра определяется числе Рейнольдса (1.5.).
6.В
зависимости от материала труб и состояния
их внутренней
поверхности по справочным
таблицам определяется эквивалентная
шероховатость 
.
7.В
соответствии с рекомендациями таблицы
1.1. или другой
справочной литературы
вычисляется
коэффициент гидравлического трения
.
8.По
справочным таблицам определяются
эквивалентные длины всех местных
сопротивлений участка 
.
При отсутствии таких таблиц эквивалентные
длины могут быть определены по (1.6.) с
использованием таблиц коэффициентов
местных сопротивлений.
9.По
(1.7.) рассчитывается приведенная длина
трубопровода
.
10.По (1.8.) вычисляются потери напора
на участке 
.
11.Из уравнения Бернулли (1.10.) определяется неизвестное давление в начале (при заданном конечном) или в конце участка (при заданном начальном).
2.2.Второй случай
Известны расход жидкости, геометрическая длина участка, типы и количество местных сопротивлении на участке, геодезические отметки начального и конечного сечений, давления в начале и конце участка.
В данном случае известные геодезические отметки и давления в начале и конце участка фактически определяют допустимые потери напора (располагаемую энергию, под действием которой будет двигаться жидкость). Поэтому с экономической точки зрения расчет необходимо вести таким образом, чтобы определить минимальное значение диаметра, при котором фактические потери напора будут близки к допустимым, но не превышают их.
Порядок расчета следующий.
1.Из
уравнения Бернулли (1.10.) определяются
допустимые потери напора 
.
В тех случаях, когда скорости 
и 
в начале и конце участка неодинаковы,
их разницей можно пренебречь.
2.Задаются
начальными приближениями для коэффициента
гидравлического трения
и
приведенной длины участка 
. При этом можно ориентироваться на тот
факт, что на практике значения
лежат обычно в пределах
,
а приведенная длина
м, (2.1.)
где – геометрическая длина участка, м,
Меньшие значения коэффициента берутся для длинных участков с малым количеством местных сопротивлений, большие – для коротких участков с большим количеством местных сопротивлений.
3.По
допустимым потерям энергии
и принятым значениям 
и 
вычисляется минимально допустимое
значение диаметра участка 
(9.1.).
4.По
ГОСТ выбирают трубу с ближайшим внутренним
диаметром 
.
5.По
выбранному внутреннему диаметру 
определяется фактическая скорость
, (1.4.).
6.По фактической скорости и принятому диаметру определяется число Рейнольдса (1.5.).
7.В
зависимости от материала труб и состояния
их внутренней поверхности по справочным
таблицам определяется эквивалентная
шероховатость 
.
8.В
соответствии с рекомендациями таблицы
1.1. или другой справочной литературы
вычисляется фактический коэффициент
гидравлического трения 
9.По справочным таблицам определяются эквивалентные длины всех местных сопротивлений участка . При отсутствии таких таблиц можно воспользоваться формулой (1.6.).
10.По
(1.7.) вычисляется фактическая приведенная
длина участка 
.
11.С целью проверки правильности принятых в начальном приближении значений коэффициента гидравлического трения и приведенной длины вычисляется погрешность
(2.2.)
Если
погрешность 
меньше 5%, то расчет считается законченным.
Если же расхождение больше 5%, то задаются
новыми значениям
и
,близкими или равными расчетным, и весь
расчет повторяется начиная с пункта 3.
12.
По фактическим значениям
и 
вычисляются фактические потери напора
(1.8.) и сравниваются с допустимыми,
найденными в пункте 1. Должно выполнятся
условие 
.
13.Поскольку в данном варианте расчета скорость вычислялась по найденному диаметру, то для нее должно выполняться условие
(2.3.)
Здесь
– минимально допустимое значение
скорости, вводимое из условия недопустимости
выпадение осадков в трубопроводе, 
- максимально допустимое значение
скорости, вводимое из условия недопустимости
гидравлических ударов и значительного
роста сопротивлений.
Невыполнение
условия 
указывает,
как правило, на ошибку, допущенную в
данном расчете, или в предыдущих расчетах,
на основании которых взяты исходные
данные для рассчитываемого участка.
Невыполнение
условия 
вполне
возможно в практических расчетах. В
этом случае расчет необходимо провести
иначе. Порядок расчета такой же, как и
в первом случае (раздел 2.1.), но в п.1
задаются не оптимальной скоростью 
,
а максимально допустимой 
.
Кроме
того в п.З при уточнении внутреннего
диаметра по ГОСТ необходимо принимать
его значение больше расчетного, чтобы
скорость вновь не превышала максимального
значения.
Поскольку искусственное уменьшение скорости приводит к уменьшению потерь напора, то для обеспечения заданного давления в конце участка, необходимо предусмотреть установку дополнительного местного сопротивления - специальную дроссельную шайбу. Поэтому расчет заканчивается определением требуемого сопротивления дроссельной шайбы
(2.4.)
где
- допустимые потери напора
- фактические потери, м.
3.Расчет разветвленных трубопроводов
Разветвленный (тупиковый) трубопровод состоит из отдельных участков, каждый из которых является простым трубопроводом. Поэтому его расчет складывается из расчета отдельных участков.
Расчет вновь проектируемого разветвленного трубопровода состоит из следующих этапов:
I. Выбор главной магистрали.
II. Расчет участков главной магистрали.
III. Расчет ответвлений.
IV. Расчет всасывающего трубопровода.
V. Определение мощности насоса.
VI. Определение высоты водонапорной башни.
VII. Построение пьезометрического графика.
Рассмотрим содержание этих этапов, для большей конкретности методику расчета будем привязывать к схеме трубопровода, изображенной на фиг. 3.1.
3.1. Выбор главной магистрали
Существует два основных метода выбора главной магистрали.
В первом задаются давлением в начале трубопровода и определяют гидравлические уклоны для направлений ко всем потребителям. Наименьший уклон указывает главную магистраль.
Во втором методе задаются средним гидравлическим уклоном на участках и определяют ориентированные значения требуемого давления в
начале трубопровода по условиям работы всех потребителей. Наибольшее давление указывает главную магистраль.
Второй метод дает меньшую вероятность ошибки, так как позволяет воспользоваться некоторыми рекомендациями по величине гидравлического уклона. Поэтому в данных методических указаниях рассмотрим только этот метод.
В
реальных водопроводах величина
гидравлического уклона редко выходит
за пределы 
,
причем большие значения соответствуют
меньшим расходам воды и наоборот. Поэтому
при выборе главной магистрали
можно рекомендовать задаваться значением уклона в указанных пределах.
На примере фиг.3.1. для направления к потребителе 1 ориентировочное давление в точке Н
Па,
(3.1.)
для направления к потребителю II
Па.
(3.1.)
Аналогично
определяется 
- для направления к потребителю 
.
Для большей конкретности дальнейшего изложения будем считать, что на основании числового решения наибольшее значение имеет . Это означает, что главной магистралью является направление от наcoca к потребителю (участки 2, 4,7), отмеченное на схеме пунктиром.