1. Гидравлическийрасчеттрубопроводов

1. Классификациятрубопроводов

Рольтрубопроводныхсистем вхозяйствелюбойстраны,отдельнойкорпорацииилипростоотдельногохозяйстватруднопереоценить.Системытрубопроводоввнастоящеевремяявляютсясамымэффективным,надёжнымиэкологическичистымтранспортомдляжидкихигазообразныхпродуктов.Современемихрольвразвитиинаучно-техническогопрогрессавозрастает.Толькоспомощьютрубопроводовдостигаетсявозможностьобъединениястранпроизводителейуглеводородногосырьясостранамипотребителями.Большаядолявперекачкежидкостейигазовпоправупринадлежитсисте-мамгазопроводовинефтепроводов.Практическивкаждоймашинеимеха-низмезначительнаярольпринадлежиттрубопроводам.

Посвоемуназначениютрубопроводыприняторазличатьповидутранспортируемойпонимпродукции:

• газопроводы;

• нефтепроводы;

• водопроводы;

• воздухопроводы;

• продуктопроводы.

Повидудвиженияпонимжидкостейтрубопроводыможноразделитьнадвекатегории:

• напорныетрубопроводы;

• безнапорные(самотёчные)трубопроводы.

Внапорномтрубопроводевнутреннееабсолютноедавлениетранспор-тируемойсредыболее0,1МПa.Безнапорныетрубопроводыработаютбезиз-быточногодавления,движениесредывнихобеспечиваетсяестественнымгеодезическимуклоном.

Повеличинепотерьнапоранаместныесопротивлениятрубопроводыделятсянакороткиеидлинные.

Вкороткихтрубопроводахпотеринапоранаместныесопротивленияпревышаютлиборавны10%отпотерьнапораподлине.Прирасчетахтакихтрубопроводовобязательноучитываютпотеринапоранаместныесопротив-ления.Книмотносят,например,маслопроводыобъемныхпередач.

Кдлиннымтрубопроводамотносятсятрубопроводы,вкоторыхмест-ныепотерименьше10%отпотерьнапораподлине.Ихрасчетведетсябезучетапотерьнаместныесопротивления.Ктакимтрубопроводамотносятся,например,магистральныеводоводы,нефтепроводы.

Посхемеработытрубопроводовихможноразделитьтакженапростые

исложные.

Простыетрубопроводы–этопоследовательносоединенныетрубопро-водыодногоилиразличныхсечений,неимеющиеникакихответвлений.Ксложнымтрубопроводамотносятсясистемытрубсоднимилинесколькимиответвлениями,параллельнымиветвямиит.д.

Поизменениюрасходатранспортируемойсредытрубопроводыбывают:

• транзитные;

• спутевымрасходом.

Втранзитныхтрубопроводахотборажидкостипомерееёдвижениянепроизводится,расходпотокаостаетсяпостоянным,втрубопроводахспуте-вымрасходомрасходпотокаизменяетсяподлинетрубопровода.

Такжетрубопроводыможноподразделитьповидусечения:натрубо-проводыкруглогоинекруглогосечения(прямоугольные,квадратныеидру-гогопрофиля).Трубопроводыможноразделитьипоматериалу,изкоторогоониизготовлены:стальныетрубопроводы,бетонные,пластиковыеидр.

2. Простойтрубопроводпостоянногосечения

Основнымэлементомлюбойтрубопроводнойсистемы,какойбы слож-нойонанибыла,являетсяпростойтрубопровод.Простымтрубопроводом,согласноклассическомуопределению,являетсятрубопровод,собранныйизтрубодинаковогодиаметраикачестваеговнутреннихстенок,вкоторомдвижетсятранзитныйпотокжидкости,инакоторомнетместныхгидравли-ческихсопротивлений.Рассмотримпростойтрубопроводпостоянногосече-ния,имеющийобщуюдлинуlидиаметрd,атакжерядместных сопротивле-ний(вентиль,фильтр,обратныйклапан).

Рис.1.1Схемапростоготрубопровода

Размерсечениятрубопровода(диаметрилиразмергидравлическогорадиуса),атакжеегопротяженность(длина)трубопровода(l,L)являютсяосновнымигеометрическимихарактеристикамитрубопровода.Основнымитехнологическимихарактеристикамитрубопроводаявляютсярасходжидко-стивтрубопроводеQинапорН(наголовныхсооруженияхтрубопровода,т.е.вегоначале).Большинстводругиххарактеристикпростоготрубопроводаявляются,несмотрянаихважность,производнымихарактеристиками.По-сколькувпростомтрубопроводерасходжидкоститранзитный(одинаковыйвначалеиконцетрубопровода),тосредняяскоростьдвиженияжидкостивтрубопроводепостояннаν=cons’t.

ЗапишемуравнениеБернуллидлясечений1-1и2-2.

z_1

^P1

g

2



_1

2g

z_2

^P2

g

2



_2

2g

• h_п

, (1.1)

где

^z₁^,z₂–расстояниеотплоскостисравнениядоцентровтяжестивыделен-

ныхсечений–геометрическийнапор,м;

P_1,P₂

–давлениевцентретяжестивыделенныхсечений,Па;

^–плотностьпотока,кг/м³;

^g–ускорениесвободногопадения,м/с²;

_1,₂

нии,м/с;

–средняяскоростьдвижения потокавсоответствующемсече-

^h_п–потеринапоравтрубопроводе,м;

P_1,

g

2

P₂

g

2

• пьезометрическийнапор,м;

 

1_, 2

• скоростнойнапор,м.

2g 2g

Таккаксечениетрубопроводапостоянно,тоскоростьдвиженияпотокаодинаковаповсейдлинетрубопровода,асоответственноискоростныенапо-рывсечениях1-1и2-2равны.ТогдауравнениеБернуллипринимаетсле-дующийвид:

z_1

P₁

g

z_2

P₂

g

^h_п. (1.2)

Потеринапоравтрубопроводескладываютсяизпотерьнапоранатре-ниеиместныесопротивления,согласнопринципусложенияпотеринапоравтрубопроводемогутбытьопределеныкак:



п

h^^l

_^

, (1.3)



2

_ d _2g

где–коэффициенттрения;

l–длинатрубопровода,м;

d–внутреннийдиаметртрубопровода,м:

_^–суммакоэффициентовместныхсопротивлений.

Размерпотерьнапоранапрямуюсвязансрасходомжидкостивтрубо-проводе.

^{QS,} (1.4)

гдеQ–объемныйрасходжидкостивтрубопроводе,м³/с;

S–площадьпоперечногосечениятрубопровода,м.

d²

S

4

. (1.5)

как:

Такимобразом,потеринапоравтрубопроводемогутбытьопределены

h^^l

_^

1 _Q2

d

 

^п _{ }2gS²

. (1.6)

Зависимостьсуммарныхпотерьнапоравтрубопроводеотобъемного

расходажидкости

h_п

f(Q)

называетсяхарактеристикойтрубопровода.

Вслучаетурбулентногорежимадвижения,допускаяквадратичныйза-консопротивления(=cons’t),можносчитатьпостояннойвеличинойсле-дующеевыражение:

l		1		 l 8 2 d g2
d		gS				

A^

_ _

_ 2

_d4. (1.7)

Сучетомформул(1.6)и(1.7)выражениепотерьнапоравтрубопроводеможнопредставитьследующимобразом:

п

^{hAQ2.} (1.8)

Характеристикатрубопроводапритурбулентномрежимедвиженияимеетвидпараболы(рисунок1.2).

Приламинарномрежимедвиженияжидкости,когда

_64

Re

,характе-

ристикатрубопровода–прямаялиния,проходящаячерезначалокоординат(см.рисунок1.2).

h_п,м

1 ₂

Q,м³/с

Рис.1.2Характеристикатрубопровода

1–характеристикатрубопроводаприламинарномрежимедвиженияжидкости;2–характеристикатрубопроводапритурбулентномрежимедвижения

Потребныйнапор–этопьезометрическийнапорвначалетрубопрово-да,согласноуравнениюБернулли:

^Hпотр^

P₁

g

z_2z_1

P₂

g

^h_п. (1.9)

Такимобразом,потребныйнапоррасходуетсянаподъемжидкостина

высоту

^{zz}₂^z_1,преодолениядавлениянаконцетрубопроводаинапре-

одолениесопротивленийтрубопровода.

Суммадвухпервыхслагаемыхвформуле(1.9)величинапостоянная,онаноситназваниестатическийнапор:

^Hcт

z₂

• z₁

^{ P2} . (1.10)

g

Такимобразом,потребныйнапорможетбытьопределенкак:

^H_потр^H_ст^h_п. (1.11)

Зависимостьпотребногонапоратрубопроводаотобъемногорасхода

жидкости

^Hпотр^

f(Q)

называетсяхарактеристикойсети.Приламинарном

течениикриваяпотребногонапорапрямаялиния,притурбулентном имеет

видпараболы(рисунок1.3).Этатажехарактеристикатрубопровода,сме-

щеннаянаразмерстатическогонапора

^Hcт

поосиординат.

Рис.1.3Характеристикасети