9. Тема: Основи гідравлічного розрахунку трубопроводів. Розрахунок сифонного трубопроводу та всмоктуючих труб насосів.

Методичні вказівки.

1. Трубопроводи класифікуються:

а) по принципу роботи на напірні та безнапірні;

б) в залежності від того, як змінюється витрата рідини по довжині на прості та складні;

в) в залежності від виду витрат напору на “довгі” та “короткі”

2. Основними формулами для розрахунку трубопроводів являються:

• рівняння Бернуллі:

• формула Шезі:

R – радіус трубопроводу,С – коефіцієнт Шезі

,

де К – характеристика витрати (модуль витрати),

і – гідродинамічний уклон

3. Сифон – це самотечний трубопровід, частина якого знаходиться нижче рівня рідини в посудині, з якої падає рідина.

4. Для нормальної роботи сифону необхідно, щоб мінімальний абсолютний тиск в трубі сифону був не нижче тиску пароутворювання, інакше виникне розрив потоку.

5. Метою розрахунку сифону є визначення допустимої висоти h₂, швидкісного напору та мінімального тиску в сифоні.

6. Всмоктуючий трубопровод насосу – короткий трубопровод від міста забора води до насосу.

7. Метою розрахунку насоса являєтся розрахунок вакууметрічної висоти всмоктування.

Розрахунок сифонового трубопроводу

Сифоном називають зігнутий самотечний трубопровід, частина якого розташована вище за рівень рідини в резервуарі, звідки вона забирається. Рух рідини з судини А в судину Б відбувається унаслідок різниць рівнів Н. Тиск в сифоновому трубопроводі буде менше атмосферного, оскільки він розташований над рівнем рідини в даних резервуарах. Найбільш важливим завданням при розрахунку сифона є визначення максимально допустимої висоти h₂ при заданих розмірах трубопроводу і відомому натиску Н. По мірі збільшення h₂ знижується тиск в сифоні, і коли воно досягне тиску паротворення, то наступить кавітація, сплошность потоку рідини порушиться, и вона перестане текти.

Мал.

Для визначення граничної висоти h₂ складемо рівняння Бернуллі для перетинів 2 – 2 і 1 – 1, в якому буде мінімальний тиск в сифоні, приймаючи за площину порівняння перетин 2 – 2,

Перепишемо отримане рівняння з урахуванням того, що довжина труби 1 на ділянці сифонового трубопроводу заввишки h₂ приблизно рівна самій висоті:

Визначимо з отриманого рівняння величину h₂, враховуючи, що коефіцієнт місцевого опору на виході з труби ζ₃ = 1,

Швидкісний натиск в трубопроводі Н знайдемо з рівняння Бернуллі, складеного для перетинів 1 – 1 и 2 – 2,

звідки

З урахуванням отриманого шукана висота h₂ буде рівна

Граничне значення h₂ знаходимо з умови виникнення кавітації, коли р₁ рівно тиску пари рідини при даній температурі.

Всмоктуючий трубопровід насоса (мал. ) – короткий трубопровід від місця огорожі води до насоса.

Мал.

Складемо рівняння Бернуллі для перетинів 1 – 1 і 2 – 2, приймаючи за площину порівняння перетин 1 – 1, і визначимо величину вакууму у всмоктуючому трубопроводі насоса:

де h_r – висота установки насоса (геометрична висота всмоктування).

Отримане рівняння показує, що процес всмоктування (під’їм рідини на висоту h_r), повідомлення їй певній швидкості і подолання всіх гідравлічних опорів відбувається наслідок використання атмосферного тиску за допомогою насоса. З цього рівняння визначимо вакуумметричну висоту всмоктування:

Аналіз цього виразу показує, що для зменшення вакууму у всмоктуючому трубопроводі насоса необхідно зменшити висоту установки насоса, гідравлічні опори і швидкість руху рідини. Тому всмоктуючі трубопроводи повинні бути короткими, значного діаметру і з найменшим числом місцевих опорів.

Питання для самоперевірки.

1. Надайте класифікацію трубопроводів по призначенню, матеріалам, принципу роботи.

2. Напишіть основне рівняння для визначення витрат напору по довжині.

3. Що має назву сифона?

4. В чому полягає принцип розрахунку сифонів?

5. Назвіть призначення всмоктуючих труб насосів.

6. В чому полягає принцип розрахунку всмоктуючих труб насосів?