24. Гидравлический расчет трубопроводов. Характеристика гидравлической сети.
Гидравлическая сеть - сложная система трубопроводов, включающихся параллельно последовательно и кольцевые участки.
Цель гидравлического расчета трубопровода:
1. определение гидравлического сопротивления отдельных его участков и общего сопротивления трубопровода;
2. нахождение диаметров отдельных участков трубопровода, определение суммарного объемного расхода жидкости трубопровода.
По этим данным подбирается насос или компрессор для работы на данную сеть с учетом мощности насоса или компрессора.
При определения гидравлического сопротивления в начале вычисляют гидравлическое сопротивление всех участков сети. Затем определяют потери напора на всех местных сопротивлениях. Далее, складывая все полученные величины, находят общее гидравлическое сопротивление трубопровода:
.
,
где
;
К характеризует гидравлическое
сопротивление сети.
По этой формуле вычисляют общее гидравлическое сопротивление трубопровода, однако, полное гидравлическое сопротивление трубопровода, больше общего, т.к. необходимо учитывать затраты энергии на подъем жидкости с уровня z1 на уровне z2. Кроме того, надо учитывать противодавление сети (Рк-Рн), где Рк, Рн - давление в конце и в начале сети. Таким образом, полное сопротивление сети:
,
где
.
Проиллюстрируем характеристику сети графически:
Характеристика сети - восходящая парабола. Чем больше K, тем круче парабола. Как видно из графика Нст (статический напор) не зависит от объемного расхода жидкости в трубопроводе. Сооружение и эксплуатация трубопроводов обходятся дорого, поэтому на стадии проектирования необходимо выбирать оптимальный диаметр трубопровода.:
,
где
– объемный расход жидкости (м3/сек).
Большим диаметрам соответствуют малые скорости ω и малые потери напора hп, и перекачивание жидкости малы. Но при этом высоки капитальные и эксплуатационные затраты.
Оптимальный диаметр трубопровода обеспечивает минимум эксплуатационных затрат.
Пусть М – суммарные эксплуатационные затраты (руб/год).
А – расходы на амортизацию и ремонт (руб/год).
Э – затраты энергии на перекачивание по данному трубопроводу (руб/год).
dопт. соответствует минимуму на кривой М = А + Э.
Для перекачивания жидкостей рекомендуются скорости 0,5 ÷ 2 м/сек, для газов – 15 ÷ 25 м/сек.
При малых расходах и больших гидравлических сопротивлениях нужно брать небольшие скорости.
25. Перемещение жидкости (насосы)
Классификация и принцип действия насосов.
Насос - гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию двигателя в механическую энергию перемещаемой жидкости.
По принципу действия насосы делятся на 2 группы:
1. динамические;
2. объемные.
Динамические насосы делятся на лопастные и насосы трения. К лопастным насосам относятся центробежные насосы и осевые насосы. Насосами трения являются вихревые и струйные. Объемные делятся на поршневые и ротационные. К ротационным насосам относятся шестеренчатые, пластинчатые и винтовые.
В ЦБН давление жидкости увеличивается при вращении ее в лопастном рабочем колесе за счет центробежной силы. В осевом насосе жидкость перемещается параллельно валу с помощью устройства гребного винта.
Инжектор - встроеннный насос, работающий на нагнетание.
Эжектор - струйный насос, работающий на отсасывание. В объемных насосах давление жидкости повышается при вытеснении ее из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращательно. Кроме того, применяют насосы специальных типов, например, газлифт и монтежю.
В газлифте жидкость перемещается за счет разности плотностей в самой жидкости и искуственнно создают газо- жидкостной смеси. Их испытывают при добыче нефти, чтобы поднять ее по вертикальной скважине на поверхность земли.
В монтежю жидкость перемещается за счет давления газом или паром на свободную поверхность жидкости.