1.4. Расчет напорных трубопроводов

Трубопроводы могут быть короткими и длинными, простыми и сложными.

Трубопроводы малой длины и с большим числом местных сопротивлений, потери в которых превышают 10% напора по длине (насосные станции, лаборатории, маслопроводы и др.), называют короткими.

Трубопроводы большой протяженности, у которых потери на местные сопротивления не превышают 10%, называют длинными.

Трубопроводы из труб одного или нескольких диаметров без ответвлений и без раздачи расхода по пути движения жидкости называют простыми. Трубопроводы из сети труб различного диаметра и с ответвлениями (тупиковые, кольцевые) называют сложными.

При гидравлическом расчете трубопроводов решают следующие три основные задачи:

- определяется необходимый напор для пропуска известного расхода воды при заданном диаметре труб;

- определяется пропускная способность труб заданного диаметра при известных потерях напора;

- определяется сечение трубопроводов при заданном расходе воды и потерях напора.

Потери напора в трубопроводе определяются по формулам:

,,. (1.50)

Расход определяется по формулам:

,. (1.51)

Здесь d_р – расчетный внутренний диаметр трубы.

Диаметр трубопровода определяется по формуле:

. (1.52)

1.4.1. Последовательное соединения трубопроводов

Для трубопровода, соединяющего две емкости с постоянными уровнями и состоящего из К последовательных участков длиной l_i и диаметров d_i, рис. 1.12, напор Н определяется как:

. (1.53)

Здесь: H = Z_A – Z_B – разность уровней в емкостях А и В;

_i и _i – коэффициенты сопротивления трения и коэффициенты местных сопротивлений каждого участка;

_k – скорость выхода жидкости из трубопровода.

Рис. 1.12 – График уравнения Бернулли для простого трубопровода

По уравнению расхода:

Q = _i S_i = const, _i = , (1.54)

(1.55)

, (1.56)

где _с - коэффициент сопротивления; ₀ – коэффициент расхода трубопровода, .

Если задача расчета – определить Н по заданным размерам трубопровода и расходу, то коэффициенты потерь выбираются в соответствии с известной для данного случая зоной сопротивления.

Если требуется определить расход или диаметр трубопровода (зона сопротивления неизвестна), расчет ведут последовательными приближениями, исходя из ориентировочных значений коэффициента потерь.

1.4.2. Параллельное соединение трубопроводов

Предпосылки расчета (см. рис. 1.13):

- в параллельных ветвях потери напора между узлами А и В одинаковы:

h_nAB = h_n1 = h_n2 = h_ni; (1.57)

- расход жидкости, притекающей к узловой точке, равен расходу оттекающей от нее, и сумма расходов в параллельных ветвях равна расходу в неразветвленных участках, примыкающих к узлам:

Q = Q₁ + Q₂ = . (1.58)

Рис. 1.13 – Трубопровод с параллельными ветвями

Распределение расхода между двумя параллельными ветвями:

. (1.59)

При ламинарном режиме n = 4, m = 1, при турбулентном режиме в области гладких труб n = 4,75, m = 1,75, в квадратичной области n = 5,25…5,3, m = 2.

Расчет трубопровода при равномерной раздаче расхода по пути ведется следующим образом.

Если на участке трубопровода длиной l имеется путевой расход воды Q_n, то на единицу длины расходуется . Расход воды, движущейся по трубопроводу, называюттранзитным Q_т. Через i-ое сечение трубопровода будет протекать расход:

или, (1.60)

где х – осевая координата сечения.

Потери напора по всей длине:

, (1.61)

где k_l – расходная характеристика:

,(при  1,2 м/с). (1.62)