2.13. Гідравлічний розрахунок трубопроводів
Гідравлічний розрахунок трубопроводів проводиться з метою визначення основних геометричних параметрів для пропуску визначеної витрати рідини і втрат напору. В залежності від довжини трубопроводів і місцевих опорів розрізняють довгі й короткі, а також прості й складні трубопроводи.
Довгими називають трубопроводи, в яких місцеві опори значно перевищують втрати по довжині hм.о. hтер. Тому при розрахунках таких трубопроводів місцеві втрати не обчислюють, а приймають у розмірі 510% від втрат по довжині. До них відносять усі магістральні водогони, нафтопроводи, каналізаційні колектори тощо.
Короткими називають такі трубопроводи, в яких втрати на місцеві опори порівняні з втратами по довжині (всмоктувальна труба насосу, сифонні трубопроводи, труби водоспусків тощо).
Простими називають трубопроводи, які не мають відгалужень. Складні трубопроводи мають відгалуження або контури - кільця.
2.13.1. Розрахунок простого трубопроводу
Гідравлічний розрахунок простих трубопроводів зводиться до вирішення однієї з таких задач:
визначення витрати Q (м3/с) при заданих довжині L (м), діаметрі трубопроводу d (м), напорі Н (м) і втрат напору h, (м);
визначення напору Н (м) при заданих Q, d, L і h;
визначення діаметру d (м) при заданих Q, Н, L і h.
Розрахунки
простого трубопроводу виконують у такій
послідовності. Вважаємо, що по трубопроводу
(рис. 35) довжиною L
і d=const
протікає рідина з Q=const. Тоді швидкість
рідини
.
Припустимо, що рух сталий, рівномірний.
НапірН
Рис. 35. Схема до розрахунку простого трубопроводу.
витрачається на подолання втрат по довжині, втратами на місцеві опори можна знехтувати. Тоді гідравлічний ухил
.
(2.88)
Визначення швидкості в простих довгих трубопроводах проводять за формулою Шезі:
,
(2.89)
де С – коефіцієнт Шезі; R – гідравлічний радіус.
Підставимо швидкість в формулу витрати і отримаємо
.
(2.90)
Позначимо
-
витратна характеристика трубопроводу.
Тоді формула (2.90) набуває вигляду:
,
(2.91)
звідки гідравлічний ухил
.
(2.92)
З рівнянь (2.88) і (2.92) отримаємо формулу для розрахунку необхідного напору:
,
(2.93)
де
-
питомий опір трубопроводу (наводиться
в довідкових матеріалах).
2.13.2. Розрахунок складного трубопроводу
Складний трубопровід може бути: замкнутим, кільцевим, тупиковим, змішаним (рис. 36).
Для розрахунку складних трубопроводів використовують основну формулу (2.94), яка має назву друга водогінна (перша водогінна – формула 2.50).
Рис. 36. Схема до розрахунку складного трубопроводу
.
(2.94)
Цю формулу отримали шляхом перетворення формули (2.50):
.