6 Гідравлічний розрахунок напірних трубопроводів

6.1 Класифікація трубопроводів

Усі трубопроводи поділяють на прості і складні. До простих відносять трубопроводи сталого чи змінного поперечного перерізу без бакових відгалужень, до складних – трубопроводи з відгалуженнями, складеними з послідовно і паралельно з’єднаних простих трубопроводів.

При гідравлічних розрахунках розрізняють трубопроводи короткі і довгі. Короткими визнаються трубопроводи, при розрахунку яких необхідно враховувати як місцеві втрати, так і втрати напору по довжині. До коротких трубопроводів, як правило, відносять масло,і паливопроводи ДВЗ, системи рідинного охолодження, внутрішньобудинкову теплофікаційну мережу і т. д.

Довгими називаються трубопроводи, при розрахунку яких нехтують місцевими втратами напору, або враховують їх як частину (5=10%) поздовжніх втрат напору. До них відносять магістральні трубопроводи, водопровідну мережу тощо.

6.2 Розрахунок простих трубопроводів

6.2.1 Розрахункові рівняння

Для простого трубопроводу сталого перерізу довжиною l (рис.6.1), що має ряд місцевих опорів (наприклад, вентиль1, фільтр 2, зворотний клапан 3 і т.д. ), основним розрахунковим рівнянням є рівняння Бернуллі для початкового І і кінцевого ІІ перерізів трубопроводу. При α₁=α₂ і υ₁=υ₂ воно має вигляд

.

(6.1)

Сумарну втрату напору в загальному випадку виражають за формулою

(6.2)

де А – опір трубопроводу; т – показник, величина якого для ламінарного режиму течії дорівнює 1, для турбулентного режиму – 2.

При ламінарній течії, якщо нехтувати місцевими втратами, з формули Пуазейля (3.26) знаходимо

.

(6.3)

При турбулентній течії в автомодельній області, де т = 2, на підставі формули Дарсі - Вейсбаха маємо

.

(6.4)

Для довгих трубопроводів в області квадратичного опору

.

(6.5)

Якщо простий трубопровід складається з „п” послідовно з’єднаних ділянок різних діаметрів то рівняння Бернуллі для початкового і кінцевого перерізів набуває форми

,

(6.6)

де сумарні витрати .

Оскільки трубопровід простий, то _, і тоді

.

6.2.2 Характеристика трубопроводу. Потрібний напір

Характеристикою трубопроводу називають графічну залежність сумарних втрат напору в трубопроводі від витрати рідини, тобто залежність

При ламінарному режимі течії і є характеристика трубопроводу лінійна (рис.6.2а); при турбулентному режиміі її будують як параболу другого ступеня (рис.6.2 б).

Замість характеристики трубопроводу в певних випадках доцільно будувати криву потрібного напору. Потрібним напором H_потр для простого трубопроводу називається п’єзометричний напір у початковому перерізі, який забезпечує задану витрату рідини в трубопроводі. Якщо цей напір відомий, то його називають заданим напором.

З рівняння (6.1) для трубопроводу сталого перерізу визначаємо

.

(6.7)

У цій формулі статистичний напір .

Для трубопроводу змінного перерізу з (6.6) при α₁=α₂=1 будемо мати

,

(6.8)

або

,

(6.9)

де

При турбулентному режимі, коли m=2, другий і третій члени правої частини рівняння (6.9) об’єднують, а при ламінарному режимі другим членом, як правило, нехтують.

Крива потрібного напору – це характеристика трубопроводу, зміщена вздовж осі ординат на величину H_cm (рис.6.3а – при ламінарній течії, рис. 6.3б – при турбулентній).

Із наведених вище формул випливає, що потрібний напір – це той напір, який необхідно створити на початку трубопроводу для подолання геометричної висоти , тиску в кінцевому перерізі і всіх гідравлічних опорів у трубопроводі.