1.4 Параллельное соединение трубопроводов

В этом случае трубопровод в некоторой точке, (например, А) разветвляется на несколько труб, которые затем вновь объединяются в точке В.

Сумма расходов на отдельных участках равна общему расходу, поступающему в систему.

Такие трубопроводы, имеющие общие узловые точки в их начале ив конце, обеспечивают повышенную надёжность водоснабжения, так как в случае выхода из строя одного участка вода будет поступать по другим. В точке разветвления трубопроводов для всех параллельных участков будет одинаковый напор Н_А, так как в одной точке давление одинаково по всем направлениям. Также для всех трубопроводов будет одинаковым напор в точке В. Поэтому потери напора на всех параллельных участках будут одинаковыми

h_тр = Н_А – Н_В = = = =…=. (15)

Отсюда

Q₂ = = ;

Q₃ = = ;

… … … … … … … (16)

Q₂ = = ;

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ +…+Q_n.

Решая систему уравнений (17), можно найти расходы на всех параллельных участках.

1.5 Непрерывная раздача жидкости по пути

При непрерывной раздаче жидкости по пути, когда жидкость расходуется во многих точках , потерю напора можно определить, используя уравнение

Н =  l = Аl = S  ,

где Q₀ – начальный расход.

Из уравнения видно, что суммарные потери при непрерывной раздаче в три раза меньше, чем при отсутствии раздачи.

Если часть расхода по трубе проходит транзитом Q_тр, а часть расходуется непрерывно и равномерно по длине трубы Q_п, общая потеря напора определяется следующим образом

Н =  l = S  ,

где Q₀ – начальный расход;

Q_п – путевой расход.

Q₀ = Q_тр + Q_п.

Подставив это выражение в предыдущее уравнение, получим

Н = S  .

1.6 Уменьшение пропускной способности трубы в процессе эксплуатации

В новых трубах возникают меньшие потери напора. С течением времени стенки трубы подвергаются коррозии, на них образуются отложения. Это приводит к увеличению гидравлического коэффициента трения  и удельного сопротивления А и уменьшению расходной характеристики. В результате для чугунных труб уменьшение пропускной способности трубопровода с течением времени доходит до 6…20% (большие значения соответствуют меньшим диаметрам). Для стальных труб уменьшение пропускной способности трубопровода значительно больше.

Увеличение шероховатости трубопроводов в процессе их эксплуатации в первом приближении можно оценить по формуле

k_t = k₀ + t,

где k₀ – абсолютная эквивалентная шероховатость для новых труб, мм;

k_t – абсолютная эквивалентная шероховатость через t лет эксплуатации, мм;

  коэффициент, характеризующий быстроту возрастания шероховатости, в мм/год.

Значение коэффициента  зависит от материала труб и свойств жидкости.

1.7 Экономически наивыгоднейший диаметр трубопровода

При проектировании и расчёте новых водопроводов могут быть неизвестными две величины: диаметр трубопровода d и напор в его начале Н₁. В этом случае с точки зрения гидравлики решений может быть столько, сколько выпускается промышленностью труб с различными диаметрами. Однако не все эти решения приемлемы. Оптимальное решение может быть найдено при совместном решении задач гидравлики и экономики. С увеличением диаметра трубопровода увеличивается стоимость строительства трубопровода (капитальных затрат). В то же время с увеличением диаметра уменьшаются потери напора в трубопроводе, что требует меньшей мощности насоса для подачи воды и, следовательно, меньшего расхода электроэнергии. Это даёт уменьшение ежегодных эксплуатационных затрат.

Наивыгоднейшим будет такой диаметр трубопровода, при котором суммарная величина капитальных затрат на сооружение и затрат на эксплуатацию в единицу времени (финансовый год) будут наименьшими.

Для решения этой задачи используем графоаналитический метод расчёта. Пусть капитальные затраты на сооружение трубопровода составляют С_тр, а затраты на насосную станцию – С_нас. Принимаем амортизационные отчисления n₁ % в год, а ежегодные затраты на текущий ремонт n₂ %. Тогда ежегодные затраты по основным фондам на монтаж трубопровода и насосной станции составляют

С₁ = .

Эксплуатационные затраты на транспортировку жидкости в год С₂ можно вычислить, зная стоимость единицы энергии (1 кВтч) с учётом затрат на обслуживание, смазку и др. Р и потребление энергии за год на перекачивание Е кВтч:

С₂ = Р  Е.

Определив величины С₁ и С₂ для нескольких диаметров, строим зависимость С₁ = f₁(d) и С₂ = f₂(d) (рис. 4). Графически складываем величины С₁ и С₂ и получаем суммарную зависимость С₁ + С₂ = f(d). Минимум этой функции, перенесенный на ось абсцисс, даёт значение экономичного диаметра трубопровода d_эк.

В вязи с тем, что при заданных расходах от выбора средней скорости движения жидкости зависит диаметр трубопровода, в инженерной практике используют понятие экономической (или предельной) скорости v_эк, которая отвечает экономичному диаметру трубопровода. Значения таких скоростей приводятся в литературе.

Рисунок 4 – Экономический диаметр трубопровода