24. . Соединения простых трубопроводов

Последовательное соединение нескольких простых трубопроводов различного диаметра дает простой трубопровод переменного сечения. При подаче жидкости по такому трубопроводу расход во всех последовательно соединенных трубах один и тот же, а полная потеря напора между начальным и конечным сечениями равна сумме потерь напора во всех последовательно соединенных трубах, т.е. для трубопровода, изображенного на рис.5.2.1, получим следующие уравнения:

Эти уравнения определяют правило построения характеристик последовательного соединения труб. При заданных характеристиках трубопроводов 1, 2 и 3, для получения характеристики всего последовательного соединения М - К следует сложить потери напора при одинаковых расходах, т.е. сложить ординаты всех трех кривых при одних и тех же значениях, выбранных на оси абсцисс.

Так как в рассматриваемом более общем случае скорости в начальном (М) и конечном (К) сечениях различны, то выражение потребного напора для всего трубопровода должно содержать разности скоростных напоров в крайних сечениях:

25. Параллельное соединение нескольких простых трубопроводов показано на рис.5.2.2.

Обозначим полные напоры в точках М и К соответственно через H_М и H_К, расход в основной магистрали (до разветвления и после слияния) - Q, а в параллельных трубопроводах через Q₁, Q₂, и Q₃; суммарные потери напора в этих трубопроводах через h₁, h₂ и h₃. Расход в основной магистрали связан с расходами в параллельных трубопроводах следующим очевидным уравнением:

Потери напора в каждом из трубопроводов представляют собой разность напоров в точках М и К, т.е. Из этого следует, что потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой. Используя уравнение, связывающее расходы в магистральном и параллельных трубопроводах, равенство потерь напора в них, а также соотношения для расчета простых трубопроводов, получим число уравнений, достаточное для определения как сопротивлений параллельных трубопроводов так и расходов в них.Изложенные соотношения для параллельных трубопроводов справедливы и в том случае, когда трубопроводы не сходятся в одной точке К, а подают жидкость в различные места, но с одинаковыми давлениями и равными уровнями. Если последнее условие не соблюдается, то рассматриваемые трубопроводы нельзя читать параллельными, а следует отнести к разряду разветвленных.

26. Расчет сложных разветвленных трубопроводов

Разветвленное соединение - это совокупность нескольких простых трубопроводов, имеющих одно общее сечение - место разветвления (или смыкания) труб. Рассмотрим основной трубопровод, который в точке М разделяется на несколько трубопроводов, имеющих различные размеры, местные сопротивления, уровни и давления в концевых точках. Найдем связь между давлением в точке М и расходами в ответвлениях, считая направления течения в них заданнымиТак же как и для параллельных трубопроводов,

Записав уравнения Бернулли для сечения, в котором находится точка М и конечных сечений всех ответвлений, получим, пренебрегая для простоты динамическими напорами,

Таким образом, получаем систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными: Q₁, Q₂, Q₃ и H_м.Построение кривой потребного напора для разветвленного трубопровода выполняют сложением кривых потребных напоров для ветвей по правилу сложения характеристик параллельных трубопроводов - сложением абсцисс (Q) при одинаковых ординатах (H_м). Из графика (рис. 5.2.3, б) видно, что условием подачи жидкости во все ветви является превышение напора в точке разветвления над наибольшим статическим напором в ответвлениях.

27. Трубопровод с насосной подачей.

В машиностроении основным способом подачи жидкости является принудительное нагнетание насосом. В основе расчета трубопроводов с насосной подачей лежит закон сохранения энергии, который применительно к гидросистемам удобно записать в следующем виде: где Нн - напор насоса, т. е. приращение полной удельной энергии, сообщаемое насосом Нпотр - потребный напор трубопровода.

29. Неустановившимся (нестационарным) движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости – скорость движения и и гидродинамическое давление р – постоянно изменяются, т.е. зависят не только от положения точки в пространстве, но и от времени . Аналитически это условие запишется так:

и .

30-31. Гидравлический удар — явление резкого изменения давления в напорном трубопроводе при внезапном изменении скорости движения жидкости, связанном с быстрым закрытием или открытием задвижки, крана, клапана и т. п., быстрым остановом или пуском гидродвигателя или насоса. В указанных случаях при уменьшении или увеличении скорости движения жидкости давление перед запорным устройством соответственно резко увеличивается (положительный гидравлический удар) или уменьшается (отрицательный гидравлический удар). Это изменение давления распространяется по всей длине трубопровода L (рис.) с большой скоростью а, называемой скоростью распространения ударной волны.Величина определяется теоретической формулой Н. Е. Жуковского:

где Е_ж — объемный модуль упругости жидкости плотностью ρ; численные значения Е_ж и ρ; приведены в разделе "Лекции по гидравлике"; Е — модуль упругости материала трубы; d — диаметр трубы; δ —толщина стенок трубы; а_зв — скорость распространения звука в данной упругой среде; для воды эта скорость равна 1435 м/с, для бензина — 1116 м/с, для масел — 1200—1400 м/с. Гидравлический удар может быть полным, когда происходит полный останов движения, или неполным, когда начальная скорость движения жидкости υ₀ изменяется до некоторого значения υ, что имеет место, например, при частичном перекрытии запорного устройства. Гидравлический удар может быть также прямым, когда закрытие задвижки, крана происходит достаточно быстро, а именно, при t_закр < t_фаз, или непрямым, когда торможение жидкости происходит при менее быстром перекрытии запорного устройства, т. е. t_закр > t_фаз. Наиболее опасным является положительный полный прямой гидравлический удар, при котором повышение давления может достигать значительной величины.

32. Гидравлический удар может вызвать разрыв трубопроводов, разрушение деталей гидромашин и приборов, несвоевременную сработку отдельных устройств гидросистем (реле давлений, реле времени, гидрозамков и др.). Интенсивность гидравлического удара снижается путем увеличения длительности сработки запорных устройств; локализуется он установкой на трубопроводе вблизи места возможного возникновения гидравлического удара уравнительных башен, воздушных колпаков, предохранительных клапанов и др.