ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ

После изучения главы 7 бакалавр должен:

знать

• • назначение и классификацию трубопроводов;
• • основы расчета и проектирования трубопроводов;
• • метод эквивалентных потерь напора;
• • различие между простыми и сложными трубопроводами;
• • теорию гидравлического удара в трубах;
• • влияние кавитации на работоспособность трубопроводов;

уметь

• • уметь выполнять расчет и проектирование трубопроводов;
• • строить гидравлические характеристики трубопроводов;
• • рассчитывать гидравлический удар в трубах;

владеть

• • знаниями по определению гидроэнергетического баланса насосной установки;
• • математическим аппаратом расчета сифонных трубопроводов;
• • навыками построения суммарных гидравлических характеристик при параллельном и последовательном соединении трубопроводов.

Назначение и классификация трубопроводов

Трубопроводы служат для перемещения разнообразных жидкостей и газов. В зависимости от рода перекачиваемой жидкости различают водопроводы, нефтепроводы, маслопроводы, газопроводы и т.п.

В зависимости от конфигурации различают простые и сложные трубопроводы.

Простым называется трубопровод, не имеющий разветвлений от точки забора до точки потребления.

Сложные трубопроводы имеют разветвления. Они делятся на следующие основные виды:

• а) разветвленные, или тупиковые;
• б) трубопроводы с параллельным соединением;
• в) кольцевые.

В зависимости от длины и гидравлических условий расчета их разделяют на длинные и короткие.

Длинными называются такие трубопроводы, которые имеют значительную протяженность и в которых линейные потери напора являются основными. В них местные потери напора обычно специально не учитываются, а принимаются в размере 5–10% потерь по длине. В коротких трубопроводах местные потери напора являются основными.

Расход жидкости в трубопроводе может быть транзитным, т.е. передаваемым по магистрали без отбора, и путевым, т.е. отбираемым из магистрали по пути.

Расчет и проектирование трубопроводов

В наиболее общей постановке задачи при проектировании трубопроводов задают расход жидкости Q и положения начального и конечного пунктов трубопровода. В случае сложного трубопровода задают расходы жидкости на всех его участках и расположение потребителей. На основании топографических изысканий на плане наносится трасса трубопровода с указанием его длины.

Определению подлежат диаметр трубопровода d и напор H1 в его начальной точке. Рассматриваемая задача допускает множество решений, так как при изменении вменяется и H1: чем больше диаметр d, тем меньше потребный напор Н1. Величину диаметра трубопровода поэтому обычно определяют из экономических расчетов.

Очевидно, что с увеличением диаметра трубопровода будут возрастать капитальные затраты. Но одновременно с этим будут уменьшаться эксплуатационные расходы, так как с увеличением d уменьшается H1, и уменьшаются расходы энергии на перекачку жидкости. Для нахождения экономически выгодного диаметра d строят график (рис. 7.1), где кривая S1 = f1(d) – капитальные затраты (руб.), вычисленные с учетом срока окупаемости; кривая S2 = f2(d) ~ эксплуатационные расходы.

Рис. 7.1. Схема к определению оптимального диаметра трубопровода

Тогда суммарные затраты выразятся кривой, полученной как сумма S = S1 + S2 = f (d). Абсцисса dэ и определит тот экономически выгодный диаметр, при котором затраты будут наименьшими, т.е. S = Smin.

Кроме рассмотренной основной задачи при расчете трубопроводов могут встретиться также частные задачи.

• 1. Определение перепада напора ΔH = H1-H2 по заданному расходу Q и размерам трубопровода.
• 2. Определение расхода Q при заданном перепаде напора ΔН и размерам трубопровода.
• 3. Определение диаметра d при заданном расходе Q и перепаде напора АН.

Если число Рейнольдса невелико (коэффициент λ зависит от числа Рейнольдса), то при определении Q или d коэффициент λ = f(Re) становится известным лишь после окончания расчета, поэтому в данном случае расчет усложняется и ведется методом последовательных приближений.