Гидравлические характеристики трубопроводов

Расходная характеристика трубопровода (модуль расхода)

Классификация трубопроводов

Гидравлический расчет трубопроводов

В зависимости от соотношения линейных и местных потерь трубопроводы делятся на короткие и длинные, в зависимости от конструкции гидравлической системы - на простые и сложные.

короткие трубопроводы – это трубопроводы сравнительно небольшой длины, на которых смонтировано значительное количество местных сопротивлений и поэтому местные потери сопоставимы с линейными. Это, например, системы объемных гидравлических приводов всех назначений, системы смазки различных устройств.

Кроме того, это трубопроводы, некорректный расчет которых может вызвать отказ работы устройства (сифоны, всасывающие линии насосов и т.п.).

при расчете коротких трубопроводов учитываются как линейные, так и местные потери:

h_сум = Σh_л.п+Σh_м.п.

задачи решаются с применением уравнений неразрывности и Д.Бернулли для потока реальной жидкости.

Длинные трубопроводы – это трубопроводы значительной длины, в которых линейные потери являются основными. Это водопроводные системы всех назначений, нефтепроводы и т.п. системы.

При расчете таких трубопроводов определяются только линейные потери, а на местные добавляют 5…10% от линейных, т.е.

h_сум = (1,05…1,1)h_л.п.

Простые трубопроводы – это трубопроводы, как правило, одного диаметра, не имеющие ответвлений.

Сложные трубопроводы имеют различного рода ответвления или состоят из нескольких линий (параллельного соединения, тупиковые, замкнутые, или кольцевые).

Вспомним формулу линейных потерь – формулу Дарси – Вейсбаха: .

Выразим в этой формуле скорость V через расход Q из соотношения :

. (6.1)

Для трубопровода определенного диаметра комплекс величин в выражении (6.1) можно считать величиной постоянной (1/К²), кроме коэффициента гидравлического трения λ. На основании понятия среднеэкономической скорости V_с.э покажем, что и указанный коэффициент λ можно отнести к этому комплексу, т.к. в этом случае, число Рейнольдса будет иметь определенное значение: , и на графике Никурадзе коэффициент λ в этом случае будет иметь конкретное значение.

Обоснуем правомерность введения понятия среднеэкономической скорости следующими рассуждениями.

Гидравлическую систему, например водопроводную, для пропуска определенного расхода можно выполнить из труб разного диаметра. При этом с увеличением диаметра d, следовательно, уменьшением скорости V капитальные затраты будут расти, а эксплуатационные затраты будут уменьшаться из-за снижения гидравлических потерь. Скорость, при которой суммарные затраты будут иметь минимальное значение, будем называть среднеэкономической скоростью V_с.э = 0,8…1,3 м/с (рис.6.1).

рис.6.1

Тогда формула линейных потерь (6.1) примет вид

, (6.2)

где К – расходная характеристика трубопровода (модуль расхода), зависит от материала трубопровода, диаметра и расхода. берется из таблиц.

Гидравлической характеристикой трубопровода называется зависимость напора, который необходимо создать в трубопроводе для пропуска по нему определенного расхода, т.е. Н=f(Q).

Рассмотрим некоторые особенности этой характеристики.

1. Представим себе горизонтальный трубопровод длиной l и диаметром d, питаемый, например, от насоса с постоянным расходом Q (рис.6.2).

рис. 6.2

Составив уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, получим, что напор в сечении 1-1 тратится на преодоление линейных потерь h_л.п, т.е. Н = h_л.п.. тогда формулу (6.2) представим в виде

. (6.3)

Обозначим . Для конкретного трубопровода это будет постоянная величина, тогда выражение (6.3) примет вид

. (6.4)

Такая явно квадратичная зависимость свойственна только турбулентному режиму движения (рис.6.3).

рис. 6.3

Из рис. 6.3 видно, что, например, для пропуска расхода Q_i в трубопроводе необходимо создать напор Н_i.

2.Допустим, что насос подает жидкость в трубопровод с преодолением статического напора Н_ст (рис.6.4).

рис. 6.4

Сначала характеристика совпадает с линией ОН (ординатой). Дальнейшее увеличение напора расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений h_п, которые увеличиваются с увеличением расхода Q. Таким образом, аналитическое выражение такой характеристики будет иметь вид

. (6.5)

3. мы имеем, например, семейство характеристик 1,2,3 (рис.6.5). Простой анализ позволяет сделать вывод, что они принадлежат трубопроводам различного диаметра, т.е. d₁>d₂>d₃. Таким образом, например, трубопровод 1 может пропустить больший расход при меньшем напоре, чем трубопроводы 2 и 3.

Рис. 6.5 Рис. 6.6

4. Гидравлическую характеристику трубопровода определенного диаметра можно изменить, например, с помощью задвижки. В выражении Н=ВQ² изменяется коэффициент В. Задвижкой в этом случае вводится дополнительное сопротивление, эквивалентное определенной длине трубопровода (рис.6.6).

5. Примем, что насос подает жидкость в трубопровод с верхнего бака в нижний (рис.6.7), т.е. имеет место «отрицательного» статического напора. В этом случае напор Н` без насоса обеспечит расход в трубопроводе Q`. Для увеличения расхода подключается насос.

Рис. 6.7

6. гидравлическая сеть состоит из нескольких трубопроводов различного диаметра и длины, соединенных последовательно (рис.6.8).

Рис. 6.8

Очевидно, что ; ;

. (6.6)

Суммарную характеристику можно получить по выражению (6.6) или построением характеристик отдельных ее участков 1,2 и 3 с последующим графическим их сложением (рис.6.9).

Рис. 6.9

7. гидравлическая сеть состоит из нескольких трубопроводов различного диаметра и длины, соединенных параллельно (рис. 6.10).

Рис. 6.10

Очевидно, что . В точках А и В напор одинаков для трубопровода с расходом Q₁ и Q₂. следовательно, падение напора в каждой ветке одинаково, т.е. Н=Н₁=Н₂ или

. (6.7)

Суммарную характеристику получают построением характеристик отдельных ее участков с последующим графическим их сложением (рис.6.11).

Рис. 6.11

Дата добавления: 2014-12-16