РУХ РІДИНИ В НАПІРНИХ ТРУБОПРОВОДАХ
Будь-який складний трубопровід можна розглядати як сукупність декількох простих трубопроводів, які з’єднані між собою паралельно чи послідовно.
При розрахунку можуть бути використані два способи, один з яких передбачає враховувати всі опори трубопровода. Другий спосіб скорочений з використанням витратних характеристик та поправочних коефіцієнтів на місцевих опорах. Для гідравлічного розрахунку трубопроводів використовують рівняння Бернуллі, рівняння постійності витрат, рівняння Дарсі-Вейсбаха. Середню швидкість потоку рідини визначають за формулою Шезі:
R H
C, (2.46)
де R – гідравлічний радіус; С – коефіцієнт Шезі.
У такому випадку рівняння витрат рідини набирає вигляду:
Q=υ S=CS 
(2.47)
де K – витратна характеристика трубопровода:
gπ d2 2 8λ
K=CS= R , (2.48)
Значення витратних характеристик труб, які випускає промисловість є в спеціальних таблицях Шевелева.
Втрати напору можна визначити за наближеним рівнянням:
Q2
H=0,0827 
d4 1+λ d , (2.49)
де λ – гідравлічний коефіцієнт тертя, – коефіцієнт місцевих опорів. Їх вибирають в таблицях залежно від виду труб, величини шорсткості, режиму руху та виду транспортованої рідини.
Якщо необхідно визначити необхідну висоту напору шляхом повного розрахунку, то використовують таке рівняння:
8 Q2
H= π2 gd4 1 λ d (2.50)
Скорочений розрахунок здійснюється за формулою:
Q2
H=1,1 k2 (2.51)
Витратну характеристику К визначають з таблиць залежно від діаметра труб. Висота напору насоса або напірної башні повинна становити:
(2.52)
Коли слід встановити витрати потоку при інших відомих параметрах, то при повному розрахунку користуються такою формулою:
πd2 2gH 4 1+λd
Q= (2.53)
У цьому випадку роблять таке допущення, нібито коефіцієнти гідравлічного тертя та місцевого опору не залежать від числа Рейнольдса Re.
При скороченому розрахунку формула витрат має такий вигляд:
Q k 
(2.54)
Якщо при відомому напорі, висоті башні, витрат по довжині трубопроводу необхідно знайти його діаметр, то задачу розв’язують наближено, користуючись такою формулою (2.53), приймаючи до уваги, що λ = f (d).
Задаючись при сталому напорі Н рядом значень діаметра d1, d2, d3 і т.п., можна побудувати графік залежності Q = f (d), а за графіком нескладно знайти діаметр трубопроводу, який відповідає заданому значенню втрат Qx.
Слід відзначити, що із зменшенням діаметру труб зменшуються капітальні витрати на будівництво трубопровода, але при цьому зростають втрати напору, що потребує більш високої потужності насосів, тобто більших витрат енергії, а відповідно, собівартість обладнання та його експлуатації. В. Яблонський запропонував формулу, за якою можна розрахувати економічно доцільний діаметр трубопроводу. Було встановлено, що економічно вигідно транспортувати рідину приблизно при швидкості 1 м/с, тоді оптимальний діаметр знаходять за формулою:
d=1,13 Q, (2.55)
де d в м, Q в м3/с.
При розрахунку простого трубопроводу змінного діаметру його розбивають на ділянки з постійним діаметром, а потім на кожній ділянці знаходять витрати напору.
Інколи на практиці для розрахунку трубопроводів використовують номограми і таблиці, які існують для різних діаметрів і дають значення уже підрахованих витрат, швидкості і втрат напору на 1 м довжини труби.
Розрахунок складних трубопроводів більш трудомісткий і громіздкий. При цьому слід відзначити, що при паралельному з’єднанні трубопроводів витрати кожного із розгалужених додаються, а втрати напору визначаються втратами в одній із віток.
Для життєвої практики цікаво буде розглянути такий тип простого трубопроводу як сифонний (грецьке слово “сифон” означає “трубка”). Тут рідина піднімається самотьоком із верхнього резервуару А на деяку висоту, що вище рівня рідини в ньому, і далі зливається в нижній резервуар В (рис. 2.23).
Рис.2.23. Схема сифонного трубопроводу
Особливістю цього трубопроводу є те, що тиск в підйомній і частково у зливній магістралях нижче атмосферного. Для його роботи необхідно, щоб вся магістраль суцільно була заповнена рідиною. Запишемо рівняння Бернуллі для двох перерізів 1-І і ІІ-ІІ, які співпадають з вільними поверхнями рідини в резервуарах А і В, і, нехтуючи місцевими опорами, в результаті розв’язку маємо:
H=λd gπd2 4 (2.56)
За цією формулою при відомому діаметрі d і довжині сифонної трубки визначають Q витрати або, навпаки, підбирають діаметр сифонної трубки, який би забезпечив витрати при заданому напорі H.
Для встановлення надійної роботи сифона необхідно знати розрідження в найвищій точці трубопроводу. При тиску на поверхні рідини рівному атмосферному практична висота всмоктування не може перевищувати 7 м, що і стосується всмоктуючої труби насосів. Таким чином, висота вильоту не може бути більше цього значення, оскільки існуюче розрідження у верхній точці буде не достатнім для самостійної подачі рідини під дією атмосферного тиску, а також пониження розрідження буде призводити до кавітаційних явищ.
Комментариев нет:
Отправить комментарий