Задачи гидравлического расчета трубопровода

При проектировании новых трубопроводов и анализе работоспособности действующих приходится решать следующие задачи.

Для известной конструкции трубопровода необходимо определить давление или требуемый напор в начальном сечении трубопровода и выбрать способ перемещения жидкости по трубопроводу, обеспечивающий требуемый технологическими условиями ее расход. Если окажется невозможным, перемещение жидкости по трубопроводу самотеком или за счет имеющейся разности давлений в аппаратах и окажется необходимым использование насоса для перекачивания жидкости, тогда конечной целью расчета будет являться и подбор насоса, обеспечивающего заданный ее расход.

Задачей расчета может быть и определение расхода жидкости с заданными свойствами по имеющемуся трубопроводу, когда известен статический напор в его начальном сечении.

Целью расчета может оказаться и подбор диаметра трубопровода, при котором обеспечивается требуемый расход жидкости при имеющемся статическом напоре в начальном сечении трубопровода.

Решение указанных задач связано с графическим построением для системы "начальная ёмкость - трубопровод - заполняемая ёмкость" так называемых гидравлических характеристик системы, под которыми понимают характеристику трубопровода и кривую требуемого напора. При выполнении расчетов, связанных с определением гидравлических характеристик, используются зависимости для определения потерь напора на линейных участках трубопровода, в местных сопротивлениях и технологических аппаратах и две фундаментальные зависимости: уравнение Бернулли и уравнение неразрывности потока.

ХАРАКТЕРИСТИКА ТРУБОПРОВОДА

Характеристикой трубопровода, называемой еще и характеристикой сети, называется график зависимости потерь напора в трубопроводе от расхода жидкости:

(1)

где - сумма всех потерь напора в трубопроводе;

q_v - объемный расход жидкости.

При выполнении гидравлических расчетов трубопровода исходят из принципа наложения потерь, определяя общие потери напора как сумму потерь напора на линейных участках трубопровода, в местных сопротивлениях и в технологических аппаратах, входящих в состав трубопровода:

(2)

где - потери напора на i-ом линейном участке трубопровода;

- потери напора на j-ом местном сопротивлении, включая потери напора на входе и выходе из трубопровода;

- потери напора в технологических аппаратах, входящих в состав трубопровода.

Такими аппаратами могут быть теплообменники, фильтры, смесители, гидроциклоны, дегазаторы и др.

Методику определения потерь напора на линейных участках, в местных сопротивлениях и для некоторых типов технологического оборудования можно найти, например, в пособиях [2,3,4].

В общем случае зависимость (1) представляет собою исходящую из начала координат параболическую кривую (рис.8, см. прил.), крутизна которой определяется режимом течения жидкости, длиной трубопровода и количеством местных сопротивлений. При ламинарном режиме течения и малых потерях напора в местных сопротивлениях эта по сравнению с потерями на линейных участках зависимость будет практически линейной (рис.9, см. прил.).

В составе любого трубопровода всегда имеются запорные устройства в виде вентилей, задвижек или кранов. Изменение степени открытия запорного устройства позволяет при эксплуатации технологического оборудования регулировать расход протекающей по трубопроводу жидкости. Потери напора, в запорном устройстве зависят от степени его открытия, по мере его закрывания они возрастают. Таким образом, запорное устройство является местным сопротивлением, в котором при заданном расходе потери напора являются наименьшими, когда оно полностью открыто, и будут возрастать по мере его закрывания, увеличивая тем самым величину 2й. Характеристику трубопровода строят при полностью открытом запорном устройстве (кривые 1 на рис.8 и рис.9, см. прил.). Для частично прикрытого запорного устройства вследствие увеличения потерь напора характеристика трубопровода будет располагаться выше первоначальной (кривые 2 на рис.8, и рис.9, см. прил.).