Лекція 9. Гідравлічний розрахунок трубопроводів
Прості трубопроводи постійного перетину
Послідовне з'єднання трубопроводів
Паралельне з'єднання трубопроводів
Трубопроводи з насосною подачею рідини
Рідина рухається по трубопроводу завдяки тому, що її енергія на початку трубопроводу (у джерела гідравлічної енергії) більше, ніж в кінці. Цей перепад (різниця) рівнів енергії може бути створений тим чи іншим способом: роботою насоса, за рахунок різниці рівнів рідини, тиском газу.
Найважливішим завданням, що виникає при проектуванні безлічі гідросистем різного призначення, є завдання визначення енергетичних характеристик джерела гідравлічної енергії. До таких систем відносяться гідросистеми цехового технологічного обладнання, мобільні гідрофіковані машини, системи водопостачання та опалення та ін. Джерелами енергії таких гідросистем є насосні станції, газобалонні системи, водонапірні башти. Енергетичні характеристики джерела енергії - подача (витрата) і тиск - повинні бути такими, щоб забезпечувалися необхідні витрати і тиск на виході системи - гідродвигуні, водопровідному крані і т.п.
Рідше зустрічається зворотна задача, коли при відомих енергетичних характеристиках джерела енергії необхідно дізнатися, якими будуть максимально можлива витрата і тиск на виході гідросистеми.
У машинобудуванні доводиться мати справу найчастіше з такими трубопроводами, рух рідини в яких створюється роботою насоса. У гідротехніки і водопостачанні, а також у допоміжних пристроях протягом рідини відбувається, як правило, за рахунок різниці рівнів тисків (різниці нівелірних висот).
Прості трубопроводи. Простим (коротким) називають тру-бопровод, по якому рідина транспортують від живильника до приймача без проміжних відгалужень потоку. При цьому необхідно враховувати не тільки втрати напору на тертя по довжині трубопроводу, а й швидкісний напір і місцеві втрати напору, якими в даному випадку не можна знехтувати.
Вихідним при розрахунках простого трубопроводу (рис.)
яв-ляется рівняння балансу напорів (рівняння Бернуллі)
Схема до розрахунку короткого трубопроводу
звідки середня швидкість исте-чення рідини
введемо позначення
Витрата рідини, що пропускається через короткий трубопровід, можна визначити за формулою
П
Запишемо рівняння Бернуллі перетинів 1-1 і 2-2
;
У цьому виразі
Втрати на місцевих опорах відповідно до формули Вейсбаха складуть
З огляду на рівняння нерозривності потоку і сталість діаметра труби т. Е.
висловивши величину
і підставивши її в попередній вираз, отримаємо
величину
З урахуванням цього отримаємо
П
Якщо в трубопроводі встановлено гідравлічні апарати, що мають свої опору, то їх необхідно додати до коефіцієнта опору трубопроводу, і в результаті вийде сумарне гідравлічне опору.
Довгі трубопроводи. Це трубопроводи постійного по довжині діаметра, у яких основними є втрати напору по довжині, а місцевими втратами напору і швидкісним напором можна знехтувати.
Втрати напору по довжині трубопроводу визначають
за формулою Дарсі-Вейсбаха:
З огляду на, що витрата Q = VS і швидкість руху потоку
де А- питомий опір трубопроводу, визначається за довідковими таблицями;
Для перехідної області питомий опір Ао = А * ,
де - поправочний коефіцієнт, що враховує залежність коефіцієнта гідравлічного тертя від числа Рейнольдса.
Крім питомої опору А в літературі з гідравліки для вирішення завдань наводиться спосіб розрахунку довгих трубо-проводів, що базується на формулі Шезі.
Широко застосовуються гідравлічні параметри - це мо-дуль витрати
Послідовне з'єднання трубопроводів
Послідовний трубопровід складається з декількох труб різної довжини і різного діаметру, з'єднаних між собою.
Послідовне з'єднання трубопроводів. Розглянемо тру-бопровод, що складається з п послідовно з'єднаних труб різних діаметрів. Кожна ділянка цього трубопроводу має довжину l і діаметр d.
У кожному з цих трубопроводів можуть бути свої місцеві опори. Перебіг в рідини в такій трубі підпорядковується наступним умовам:
витрата на всіх ділянках трубопроводу однаковий, тобто
втрати тиску (напору) в усьому трубопроводі дорівнюють сумі втрат на кожній ділянці:
При русі рідини по трубопроводу весь натиск Н буде затрачено на подолання втрат напору по довжині.
Повна втрата напору в довгому трубопроводі дорівнює сумі втрат на окремих ділянках
де l - довжина ділянки, м; A- питомий опір ділянки.
.
З урахуванням сказаного неважко отримати рівняння для визначення сумарних втрат тиску, яке набуде вигляду
,
де
Величина сумарного опору з урахуванням раніше отриманої формули для простих трубопроводів складе.
У загальному випадку вираз, що описує сумарне гідравлічний опір складного трубопроводу, буде виглядати:
Отримане рівняння, що визначає сумарні втрати тиску, являє собою характеристику складного трубопроводу, яка являє
.