Гидравлические расчеты трубопроводов при установившемся напорном движении жидкости
Особенности расчета простых трубопроводов. Движение жидкости на различных участках трубопровода. Расчет длинного трубопровода постоянного диаметра. Исследование системы трубопровода из последовательно соединенных длинных труб различных диаметров и длин.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.09.2017 |
| Размер файла | 582,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
29
Размещено на http://www.allbest.ru/
Гидравлические расчеты трубопроводов при установившемся напорном движении жидкости
Расчет простых трубопроводов
Простой трубопровод - трубопровод, не имеющий ответвлений, состоящий из труб одинакового диаметра, выполненных из одного материала. Движение жидкости в трубопроводе обусловлено напором, равным разности напоров в резервуарах - питателе и приемнике (рис.13.1) или разности напоров в резервуаре-питателе и в струе на выходе из трубы (рис.13.2), если резервуар-приемник отсутствует. Если указанная разность напоров не будет изменяться во времени, то движение установившееся.
Рис. 1. Рис. 2.
На различных участках трубопровода движение жидкости может быть равномерным и неравномерным (участки вблизи конструктивных элементов, обусловливающих появление местных сопротивлений, и участки стабилизации). На каждом из участков происходит потеря части напора.
По соотношению напоров, потерянных (затраченных на преодоление сопротивлений движению жидкости) на участках равномерного и неравномерного движения, простые трубопроводы делятся на длинные и короткие.
В гидравлически длинном (или просто длинном) трубопроводе потери напора по длине настолько превышают местные потери и скоростной напор, что сумму не вычисляют, а принимают как некоторую часть потерь по длине .
При расчетах длинных трубопроводов находят потери напора по длине , а затем суммарные местные потери напора учитывают, увеличивая найденные значения на 5-10 %.
В коротком трубопроводе потери напора по длине и местные потери сопоставимы по значению. При гидравлическом расчете коротких трубопроводов учитываются как местные потери напора, так и потери напора по длине, а в балансе напоров учитываются скоростные напоры в сечениях потока.
По определяемым величинам и методике расчета простых трубопроводов задачи делятся на три группы:
1) определение расхода при заданном напоре , известной длине трубы и шероховатости стенок трубы, а также плотности и вязкости жидкости ;
2) определение напора при заданном расходе и при известных длине, диаметре и шероховатости трубы, а также плотности и вязкости жидкости;
3) определение необходимого диаметра трубы при заданных расходе и напоре и известных длине и шероховатости трубы, а также плотности и вязкости жидкости.
Каждая задача решается с помощью уравнения Бернулли и уравнения неразрывности.
Расчет длинного трубопровода постоянного диаметра
Для решения любой из поставленных выше задач составляется уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 (рис. 1 и 2).
Пренебрегая местными потерями и скоростными напорами, получаем
.
Выразим потери напора через гидравлический уклон , откуда
. (1.)
Подставив (1) в формулу Шези , получим
. (2)
Решая уравнение относительно , имеем
. (3)
Расход жидкости при равномерном движении равен
. (4)
Объединив величины, зависящие от размеров (диаметра) трубы, представим их в виде так называемой расходной характеристики (модуля расхода)
. (5)
Расходная характеристика представляет собой расход в данной трубе при гидравлическом уклоне, равном единице. Получим
; (6)
. (7)
Напомним, что при равномерном движении гидравлический и пьезометрический уклоны равны.
Пренебрегая скоростным напором, получим, что линия удельной энергии (напорная линия) и пьезометрическая линия совпадают.
Ясно, что расход и расходная характеристика должны быть выражены в одних и тех же единицах.
Для вычисления напора запишем следующую формулу:
, (8)
где
(9)
удельное сопротивление трубопровода.
Удельное сопротивление трубопровода численно равно напору, затрачиваемому на единице длины трубопровода при расходе, равном единице. Раскрывая значение в (13 9), с учетом того, что , получим
при =9,81 м/с2.
По выведенным формулам решаются основные задачи при расчетах простого трубопровода.
Неновые стальные и чугунные трубы, т.е. бывшие в эксплуатации при нормальных условиях ("нормальные" трубы), имеют повышенную шероховатость стенок, оценивавмую в среднем высотой выступа условной равнозернистой ("эквивалентной") шероховатости 1,0-1,5 мм.
Новые чугунные трубы характеризуются средним значением 0,5 мм; новые стальные трубы имеют средние значения 0,45 мм. При защитных покрытиях внутренней поверхности новых труб (битумизация, покрытие лаками и т.п.) шероховатость оценивается другими значениями.
Таблица 13.1
|
Вид труб |
Скорость , м/с, при диаметре труб, мм |
|||||||||
|
50 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
1000 |
1400 |
||
|
Новые стальные |
2,8 |
3,2 |
3,5 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
4,0 |
4,2 |
4,4 |
|
|
Новые чугунные |
2,5 |
2,8 |
3,1 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,8 |
4,0 |
|
|
"Нормальные" (бывшие в эксплуатации) |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,1 |
1,1 |
1,2 |
1,2 |
1,3 |
1,3 |
С использованием значения для начала квадратичной области по (8.46) и указанных значений найдены значения , при превышении которых наступает квадратичная область (табл.13.1); для "нормальных" труб здесь принято 1,35 мм.
При турбулентном режиме движения отношение коэффициента Шези в квадратичной области к коэффициенту Шези в переходной области, обозначенное , согласно исследованиям Ф.А. Шевелева для каждого вида труб зависит только от средней скорости (при условии, если принять кинематическую вязкость жидкости =const).
Исходя из того что
,
имеем
.
Коэффициент .
Значения коэффициентов и для новых стальных и чугунных труб, а также для "нормальных" труб приводятся в справочниках.
Так как , а то
,
где - расходная характеристика в квадратичной области сопротивления; - расходная характеристика, в том числе и в переходной области.
Отсюда расход жидкости определится по формуле
. (10)
Из (7) с учетом (10) получим
. (11)
При расчете трубопроводов достаточно большой протяженности часто формулу (13.11) применяют в виде
, (12)
где - длина трубопровода, км. Следует помнить, что при расчетах для и необходимо применять одинаковые единицы величин.
Расходные характеристики подсчитаны И.И. Агроскиным с учетом предложенной им формулы (8.50) для коэффициента Шези.
В квадратичной области сопротивления . В переходной области сопротивления , а .
В соответствии с (13.10) получаем, что при движении жидкости в переходной области сопротивления при неизменных и расход будет меньше, чем в квадратичной области сопротивления.
Рассмотрим зависимость потерь напора в квадратичной области от диаметра трубопровода. Так как расходная характеристика , то, приняв получим из (13.11) при . При потери напора обратно пропорциональны .
Это обязательно следует учитывать при проектировании трубопроводов. При неизменных остальных величинах в квадратичной области уменьшение диаметра в 1,5 раза приведет к увеличению потерь примерно в 8,7 раза, а уменьшение диаметра труб в 2 раза вызовет увеличение потерь напора уже примерно в 40 раз.
Расчет трубопровода из последовательно соединенных труб
Рассмотрим систему из последовательно соединенных длинных труб различных диаметров и длин. В общем случае материал труб может быть различным. Система соединяет два резервуара (рис. 3).
Рис. 2
Заданы расход , диаметры труб и длины участков. Расходные характеристики труб берутся из справочника.
По трубопроводу, составленному из последовательно соединенных труб, проходит не изменяющийся по длине транзитный расход . На каждом (-м) участке рассматриваемого трубопровода для пропуска расхода затрачивается часть суммарного напора , равная
,
где =l,2,3,., - номер участка трубопровода.
Поскольку местными потерями пренебрегаем, напор затрачивается на преодоление потерь напора по длине и равен сумме потерь напора на отдельных участках:
.
Учитывая (11), получаем при постоянном расходе
(13.13)
или
,
где -удельное сопротивление -гo участка с учетом области сопротивления.
Расчет параллельно соединенных труб
При параллельном соединении длинных трубопроводов между точками М и N проходит несколько труб (рис. 4).
Заданы расход , длины, диаметры, материал трубы и расходные характеристики труб.
Рис. 2
Разность пьезометрических напоров в начале и в конце труб составляет напор , полностью затрачиваемый на преодоление сопротивлений. На каждом участке трубы движение происходит под действием одного и того же напора. Но в связи с различными длинами участков гидравлические уклоны на каждом участке будут разными
,
где - номер участка трубы.
Расход, проходящий по любому участку, равен
(14)
или
. (15)
Для всех "участков имеем уравнений для в форме (13.14) или (13.15).
Сумма расходов на отдельных участках должна быть равна общему расходу, поступающему в систему параллельно соединенных трубопроводов в точке М, и выходящему из системы в точке N:
. (16)
Таким образом, имеем уравнение: уравнений вида (14) и уравнение (16).
В результате можем определить необходимый напор и расход в каждой из параллельно соединенных линий.
Из (14) и (16) найдем
(17)
или
(18)
Распределение расходов между отдельными участками заранее не известно. Поэтому все расходы на участках (пока неизвестные) выражают через какой-либо один например через . Тогда, применяя (13.14), получаем
(19)
или
. (20)
При расчетах сначала предполагают, что область сопротивления на всех участках квадратичная, т. е =1 а . С учетом этого предположения находят и все затем находят средние скорости на каждом участке и уточняют область сопротивления, сравнивая с . Если необходимо, следует ввести поправки и вновь определить напор и расход в линиях.
Расчет трубопровода с непрерывным изменением расхода по длине
Часто встречаются случаи, когда по длине трубопровода происходит раздача некоторой части расхода или всего расхода, причем отбор воды потребителями в нескольких сечениях по длине трубопровода.
К таким трубопроводам относятся городские и сельские водопроводы, поливные трубопроводы, подающие воду в каждую борозду через отверстие, трубопроводы для систем внутрипочвенного и капельного орошения Собирающие трубопроводы (дренажные) работают в условиях увеличения расхода по длине.
Наиболее простая схема, применяемая при расчете таких трубопроводов, - непрерывное изменение раздаваемого или поступающего расхода по длине. При такой схеме на каждой единице длины расход в трубопроводе изменяется (уменьшается или растет) в среднем на .
Рассмотрим трубопровод с непрерывным уменьшением расхода по пути, т.е. трубопровод с непрерывной раздачей расхода . Помимо расхода , линейно изменяющегося от в начале трубопровода до нуля в конце трубопровода, в общем случае по такому трубопроводу может проходить без изменения еще транзитный расход . Тогда в начале трубопровода (рис. 5) расход равен , а в конце .
Для точного определения потерь напора в трубопроводе необходимо решить дифференциальные уравнения движения жидкости с переменной массой.
Отметим, что в связи с переменностью расхода по длине изменяется и средняя скорость (вплоть до в конце трубопровода при ), а следовательно, и коэффициент Дарси , и расходная характеристика
.
Определим потери напора в трубопроводе с непрерывной раздачей расхода при некоторых упрощающих допущениях.
Выделим на произвольном расстоянии от начала участка сечение М, расход в котором меньше расхода в начальном сечении на расход, уже распределенный по длине, т.е. на участке NM
.
Условно считаем, что в данном случае в любом (-м) сечении можно применить вытекающее из формулы Шези выражение для гидравлического уклона при равномерном движении
.
В действительности при непрерывной раздаче скорость по длине не постоянна, а уменьшается, т.е. условия равномерного движения нарушены. В пределах выделенного элемента , примыкающего к сечению М, гидравлический уклон
.
На длине элемента уменьшение напора определится в следующем виде:
.
В результате интегрирования в пределах от 0 до при допущении о постоянстве расходной характеристики const получим расчетные формулы для необходимого напора
.
Произведя упрощения, получим
. (21)
Ориентировочно можно принять
Введем понятие "расчетный расход"
.
Тогда вместо (21) запишем
.
Если , то ; если , то ; если и , то . Если транзитный расход отсутствует, то
. (23)
Интересно отметить, что положение пьезометрической линии при непрерывной раздаче расхода зависит, как показывают исследования, от значения .
Если трубопровод короткий, то пьезометрическая линия непрерывно повышается (), может наблюдаться минимум напора примерно на (при ) и последующее увеличение напора к концу трубы вплоть до равенства напора в начале и в конце трубы.
Наконец, пьезометрическая линия может непрерывно понижаться .
Расчет подводящего (всасывающего) трубопровода центробежного насоса
Всасывающий трубопровод обычно - гидравлически короткий трубопровод (рис.13.6), в котором должны быть учтены при расчете как потери по длине, так и детально местные потери напора. В таком трубопроводе вследствие работы центробежного насоса на входе в него (в сечении 2-2) возникает разрежение (вакуум), благодаря чему жидкость течет по трубопроводу к насосу.
Рис. 6
Цель расчета рассматриваемого трубопровода состоит в определении высоты установки насоса или вакуумметрической высоты во всасывающем патрубке центробежного насоса.
Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, причем первое сечение выбрано на поверхности воды в водоеме (питателе), а второе - непосредственно перед входом в насос во всасывающем патрубке. Плоскость сравнения совмещена с сечением 1-1. Расход , подаваемый насосом, известен. Диаметр всасывающего трубопровода определяется при заданном расходе с учетом рекомендуемой СНиП средней скорости движения воды в трубопроводах насосных станций (табл.13.2).
Таблица 2
Зная и выбрав значение , найдем
.
Далее, приняв ближайший стандартный диаметр трубопровода, вновь находим среднюю скорость в трубопроводе и ее вводим в расчет.
Рассмотрим горизонтальный центробежный насос. Уравнение Бернулли имеет в данном случае вид
.
Отсюда высота установки насоса (геометрическая высота всасывания) при
.
Геометрическая высота всасывания для горизонтального центробежного насоса определяется от уровня в водоеме (от минимального уровня при изменениях этого уровня), до оси насоса.
Вакуумметрическая высота всасывания
.
Тогда
.
Допустимое значение приводится заводом-изготовителем, обычно м.
Следовательно, допустимая высота установки насоса должна быть меньше на , где .
С помощью уравнения Бернулли, естественно, можно решить и другую задачу: определить во всасывающем патрубке центробежного насоса при известной высоте установки насоса .
Допустимое значение зависит от конструкции насоса, рода и температуры перекачиваемой жидкости. Для нормальных условий работы насоса необходимо, чтобы при данной температуре. Иначе может начаться интенсивное выделение паров жидкости и газов, нормальный режим работы насоса нарушится и подача уменьшится.
Расчет экономически наивыгоднейшего диаметра нагнетательного трубопровода
Центробежный насос создает напор, благодаря которому жидкость подается на более высокие отметки (рис. 7), например, в водонапорную башню, откуда вода поступает самотеком в распределительную сеть и раздается потребителям. Могут быть и другие схемы.
Рис. 7
Благодаря работе насоса каждая единица веса жидкости, пройдя через насос, получает дополнительно к той удельной энергии, которой эта единица веса обладала на входе в насос, определенную удельную энергию . Эта дополнительная удельная энергия называется напором насоса и обычно выражается в метрах столба перекачиваемой жидкости.
При подаче жидкости на высоту из питателя с давлением на поверхности в резервуар-приемник с давлением на поверхности напор равен (если )
,
где - скорость в резервуаре-приемнике.
Если , а скоростным напором можно пренебречь, то для подъема жидкости должен быть создан напор
,
где - сумма геометрических высот всасывания и нагнетания; а - сумма потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.
Величину называют геодезической (нивелирной, статической) высотой подъема.
Таким образом, каждой единице веса жидкости насосом должна быть сообщена дополнительная удельная энергия, равная
.
Заданный расход жидкости может быть подан на требуемый уровень нагнетания (т.е. при заданной геодезической высоте подъема ) по трубам различного диаметра.
При рассмотрении задачи выбора диаметра нагнетательного трубопровода неизвестны и диаметр , и напор . В выражении для напора можно отделить величины, не зависящие от диаметра нагнетательного трубопровода (), от потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений в нагнетательном трубопроводе .
При расходе жидкости (подаче насоса) и напоре подводимая к двигателю насоса мощность
, (24)
трубопровод труба простой длинный
где - расход (подача), м3/с; -напор, м; -коэффициенты полезного действия насоса и двигателя.
Обозначив , получим для воды , кВт,
. (25)
Часть этой мощности расходуется на подъем жидкости на геометрическую (геодезическую) высоту и на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем трубопроводе . Все эти величины от диаметра нагнетательной линии не зависят.
Часть мощности, равная , предназначена для преодоления сопротивлений в нагнетательном трубопроводе и, понятно, существенно зависит от диаметра этого трубопровода. Рассчитываемые нагнетательные трубопроводы систем водоснабжения обычно относятся к гидравлически длинным и .
Оптимальный (экономически наивыгоднейший) диаметр нагнетательного трубопровода определяют на основе технико-экономических расчетов.
Потери напора по длине трубопровода обратно пропорциональны диаметру трубы в степени, близкой к пятой. Увеличивая диаметр трубы, можно заметно уменьшить потери напора, следовательно, уменьшить мощность и затраты на электроэнергию, предназначенную для создания этой части мощности.
Но увеличение диаметра труб приводит к увеличению строительной стоимости трубопровода (капиталовложений в строительство трубопровода) и ежегодных амортизационных (и других) отчислений.
И, наоборот, с уменьшением диаметра трубы резко возрастает стоимость электроэнергии, затрачиваемой на преодоление гидравлических сопротивлений, но уменьшаются строительная стоимость и ежегодные отчисления.
Отсюда ясно, что экономически наивыгоднейшим диаметром следует считать такой, при котором приведенные годовые затраты будут минимальными.
Приведенные годовые затраты на 1 м трубопровода определяются следующим образом:
(26)
Здесь - приведенные годовые затраты; - затраты на оплату электроэнергии, затрачиваемой на преодоление гидравлических сопротивлений (в нагнетательном трубопроводе) на длине 1 м:
,
где индекс штрих соответствует 1 м; - коэффициент полезного действия насосного агрегата (насосной установки); - число часов работы насосной станции (установки) в год, определяется с учетом изменения режима водопотребления и режима работы с изменением водоподачи; - тариф на электроэнергию для данного района (нормативная величина), р/ (кВтч).
Выражение для строительной стоимости единицы длины трубопровода, найденное из анализа сметной стоимости строительства, имеет вид
,
где - постоянная (не зависящая от диаметра) часть строительной стоимости (табл.13.3); - нормированный коэффициент, зависящий от вида труб и от условий строительства; - показатель степени, зависящий от вида труб и не зависящий от условий строительства.
Доля строительной стоимости 1 м трубопровода, отнесенная к одному году, равна
,
где - нормативный срок окупаемости капиталовложений в строительство; для водоснабжения принимается равным 7-10 годам.
Сумма амортизационных отчислений (в том числе отчислений на капитальный ремонт) и отчислений на текущий ремонт, отнесенная к одному году, равна
,
где - сумма нормированных отчислений в процентах (табл.13.3).
Обозначим
.
Значения (при различных ) по нормативным данным для труб из различных материалов приводятся в табл.13.3.
Таблица 13.3
|
Трубы |
при |
||||
|
Стальные Чугунные Асбоцементные Полиэтиленовые |
4,6 3,3 7,3 4,6 |
6,9 8,4 11,0 9,0 |
0,189 0,176 0,216 0,189 |
0,146 0,133 0,173 0,146 |
Приведенные годовые затраты на строительство 1 м трубопровода составляют
.
Найдя первую производную от по и приравняв ее нулю, получим общее выражение для , удовлетворяющего минимуму приведенных годовых затрат,
.
Отсюда
. (27)
Рис.8
Здесь был показан принципиальный гидравлический подход к определению экономически наивыгоднейшего диаметра одиночного нагнетательного трубопровода.
Задача об определении может быть решена либо аналитически, либо подбором. Задаваясь различными значениями диаметра нагнетательной линии, находят соответствующие значения и строят график (рис. 8). Экономически наивыгоднейший диаметр соответствует минимуму приведенных годовых затрат.
Расчет распределительных водопроводных линий
Водопроводные сети, по которым вода из водонапорной башни (или резервуара) поступает к потребителям, делятся на разветвленные (тупиковые) (рис. 9) и кольцевые (рис. 10).
Расчет разветвленных сетей. Разветвленные сети состоят из основной магистральной линии и отходящих от узлов сети ответвлений, которые могут состоять из одной линии (простые ответвления) или нескольких участков трубопроводов (сложные ответвления).
При расчете разветвленной сети возможны две основные схемы:
1) отметка пьезометрической линии в начале сети не задана;
2) отметка пьезометрической линии в начале сети известна.
Расчет разветвленной сети по первой схеме. Отметка пьезометрической линии (отметка уровня воды в резервуаре водонапорной башни) не известна.
Рис. 9
В начале расчета следует выбрать магистральную линию. Она должна соединять водонапорную башню с одним из конечных узлов. Кроме того, магистральная линия обычно имеет наибольшую длину, по ней проходит больший расход, чем по другим намечаемым основным линиям. За конечный узел часто принимается узел с наибольшей геодезической отметкой поверхности земли. Иногда для выбора магистральной линии приходится сравнивать различные варианты, исходя из обязательного обеспечения подачи необходимых расходов и требуемых свободных напоров.
Рис. 10
После выбора магистрали определяются расчетные расходы по всем участкам сети.
При этом по известным уже правилам учитывается наличие сосредоточенных и равномерно распределенных расходов.
По известным расчетным расходам определяются диаметры участков трубопроводов. При этом используются таблицы найденных по экономическим соображениям рекомендуемых Ф.А. Шевелевым предельных расходов и средних скоростей в водопроводных стальных, чугунных, асбестоцементных и полиэтиленовых трубах.
Предельные расходы и средние скорости для стальных труб, прокладываемых в центральных и западных районах европейской части СССР, приведены в табл.13.4 Для районов Сибири и Урала (где более дешевая электроэнергия, но большие капиталовложения в строительство трубопроводов в связи с большой глубиной прокладки труб) приводимые в таблице значения предельных расходов должны быть увеличены на 10-15%. Для южных районов (где более дорогая электроэнергия, но меньшие затраты на строительство) указанные значения предельных расходов уменьшаются на 12-9 %.
Таблица 13.4
|
Диаметр трубопровода, мм |
Рекомендуемая предельная скорость, м/с |
Рекомендуемый предельный расход, м3/с |
Диаметр трубопровода, мм |
Рекомендуемая предельная скорость, м/с |
Рекомендуемый предельный расход, м3/с |
|
|
50 75 100 125 150 200 250 300 350 |
0,96 1,07 1,15 1, 19 1,12 1,34 1,34 1,35 1,35 |
3,1 5,8 11,7 16,6 21,8 46,0 71,0 103,0 140,0 |
400 500 600 700 800 900 1000 1200 |
1,36 1,50 1,49 1,52 1,53 1,57 1,68 1,69 |
184 315 443 561 776 987 1335 1919 |
Сравнивая расчетные расходы каждого участка с предельными расходами, назначают соответствующие диаметры на участках. Затем определяют потери напора по длине каждого (-го) участка магистрали
.
Поправочные коэффициенты , как и выше, отражают увеличение потерь напора в переходной области сопротивления и зависят от средней скорости.
Из предварительных проработок при расчете известны геодезические отметки поверхности земли в узлах сети, материал труб, длины всех участков сети, сосредоточенные расходы в узлах сети (узловые расходы) и расходы, непрерывно раздаваемые на соответствующих участках. Также известны необходимые минимальные свободные напоры в концевых и других узлах сети. Требуемый свободный напор при расчетах принимается из нормативных документов. Минимальный свободный напор в сети водопровода при хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание над поверхностью земли должен приниматься при одноэтажной застройке не менее 10 м, при большей этажности на каждый этаж следует добавить 4 м.
Магистральная линия представляет собой ряд последовательно соединенных участков. Поэтому напор, затрачиваемый при движении воды по магистрали, равен
.
Отметка пьезометрической линии в концевом узле магистрали равна
где - геодезическая отметка поверхности земли в концевом узле; - минимальный свободный напор в этом же узле.
Отметка пьезометрической линии в начале магистрали [отметка уровня воды в водонапорной башне (точка С на рис.13.7)]
.
Свободный напор в начале сети (высота уровня воды в водонапорной башне над поверхностью земли в точке С) равен
где
- геодезическая отметка поверхности земли в точке С.
При расчете необходимо проверить, чтобы свободные напоры в узлах были больше рекомендуемых нормами.
Расчет ответвлений производится при известных отметке пьезометрической линии (полученной при расчете магистрали) в начале ответвления геодезических отметках поверхности земли в начале и в конце ответвления и в промежуточных узлах (если они имеются, т.е. если ответвление сложное) на ответвлении.
Известны также расчетные расходы, материал и длины труб, требуемый минимальный свободный напор в концевом узле .
Тогда отметка пьезометрической линии в конце ответвления
.
Следовательно, максимально возможный напор для преодоления сопротивлений в ответвлении равен
.
При простом ответвлении максимально возможный уклон
и, следовательно, расходная характеристика
.
Найдя по значению ближайший больший диаметр в справочнике, получим потери напора по длине в ответвлении
.
Далее определяем отметку пьезометрической линии и свободный напор в конце ответвления , который не может быть принят меньше рекомендуемого нормами без особого обоснования. Выбранный по значениям ближайший больший диаметр обеспечивает гидравлический уклон, меньший, чем , т.е. .
При сложном ответвлении, состоящем из участков, средний гидравлический уклон
.
Расходная характеристика на каждом участке
.
В общем случае расходная характеристика на каждом участке не будет точно равна , т.е. необходимо выбирать между ближайшими меньшим и большим диаметром на каждом участке, рассматривая различные комбинации этих диаметров. Число таких комбинаций равно .
Если на всех участках принять только большие диаметры, то потери напора будут меньше, чем найденные по условиям задачи , но стоимость труб будет наибольшей.
Если на всех участках ответвления принять только меньшие диаметры, то стоимость труб будет наименьшей, но потери напора превзойдут . При этом может быть меньше или даже . Такие варианты недопустимы. Поэтому последовательно перебирают вариантов, выбирая попеременно меньшие диаметры на одних участках (одном участке), а большие - на других.
За расчетный принимается вариант с максимально возможным использованием напора при наименьшей массе труб, а следовательно, и их минимальной стоимости.
При необходимости в расчеты вводятся поправки на неквадратичность сопротивления.
Расчет разветвленной сети по второй схеме ведется аналогично расчетам сложных ответвлений. Назначается магистральная линия. Определяется максимально возможный для использования напор
,
где заданная отметка пьезометрической линии в начале магистрали; .
Далее определяется средний гидравлический уклон по магистрали
.
Затем по вычисленным расчетным расходам находятся расходные характеристики на каждом участке
и вновь рассматриваются вариантов сочетаний диаметров на участках.
Расчеты кольцевых водопроводных сетей. Кольцевые водопроводные сети представляют собой замкнутые смежные контуры или кольца. Такие сети обладают большей надежностью, чем разветвленные. В кольцевых сетях выключение одного или нескольких участков может быть компенсировано подачей воды по параллельным и обходным линиям. При этом снабжение водой временно выключается только на выключенном участке. Когда в сети возникают резкие и быстро сменяющие друг друга повышения и понижения давлений (гидравлический удар), в кольцевой сети это явление не так опасно, как в разветвленной.
Расчеты кольцевых водопроводных сетей представляют собой сложную задачу, при решении которой учитываются не только трубопроводы, но и все сооружения (насосные, станции, станции подкачки, резервуары, водонапорные башни и другие сооружения). Учитывается необходимость обеспечения подачи воды без перебоев и остановок сети.
Основное значение при расчетах имеют технико-экономические требования. Расчеты кольцевых водопроводных сетей представляют собон важную комплексную технико-экономическую задачу, которую детально изучают в курсе водоснабжения.
Здесь остановимся только на основных положениях расчета.
Исходными известными сведениями о кольцевой сети являются общая конфигурация сети, топография местности, длины участков, раздаваемые в узлах расходы; материал труб неизвестен.
Если на каждом участке раздача расходов воды происходит равномерно, то расход условно относят поровну к узлам в начале и в конце участка.
Расчет ведется следующим образом.
Намечается направление движения воды (начальное потокораспределение). При этом должен обеспечиваться первый закон Кирхгофа, т.е. равенство нулю суммы расходов, поступающих в узел (положительные) и уходящих из узла (отрицательные):
, (28)
где - номер узла.
По приближенным формулам или по рекомендуемым предельным расходам определяются в первом приближении диаметры, соответствующие технико-экономическим требованиям.
Вычисляются потери напора на каждом участке. При этом условно считается, что в каждом кольце потери напора на участках, где намеченное движение воды происходит по часовой стрелке, - положительные, а направление воды против часовой стрелки соответствует отрицательным потерям напора.
Потери напора в кольцах должны удовлетворять второму закону Кирхгофа, т.е. алгебраическая сумма потерь напора в каждом кольце должна быть равна нулю:
, (29)
где - потери напора на участке между -м и -м узлами.
Очевидно, поскольку начальное потокораспределение производилось произвольно и диаметры округлялись до стандартных значений, условие (13 29) в начале расчета (первое приближение) не удовлетворяется.
В связи с этим производят так называемую "увязку" кольцевой сети. При этом вводят поправки к ранее назначенным расходам, затем вновь определяют . Расчет ведется до тех пор, пока невязка потерь напора в кольце не станет меньше заданного заранее значения невязки потерь или равной ему.
При расчете кольцевой водопроводной сети, имеющей узлов и колец, имеем уравнений (13 28) баланса расходов в узлах и уравнений (13.29) баланса потерь напора в кольцах.
Кроме того, при расчете сети с несколькими водопитающими устройствами в уравнения, описывающие их совместную с сетью работу, вводятся данные о насосах и резервуарах.
Для расчета систем подачи и распределения воды сейчас широко используют аналоговые устройства и ЭВМ.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разбиение трубопровода на линейные участки. Определение режима движения жидкости в трубопроводе. Значения коэффициентов гидравлического трения и местного сопротивления. Скорость истечения жидкости из трубопровода. Скоростные напоры на линейных участках.
курсовая работа [224,9 K], добавлен 06.04.2013Составление уравнений Бернулли для сечений трубопровода. Определение потерь напора на трение по длине трубопровода. Определение местных сопротивлений, режимов движения жидкости на всех участках трубопровода и расхода жидкости через трубопровод.
задача [2,1 M], добавлен 07.11.2012Расчет трубопровода, выбор центробежного насоса. Методы регулировки его работы в схеме циркуляционной мойки резервуаров и трубопроводов. Расчет сопротивлений трубопровода и включенных в него аппаратов. Разбивка трубопровода насосной установкой на участки.
курсовая работа [258,3 K], добавлен 10.04.2012Разбиение трубопровода на линейные участки. Определение режима движения жидкости в трубопроводе. Определение значений числа Рейнольдса, значений коэффициентов гидравлического трения и местного сопротивления. Скорость истечения жидкости из трубопровода.
курсовая работа [233,4 K], добавлен 26.10.2011Построение схемы трубопровода. Определение режима движения жидкости. Определение коэффициентов гидравлического трения и местных сопротивлений, расхода жидкости в трубопроводе, скоростного напора, потерь напора на трение. Проверка проведенных расчетов.
курсовая работа [208,1 K], добавлен 25.07.2015Практическое определение оптимальных диаметров отдельных участков гидросистемы (задвижки, колена, прямолинейного, тройника) с целью расчета трубопровода заданной конфигурации и протяжности, обеспечивающего подачу технологической воды потребителям.
курсовая работа [85,2 K], добавлен 07.03.2010Расчет внутреннего диаметра трубопровода, скорость движения жидкости. Коэффициент гидравлического трения, зависящий от режима движения жидкости. Определение величины потерь. Расчет потребного напора. Построение рабочей характеристики насосной установки.
контрольная работа [187,7 K], добавлен 04.11.2013Расчет водопроводной сети, определение расчетных расходов воды и диаметров трубопровода. Потери напора на участках нагнетательного трубопровода, характеристика водопроводной сети, выбор рабочей точки насоса. Измерение расчетной мощности электродвигателя.
контрольная работа [652,9 K], добавлен 27.09.2009Технологический расчет трубопровода. Сооружение перехода под автомобильной дорогой методом горизонтального бурения. Электрохимическая защита от коррозии. Компенсаторы теплового линейного расширения трубопровода. Безопасность и экологичность проекта.
дипломная работа [320,8 K], добавлен 12.09.2015Простые и сложные трубопроводы, их классификация по принципу работы. Расчет гидравлических характеристик трубопровода. Выбор базовой ветви трубопровода. Расчет требуемой производительности и напора насоса. Подбор насоса и описание его конструкции.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 31.10.2011Характеристика насосов; гидравлическая сеть, определение потерь энергии на преодоление сопротивлений. Расчет трубопроводов с насосной подачей: параметры рабочей точки, всасывающей линии при безкавитационной работе, подбор двигателя, подача насоса в сеть.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 26.10.2011Определение высоты всасывания центробежного насоса по его характеристикам: потребляемой мощности двигателя, числу оборотов, диаметру всасывающего трубопровода. Расчет расхода жидкости насосом, напора, коэффициента потерь напора по длине трубопровода.
лабораторная работа [231,5 K], добавлен 19.12.2015Определение рабочих параметров гидравлической сети с насосной системой подачи жидкости. Исследование эффективности дроссельного и частотного способов регулирования подачи и напора. Расчет диаметра всасывающего, напорного трубопровода и глубины всасывания.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.12.2013Подбор гидроцилиндров и выбор насосной станции. Подбор регулирующей аппаратуры, расчёт трубопровода, потерь энергии и материалов при ламинарном режиме течения жидкости, регулировочной и механической характеристик. Выбор диаметра труб сливной магистрали.
контрольная работа [259,8 K], добавлен 20.03.2011Технологическая последовательность выполнения работ по укладке трубопровода. Определение размеров траншеи и кавальеров грунта. Разработка приямков и монтаж трубопроводов. Установка колодцев из монолитного бетона. Рекультивация растительного грунта.
курсовая работа [142,9 K], добавлен 20.05.2014Характеристика факторов, влияющих на снижение пропускной способности магистрального трубопровода, основные методы ее увеличения. Увеличение числа перекачивающих станций, прокладка лупинга, укладка вставки. Работа трубопроводов со сбросами и подкачками.
курсовая работа [6,1 M], добавлен 24.05.2012Гидравлический расчет трубопровода и построение его характеристики, подбор насоса. Характеристика насоса, его устройство, особенности эксплуатации. Пересчет характеристики с воды на перекачиваемый продукт. Варианты регулирования подачи, расчеты.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 21.08.2012Методика и принципы сварки регистра. Выбор и характеристика материала трубопровода. Применяемое оборудование, инструменты и приспособления. Расчет режимов сварки и контроль качества. Техника электро- и пожаробезопасности при изготовлении трубопровода.
контрольная работа [28,0 K], добавлен 20.12.2015Классификация центробежных насосов, скорость жидкости в рабочем колесе. Расчет центробежного насоса: выбор диаметра трубопровода, определение потерь напора во всасывающей и нагнетательной линии, полезной мощности и мощности, потребляемой двигателем.
курсовая работа [120,8 K], добавлен 24.11.2009Погрузка и разгрузка труб и секций труб при строительстве магистральных трубопроводов. Очистка строительной полосы от лесной растительности. Монтаж механизированной трубосварочной базы. Проведение сварочно-монтажных и изоляционно-укладочных работ.
дипломная работа [112,9 K], добавлен 31.03.2015
