Класифікація трубопроводів і основні задачі по їх гідравлічному розрахунку

2. Класифікація трубопроводів і основні задачі по їх гідравлічному розрахунку

Розглядатимемо турбулентний рух будь-якої рідини, що відповідає квадратичній області опору, маючи у вигляді при цьому тільки круглоциліндричні труби.

Гідравлічний розрахунок трубопроводів проводиться або з метою визначення діаметру трубопроводу, призначеного для пропуску певної витрати рідини, або з метою встановлення гідравлічних характеристик трубопроводу: втрат натиску і витрати рідини, що пропускається (при відомих діаметрі і довжині труби).

При гідравлічному розрахунку трубопроводів залежно від їх довжини і гідравлічних умов розрахунку розрізняють два типи трубопроводів: короткі і довгі.

Короткими трубопроводами називаються трубопроводи порівняно невеликої довжини, в яких місцеві втрати опору є достатньо істотними, складаючи не менше 5–10% від втрат опору по довжині. Прикладами коротких трубопроводів можуть служити всмоктуюча лінія відцентрового насоса, напірна водопропускна труба під залізничним насипом і т.п.

Довгими трубопроводами називають трубопроводи, що мають значну протяжність, в яких втрати опору по довжині є основними. У випадку довгих трубопроводів місцевими втратами звичайно нехтують, іноді ж їх приймають рівними 5–10% від втрат опору по довжині. Прикладами довгих трубопроводів можуть служити трубопроводи водопровідних мереж, а також трубопроводи, що використовуються при гідромеханізації і т.д.

Залежно від гідравлічної схеми роботи трубопроводи розділяються на прості, не мають відгалужень, складні – з відгалуженнями. Розрізняють також тупикові трубопроводи і замкнуті, або кільцеві. Замкнуті трубопроводи більш надійні в роботі, зокрема забезпечують безперебійне водопостачання при пошкодженні окремих ліній або виробництві ремонтних робіт.

При гідравлічному розрахунку трубопроводів звичайно зустрічаються наступні три основні задачі:

1) визначення витрати трубопроводу Q при заданих l, d, h_f;

2) визначення втрати опору h_fпри заданих l, d, Q;

3) визначення потрібного діаметру трубопроводу при заданних l, Q, h_f.

При рішенні цих і інших задач, пов'язаних з гідравлічним розрахунком трубопроводів, широко використовується поняття про витратну характеристику (про модуль витрати) труб. Витрата рідини при рівномірному русі визначається, по формулі.

або

Для труби постійного перерізу ω, С, R – величини постійні. Тоді величина

також постійна. Вона називається витратною характеристикою, або модулем витрати:

або (11)

Витрата рідини

 (12)

Оскільки ухил J – число безрозмірне, то витратна характеристика К повинна мати розмірність витрати рідини. З рівняння (12) виходить, що витратна характеристика є витратою рідини в трубі заданого діаметру при гідравлічному ухилі, рівному одиниці.

Якщо розхідну характеристику виразити через діаметр труби, то, пам'ятаючи, що показник ступеня у формулі Н.Н. Павловського залежить від гідравлічного радіусу R і коефіцієнта шорсткості п: y=f (n, R), або y = fl (n, d) укладаємо наступне: при п = const витратна характеристика є тільки функцією діаметра труби: .

Показник ступеня y визначався по повній формулі Н.Н. Павловського при коефіцієнті шорсткості п = 0,012.

Дані значення величини

 

,

які також необхідні при гідравлічних розрахунках трубопроводів.

Нарешті, звертаючись до раніше одержаної формули (6), введемо в неї вираз для витратної характеристики К.

Оскільки

,

то

.

Тоді

,

або

. (13)

Підставивши залежність (13) в другу водопровідну формулу (6), одержимо

, (14)

або

. (15)