Гидравлический расчет трубопроводов

и линейных потерь напора различают короткие и длинные трубопроводы.
К первым относятся все трубопроводы, в которых местные потери напора превышают 10 % потерь напора по длине.
Ко вторым относятся трубопроводы, в которых местные потери меньше 10% потерь напора по длине.

объемных передач.
К длинным трубопроводам относятся наружные водопроводные сети, магистральные водоводы, нефтепроводы.

местные потери напора.
При расчете длинных трубопроводов местные потери можно не рассчитывать, а потери по длине увеличивать на 5-15%

простые и сложные. Простыми называются последовательно соединенные трубопроводы одного сечения, не имеющих никаких ответвлений. К сложным трубопроводам относятся системы труб с одним или несколькими ответвлениями, параллельными ветвями, состоящие из труб различных сечение и т.д.

разветвленные и кольцевые.

разные местные сопротивления, и соединим их последовательно

точке N расход жидкости Q во всех последовательно соединенных трубах 1, 2 и 3 будет одинаков, а полная потеря напора между точками М и N равна сумме потерь напора во всех последовательно соединенных трубах. Таким образом, для последовательного соединения имеем следующие основные уравнения:

+ Σh3

S_c=(S_1+S_2+⋯S_n)

и 3 расположены горизонтально.

Q2 + Q3
Выразим потери напора в каждом из трубопроводов через полные напоры в точках М и N :
Σh1 = HM - HN; Σh2 = HM - HN; Σh3 = HM – HN
Отсюда делаем вывод, что
Σh1 = Σh2 = Σh3 = hc
т.е. потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой.

параллельных участках равны между собой и равны потерям системы, получим формулы расходов

 

системе составят

 

В этом выражении дробь представляет В этом выражении дробь представляет собой сопротивление системы при параллельном соединении участков

n2 раз меньше сопротивления одного участка

 

Таким образом, параллельное сопротивление линий значительно снижает общее сопротивление по сравнению с сопротивлением одной линии.

общее сечение - место разветвления (или смыкания) труб.

а б

Разветвленный трубопровод

например, три трубы 1, 2 и 3 разных диаметров, содержащие различные местные сопротивления (рис. а). Геометрические высоты z1, z2 и z3 конечных сечений и давления P1, P2 и P3 в них будут также различны.
Так же как и для параллельных трубопроводов, общий расход в основном трубопроводе будет равен сумме расходов в каждом трубопроводе:
Q = Q1 + Q2 + Q3
,
,

Записав уравнение Бернулли для сечения М-М и конечного сечения, например первого трубопровода, получим (пренебрегая разностью скоростных высот)

через расход (как это делалось в п.1), получаем
HM = Hст 1 + KQ1m

Аналогично для двух других трубопроводов можно записать
HM = Hст 2 + KQ2m
HM = Hст 3 + KQ3m

Таким образом, получаем систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными: Q1, Q2 и Q3 и HM.
Построение кривой потребного напора для разветвленного трубопровода выполняется сложением кривых потребных напоров для ветвей по правилу сложения характеристик параллельных трубопроводов (рис. б) - сложением абсцисс (Q) при одинаковых ординатах (HM). Кривые потребных напоров для ветвей отмечены цифрами 1, 2 и 3 , а суммарная кривая потребного напора для всего разветвления обозначена буквами ABCD. Из графика видно, что условием подачи жидкости во все ветви является неравенство HM > Hст1.

с последовательным и параллельным их соединением (рис. а) или с разветвлениями (рис. б).

Рис. Схемы сложных трубопроводов
Рассмотрим разомкнутый сложный трубопровод (рис. б). магистральный трубопровод разветвляется в точках А и С. Жидкость подается к точкам (сечениям) B, D и E с расходами Q B и QD и QE .
Пусть известны размеры магистралей и всех ветвей (простых трубопроводов), заданы все местные сопротивления, а также геометрические высоты конечных точек, отсчитываемые от плоскости M - N и избыточные давления в конечных точках PB и PD и PE.
Для этого случая возможны два вида задач:

жидкости в узловых точках или с непрерывной раздачей жидкости на отдельных участках (рис.).

Задачи для таких трубопроводов решают аналогичным методом с применением электро-аналогий (закон Кирхгофа). При этом основываются на двух обязательных условиях. Первое условие - баланс расходов, т.е. равенство притока и оттока жидкости для каждой узловой точки. Второе условие - баланс напоров, т.е. равенство нулю алгебраической суммы потерь напора для каждого кольца (контура) при подсчете по направлению движения часовой стрелки или против нее.
Для расчета таких трубопроводов типичной является следующая задача. Дан максимальный напор в начальной точке, т.е. в точке 0, минимальный напор в наиболее удаленной точке Е, расходы во всех шести узлах и длины семи участков. Требуется определить диаметры трубопроводов на всех участках.

энергии, за счет которого жидкость течет по трубопроводу, может создаваться работой насоса, что широко применяется в машиностроении. Рассмотрим совместную работу трубопровода с насосом и принцип расчета трубопровода с насосной подачей жидкости.
Трубопровод с насосной подачей жидкости может быть разомкнутым, т.е. по которому жидкость перекачивается из одной емкости в другую (рис. а), или замкнутым (кольцевым), в котором циркулирует одно и то же количество жидкости (рис. б).

P 0 в другой резервуар с давлением P3 (рис. а). Высота расположения оси насоса H1 называется геометрической высотой всасывания, а трубопровод, по которому жидкость поступает к насосу, всасывающим трубопроводом или линией всасывания. Высота расположения конечного сечения трубопровода H2 называется геометрической высотой нагнетания, а трубопровод, по которому жидкость движется от насоса, напорным или линией нагнетания.
Составим уравнением Бернулли для потока рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе, т.е. для сечений 0-0 и 1-1 (принимая α = 1):

Это уравнение является основным для расчета всасывающих трубопроводов.

жидкости) при постоянной частоте вращения вала насоса. На рис. дано два варианта графика: а - для турбулентного режима; б - для ламинарного режима. Точка пересечения кривой потребного напора с характеристикой насоса называется рабочей точкой. Чтобы получить другую рабочую точку, необходимо изменить открытие регулировочного крана (изменить характеристику трубопровода) или изменить частоту вращения вала насоса.