Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Введення

Трубопровід як спосіб транспортування рідких і газоподібних середовищ є найбільш економічним способом у всіх галузях народного господарства. А значить він завжди буде користуватися підвищеним увагою у фахівців.

Гідравлічний розрахунок при проектуванні трубопровідної системи дозволяє визначити внутрішній діаметр труб і падіння напору в разі максимальної пропускної здатності труби. При цьому обов’язковим є наявність наступних параметрів: матеріал, з якого виготовлені труби, вид труби, продуктивність, фізико-хімічні властивості перекачуваних середовищ.

Виробляючи обчислення за формулами, частина заданих величин можна взяти з довідкової літератури. Ф. А. Шевельов, професор, доктор технічних наук розробив таблиці для точного розрахунку пропускної здатності. Таблиці містять значення внутрішнього діаметра, питомого опору та ін параметри. Крім цього, існує таблиця наближених значень швидкостей для рідин, газу, водяної пари для спрощення роботи з визначенням пропускної здатності труб. Використовується в комунальній сфері, де точні дані не настільки необхідні.

f24f074ded00b4119afc488eefdd222b Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Спосіб установки гідравлічних трубопроводів

Розрахункова частина

Розрахунок діаметра починається з використання формули рівномірного руху рідини (рівняння нерозривності):

q = v*ω,

де q — розрахункова витрата

v — економічна швидкість течії.

ω — площа поперечного перерізу круглої труби з діаметром d.

Розраховується за формулою:

ω = πd2 / 4,

де d — внутрішній діаметр

звідси d = √4*q/ v*π

Швидкість руху рідини в трубопроводі приймається рівною 1,5-2,5 м/с. Це те значення, яке відповідає оптимальній роботі лінійної системи.

Втрати напору (тиску) в напірному трубопроводі знаходять за формулою Дарсі:

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

284aa82bf5bde244679ace44dec35a44 Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Як проводиться гідравлічний розрахунок

де g — прискорення вільного падіння,

L — довжина ділянки труби,

v2/2g — параметр, що позначає швидкісний (динамічний напір,

λ — коефіцієнт гідравлічного опору, залежить від режиму руху рідини і ступеня шорсткості стінок труби. Шорсткість передбачає нерівність, дефект внутрішньої поверхні трубопроводу і підрозділяється на абсолютну та відносну. Абсолютна шорсткість — це висота нерівностей. Відносну шорсткість можна розрахувати за формулою:

ε = е/r.

Шорсткість різна за формою і нерівномірна по довжині труби. У зв’язку з цим у розрахунках приймається середня шорсткість k1 — поправочний коефіцієнт. Дана величина залежить від цілого ряду моментів: матеріал труб, тривалість експлуатації системи, різноманітні дефекти у вигляді корозії та ін. При сталевому виконанні трубопроводу значення застосовується рівним 0,1-0,2 мм. В той же час, в інших ситуаціях параметр k1 можна взяти з таблиць Ф. А. Шевелькова.

У тому випадку, якщо довжина магістралі невисока, то місцеві втрати напору (тиску) в обладнанні насосних станцій приблизно однакові втрат напору по довжині труб. Загальні втрати визначаються за формулою:

h = P/ρ*g, де

ρ — щільність середовища

Трапляються ситуації, коли трубопровід перетинає яку-небудь перешкоду, наприклад, водні об’єкти, дороги та ін Тоді використовуються дюкери — споруди, що являють собою короткі труби, що прокладаються під перешкодою. Тут теж спостерігається напір рідини. Діаметр дюкерів знаходиться за формулою (з урахуванням, що швидкість течії рідини становить більше 1 м/сек):

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

h = I*L+ Σζ* v2/2g

ζ — коефіцієнт місцевого опору

Різниця відміток лотків труб на початку і в кінці дюкера приймається рівною втрат напору.

24d4e0140761867088522a7ba3335b12 Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Матеріал для гідравлічних трубопроводів

Місцеві опори розраховуються за формулою:

һм = ζ* v2/2g.

Руху рідини бувають ламінарні і турбулентні. Коефіцієнт һм залежить від турбулентності потоку (число Рейнольдса Re). Із збільшенням турбулентності створюються додаткові завихрення рідини, за рахунок чого величина коефіцієнта гідравлічного опору збільшується. При Re ” 3000 завжди спостерігається турбулентний режим.

Коефіцієнт гідравлічного опору при ламінарному режимі, коли Re ” 2300, розраховується за формулою:

λ = 64/ Re

У разі квадратичности турбулентного потоку ζ буде залежати від архітектури лінійного об’єкта: кута згину коліна, ступінь відкриття засувки, наявністю зворотного клапана. Для виходу з труби ζ дорівнює 1. Довгі трубопроводи мають місцеві опору близько 10-15% на тертя һтр. Тоді повні втрати:

Н = һтр + Σ һтр ≈ 1,15 һтр

Проводячи розрахунки, вибирається насос, виходячи з параметрів подачі, напору, дійсної продуктивності.

Висновок

Гідравлічний розрахунок трубопроводу цілком можливо провести в онлайн-ресурсі, де калькулятор видасть шукану величину. Для цього достатньо ввести в якості вихідних величин склад труб, їх довжину і машина видасть шукані дані (внутрішній діаметр, втрати напору, витрата).

Крім цього, існує онлайн версія програма «Таблиці Шевельова» ver 2.0. Вона проста і зручна в освоєнні, є імітатором книжкового варіанта таблиць і також містить калькулятор підрахунку.

Компанії, що займаються прокладкою лінійних систем, мають у своєму арсеналі спеціальні програми для розрахунків пропускної здатності труб. Одна з таких «Гідросистема» розроблена російськими програмістами, популярна в російській промисловості.