Гидравлический расчет трубопроводов. Выбор их диаметров

Подобрать диаметры трубопроводов, чтобы расход из каждого резервуара, питающего трубопровод, был одинаковый. Резервуары заполнены до половины. Вычертить расчетную схему. Построить пьезометрическую линию для магистрали

 

а) Расчёт расходов на участках трубопровода:

По условию задачи расходы жидкости в ветвях трубопровода будут одинаковые: Q1=Q2=…=Qn. Они определяются по формуле:

где Q – расход, подводимый по трубопроводу к насосной станции;

n – количество ответвлений, равное количеству резервуаров.

Расходы на участках определяются согласно разработанной схеме:

Тогда Q1= Q2= Q3= Q4= Q6=0,128 м3/с.

Расход на участке 7-8

Q7=Q1+Q2=0,128+0,128=0,256 м3/с.

Расход на участке 8-9

Q8=Q7+Q3 +Q4=0,256+0,128+0,128=0,512 м3/с.

Расход на участке 9-10

Q9=Q8+Q6=0,64 м3/с.

б) Расчёт диаметров магистрального трубопровода.

Приближенно можно принять, что диаметр трубопровода обычно соответствует экономически наивыгоднейшим скоростям течения жидкости u=0,8…1,5 м/с.

Тогда:

где w - площадь живого сечения трубопровода;

d – внутренний диаметр трубопровода.

Из полученного выражения определим диаметр:

Предварительно принимаем скорость движения в магистральном трубопроводе 1,1 м/с.

Рассчитываем диаметры трубопровода на участках.

На участке 9-10

По приложению 4 принимаем d9=900 мм.

На участке 8-9

По приложению 4 принимаем d8=800 мм.

На участке 7-9

По приложению 4 принимаем d7=600 мм.

Находим фактическую скорость на участках:

На участке 9-10

На участке 8-9

На участке 7-8

в) Расчет напоров в узловых точках.

Пьезометрический напор жидкости на входе в насосную станцию определяется по формуле:

Hн=zн+hсв,

где zн – отметка насосной станции;

hсв – свободный напор на входе в насосную станцию.

Отметка насосной станции zн= z10. Тогда H10=140,0+0,3=140,3 м.

В остальных узловых точках

Hн=Hк+hw,

где Hн, Hк – пьезометрический напор соответственно в начале и конце участка трубопровода;

hw – потери напора на участке.

Потери напора по длине определяются на каждом участке трубопровода

где l - коэффициент гидравлического трения;

l – длина участка трубопровода.

Трубопровод является гидравлически длинным. Потери напора на местных сопротивлениях учтем увеличением потерь по длине трубопровода на 10%. Тогда общие потери напора на участке составят:

Коэффициент гидравлического трения l определяют по расчетным зависимостям или по графику Мурина в зависимости от режима движения жидкости и зоны гидравлических сопротивлений, в которой работают участки трубопровода. Предварительно определяют число Рейнольдса по формуле

где n - коэффициент кинематической вязкости жидкости.

Результаты расчетов представлены в таблице №5

Таблица №5

Но-мер учас-тка	Факти-ческая скоро-сть , м/с	Ди-аметр услов-ного прохо-да d, м	Длина учас-тка l, м	Red			l	Потери напора hw,м	Номер узловой точки	Напор в узловой точке H, м
9-10	1	0,9	380	180000		9000	0,0164	0,39	10	140,3
8-9	1,02	0,8	100	163200		8000	0,0168	0,12	9	140,69
7-8	0,9	0,6	190	108000		6000	0,0185	0,27	8	140,81
									7	141,08

 

г) Построение пьезометрической линии.

Чтобы резервуары не имели «мертвого» объема, должны соблюдаться условия:

z1>H7 156,2>141,08 (условие выполняется);

z2>H7 142,3>141,08 (условие выполняется);

z3>H8 144,7>140,81 (условие выполняется);

z4>H8 145,8>140,81 (условие выполняется);

z6>H9 150,6>140,69 (условие выполняется).

д) Расчет диаметров трубопровода на ответвлениях.

На ответвлениях весь напор тратиться на преодоление потерь. В этом случае потери напора определяются по формуле hw=zр+Hр-Hy,

где zр – геодезическая отметка дна резервуара;

Hр – уровень жидкости в резервуаре;

Hу – напор в соответствующей узловой точке.

Определяем потери напора:

на участке 1-7

h1=156,2+6-141,08=21,12 м;

на участке 2-7

h2=142,3+6-141,08=7,22 м;

на участке 3-8

h3=144,7+6-140,81=9,89 м;

на участке 4-8

h4=145,8+6-140,81=10,99 м;

на участке 6-9

h6=150,6+6-140,69=15,91 м;

При решении задания требуется найти диаметр по известным расходу и напору. Задаваясь стандартными диаметрами условного прохода труб, расчет выполняют способом подбора.

Расчет ведут по диаметру условного прохода, который приближенно можно определить по удельному сопротивлению трубопровода S0, выразив его из формулы hw=1,1S0Q2l; S0=hw/1,1*Q2*l.

Найдем S0 для участков трубопровода:

На участке 1-7

S0=21,12/1,1*0,1282*45=26,04 c2/м6.

На участке 2-7

S0=7,22/1,1*0,1282*25=16,02 c2/м6.

На участке 3-8

S0=9,89/1,1*0,1282*10=54,88 c2/м6.

На участке 4-8

S0=10,99/1,1*0,1282*20=30,49 c2/м6.

На участке 6-9

S0=15,91/1,1*0,1282*30=29,43 c2/м6.

Подбор диаметров трубопровода представлен в таблице №6.

 

Таблица №6

№ участка	Длина участка l, м	Потребные hw, м	Q, м3/с	Диаметр условного прохода d, м	u,м/с	Red		l	Фактические hw, м
1-7	45	21,12	0,128	0,1	16,31	326115	1000	0,0205	137,58
				0,125	10,44	260892	1250	0,0199	43,63
				0,15	7,25	217410	1500	0,0195	17,19
2-7	25	7,22	0,128	0,15	7,25	217410	1500	0,0195	9,55
				0,175	5,32	186351	1750	0,0192	4,37
3-8	10	9,89	0,128	0,1	16,31	326115	1000	0,0205	30,57
				0,125	10,44	260892	1250	0,0199	9,70
				0,15	7,25	217410	1500	0,0195	3,82
4-8	20	10,99	0,128	0,15	10,44	260892	1250	0,0199	19,39
				0,125	7,25	217410	1500	0,0195	7,64
6-9	30	15,91	0,128	0,15	10,44	260892	1250	0,0199	29,09
				0,125	7,25	217410	1500	0,0195	11,46

 

Принимаем диаметры на участках трубопровода: d1=150 мм, d2=175 мм, d3=125 мм, d4=125 мм, d6=125 мм.

Окончательно расход из резервуаров регулируют задвижками на трубопроводах