Тема 1.6. Рух рідини по напірних турбопроводах.
Класіфікація трубопроводів Рівняння, що використовується для гідравлічних розрахунків трубопроводів Гідравлічний удар.
Література: (1) ст. 65, 118-133, (2) ст. 115-135, (4) ст. 59-95.
Методичні вказівки.
Трубопроводи розділяють на прості (без розгалуджень) і складні.
В основі гідравлічного розрахунку любого складного (розгалудженого) трубопроводу лежить задача про розрахунок простого (нерозгалудженого) трубопроводу постійного перерізу, так як складний трубопровод можна розглянути як складений із простих, з’єднаних між собою трубопроводів.
При гідравлічному розрахунку трубопроводів в основному визначається чи витрата Q, чи втрати напора h, чи діаметр труби. В зоні гідравлічно шорстких труб (квадратичній), в якій коефіцієнт не залежить від числа Рейнольдса, втрати напору на тертя можна визначити по перетвореній формулі Дарсі.
де
-витратна
характеристика трубопроводу, чесельне
значення, якої
для данної шорсткості і діаметра, приводиться в таблицях довідників по гідравліці.
Складний турбопровід взагалі складається із простих трубопроводів з послідовними і паралельним іх сполученням чи розгалудженнням.
При послідовному з’єднанні турбопроводів, витрата у всіх трубах буде одинаковою, а загальна втрата напору буде рівна сумі втрат напору у всіх послідовно з’єднаних трубах.
При паралельному з’єднанні трубопроводів витрата рідини в трубопроводі до розгалудження буде рівна сумі витрат в кожній паралельно з’єднаній трубі, а втрати напору в паралельних трубах будуть однакові.
Розрахунок складного трубопроводу можна виконувати в слідуючій послідовності:
Складний трубопровід розбити на ряд простих.
Побудувати криві необхідних напорів для кожного з простих трубопроводів, причому для віток з кінцевою роздачею – з врахуванням вільного (статичного) напору, а для проміжних ділянок – без його врахування.
Скласти криві необхідних напорів для віток (і паралельних ліній, якщо вони маються) по правилу складання характеристик паралельних трубопроводів.
Отриману криву скласти з характеристикою послідовно з’єднаних трубопроводів по відповідному правилу.
Таким чином, при розрахунках необхідно йти від кінцевих точок складного трубопроводу до початкової точки, тобто проти напряму руху рідини.
В деяких випадках гідравлічний розрахунок трубопроводів повинен поєднуватись з економічним або ваговим розрахунком. Наприклад при проектуванні гідросистем з витіснювальною подачею рідини, коли рідина витіснюється із баків під тиском газів, що забезпечує великі витрати, застосування трубопроводів невеликого діаметра дає економію в їх вазі і вартості. Але вага баків в яких рідина знаходиться під тиском, може виявитися більшою. Застосування трубопроводів більшого діаметру збільшує їх вагу і вартість. Однак швидкість течії рідини по трубопроводам (при заданій витраті) буде менше, чим в першому випадку.
Відповідно потребуємий тиск газів, при якому проходить витіснення рідини із баків буде меншим, що приведе до зменшення ваги і вартості баків. Враховуючи ряд додаткових умов (вартість матеріалів, розміри тощо) в кожному конкретному випадку вибирається найкращий варіант.
Необхідно мати на увазі, що для забезпечення нормальної (безкавітаційної) роботи трубопроводів, необхідна перевірка величини вакууму в тому перерізі, де ця величина буде найбільшою (тиск найменшим). Крім того, якщо трубопровід має швидкодіючі запорні пристрої (електромагнітні крани, відсічні клапани, тощо), необхідно визначити підвищення тиску перед запорними пристроями в момент переркриття ними перерізів трубопровода. Це підвищення тиску внаслідок гідравлічного удару може бути значним.