Гидравлика и гидропривод

Рис. 6.1. Расчетная схема для определения потерь напора в простом трубо­

проводе

шахтный водоотливный трубопровод), а сложными — все ос­ тальные трубопроводы, состоящие из простых, соединенных тем или иным образом (например, шахтный пневматический трубо­ провод, городской водопровод и др.).

С гидравлической точки зрения различают также короткие и длинные трубопроводы. К коротким трубопроводам относятся такие, в которых потери напора в местных сопротивлениях со­ ставляют более 5—10% от потерь напора в прямых участках трубопровода (всасывающие трубопроводы насосных установок,

потери напора, что последними можно пренебречь (без ущерба для точности расчета) или принять их ориентировочно равными 5—10% от потерь напора по длине.

ит. д.

6.1.Простой трубопровод. Обобщенные параметры

Рассмотрим простой короткий трубопровод (рис. 6.1), состоя­ щий из ряда прямолинейных участков и местных сопротивле­ ний, и подсчитаем в нем потери напора. Для этого воспользуем­ ся принципом сложения потерь:

Н пот — //дл1 + //м1 + ^ д Л2 + //м2 + //длЗ —

и занимает много времени, особенно если трубопровод состоит из большого числа участков.

Выражение, стоящее в скобках, называется сопротивлением Трубопровода и обозначается а. Размерность [а] = L_5T2. При турбулентном режиме движения и гидравлически шероховатых трубах (при квадратичном законе сопротивления) для данного трубопровода а = const. Тогда уравнение (6.1) можно записать:

где Лдл — единичное сопротивление по длине (сопротивление прямой трубы длиной 1 м); Л„ — единичное местное сопротивле­ ние (сопротивление фасонной детали), для которой £м=1- Тогда

Из приведенных выше выражений для единичных сопротив­ лений видно, что К2 = 1/Ддл. Размерность расходной характери­

рис. 6.1) от его начала до конца необходимо не только преодо­ леть гидравлические сопротивления (потери напора), но и под­

провода тем или иным способом (насосом, давлением газа, вы­ сотой уровня в питающем баке и др.) для перемещения опреде­ ленного расхода жидкости по этому трубопроводу от сечения I—/ до сечения II—II,

стикой т рубопровода. Для решения целого ряда практических за­ дач особенно важно знать напорные характеристики трубопро­ водов в установках с насосной подачей жидкости. Например, в горной промышленности — это водоотливные трубопроводы, вентиляционные сети, вентиляционные трубопроводы местного

проветривания.

Рассмотрим простой трубопровод насосной установки (рис. 6.2,а). Для определения напора, необходимого для пере­ мещения жидкости в этом трубопроводе, воспользуемся уравне­ нием Бернулли. Проведем плоскость сравнения 0—0 и сечения

ш

'Ри

Рис. 6.2. Расчетная схема простого трубопровода насосной установки (а) и его

напорная характеристика (б)

/, //, III и IV Обозначим абсолютное давление на входе в тру­ бопровод рп, на выходе из трубопровода — рк, а расстояния от плоскости сравнения до поверхности жидкости в нижнем резер­

высота нагнетания). Сумма этих двух высот называется геомет­ рической высотой ЯГ= ЯВС+Я„. В общем случае геометрическая высота — это разность отметок уровней жидкости в местах вхо­ да и выхода ее из трубопровода.

Полный напор, необходимый для перемещения жидкости по трубопроводу (подъема ее, преодоления противодавления и со­ противлений в трубопроводе), создается в данном случае насо­ сом и может быть выражен разностью полных напоров в сече­

Рис. 6.3. Схемы и напорные характеристики различных трубопроводов

В этом случае Нг = 0, так как Нвс = —Л, a HH= h, рк = рн = ра, следовательно, уравнение напорной характеристики

5.Для сифонного трубопровода (рис. 6.3, (9) уравнение на­

Сифон представляет собой самотёчный трубопровод, часть которого расположена выше питающего его резервуара. Особен­ ности такого трубопровода: давление по всей его восходящей линии и по части нисходящей линии меньше атмосферного; для того чтобы по сифону началось движение жидкости, необходимо

С другой стороны, увеличение d влечет за собой повышение ка­ питальных затрат на сооружение трубопроводов. Поэтому во­ прос о выборе рационального диаметра трубопровода для кон­ кретных условий должен решаться на основании технико-эко­ номического расчета. Для этого, задавшись рядом стандартных значений диаметра трубопровода, вычисляют для каждого ва­ рианта приведенные затраты

ПЗ = ЕНК+С,

где Ен— нормативный коэффициент сравнительной эффектив­ ности; К — капитальные затраты на приобретение необходимого оборудования, его монтаж и транспортно-заготовительные рас­ ходы, а также на строительные сооружения; С — годовые экс­ плуатационные расходы, в которые входят стоимость электро­ энергии, обслуживания, вспомогательных материалов, ревизий и наладок, а также амортизационные отчисления, для каждо­ го вида оборудования и строительных сооружений, равные про­ изведению соответствующих капитальных затрат и нормы амор­ тизационных отчислений для данного вида оборудования.

\С экономической точки зрения эффективным является вари­ ант трубопровода с минимальными приведенными затратами. Параметры такого трубопровода (диаметр, скорость жидкости, гидравлический уклон и др.) называются оптимальными и опре­ деляются аналитическим или графическим (рис. 6.5) способа­ ми (последний — наиболее наглядный).

Зная donT, а также Q и /, нетрудно вычислить потери напо­ ра Нпот и необходимый напор Н в трубопроводе, создаваемый насосом [см. уравнения (6.3), (6.4), (6.10)].

При большом числе вариантов определение оптимального диаметра трубопровода изложенным выше методом слишком громоздко, поэтому в настоящее время в проектных организа­ циях такие расчеты выполняют, как правило, с помощью ЭВМ. Для этого разработаны соответствующие алгоритмы и програм­ мы для типовых схем трубопроводов различного назначения.

Для ориентировочных расчетов можно пользоваться значе-

Рис. 6.6. Схемы и напорные характеристики трубопроводов, соединенных по­ следовательно (а, б) и параллельно (в, г)

ниями оптимальных скоростей а0пт или гидравлических уклонов 1‘опт, которые установлены для трубопроводов различного назна­ чения на основании обобщения технико-экономических расчетов аналогичных трубопроводов. Например, для шахтных водоот­ ливных трубопроводов, проложенных в вертикальных стволах глубиной 400—700 м, У0пт = 2ч-2,5 м/с.

Зная Q и Оопт, можно найти оптимальный диаметр: d0nT=

—V4Q/(jtoопт). Выбор труб для проектируемого трубопровода производят по действующим ГОСТам на трубы в зависимости от диаметра трубопровода, расчетного давления в нем и условий

трубы (ГОСТ 3262—75), а при более высоких значениях давле­ ния— стальные электросварные и горячедеформированные (ГОСТ 8732—78) трубы.

Следует отметить, что в ГОСТах на стальные трубы приве­ дены наружные диаметры труб, поэтому полученный в резуль­ тате расчета диаметр donT = dp следует увеличить на удвоенную толщину стенки трубы (26), определяемую в зависимости от ^ а. териала труб и расчетного давления, а также на величину уменьшения внутреннего диаметра вследствие коррозии и обло­ жений (k ), принимаемую в зависимости от назначения трубо­ провода и условий его эксплуатации по отраслевым нормабив. ным материалам (например, для водопроводов, k= \ мм), f . е. dH~ dp + 264-^'