Гидравлический расчет трубопроводов.
Задачи расчета.
Трубопроводы разделяют на короткие и длинные, простые и сложные.
В коротких трубопроводах рассчитывают два вида потерь: по длине и местные. Длинными называют трубопроводы, в которых потери напора по длине основные.
Простые трубопроводы не имеют ответвлений, но могут иметь трубы постоянного или переменного сечения. Сложные трубопроводы делятся на разветвленные и кольцевые (замкнутые).
При расчете трубопроводов решают три типа задач:
-расчет расхода жидкости через трубопровод заданные размеров;
- расчет гидродинамического напора при заданном расходе жидкости;
- определение диаметра трубопровода при заданных расходе и гидродинамическом напоре.
На пищевых производствах трубопроводов настолько много, что составляют значительную часть общей стоимости оборудования и эксплуатации всего производства. Их называют кровеносной системой завода. Из уравнения
1 w²
hтр = λ d 2 g
видно, что с увеличением диаметра трубопровода d потери напора hтр уменьшаются, а вместе с этим снижаются скорость течения w и мощность насоса N.
Мощность насоса (Вт)
N= p g Q (hтр+hм.с.),
где р- плотность жидкости, кг/м³; Q- ее объемный расход, м³/с; hм.с-потери напора на местные сопротивления, Па.
Однако при этом увеличиваются металлоемкость системы. Диаметр трубопроводов выбирают на базе технико-экономического сравнения ряда вариантов учитывающих все факторы, которые влияют на стоимость сооружения (стоимость трубопроводов и насосной установки, а также эксплуатационные расходы). Экономичным диаметром трубопровода считают тот, при котором общая стоимость создания всей системы трубопроводов и ее эксплуатации будет наименьшей. Вариант, обеспечивающий экономическую выгоду к определенному сроку эксплуатации, будет оптимальным в соответствующих условиях.
При расчете расхода жидкости в трубопроводах определяют:
какой максимальный расход жидкости Q может обеспечить трубопровод заданных размеров (длина, диаметр труб и т.д.);
какой мощности должен быть насос, подающий это количество жидкости на заданную высоту H.
Расчет расхода жидкости в простом трубопроводе постоянного поперечного сечения.
Расчетная схема простого трубопровода постоянного поперечного сечения показана на рисунке.
Исходные данные: длина трубопровода L; диаметр трубы d, ее шероховатость Δ; физические свойства жидкости (динамическая вязкость μ и плотность p). Определить расход Q.
Аналитический метод. Объемный расход жидкости
Q= wS, (см. Рис.)
где w- скорость движения жидкости, м/с; S- площадь поперечного сечения труб.
В уравнении неизвестна скорость w. Найдем ее из уравнения Бернулли для сечения 1-1 и 2-2:
z1+p1/(pg)+α1w1²/(2g)= z2+p2/(pg)+ α2w2²/(2g)+hп1-2,
где w1, w2-скорость движения жидкости через поверхности S1 и S2 резервуаров м/с; hп1-2- потери гидродинамического напора при движении жидкости от сечения 1-1 и 2-2, м.
 |
Р1S1
1 1
H
L,d,Δ,Q Р2S2
z1 2 2
z2
0 0
Из уравнения получим
hп1-2=(р1-р2)/(рg)+H.
Рис. Расчетная схема простого трубопровода
постоянного поперченного сечения
