Расчет трубопровода постоянного сечения

Гидравлический расчет трубопроводов

Основные задачи расчета и классификация трубопроводов

Гидравлический расчет трубопровода производится с целью определения его диаметра, если необходимо обеспечить пропуск определенного количества жидкости, или с целью определения гидравлических потерь при заданных длинах и диаметрах труб, чтобы определить характеристики потока в начальном сечении при обеспечении требуемых параметров потока у потребителей. Решение этих вопросов необходимо и для определения мощности насосной станции, обеспечивающей работу гидравлической системы, что и составляет содержание основной задачи расчета.

Обратная задача – определение расхода и давления на выходе гидросистемы при заданных характеристиках источника гидравлической энергии

Трубопроводы разделяют на простые и сложные. К простым трубопроводам относят такие системы, в которых отсутствуют разветвления. Трубопроводы, в которых есть хотя бы одно разветвление или соединение называют сложными.

Расчет трубопровода постоянного сечения

Схема трубопровода постоянного сечения представлена на рис. 11.1. Общая длина трубопровода Расчет трубопровода постоянного сечения - №1 - открытая онлайн библиотека , а его диаметр Расчет трубопровода постоянного сечения - №2 - открытая онлайн библиотека . Из местных сопротивлений, число которых может быть произвольным, на схеме указаны: вентиль, фильтр, поворотное колено, расходомер. Коэффициент местных потерь для i-го сопротивления обозначим Расчет трубопровода постоянного сечения - №3 - открытая онлайн библиотека .

Расчет трубопровода постоянного сечения - №4 - открытая онлайн библиотека Рис. 11.1

В начальном сечении трубопровода 1-1 имеем нивелирную высоту Расчет трубопровода постоянного сечения - №5 - открытая онлайн библиотека и давление Расчет трубопровода постоянного сечения - №6 - открытая онлайн библиотека . В конечном сечении 2-2 трубопровод имеет нивелирную высоту Расчет трубопровода постоянного сечения - №7 - открытая онлайн библиотека и давление Расчет трубопровода постоянного сечения - №8 - открытая онлайн библиотека . Так как по длине Расчет трубопровода постоянного сечения - №9 - открытая онлайн библиотека скорость потока изменяться не будет, то Расчет трубопровода постоянного сечения - №10 - открытая онлайн библиотека .

По соотношению напоров, потерянных на участках равномерного и неравномерного движения, простые трубопроводы делятся на длинные и короткие. В гидравлически длинном трубопроводе потери напора по длине существенно превышают местные потери Расчет трубопровода постоянного сечения - №11 - открытая онлайн библиотека ; в гидравлически коротком трубопроводе местные потери и потери по длине сопоставимы Расчет трубопровода постоянного сечения - №12 - открытая онлайн библиотека , что и учитывают при составлении уравнения Бернулли. Более общим является расчет короткого трубопровода – его и рассмотрим.

Уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 имеет вид

Расчет трубопровода постоянного сечения - №13 - открытая онлайн библиотека ,  

здесь Расчет трубопровода постоянного сечения - №14 - открытая онлайн библиотека ;

Расчет трубопровода постоянного сечения - №15 - открытая онлайн библиотека ;

Расчет трубопровода постоянного сечения - №16 - открытая онлайн библиотека .

Потеря давления на участке между сечениями 1-1 и 2-2 составит

Расчет трубопровода постоянного сечения - №17 - открытая онлайн библиотека .  

Пренебрегая изменением геометрического напора, что допустимо для гидросистем станков и гидравлических манипуляторов, можно записать

Расчет трубопровода постоянного сечения - №18 - открытая онлайн библиотека . (11.1)

Если определить скорость движения жидкости в трубопроводе через объемный расход

Расчет трубопровода постоянного сечения - №19 - открытая онлайн библиотека ,  

то формула для расчета величины падения давления примет вид

Расчет трубопровода постоянного сечения - №20 - открытая онлайн библиотека , (11.2)

что дает возможность записать зависимость (2) в виде

Расчет трубопровода постоянного сечения - №21 - открытая онлайн библиотека , (11.3)

где

Расчет трубопровода постоянного сечения - №22 - открытая онлайн библиотека . (11.4)

Величину Расчет трубопровода постоянного сечения - №23 - открытая онлайн библиотека называют гидравлическим сопротивлением трубопровода. Размерность параметра Расчет трубопровода постоянного сечения - №23 - открытая онлайн библиотека - [ Расчет трубопровода постоянного сечения - №25 - открытая онлайн библиотека ].

Теперь решение задачи о необходимом давлении на входе в трубопровод (сечение 1-1), при котором на выходе (сечение 2-2) есть требуемое давление для потребителя Расчет трубопровода постоянного сечения - №26 - открытая онлайн библиотека , дается формулой

Расчет трубопровода постоянного сечения - №27 - открытая онлайн библиотека . (11.5)

Зависимость (11.3) называют характеристикой трубопровода. Она показывает изменение суммарных потерь давления в трубопроводе от величины расхода жидкости, подаваемой от источника энергии давления к ее потребителю. Следует обратить внимание на то, что потери давления растут квадрату расхода жидкости (рис.2).