Гидравлический расчет сложных трубопроводов

Сложными трубопроводами называются разомкнутые или замкнутые сети, возможно, с уравнительными резервуарами. Гидравлический расчет таких сетей с учетом изменяющегося во времени расхода представляет довольно сложную задачу. Эти расчеты рассматриваются в специальных курсах.

Ниже будут даны расчеты следующих схем сложных трубопроводов:

• • с параллельным соединением труб;
• • с последовательно-параллельным соединением труб;
• • разветвленного трубопровода.

Схема трубопровода с параллельным соединением труб показана на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Схема к проведению гидравлического расчета сложных трубопроводов

Схема трубопровода с последовательно-параллельным соединением труб представлена на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Последовательно-параллельное соединение трубопроводов

В этом случае сначала находят потерю напора на участке с параллельным соединениемсогласно формулам, приведенным выше. Затем трубопровод рассчитывают как обычный простой трубопровод с последовательным соединением труб:

Необходимо иметь в виду, что при параллельном соединении потеря напора во всех параллельных ветвях одна и та же, а расходы складываются. При последовательном соединении расход один тот же, а напоры складываются.

Схема разветвленного трубопровода представлена на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Схема разветвленного трубопровода

Давление в точках С и D одинаковое и равно атмосферному. Тогда можно записать

Или, так как

,

а также

то можно записать

Получена система из трех уравнений с тремя неизвестными, откуда и находят Q1, Q2, Q3.

Если точки С и D находятся на разной высоте, то при составлении системы уравнений необходимо учесть высотные отметки этих точек.

Гидравлические характеристики трубопроводов

При гидравлическом расчете трубопроводов весьма широко используются графические методы расчета, основанные на понятии гидравлической характеристики трубопровода. Применение графических методов значительно упрощает расчет, а в отдельных случаях является практически единственно возможным приемом, позволяющим получить решение. Предположим, что имеется какой-то трубопровод диаметром d и длиной l. На основании вышеизложенного потери напора в нем при турбулентном режиме течения будут

где В = const для данного трубопровода. Используя это соотношение, можно построить график(рис. 7.7), называемый гидравлической характеристикой трубопровода.

Рис. 7.7. Гидравлическая характеристика трубопровода

При малых расходах и скоростях (Re < 2300) имеет место ламинарный режим течения. Для ламинарной области следовало бы записать, и характеристика представляла бы прямую линию, переходящую затем при больших расходах в параболу. Практически в большинстве случаев мы имеем дело с турбулентным режимом, и поэтому характеристику строят в виде. Рассмотрим построение характеристик для некоторых сложных трубопроводов.

1. Последовательное соединение трубопроводов (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Последовательное соединение трубопроводов

В случае последовательного соединения при одном и том же расходе потери напора складываются: (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Построение суммарной характеристики при последовательном соединении трубопроводов

На рис. 7.9 кривая 1 + 2 + 3 является суммарной характеристикой трех трубопроводов 1, 2, 3 (см. рис. 7.8).

2. Параллельное соединение трубопроводов (рис. 7.10).

Рис. 7.10. Параллельное соединение трубопроводов

В случае параллельного соединения при одном и том же напоре расходы складываются:

Кривая 1 + 2 + 3 на рис. 7.11 является суммарной характеристикой трубопроводов 1, 2, 3, соединенных параллельно.

Рис. 7.11. Построение суммарной характеристики при параллельном соединении трубопроводов

3. Последовательно-параллельное соединение (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Последовательно-параллельное соединение трубопроводов

Найдем суммарную характеристику трубопровода а–с:

• а) складываем характеристики трубопроводов 2 и 3, как при параллельном соединении (рис. 7.13);
• б) складываем характеристики трубопроводов 1 и 2 + 3 как при последовательном соединении.

Рис. 7.13. Нахождение суммарной характеристики трубопроводов

Графическим методом легко решаются следующие задачи.

• 1. Зная общую потерю напора ΔН, можно найти расходы
• 2. Зная общий расход Q, можно найти потери напора на отдельных участках

Метод гидравлических характеристик особенно важен при анализе работы центробежных нагнетателей на сеть.