Гидравлический расчет трубопровода III категории

Ответвления от основной магистрали могут быть замкнутыми и разомкнутыми.

Для замкнутых ответвлений – лупингов (от англ. – петля) – справедливы соотношения:

• Расход, проходящий через весь разветвленный участок, равен сумме расходов в отдельных ветвях:

(5.41)

• Потери напора для всего разветвления и в любой его ветви равны между собой, так как разность напоров в точках A и B одинакова для всех ветвей:

(5.42)

г

Рис.5.5. Гидравлическая характеристика сложного трубопровода, имеющего замкнутое ответвление

де Q_общ. и h_общ. – соответственно расход и потери напора на всем разветвленном участке.

Гидравлическую характеристику всего разветвленного участка можно найти графоаналитическим способом (рис.5.5). Для этого потребуется построить гидравлические характеристики для каждой из параллельных ветвей и, исходя из соотношений 5.41 и 5.42, сложить абсциссы для ряда точек этих кривых.

5.5. Увеличение пропускной способности трубопровода

Для увеличения пропускной способности трубопровода можно использовать или вставку большего диаметра или лупинг. Ответить на вопрос: «Что лучше?» поможет расчет гидравлического уклона: лучшим будет тот вариант, где i - минимально.

Если трубопровод имеет вставку другого диаметра d_B, то гидравлический уклон в этой вставке определяется через гидравлический уклон и диаметр основной трубы:

(5.43)

при этом Q_B = Q.

Если на трубопроводе есть замкнутый параллельный участок (лупинг), диаметром d_л , то его гидравлический уклон также определяется через гидравлический уклон и диаметр основного трубопровода:

(5.44)

В этих формулах предполагается, что характер течения в основной трубе, во вставке и лупинге одинаков, то есть m – одинаково.

Если d_Л = d, тогда при ламинарном течении (m = 1):

(5.45)

при турбулентном, если m = 0,25:

(5.46)

если m = 0:

. (5.47)

Чтобы проверить режим в лупинге, нужно знать расход жидкости через него. Как рассчитать его, зная расход в основной магистрали и диаметры трубопроводов?

Суммарный расход на сдвоенном участке:

, (5.48)

где Q_Л - расход в лупинге;

Q_M - расход в основной магистрали на сдвоенном участке;

Q - расход в одиночном трубопроводе.

Исходя из равенства потерь напора (или давления) на сдвоенном участке (100): ΔP_Л = Δ P_M и воспользовавшись формулой Лейбензона для расчета потери давления (5.37), можно записать для основного и параллельного трубопроводов:

Сделаем преобразования:

Общий расход:

Отсюда:

(5.49)

(5.50)

5.6 Расчет оптимального диаметра трубопровода

Внутренний диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле:

(5.51)

Расход перекачиваемой жидкости Q обычно известен.

Поэтому для расчета требуется определить только скорость жидкости . Ее можно принять ориентировочно, исходя из практического опыта. Так, например, жидкость при движении самотеком имеет скорость 0,1-0,5 м/с, а поток жидкости в напорных трубопроводах – 0,5-2,5 м/с.

Приняв значение скорости, можно вычислить внутренний диаметр по (5.51) и далее выбрать трубу из сортамента.

Рассчитанный таким образом диаметр трубопровода вряд ли окажется наиболее выгодным. Оптимальный диаметр может быть найден на основе технико-экономических расчетов. Очевидно, что чем больше скорость, тем меньше требуемый диаметр трубы, то есть меньше стоимость трубопровода, его монтажа и ремонта, K₁. Однако с увеличением скорости резко возрастают потери напора на трение и местные сопротивления. Это ведет к росту затрат на перемещение жидкости, K₂.

По мере увеличения диаметра трубопровода затраты K₁ будут возрастать, а эксплуатационные расходы K₂ уменьшатся. Если просуммировать K₁ и K₂, получим общие затраты K, которые имеют минимум, соответствующий оптимальному (наиболее выгодному) диаметру трубопровода. При этом затраты K₁ и K₂ должны быть приведены к одному и тому же отрезку времени, например, к одному году.

Приведенные капитальные затраты для трубопровода:

(5.52)

где m – масса трубопровода, т;

C_M - стоимость 1 тонны труб, руб/т;

K_M - коэффициент, учитывающий стоимость монтажа, например 1,8;

n - срок эксплуатации, лет.

Приведенные эксплуатационные затраты, связанные с расходом энергии:

(5.53)

где N – мощность, кВт;

n_ДН - количество рабочих дней в году;

С_Э- стоимость одного киловатт-часа энергии, руб/кВт ∙ч.