6. Гидравлический расчет сложных трубопроводов. Расчет параллельных и кольцевых трубопроводов.

Сложный трубопровод может иметь различные диаметры по длине и отводы.

При гидравлическом расчете их практический интерес пред­ставляет четыре случая, часто встречающихся в промысловых условиях:

1) жидкость из раздаточного коллектора, имеющего постоянный диаметр, равномерно или неравномерно отбирается;

2) жидкость равномерно или неравномерно поступает в сборный коллектор, имеющий по длине разный диаметр;

3) общий сборный коллектор образует параллельные ТП (лупинги);

4) общий сборный (раздаточный) коллектор имеет форму кольца (магистральный водовод).

Параллельные ТП, или лупинги, прокладывают обычно для увеличения их пропускной способности при сохране­нии того же перепада давления на конечных участках или умень­шении его.

Рис. 3. Расчетная схема параллель­ных трубопроводов (с лупингом)

На рис. 3 приведена схема трубопровода с лупингом.

Из баланса количества жидкости имеем

(4)

где Q₀ - расход жидкости в основном трубопроводе до сечения А и после сечения В; Q₁ - расход жидкости в трубопроводе на участке АВ; Q₂ - расход жидкости в лупинге.

Очевидно, потери напора на участке трубопровода АВ равны потери напора в лупинге (параллельной трубе), т. е. Dh₁ = hD₂ или, согласно (**) можем записать:

где l₀ - длина участка трубопровода, равная длине лупинга; D₁, D₂ - диаметры трубопровода и лупинга соответственно.

Из равенства потерь напора на участке трубопровода А - В следует

(5) или

(5а)

Подставим величину расхода в лупинге Q₂ в формулу (4).

(6)

откуда найдем расход в трубопроводе Q₁ на участке AВ, выра­женный через расход Q₀ до разветвления:

(7)

Формула (7) позволяет определить расход жидкости в сдво­енном трубопроводе по известному суммарному расходу Q₀ и заданным отношениям диаметров лупинга и трубопровода.

Гидравлический уклон до участка АВ и после него

(8)

Гидравлический уклон на участке АВ и в лупинге одинаков и будет равен с учетом выражения (7)

(9)

Выражая гидравлический уклон на сдвоенном участке через гидравлический уклон основного трубопровода, получим

(10)

Если диаметр основного трубопровода D₁ и диаметр лупинга D₂ равны между собой, то

(10а)

В этом случае при ламинарном режиме n = 0,5, при турбу­лентном режиме в зоне справедливой для формулы Блазиуса n = 0,297, для зоны с квадратичной характеристикой n = 0,25.

Кольцевые трубопроводы сравнительно широко применяют в промысловых условиях при подаче воды от мест водозабора до кустовых насосных станций (КНС).

Кольцевые трубопроводы рассчитывают по той же схеме, что и при параллельном соединении (с лупингом).

Однако задача значительно усложняется тем, что здесь имеется несколько расходных пунктов Q₁, Q₂, Q₃, Q₄, Q₅ (рис. 4), и рас­чет проводят до тех пор, пока изменением расхода жидкости и направлением ее движения не будет достигнуто равенство потерь напора в ветвях ВСДЕ и ВМКЕ.

Рис. 4. Расчетная схема кольцевого трубопровода

При проектировании кольцевой системы водоводов вначале задаются величинами расходов Q₁, Q₂, Q₃, Q₄, Q₅ и, зная диаметры отдельных ветвей, определяют значения потерь напора от общей точки разветвления В до расходных пунктов СDЕ и МКЕ. Рас­ходы считаются заданными правильно, если алгебраическая сумма потерь напора в кольце равна нулю, т. е.

(11)

или

Если это условие не соблюдается, то следует повторить рас­четы при измененных величинах расходов жидкости в трубах:

Q₁ + Q₂ + Q₅ = Q₃ + Q₄ + Q₅ ± DQ.

Поправка DQ при этом выбирается удовлетворяющей уравне­нию

(12)

Если в процессе эксплуатации кольцевого трубопровода на линиях-отводах Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ и Q₅ изменяется сопротивление (закрывается задвижка), то соответственно этому сопротивлению происходит перераспределение расходов жидкости в отдельных отводах.