Пример гидравлического расчета трубопроводов

Схема воздухоснабжения воздухоразделительной установки представлена на рис. 9 (на рисунке не показано полное количество поворотов и задвижек). На данной схеме потребителем воздуха является ВРУ, а поставщиком - компрессорная станция (К-500-61-1). Характеристики компрессора К-500-61-1, обслуживающего ВРУ№2:

производительность - 525 м³/мин;

давление всасывания - 0,0981 МПа;

давление нагнетания - 0,882 МПа;

температура нагнетания - 20 °С.

Расчет ведем по формулам 3.1—3.10.

Плотность всасываемого воздуха = 1,166025 кг/м³.

Расход всасываемого воздуха

=580,8195=9,68033 м³/с.

Принимаем W_вс=10 м/с. Определяем диаметр всасывающего трубопровода =1,1105 м и по табл. 3.1 выбираем ближайшее

большее значение стандартного внутреннего диаметра стальной трубы, равное d_вс._вн=1,192 м.

Следует отметить, что при больших расходах воздуха через компрессор ставят несколько всасывающих трубопроводов (так называемые "штаны"), в которых происходит разделение потока воздуха на части, и затем воздух подается уже не через одну трубу, а через несколько (две или три) труб стандартного диаметра. Произведем расчет нагнетательного трубопровода.

Скорость воздуха находится из следующих условий: гидравлические сопротивления трубопроводов желательно иметь наименьшими для уменьшения потерь и соответственно эксплуатационных затрат, для чего необходимо увеличивать диаметр труб, снижая скорость потока. Однако при этом будут расти расходы на монтаж и содержание трубопровода, а также амортизационные расходы. Оптимальная с экономической точки зрения скорость воздуха находится в пределах 10-15 м/с. Для длинных трубопроводов (свыше 200 м) допускается увеличение скорости до 20 м/с; для коротких трубопроводов (до 100 м) и шлангов рекомендуется скорость до 10 м/с. Принимаем W_сж ⁼15 м/с.

Плотность сжатого воздуха = 9,81365 кг/м³.

Расход сжатого воздуха = 69,011 = 1,1502 м³/с.

Внутренний диаметр нагнетательного трубопровода

=0,31254 м,

и по табл. 3.1 выбираем ближайшее большее значение стандартного внутреннего диаметра стальной трубы, равное d_{сж вн}=0,359 м.

Определим давление поступающего к потребителю воздуха. По таблице 4.1 определяем кинематический коэффициент вязкости воздуха при температуре t_сж =T_сж -273=313-273=40 °С (определена ранее в втором пункте данного пособия), который равен v = 16,96 10^-6 м²/с.

Число Рейнольдса для нагнетательного трубопровода равно

Re= = 317511,8 и поскольку Rе превышает 10⁵ , то

коэффициент трения воздуха определим как

λ=0,0032+ =0,0032+ =0,014673.

Отметим, что в данном случае при расчете компрессора, снабжающего сжатым воздухом воздухоразделительную установку, на всех рассматриваемых участках внутренний диаметр нагнетательного трубопровода не меняется. Коэффициент трения воздуха остается постоянным по всей длине рассматриваемого трубопровода. Но в общем случае может быть и изменение внутреннего диаметра труб и расходов воздуха на разных участках рассматриваемой магистрали, в таком случае значение числа Рейнольдса, а также и коэффициента трения воздуха будет определяться отдельно для каждого участка.

По данным табл. 3.2 выбираем длину воздухопровода, эквивалентную местным сопротивлениям (при условном диаметре 350 мм):

колено сварное под углом 90° двухшовное R=D;L_к1 =14,6м;

колено круто загнутое, гладкое R=1,5D; L_к2=10,5 м;

колено сварное под углом 90° трехшовное R=1,5D; L_к3=12,6 м;

задвижка – L₃=6,3 м.

Потери в трубопроводе в общем виде можно записать как

где ∆Р_Л - линейная потеря давления (фактически потеря на трение по длине трубопровода), Па; ∆Р_М - потеря давления в местных сопротивлениях (к которым относятся различные типы регулирующей или запорной арматуры, повороты, изгибы трубопровода), Па.

	Таблица 3.1. Стальные трубы
Наружный диаметр,   мм	Внутренний диаметр,   мм	Толщина стенки,   мм	Масса 1 м трубы,   кг	Объем 1 м,     м3 10-3	Экваториальный момент сопротивлния, м3 10-6
		2,5	2.15	0,855	2.33
		2,5	2.6	1,26	3.52
		3,0	4,0	2.04	6.85
		3,0	5.4	3,85	12,1
		4,0	7.3	5,34	18,1
		4,0	10,2	7.86	35.2
		4,0	12.7	12.3
		5,5	17,2	17,7	82.1
			23.2	26.7
			31,5	33.4
			46.7	52.7
			62.5	75.4
			81.5
			91,6
			62,0
			80,5	169.5

Рис. 9. К гидравлическому расчету трубопроводов

Потери давления в трубопроводе:

∆Р= =λ(L+L_к1+4L_к2+3L_к3+9L₃)ρ_сж =

= 0,014673 (265 +14,6 + 4 10,5 + 3 12,6 + 9 6,3) 9,81365 =18776,1 Па.

Принимаем ∆Р_изб = 0,5 кПа = 0,0005 МПа, ∆Р_ВС = 4 кПа = 0,004 МПа.

Давление у потребителя

Р_потр=Р_к -∆Р-∆Р_изб -∆Р_вс-∆Р_аво = 0,882 - 0,0187761 - 0,0005 - 0,004 - 0,008 = 0,8507239 МПа.

Полученное давление удовлетворяет требованиям

воздухоразделительной установки ( Р_потрдолжно быть не ниже номиналь­ного Р_н).