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 , а его диаметр . Из местных сопротивлений, число которых может быть произвольным, на схеме указаны: вентиль, фильтр, поворотное колено, расходомер. Коэффициент местных потерь для i-го сопротивления обозначим .

Рис. 11.1

В начальном сечении трубопровода 1-1 имеем нивелирную высоту и давление . В конечном сечении 2-2 трубопровод имеет нивелирную высоту и давление . Так как по длине скорость потока изменяться не будет, то .

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 ; в гидравлически коротком трубопроводе местные потери и потери по длине сопоставимы , 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

,

здесь ;

;

.

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

.

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

.

(11.1)

Если определить скорость движения жидкости в трубопроводе через объемный расход

,

то формула для расчета величины падения давления примет вид

,

(11.2)

что дает возможность записать зависимость (2) в виде

,

(11.3)

где

.

(11.4)

Величину называют гидравлическим сопротивлением трубопровода. Размерность параметра - [ ].

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 , дается формулой

.

(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).