Гідравлічні трубопроводи (стр. 1 из 3)

Курсова робота

Гідравлічні трубопроводи

Вступ

Гідравліка – це технічна (прикладна) наука, що вивчає закони рівноваги і руху рідини та розробляє способи застосування цих законів для розв’язування цих задач.

Втрати напору в трубопроводах складаються з втрат по довжині і місцевих втрат. Залежно від впливу цих втрат трубопроводи поділяють на короткі і довгі.

До довгихналежать трубопроводи, в яких визначальними є втрати по довжині, а місцеві втрати не перевищують 10–15% загальних втрат, а до коротких– трубопроводи з великою кількістю місцевих опорів, у яких визначальними є місцеві втрати, а втрати по довжині не перевищують 10–15% загальних втрат.

Довгі трубопроводи поділяють на прості і складні,

Прості трубопроводи– це трубопроводи сталого діаметра, що не мають відгалужень.

Складний трубопровід– це такий, що складається з окремих елементів: простих коротких або довгих трубопроводів. Прийнята класифікація трубопроводів дає змогу значною мірою спростити розрахунок їх.

Гідравлічний розрахунок трубопроводів полягає у визначенні витрати рідини, напору, діаметра труб при заданих інших величинах. Іноді за заданими витратою Q, діаметром і довжиною трубопроводу визначають напір Н або за тих же умов визначають витрату Q якщо задано напір Н. Діаметр трубопроводу d визначають, коли всі інші параметри відомі.

1. Основні формули для гідравлічного розрахунку напірних трубопроводів при турбулентному режимі руху

Гладкі труби

Коефіцієнт гідравлічного тертя l, що входить в розрахункову формулу для визначення втрат натиску по довжині

,

для гладких труб знаходиться по емпіричних залежностях виглядуl=l(Re).

Для потоків, що характеризуються числами Re від 2300 до 100000, застосовується така залежність:

. (1)

П.Н. Конаковим запропонована більш загальна формула, область вживання якої не обмежується величиною числа Re:

(2)

Може бути використана формула Р.К. Филоненко

, (3)

яка дає практично однакові результати з формулою П.Н. Конакова.

Шорсткі труби

Для визначення втрат натиску в круглих шорстких трубах у разі квадратичної області опорів звичайно використовуються так звані водопровідні формули, одержувані ззалежності Шезі. Позначивши через l довжину труби, представимо формулу Шезі таким чином:

.

Отже,

. (4)

Помноживши у формулі (4) чисельник і знаменник на 2g одержимо остаточну формулу, яка може бути названа першою водопровідною формулою (формула Вейсбаха – Дарсі):

, (5)

де коефіцієнт гідравлічного тертя

.

Визначаючи С по формулі Н.Н. Павлівського, одержимо

.

Замінимо в залежності (4) швидкість υ через

,

де Q – витрата рідини, що проходить через трубу;

площа живого перетину труби.

Одержимо формулу, яка може бути названа другою водопровідною формулою:

; (6)

тут

. (7)

Для розрахунку труб рекомендується вживання коефіцієнтів шорсткості п, приведених в табл. 1.

Таблиця значень коефіцієнта шорсткості п для труб

Стан стінок труб і характерні умови експлуатації	п
Нові чавунні, металеві і гончарні труби при добрій укладці і з’єднанні	0,0110	90,9
Водопровідні труби в нормальних умовах експлуатації, бетонні труби в дуже гарному стані	0,0120	83,3
Трохи забруднені водопровідні труби, клепані стальні спіральні труби в дуже гарному стані, бетонні труби в гарному стані	0,0130	76,9
Забруднені водопровідні труби	0,0140	71,4
Клепані стальні спіральні труби в середніх умовах експлуатації	0,0150	66,7
Бетонні труби в поганому стані	0,0160	62,5
Азбестоцементні труби	0,0092	108,7
Поліетиленові труби	0,0086	116,4

Останнім часом рядом авторів складені таблиці значень коефіцієнта С, підрахованих по формулі Н.Н. Павловского для різних коефіцієнтів шорсткості і гідравлічних радіусів R.*

Для спрощення обчислень по формулах (5) і (6) для стандартних діаметрів труб приводяться таблиці значень коефіцієнтів λ₁ = f₁ (d) і а = f₂ (d), обчислених при різних п із застосуванням формули Н.Н. Павлівського.

Формули (5) і (6) для розрахунків шорстких труб справедливі тільки для квадратичної області опорів. Відповідними дослідженнями встановлено, що труби великих діаметрів працюють переважно в доквадратичній області через малу їх відносну шорсткість. Квадратичний закон опору для труб великого діаметру буде справедливий тільки у випадку, якщо виступи шорсткості мають значну висоту.

У результаті обробки експериментального матеріалу для доквадратичної області Ф.А. Шевелев рекомендує для визначення гідравлічного ухилу користуватися формулою

, (8)

де k – поправочний коефіцієнт, залежний від середньої швидкості υ, причому Q виражається в м³/с, а d в м.

Значення поправочного коефіцієнта k для сталевих і чавунних труб дані в табл. 2.

Таблиця 2. Значення поправочного коефіцієнта для сталевих і чавунних труб

υ, м/с	k	υ, м/с	k	υ, м/с	k
0,20	1,410	0,50	1,150	0,80	1,060
0,25	330	0,55	1,130	0,85	1,050
0,30	280	0,60	1,115	0,90	1,040
0,35	240	0,65	1,100	1,00	1,030
0,40	200	0,70	1,085	1,10	1,015
0,45	175	0,75	1,070	1,20	1,000

Приводимо експериментальні формули, що застосовуються для розрахунку:

азбоцементних труб (формула Ф.А. Шевелева):

; (9)

дерев'яних труб (формула Скобея):

, (10)

де υ виражається в м/с, а d в м.

2. Класифікація трубопроводів і основні задачі по їх гідравлічному розрахунку

Розглядатимемо турбулентний рух будь-якої рідини, що відповідає квадратичній області опору, маючи у вигляді при цьому тільки круглоциліндричні труби.

Гідравлічний розрахунок трубопроводів проводиться або з метою визначення діаметру трубопроводу, призначеного для пропуску певної витрати рідини, або з метою встановлення гідравлічних характеристик трубопроводу: втрат натиску і витрати рідини, що пропускається (при відомих діаметрі і довжині труби).

При гідравлічному розрахунку трубопроводів залежно від їх довжини і гідравлічних умов розрахунку розрізняють два типи трубопроводів: короткі і довгі.

Короткими трубопроводами називаються трубопроводи порівняно невеликої довжини, в яких місцеві втратиопору є достатньо істотними, складаючи не менше 5–10% від втрат опору по довжині. Прикладами коротких трубопроводів можуть служити всмоктуюча лінія відцентрового насоса, напірна водопропускна труба під залізничним насипом і т.п.

Довгими трубопроводами називають трубопроводи, що мають значну протяжність, в яких втрати опору по довжині є основними. У випадку довгих трубопроводів місцевими втратами звичайно нехтують, іноді ж їх приймають рівними 5–10% від втрат опору по довжині. Прикладами довгих трубопроводів можуть служити трубопроводи водопровідних мереж, а також трубопроводи, що використовуються при гідромеханізації і т.д.

Залежно від гідравлічної схеми роботи трубопроводи розділяються на прості, не мають відгалужень, складні – з відгалуженнями. Розрізняють також тупикові трубопроводи і замкнуті, або кільцеві. Замкнуті трубопроводи більш надійні в роботі, зокрема забезпечують безперебійне водопостачання при пошкодженні окремих ліній або виробництві ремонтних робіт.

При гідравлічному розрахунку трубопроводів звичайно зустрічаються наступні три основні задачі:

1) визначення витрати трубопроводу Q при заданих l, d, h_f;

2) визначення втрати опору h_fпри заданих l, d, Q;

3) визначення потрібного діаметру трубопроводу при заданних l, Q, h_f.

При рішенні цих і інших задач, пов'язаних з гідравлічним розрахунком трубопроводів, широко використовується поняття про витратну характеристику (про модуль витрати) труб. Витрата рідини при рівномірному русі визначається, по формулі.