Основные формулы для гидравлического расчета трубопроводов

Гидравлический расчет трубопроводов позволяет решать три основные задачи:

определять необходимый напор для пропуска известного расхода воды при заданном диаметре труб;

определять пропускную способность труб заданного диаметра при известных потерях напора;

определять сечение трубопроводов при заданных расходах воды и потерях напора.

Потери напора в трубопроводе слагаются из потерь на трение по длине и потерь на преодоление местных сопротивлений, т. е.

(127).

Потери напора по длине трубопроводов определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:

где л— коэффициент сопротивления трения по длине l; d_p — расчетный внутренний диаметр труб, м; х — средняя скорость движения жидкости, м/с; R — гидравлический радиус.

Если для круглой трубы определить скорость движения жидкости.

(128).

то потери напора по длине можно вычислить по формуле.

(129).

где - удельное сопротивление, т. е. сопротивление 1 м трубопровода.

Сопротивление по всей длине / трубопровода составит S_l = А_l1 и тогда.

(130).

Потери напора на единицу длины трубопровода называют гидравлическим уклоном i, т. е.

(131).

Коэффициент сопротивления л при движении воды в новых и бывших в эксплуатации трубопроводах из различных материалов определяют по зависимостям, полученным во ВНИИ ВОДГЕО д-ром техн. наук Ф. А. Шевелевым:

для новых стальных труб для стальных чугунных труб, бывших в эксплуатации При гидравлических расчетах водопроводных труб удельное сопротивление можно подсчитать по формуле, составленной с учетом увеличения коэффициента X вследствие возрастания шероховатости стенок труб во время их эксплуатации в результате коррозии или образования отложений:

(132).

Эта формула справедлива при скорости движения воды х ?1,2 м/с. При меньших скоростях в значения удельных сопротивлений вводится поправочный коэффициент К_n на неквадратичность зависимости потерь напора от средней скорости движения жидкости. Тогда формулы (1.106) и (1.107) приобретают такой вид:

(133).

Значения поправочного коэффициента К_n изменяются от 1 до 1,4 при изменении скорости от 1,2 до 0,2 м/с. Поправочный коэффициент определяют по формуле Потери напора на преодоление местных сопротивлений определяют по формуле:

(134).

По аналогии с формулой (129) можно записать При расчетах трубопроводов местные потери можно выразить в виде потерь напора на трение по эквивалентной длине. При этом h_м = h_lэ, т. е. У жQA_мlQ² = A_tL_эQ² или A_э = А_мУ ж, откуда.

(135).

Величину 1_Э называют эквивалентной длиной трубопровода, соответствующей данному местному сопротивлению с коэффициентом ж.

Расход можно определить из уравнения (1.107): Q =. Для определения расхода и скорости жидкости, протекающей по трубопроводу, пользуются также (преимущественно для каналов и труб некруглого сечения) уравнением Шези:. Применение уравнения Шези изложено в § 38.

При расчете трубопроводов используют не только удельное и общее сопротивление А_l, и S_l, но и другие гидравлические характеристики, например, проводимость трубопроводов:

(136).

— расходная характеристика:

(137).

Расходная характеристика и проводимость, соответствующие местным сопротивлениям, по аналогии будут представлены следующими соотношениями:

и.

Расход жидкости, движущейся по трубопроводу, может быть определен через проводимость Р_l т. е.

(138).

Для упрощения расчетов по приведенным формулам составлены таблицы значений удельных сопротивлений А_l с поправочным коэффициентом К_n (прил. 1). При гидравлическом расчете стальных труб стандартных диаметров можно использовать прил. 2.

Диаметр трубопровода определяют в зависимости от расхода перекачиваемой жидкости и скорости ее движения по формуле где d -диаметр трубы, м; Q — расчетный расход воды, м³/с; хсредняя скорость движения, м/с; для малых диаметров (до 400 мм) х принимается в пределах 0,7−1 м/с, а для средних и больших диаметров — 1 — 1,5 м/с.

Следует иметь в виду, что с уменьшением диаметров трубопровода при одном и том же расходе увеличиваются скорость и потери напора, а с увеличением скорости и потерь напора возрастают эксплуатационные расходы. С увеличением же диаметра трубопровода скорость и потери напора уменьшаются. В связи с этим при определении диаметра трубопровода необходимо учитывать требования экономичности и технической целесообразности, иначе говоря, стремиться к определению экономически найвыгоднейшего диаметра, соответствующего минимуму его приведенной стоимости, включающей затраты на строительство и на эксплуатацию трубопровода. Выбор экономичного диаметра трубопровода приобретает особое значение при гидравлическом расчете внешних водопроводных сетей. Экономически наивыгоднейшие диаметры водопроводных труб определяют п…