Сделай Сам Свою Работу на 5

Расчет всасывающего трубопровода

Всасывающий трубопровод относится к гидравлически коротким трубопроводам. Цель расчета состоит в определении высоты установки насоса zнас или вакуумметрической высоты во всасывающем патрубке (рис. 45).

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, причем первое выбрано на поверхности воды в водоеме (питателе), а второе – непосредственно перед входом в насос во всасывающем патрубке. Плоскость сравнения совмещена с сечением 1-1. Расход подаваемый насосом известен.

Рис. 45

 

Диаметр всасывающего трубопровода определяется при заданном расходе с учетом рекомендаций СНиП и средней скорости движения воды в трубопроводах насосных станций.

Зная Q и выбрав значения n, найдем .

Далее, приняв ближайший стандартный диаметр, вновь находим среднюю скорость в трубопроводе и дальше используют ее в расчетах.

Уравнение Бернулли после подстановки имеет вид

где a = 1; ; , ;

, hвак.доп ≤ 6…7 м по данным завода-изгото­вителя.

С помощью уравнения Бернулли можно решить и другую задачу: определить hвак во всасывающем патрубке центробежного насоса при известной высоте установки zнас, hвак зависит от конструкции насоса, рода и температуры перекачиваемой жидкости.

 

Расчет сифонного трубопровода

Сифоном или сифонным трубопроводом (рис. 46) называют такой трубопровод, часть которого располагается вне уровня жидкости питающего резервуара. Сифонный трубопровод является более экономичным по сравнению с самотечным трубопроводом. Недостатком сифонного трубопровода является то, что он начинает работать только после заливки его жидкостью. Кроме того, в связи с накоплением газов он начинает работать неполным сечением. Течение жидкости в сифоне происходит благодаря разности давлений между внешним давлением и давлением внутри си фона, а также напору, созданному разностью уровней жидкости.

Рис. 46

 

При расчете сифонного трубопровода обычно требуется определить максимальную величину вакуума в сифоне, а также диаметр трубы при заданном расходе Q или величину вакуума и расход при заданном диаметре труб. Практически в сифонных трубопроводах вакуум не следует допускать более 0,07 МПа. Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 и определим слагаемые. Плоскость сравнения совмещена с сечением 1-1 .



1 = 0; z1 = 0; p1 = pат; 2 = x; z2 = h; p2 = px; hw = hМ + hдл;

;

,

– вакуумметрическая высота;

,

высота колена сифона

Если необходимо определить расход Q, то уравнение Бернулли записывается для сечений 1-1 и 3-3.

1 = 0; z1 = H; p1 = pат; 2 = 0; z2 = 0; p2 = pат; hw = hМ + hдл.

, , .

 

Примеры решения задач

Задача 1. Определить диаметр трубопровода d и определить необходимую высоту водонапорной башни Hб в точке А (рис. 47) для обеспечения расчетной подачи воды с расходом Q = 100л/с потребителю в точке В по трубопроводу длиной l = 500м, при разности отметок земли в точках А и В, равной z = 3 м и минимальном свободном напоре в точке В, Нсв = 12 м.

Также определить свободный напор в точке В, Нсв при расходе воды Q1, составляющем половину расчетного (Q1 = 0,5Q).

Принять трубы чугунные, потери напора в местных сопротивлениях 10 % от потерь напора по длине.

 

 
 

 


 

 

Решение. Диаметр трубопровода назначается по предельным расходам. Для Q = 100 л/с, d = 300 мм. Необходимая высота водонапорной башни

,

где hАВ – потери напора местные и по длине на участке АВ.

Определим потери напора

,

где 1,1 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях;

– удельное сопротивление трубопровода, с26;

К – расходная характеристика, м3/с.

Значения К и S0 определяются по формулам:

; ,

где S0КВ и ККВ – соответственно удельное сопротивление и расходная характеристика трубы, работающей в квадратичной области сопротивления (при скорости ). К1 – поправочный коэффициент, учитывающий неквадратичность зависимости потерь напора от средней скорости (переходная область сопротивления при ).

Найдем скорость движения воды в трубопроводе:

.

При скорости труба работает в квадратичной области сопротивления.

Вычислим потерю напора двумя способами:

;

.

Найдем высоту водонапорной башни

.

Определим свободный напор, если расход уменьшится в два раза, т.е. составит ,

.

Скорость в трубопроводе уменьшится вдвое, т.е. .

Вычислим потери напора. Так как скорость , то следует внести поправочный коэффициент K1:

;

;

.

 

Задача 2. К системе, состоящей из двух параллельно соединенных стальных трубопроводов, имеющих длины l1 = 200 м и l2 = 300 м и диаметры d1 = 200 мм и d2 = 250 мм, подводится вода, расход которой Q = 50 л/с.

Требуется определить величины расходов воды на каждом участке.

Решение. Определим потерю напора на участке с параллельным соединением труб:

.

Зная величину hАВ, определяем величины Q1 и Q2:

;

.

Выполним проверку правильности произведенных вычислений:

.

Произведем уточнение расчета с учетом возможной неквадратичности сопротивления. Для этого определим скорости движения воды на участках

;

.

Скорости на участках меньше 1,2 м/с, следовательно, в принятые значения модулей расходов К, справедливые для квадратичной зоны сопротивления, необходимо ввести поправки.

; .

С учетом введенных поправок

;

Как видим, уточнение расчета не дало существенного изменения результата. Эту же задачу можно решить иначе.

Потери напора в параллельно соединенных ветках трубопровода равны между собой, т.е.

или .

Подставим известные величины в последнее выражение:

.

Решим это равенство относительно неизвестного Q1:

,

отсюда

;

Проверим правильность решения. Потери напора в параллельно соединенных трубопроводах равны между собой, т.е. :

следовательно, задача решена верно.


КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 3

 

Задание 1. Трубопровод состоит из трех участков, последовательно соединенных друг с другом. Известны диаметры d, длины l, материал и состояние труб. Также заданы отметки начального А и конечного В участка сложного трубопровода. В точке А сосредоточенный расход Q, на втором участке равномерно распределенный расход Qр. В точке В задано значение свободного напора hсв.

 

 

Рис. 48

Таблица 16

Диаметры, мм Длины, м Материал и состояние труб Отметки, м hсвм Q/Qр, л/с
d1 d2 d3 l1 l2 l3 А В
чугун, новые битумизированные 20/7
чугун, новые битумизированные 60/21
чугун, новые небитумизированные 100/35
чугун, новые небитумизированные 200/42
чугун, бывшие в эксплуатации 400/48
чугун, бывшие в эксплуатации 40/10
стальные, новые   70/17
стальные, новые   90/32
стальные, бывшие в эксплуатации 250/46
стальные, бывшие в эксплуатации 500/68  

 


Задание 2. Центробежный насос 1 подает воду с температурой t. Расход воды составляет Q. Диаметр всасывающей трубы d, длина l. Труба 2 имеет два поворота по 900 и приемный клапан 3. Материал трубы задан, давление на свободной поверхности жидкости принять равным 100 кН/м2.

 

       
 
   
  Определить максимально возможную высоту установки насоса h над уровнем воды, исходя из условия, что давление воды при входе в насос должно быть на 20 кН/м выше давления парообразования. Варианты выбирать согласно рис. 49, табл. 17.
 

 


 

Рис. 49

Таблица 17

t, 0C Q, л/с d, мм l, м Материал и состояние труб
2,0 Стальные трубы сварные новые и чистые
5,0 Стальные трубы сварные новые и чистые
10,0 Стальные трубы сварные умеренно заржавевшие
12,5 Стальные трубы сварные умеренно заржавевшие
17,5 Стальные трубы сварные старые заржавевшие
15,0 Стальные трубы сварные старые заржавевшие
10,5 Стальные трубы сварные сильно заржавевшие
7,5 Стальные трубы сварные сильно заржавевшие
3,5 Стальные трубы сварные с незначительной коррозией
1,5 Стальные трубы сварные с незначительной коррозией

 


Задание 3. Определить пропускную способность для случаев последовательного и параллельного соединения трубопроводов согласно вариантам соединения трубопроводов, рис. 50, табл. 18. При расчетах использовать таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб.


Рис. 50

 

Таблица 18

№ вар. Диаметры труб, м Длины участков, м Полные напоры, м Трубы
d1 d2 d3 l1 l2 l3 HA HД
0,200 0,150 0,100 11,0 3,5 стальные, новые  
0,200 0,125 0,100 12,8 4,0 стальные, новые  
0,250 0,200 0,150 12,6 6,0 стальные, бывшие в эксплуатации
0,150 0,200 0,125 11,0 5,0 стальные, бывшие в эксплуатации
0,150 0,125 0,150 10,8 4,0 чугун, новые битумизированные
0,200 0,125 0,100 11,0 2,0 чугун, новые битумизированные
0,150 0,125 0,150 9,4 2,0 чугун, новые небитумизированные
0,150 0,125 0,100 10,0 3,0 чугун, новые небитумизированные
0,200 0,150 0,125 11,5 4,0 чугун, бывшие в эксплуатации
0,250 0,150 0,100 12,0 3,0 чугун, бывшие в эксплуатации

 


ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Значения эквивалентной равномерно-зернистой шероховатости kэ

Материал и вид трубы Состояние трубы kэ, мм
Тянутые трубы из стекла и цветных металлов Новые, технически гладкие 0 - 0,002 0,001
Бесшовные стальные трубы Новые и чистые, тщательно уложенные   После нескольких лет эксплуатации 0,01 - 0,02 0,014 0,15 - 0,3 0,2
Стальные трубы сварные Новые и чистые   С незначительной коррозией после очистки   Умеренно заржавевшие   Старые заржавевшие   Сильно заржавевшие или с большими отложениями 0,03 - 0,1 0,06 0,1 - 0,2 0,15   0,3 - 0,7 0,5 0,8 - 1,5 1 2 - 4 3
Клепаные стальные трубы Легко клепаные   Сильно клепаные 0,5 - 3   До 9
Оцинкованные железные трубы Новые и чистые   После нескольких лет эксплуатации 0,1 - 0,2 0,15 0,4 – 0,7 0,5
Чугунные трубы Новые асфальтированные   Новые без покрытия   Бывшие в употреблении   Очень старые 0 - 0,16 0,12 0,2 - 0,5 0,3 0,5 - 1,5 До 3
Асбестоцементные трубы   0,05 - 0,1 0,085
Бетонные трубы Новые из предварительно-напряженного бетона   Новые центробежные   Бывшие в употреблении   Из необработанного бетона 0 - 0,05 0,03 0,15 - 0,3 0,2 0,3—0,8 0,5 1 - 3

Значения модуля расхода К и коэффициента гидравлического трения l

для новых битумизированных чугунных труб при = (0,10 0,15) мм

(квадратичная область сопротивления)

D, мм КМИН, л/с К2МИН, (л/с)2 КСР, л/с К2СР, (л/с)2 КМАКС, л/с К2МАКС, (л/с)2 мин ср макс
12,16 147,9 12,47 156,5 12,80 163,8 0,0230 0,0242 0,0255
35,41 1,254 103 36,07 1,301 103 37,03 1,371 103 0,0209 0,0220 0,0230
74,96 5,619 103 76,16 5,800 103 77,70 6,037 103 0,0200 0,0208 0,0215
133,3 17,769 103 135,2 18,279 103 138,9 19,253 103 0,0190 0,0200 0,0206
214,2 45,882 103 219,3 48,092 103 227,8 51,893 103 0,0177 0,0191 0,0200
457,4 20,921 104 474,9 22,553 104 484,3 23,455 104 0,0165 0,0172 0,0185
833,3 69,439 104 845,7 71,521 104 859,3 73,840 104 0,0160 0,0165 0,0170
17,796 105 18,279 105 19,238 105 0,0153 0,0161 0,0165
39,442 105 40,764 105 42,642 105 0,0149 0,0156 0,0161
78,456 105 81,968 105 85,498 105 0,0145 0,0151 0,0158
14,569 106 15,039 106 15,398 106 0,0142 0,0148 0,0153
25,200 106 25,969 106 26,967 106 0,0140 0,0145 0,0150
65,270 106 66,733 106 70,174 106 0,0134 0,0141 0,0145
14,419 107 15,009 107 15,866 107 0,0128 0,0136 0,0141
28,727 107 30,012 107 35,710 107 0,0125 0,0132 0,0138
53,218 107 55,804 107 58,453 107 0,0122 0,0128 0,0134
93,104 107 31 102 96,733 107 100,68 107 0,0120 0,0125 0,0130

 

Значения модуля расхода К и коэффициента гидравлического трения l

для новых небитумизированных чугунных труб при = (0,25 1,00) мм

(квадратичная область сопротивления)

D, мм КМИН, л/с К2МИН, (л/с)2 КСР, л/с К2СР, (л/с)2 КМАКС, л/с К2МАКС, (л/с)2 мин ср макс
8,77 76,91 9,64 92,93 11,22 125,89 0,0300 0,0410 0,0490
26,24 688,54 28,42 807,70 33,23 1104,2 0,0260 0,0350 0,0416
56,40 3,1810 103 61,37 3,7663 103 70,94 5,0325 103 0,0240 0,0320 0,0380
102,32 10,469 103 110,59 12,230 103 125,93 15,858 103 0,0230 0,0300 0,0350
166,53 27,732 103 181,42 32,906 103 204,78 41,943 103 0,0220 0,0280 0,0330
359,35 1,2913 105 391,36 1,5288 105 429,20 1,8421 105 0,0210 0,0255 0,0300
649,83 4,2228 105 701,99 4,9280 105 770,71 5,9398 105 0,0200 0,0240 0,0280
1 059,4 11,223 105 1 128,3 12,724 105 1 242,7 15,443 105 0,0190 0,0230 0,0262
1 588,6 25,237 105 1 684,8 28,383 105 1 878,4 35,285 105 0,0180 0,0224 0,0252
2262,6 51,194 105 2 394,4 57,312 105 2669,3 71,252 105 0,0170 0,0215 0,0242
3 076,7 94,661 105 3 260,9 106,34 105 3626,7 131,48 105 0,0168 0,0209 0,0235
4054,7 16,439 106 4283,3 18,347 106 4776,7 22,810 105 0,0165 0,0206 0,0230

 


Продолжение табл.

 

D, мм КМИН, л/с К2МИН, (л/с)2 КСР, л/с К2СР, (л/с)2 КМАКС, л/с К2МАКС, (л/с)2 мин ср макс
6570,5 43,171 106 6 860,5 47,066 106 7662,4 58,706 106 0,0160 0,0200 0,0221
9788,8 95,824 106 105,25 106 130,99 106 0,0155 0,0192 0,0212
191,49 106 211,47 106 264,29 106 0,0150 0,0185 0,0207
351,91 106 401,36 106 445,59 106 0,0147 0,0178 0,0203
605,31 106 713,10 106 834,92 106 0,0145 0,0170 0,0200

 

Значения модуля расхода К и коэффициента гидравлического трения l

для бывших в эксплуатации чугунных труб при = (1,0 1,5) мм

(квадратичная область сопротивления)

 

D, мм КМИН, л/с К2МИН, (л/с)2 КСР, л/с К2СР, (л/с)2 КМАКС, л/с К2МАКС, (л/с)2 мин ср макс
8,13 66,10 8,43 71,07 8,77 76,91 0,0490 0,0530 0,0570
24,18 584,67 24,69 609,60 26,24 688,54 0,0416 0,0470 0,0490
52,41 2,7468 103 53,90 2,9052 103 56,40 3,1810 103 0,0380 0,0416 0,0440
95,23 9,0687 103 98,22 9,6472 103 102,32 10,469 103 0,0350 0,0380 0,0404
155,48 24,162 103 160,62 25,799 103 166,53 27,732 103 0.0330 0,0356 0,0380
336,59 1,1329 105 346,36 1,1997 105 359,35 1,2913 105 0,0300 0,0323 0,0342
607,73 3,6934 105 627,74 3,9406 105 649,83 4,2228 105 0,0280 0,0300 0,0320
990,26 9,8062 105 1017,8 10,359 105 1 059,4 11,223 105 0,0262 0,0284 0,0300
1491,0 22,231 105 1 534,6 23,550 105 1 588,6 25,237 105 0,0252 0,0270 0,0286
2124,8 45,148 105 2195,5 48,202 105 2262,6 51,194 105 0,0242 0,0257 0,0275
2911,7 84,780 105 2980,9 88,858 105 3076,7 94,661 105 0,0235 0,0250 0,0262
3851,3 14,833 106 3954,0 15,634 106 4054,7 16,439 106 0,0230 0,0242 0,0255
6278,2 39,415 106 6415,0 41,152 106 6570,5 43,171 106 0,0221 0,0232 0,0242
9 370,0 87,797 106 9531,2 90,840 106 9788,8 95,824 106 0,0212 0,0224 0,0232
174,59 106 181,91 106 191,49 106 0,0207 0,0218 0,0227
322,96 106 334,78 106 351,91 106 0,0203 0,0212 0,0221
563,16 106 584,43 106 605,31 106 0,0200 0,0207 0,0215

 

 


Расчетные значения удельных сопротивлений А для неновых стальных и

чугунных водопроводных труб (размеры даны в мм)

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.