Сделай Сам Свою Работу на 5

РАСЧЕТ СЛОЖНОГО (РАЗВЕТВЛЕННОГО) НЕЗАМКНУТОГО ТРУБОПРОВОДА (ТРУБОПРОВОДНОЙ СЕТИ)





Различают следующие виды сложного трубопровода:

а) незамкнутый, или, иначе, тупиковый (рис. 5-18);

б) замкнутый, или, иначе, кольцевой (рис. 5-19).

В этом параграфе рассмотрим расчет незамкнутого сложного трубопровода (тупиковой водопроводной сети), питаемого из бака Б, установленного на водонапорной башне (рис. 5-18). Такой трубопровод состоит из магистрали (главной линии; см., например, линию 1—2 — 3 — 4) и ответвлений (линий второго порядка; см. линии 2 — 5 и 3 — 6).

Рис. 5-18. Тупиковая (незамкнутая) водопроводная сеть

Р – река (источник водоснабжения), К — береговой колодец, С - насосная станция, Б — водонапорная башня, I — самотечная труба, II — всасывающая труба, III — напорная труба, 1 — 2 — 3 — 4 – магистраль, 2 — 5 и 3 — 6 — ответвления. Потери напора: hc — в трубе I, hBC — в трубе II, hH — в трубе III

1°. Случай, когда высотное положение водонапорного бака не задано.

Для гидравлического расчета рассматриваемой сети труб должны быть заданы:

а) длины l отдельных труб и начертание сети их на плане местности в горизонталях;

б) расчетные расходы воды, забираемые в отдельных точках сети: q4, q5, q6;

в) расход q’ забираемый с 1 м длины того или другого трубопровода (см.трубопровод 2 – 5);



г) минимально допустимые отметки горизонтов воды в воображаемых пьезометрах, привключенных к концевым точкам сети (точкам 4, 5, 6): . Задавая, мы тем самым задаем гидродинамические давления в точках 4, 5, 6, а также высоты a, на которые вода в этих точках может подняться («самотеком») над поверхностью земли, если трубопровод, как показано на рис. 5-18, проложен в земле (см., например, точку 4, где отметка поверхности земли обозначена через ).

 

Рис. 5-19. План замкнутой (кольцевой) сети Б — водонапорная башня

В результате гидравлического расчета можем найти: диаметры труб, а также отметку горизонта воды в водонапорном баке, обеспечивающую подачу заданных расходов воды в заданные точки сети.

Общий ход расчета может быть намечен следующий.

1.Устанавливаем расчетные расходы для отдельных участков сети.

Расчетный расход какого-либо участка сети должен равняться сумме расходов, забираемых из сети ниже (по течению) этого участка.



Например, расчетный расход для участка 3 — 4

расчетный расход для участка 1—2

расчетный расход для участка 2—5 согласно формуле (5-97) будет

2.Выбираем линию трубопроводов, которую следует рассматривать как

магистральную. В качестве магистрали намечаем линию: наиболее нагруженную расходами, наиболее длинную, характеризуемую наибольшими отметками

поверхности земли. Если магистраль будет намечена неудачно, то в конце расчета

получим некоторую неувязку (см. ниже), причем расчет придется выполнять

заново, задавшись новым направлением магистрали.

Расчет магистрали 1 — 2 — 3 — 4

1.Задаемся для отдельных участков магистрали так называемой экономической скоростью (пояснение понятия скорости иэк см. в следующем пункте); эта скорость может быть принята равной 1,0 м/с; вообще же говоря, данная скорость должна изменяться с изменением диаметра труб:

D, м . . . . . . . . . . . . . . . . 0,10 0,20 0,25 0,30

, м/с . . . . . . . . . . . . . . 0,75 0,90 1,10 1,25

2.Установив скорости для отдельных участков магистрали, находим диаметры труб магистрали:

полученное значение D' округляем до ближайшего (большего или меньшего) сортаментного значения D.

3. Зная для каждой трубы ее диаметр D и расход Q, определяем для всех участков магистрали потери напора по формуле:

4.Имея величины hl для отдельных участков магистрали, строим пьезометрическую линию Р — Р (рис. 5-18). Построение этой линии начинаем с конца магистрали, зная отметку . Идя от точки n (см. чертеж) против течения и откладывая по вертикали вверх найденные величины (hl)3-4, (hl)2-3, (hl)1-2 получаем искомую линию Р — Р.



Определение отметки горизонта воды в водонапорном баке. Пояснение понятия экономической скорости.

Построив пьезометрическую линию, легко можем написать следующую зависимость, по которой и определяем отметку :

где — потери напора по длине всей магистрали.

Отметка определяет высоту водонапорной» башни HБ.

Поясним понятие экономической скорости, о которой говорилось выше.

Положим, что мы имеем магистраль, выполненную из труб определенного диаметра. Представим теперь, что этот диаметр постепенно уменьшается. При этом получаем следующее: скорости в магистральных трубах возрастают; потери напора в этих трубах растут; высота водонапорной башни HБ увеличивается; увеличивается также и высота Н подъема воды насосами,1 а следовательно, растет и мощность N насосов, зависящая от QH0, где Н0 = Н + hc + hвс + hн (см. рис. 5-18).

Можно утверждать, что с уменьшением диаметра труб магистрали стоимость самой магистрали будет уменьшаться; стоимость же водонапорной башни и насосной станции будет увеличиваться; также будет увеличиваться и ежегодный расход электрической энергии на насосной станции (в связи с работой более мощных насосов).

При увеличении диаметра труб магистрали получаем обратную картину: стоимость самой магистрали растет, а стоимость башни и насосной станции (а также электроэнергии) уменьшается.

На основании сказанного был исследован вопрос о том, при каких именно скоростях в магистрали получается наиболее экономичное сооружение; в результате и были установлены величины приведенных выше так называемых экономических скоростей.

Расчет ответвлений

Построив пьезометрическую линию для магистрали, мы тем самым задали напоры в начале каждого ответвления. Например, напор в начале ответвления 3—6 определяется отметкой ; напор в начале ответвления 2-5 определяется отметкой .

В связи с этим обстоятельством расчет ответвлений принципиально отличается от расчета магистрали:

а) в случае магистрали напор в начале ее не был задан (отметка

не была задана); поэтому при расчете магистрали мы исходили из скорости ;

б) в случае ответвлений напор в начале их задан; задан также и напор

в конце каждого ответвления; поэтому при расчете ответвлений исходим

из заданной потери напора для каждого ответвления (разности напоров в начале и в конце ответвления).

Имея в виду сказанное, поступаем следующим образом (см. рис, 5-20, на котором для примера представлен продольный профиль по ответвлению 3-6):

а) определяем потерю напора в ответвлении:

где ; известна из расчета магистрали;

б) переписываем формулу (5-2), служащую для определения потерь напора, в виде:

;

по этой формуле находим К'

в)по соответствующим таблицам, зная К' находим диаметр D'; полученное значение D' округляем до ближайшего большего сортаментного значения D

г)по найденному значению D определяем модуль К и вычисляем; действительные потери напора в ответвлении hl.

Как видно из чертежа, благодаря округлению D' до большего значения D потеря напора в ответвленщ/уменьшилась, причем пьезометрическая линия несколько поднялась; при округлении D' до меньшего сортаментного значения отметка в точке 6 оказалась бы не обеспеченной.

Рис. 5-20. Ответвление незамкнутой сети

 

Рис. 5-21. К расчету магистрали при заданной высоте водонапорной башни

В заключение приведем следующее указание.

Если бы в начале расчета мы выбрали магистраль неудачно, то при расчете того или другого ответвления у нас получилось бы соотношение (см. пример ответвления 3-6 на рис. 5-20): > . Такое соотношение показывает, что в конец ответвления 3—6 подать необходимый расход невозможно (соблюдая требования в отношении отметки ). Поэтому при наличии указанного соотношения приходится задаваться новым направлением магистрали, идущим, например, по линии 1 – 2 – 3 – 6 на рис. 5-18 и снова повторять расчет.

2°. Случай, когда высотное положение водонапорного бака задано.Ограничимся рассмотрением только магистральной линии (рис. 5-21).

Положим, что для расчета имеются следующие исходные данные:

а) длины труб l1, l2 ...;

б) расходы воды в отдельных трубах Q1, Q2, …;

в) потеря напора Z в рассматриваемом трубопроводе.

В результате расчета требуется найти диаметры труб: D1, D2, D3, ….

Ход расчета

1.Обозначив через L длину магистрали: , …, вычисляем средний пьезометрический уклон:

2. Находим для каждого участка значение К (в первом приближении):

и т.д.

3. Исходя из найденных К, по таблице, выражающей зависимости К =f(D)

определяем:

а) ближайшие меньшие сортаментные значения диаметра труб: D'1 , D'2, D'3, ...

б) ближайшие большие сортаментные значения диаметра труб: D”1 , D”2, D”3, ...

4. Рассматриваем различные комбинации найденных сортаментных диаметров, например:

1-й вариант: D'1 , D”2, D’3, D”4 и т. д.;

2-й вариант: D"1, D'2 ,D”3, D’4 и т. д.

Если число отдельных участков магистрали равно n , то число возможных комбинаций (вариантов) будет 2n. Из этого числа вариантов по техническим соображениям мы должны отобрать только те из них, которые удовлетворяют условию:

hl ≤ Z,

где ∑ hl - cумма потерь напора для всех участков магистрали.

Очевидно, варианты, характеризуемые условием ∑ hl > Z неприемлемы, так как в них при заданном Z требуемые расходы Q не будут обеспечиваться.

5. Из числа отобранных вариантов останавливаемся (по экономическим соображениям) , для которого масса трубопровода (т. е. величина ∑(lβ), где β - масса 1 м трубы данного диаметра) оказывается минимальной. Ясно, что трубопровод, имеющий наименьшую массу, будет иметь также и наименьшую стоимость.

§ 5-12. ЗАМЕЧАНИЯ О РАСЧЕТЕ СЛОЖНОГО ЗАМКНУТОГО ТРУБОПРОВОДА

Поясним только основной принцип расчета сложного замкнутого трубо-провода (кольцевой водопроводной сети).

Рассмотрим сеть, имеющую одно кольцо (рис. 5-22, а). Если расходы воды забираются в точках 4 и 5 сети, как показано на чертеже, то направление движения воды во всех трубах, кроме трубы 4—5, нам известно заранее.

Рис. 5-22. К расчету замкнутого трубопровода

 

Положим, что для расчёта нам заданы:

а) длины всех труб;

б) отметка горизонта воды в водонапорном баке, расположенном в точке 1;

в) минимальные допустимые отметки горизонта воды в воображаемых пьезометрах, присоедененных к узловым точкам сети 3,4, 5, 6;

г) расходы q4 и q5, забираемые из сети.

Требуется установить диаметры отдельных труб, а также построить пьезометрическую линию для трубопровода.

Первую задачу (определение диаметров труб) решаем путем ряда попыток.

1-я попытка. Задаемся: а) диаметрами отдельных труб; б) направлением движения воды в трубе 4 — 5, например, слева направо; в) распределением расхода q5 между линиями 4 — 5 и 6—5; здесь считаем, что расход линии 4 — 5 равен εq5, а расход линии 6 — 5 равен (1 — ε) q5, причем задаемся величиной ε.

В рассматриваемом кольце труб имеются два разных потока: один против часовой стрелки (2 — 3 — 4), другой – по часовой стрелке (2 — 6 —5). Задавшись направлением движения воды по линии 4 — 5 слева направо, мы тем самым назначим встречу двух указанных потоков в точке 5. Точка встречи двух потоков называется точкой водораздела или нулевой точкой.

Чтобы проверить, правильно ли мы задались диаметрами труб, положением точки водораздела и величиной ε , поступаем следующим образом.

Мысленно разрезаем наше кольцо по намеченной точке водораздела, причем получаем сеть, изображенную на рис. 5-22,б. Далее по обычным формулам подсчитываем потерю напора для линии 1- 2 - 3 - 4 - 5' (h1-2-3-4-5') и для линии 1- 2 - 6 - 5" (h1-2-6-5"). После этого сопоставляем между собой две найденные потери напора. Если (hl)1-2-3-4-5' = (h1)1-2-6-5" , то заключаем, что напоры в точках 5' и 5" будут одинаковыми, что и должно быть, поскольку точки 5' и 5" представляют собой физически одну точку 5 (рис. 5-22, а). Следовательно, получив указанное равенство, можем утверждать, что выше мы задались правильно как диаметрами труб D), так и величиной ε. Если указанное равенство не получается, то приходится изменять величины D и ε, а иногда и переносить точку водораздела в другую точку сети (в точку 4 на чертеже). При этом обращаемся ко 2-й, 3-й и последующим Попыткам, добиваясь того, чтобы приведенное выше равенство было выдержано хотя бы приближенно.

МАТЕРИАЛЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО РАСЧЕТАМ НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

1°. Задачи на расчет коротких трубопроводов.

№ 1. Имеем простой трубопровод постоянного диаметра (см. рис. 5-3,б). Истечение воды из сосуда А по этому трубопроводу происходит в атмосферу.

Дано: Q = 40 л/с; l = 25 м; D = 150 мм.

Требуется найти напор H.

Ответ. Н = 3,8 м.

№ 2. Два резервуара А и В, наполненные водой, соединены трубопроводом постоянного диаметра. На трубопроводе имеется задвижка Лудло С с открытием a/D = 0,5 (рис. 5-23).

Рис. 5-23. К задаче № 2

Дано: Q = 30 л/с; l = 25 м; наибольшая допустимая разность горизонтов воды в резервуарах Zмакс = 2,0 м.

Требуется определить диаметр трубопровода D.

Решение. Для расчета пользуемся основной зависимостью (5-36'):

(А)

В этой формуле ω = f1/(D) и µт = f2(D), в связи с чем найти непосредственно диаметр D из уравнения (А) нельзя. Это уравнение приходится решать в отношении D подбором.2

С этой целью переписываем (А) в виде:

(Б)

величина

(В)

следовательно, искомая величина D должна удовлетворять условию


µ1ω ≥ 0,0048 м2

Рис. 5-24. К задаче № 2

Так как при истечении под уровень [см. формулу 5-37]

причём ζвх = [см. формулу (4-163)], ζвых = 1,0 [см. формулу (4-135)] и ζ3 = 5,3 см. формулу 4-15, стр. 199, то

По полученной зависимости (Д) вычисляем величины µтω, задаваясь различными сортаментными диаметрами трубы. Все вычисления сводим в таблицу (форма 1). По данным 1-й и 7-й строк таблицы (форма 1) строим на рис. 5-24 график

µтω = f(D).

Откладываем по вертикальной оси этого графика величину (В), определяем диаметр D, отвечающий Zmakc. Полученное таким образом D округляем до ближайшего большего сортаментного значения, т. е. до D = 150 мм.

Форма 1

№ строки Величина или расчетная формула Единица измерения Задаваемые и найденные численные значения Примечания
D м 0,200 0,150 0,125 0,100
м2 0,0314 0,0177 0,0123 0,0078
λ 0,0323 0,0356 0,0380 0,0416 По табл. 5-3 (стр. 212),
4,05 5,94 7,60 10,40
10,85 12,74 14,40 17,20
— : 3,30 3,56 3,80 4,15
м2 0,0095 0,0050 0,0032 0,0019 По формуле (Д)

 

№3. Вода из бака A поступает в открытый резервуар В по трубопроводу, состоящему из труб разного диаметра (рис. 5-25).1

Д а н о (см. чертёж): избыточное (сверхатмосферное) поверхностное давление в баке А равно p1 = 120 кПа ( = 102 кгс/см2); НА = 1,0 м; НВ = 5,0 м; l1 = 20,0 м; l2 = 30,0 м; D1 = 150 мм; D2 = 200 мм.

Требуется найти расход Q и построить напорную и пьезометрическую линии для трубопровода.

Р е ш е н и е. Напор Z, под которым вода движется из резервуара А в резервуар В (см. рис. 5-25),

Рис. 5-25. К задаче №3

Поскольку в нашем случае имеет место истечение под уровень, для расчёта пользуемся формулой (5-36), которую перепишем в виде:

(Е)

где

(Ж)

В нашем случае полный коэффициент сопротивления

(З)

Причём все коэффициенты должны быть приведены к одной и той же скорости, согласно зависимостям (5-20) – (5-23).

Поскольку в формулу для расхода Q мы ввели вместо ω площадь сечения первой трубы ω1, то указанные коэффициенты сопротивления ζ1 и ζ2 должны приводиться к скорости υ1.

Имея в виду сказанное, для коэффициентов ζ1 , ζ2 , ζр.р и ζвых принимаем следующие зависимости:

Полный коэффициент сопротивления

(И)

Найдём величины λ и ζ, входящие в уравнение (И):

a) величина λ1 для чугунной трубы, бывшей в эксплуатации, диаметром D=150мм, согласно табл. 5-3 (с.212),

λ1 = 0,0356;

б) величина λ2 для такой же трубы, но диаметром D=200мм,

λ2 = 0,0323;

в) величина ζвх для входа в трубу из бассейна больших размеров, согласно (4-163),

ζвх = 0,5;

г) ζвых для выхода в бассейн больших размеров, согласно формуле (4-135),

ζвых = 1,0;

Находим, согласно формуле (И), величину ζf и, согласно формулам (Е) и (Ж), величины µТ и Q:

.

Для построения напорной линии Е – Е вычисляем отдельные потери напора:

По этим данным строим линию Е – Е , показанную на рис. 5-25.

Пьезометрическую линию Р – Р проводим ниже напорной на величину = 1,35м для первой трубы и на величину = 0,43 м для второй трубы (считаем α = 1,0).

2°. Задачи на расчёт длинных трубопроводов.

№4. На рис. 5-11 представлен длинный трубопровод, состоящий из труб разного диаметра. Трубопровод соединяет два резервуара А и В.

Дано рис. 5-11: Z = 9,0 м; l1 = 1200; l2 = 1500 м; l3 = 1000 м; D1= 200 м; D2= 250 м; D3=200 м;

Требуется найти расход воды Q.

Ответ: Q =20 л/с.

№5. Вода из бака вытекает через длинную трубу постоянного диаметра в атмосферу. В конце трубы имеется сопло (см. рис. 5-12).

Дано: Q =40 л/с, l = 900 м, Н = 22 м; площадь поперечного сечения сопла ω0 = 0,003м2; коэффициент расхода сопла µсп = 0,92. Требуется найти диаметр трубы D.

Решение. Для расчета пользуемся зависимостью (5-77):

Из этой зависимости находим модуль расхода:

Зная К, по табл. 5-3 (см. стр. 212) находим диаметр трубопровода D — 200 мм. Как видно, в качестве такого диаметра мы приняли сортаментный диаметр, дающий ближайшую к установленной выше величину К,

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5-1. Абелев А. С. Сельскохозяйственное водоснабжение и основы гидравлики.—Л.; Сельхозгиз, 1959.

5-2. Абрамов Н. Н., Поспелова М. М. Расчет водопроводных сетей.— М: Госстрой-издат, 1962.

5-3. Андрияшев М. М. Гидравлический расчет водопроводных сетей.—М.: Строй-издат, 1964.

5-4. Мошнин Л. Ф. Методы технико-экономического расчета водопроводных сетей.— М.: Госстройиздат, 1950.

5-5. Симаков Г. В. Сифонные водосбросы (пособие к курсовому и дипломному проектированию). — Л.: из-дво ЛПИ им. М. И. Калинина, 1974.

5-6. Шевелев Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных и пластмассовых водопроводных труб.—М.: Строй-издат, 1970

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.