 |
Расчет сложных трубопроводов
|
|
|
|
Расчет сложных трубопроводов относится к задачам третьего типа. Для примера рассмотрим следующий сложный разветвленный трубопровод:
Цель расчета: определить диаметры труб магистрали и ответвлений, а также потребный напор в начале магистральной линии (точке А).
Дано: расходы в точках потребления (QC, QE, QM и QN), длины всех участков, свободные напоры в точках потребления.
Расчеты проводятся при допущении, что трубопровод работает в области шероховатых труб и является длинным (∆h = 1,1·∆hℓ).
Расчет начинается с выбора магистральной линии (линии, обладающей наибольшим сопротивлением). Предположим, что ℓFM < ℓFN, тогда линия ABDFN является магистральной.
Расчет магистральной линии
Магистральная линия рассчитывается как простой трубопровод с участками разного диаметра и переменным расходом.
Участок АВ:
Диаметр участка АВ определяем, используя уравнение расхода:
→ dAB = √ (4QAB/πVAB)
Для проведения расчетов зададимся оптимальной скоростью движения жидкости в магистральных линиях, для которых рекомендуется интервал V (= VAB) = 0,8 ÷ 2,5 м/с (меньшие значения - для более вязких жидкостей). Полученное значение dAB округляем до ближайшего стандартного значения (согласно сортименту промышленных трубопроводов) и определяем:
ℓАВ · QАВ
∆hАВ = 1,1 · ____________
K2АВ
где KAB – расходная характеристика участка АВ, значение которой находится по таблице гидравлических величин для соответствующего стандартного диаметра.
Аналогичным образом рассчитываются остальные участки магистральной линии BD, DF, FN. При этом необходимо учитывать, что расход по ходу движения жидкости будет уменьшаться:
|
|
|
─ 
Затем находятся напоры в точках ответвлений:
где верхний индекс «с» означает «свободный» (в данном случае - напор).
Последующий шаг позволяет определить требуемый напор в начале магистральной линии – т.е. в точке А: HA = HB + ∆hAB.
Расчет ответвлений
Ответвление ВС. Находим потерю напора в ответвлении ВС:
ℓВС·QВС
В то же время ∆hВС = 1,1 · ____________,
K2ВС
ℓВС · QВС
откуда К2ВС = 1,1 · ____________
∆hВС
По таблице расходных характеристик выбираем ближайшее стандартное значение КBC и dBC. Аналогично рассчитываются остальные ответвления DE и FM.
Понятие о технико–экономическом расчете трубопровода
В технике нередко возникает задача перемещения заданного расхода жидкости с наименьшими экономическими затратами. Стоимость транспортирования обычно складывается из двух составляющих – капитальные затраты (в основном на изготовление и монтаж трубопроводов, и т.д.) и эксплуатационные затраты (прежде всего – энергетические: оплата энергии на прокачивание жидкости по трубопроводу с помощью насосов, и т.д.). Возникает задача выбора оптимального диаметра трубопровода, при котором достигается минимум экономических затрат. Эту задачу удобнее решать графически.
С ростом d капитальные затраты растут примерно пропорционально диаметру трубопровода (кривая Sk= f1 (d)).
При заданном расходе диаметр трубопровода определяется по уравнению расхода:
→ dAB = √ (4QAB/πVAB)
И чем выше выбранная скорость V, тем меньше необходимый диаметр трубопровода и, соответственно, затраты материала на его изготовление и монтаж (Sk ~ d). Однако при увеличении скорости потока увеличиваются потери напора по длине потока и в местных сопротивлениях, поэтому возрастает требуемый напор Н, а отсюда и мощность, затрачиваемая на перемещение потока жидкости:
N = G · H = ρg∙Q∙H,
и при Q = const → N ~ H
|
|
|
(G – весовой расход потока).
Таким образом, с увеличением диаметра трубы скорость потока при заданном расходе уменьшается, соответственно уменьшаются и потери напора, и требуемый напор, а с ними - уменьшаются и энергетические затраты (кривая Sэ = f2 (d)).
Кривая суммарных затрат (S = f3 (d)) может быть построена путем сложения ординат двух графиков: S = Sk + Sэ. Поскольку функции Sk и Sэ меняются антибатно (разнонаправленно) с ростом d, то результирующая функция закономерно содержит экстремум. Диаметр трубопровода, соответствующий минимуму экономических затрат, и является оптимальным диаметром dопт.
Классификация насосов
Насосы – это машины, служащие для сообщения напора и перемещения капельных (несжимаемых) жидкостей. По принципу действия наиболее часто встречающиеся в промышленности насосы можно разделить на четыре группы:
1. Лопастные насосы (центробежные, вихревые, осевые);
2. Насосы объемного типа (вытеснения) – поршневые и роторные;
3. Струйные насосы;
4. Пневматические насосы.
Лопастные насосы имеют рабочее колесо с лопатками. Энергия к жидкости передается при ее взаимодействии с лопатками вращающегося рабочего колеса под действием центробежных сил. Объем жидкости, проходящей через насос, непрерывно сообщается со входом в насос и выходом из него, поэтому насосы этой группы являются преимущественно низконапорными.
В объемных насосах жидкость вытесняется при периодическом изменении замкнутого объема в камере, заполненной этой жидкостью и сообщающейся со входом и выходом из насоса. Жидкость вытесняется из замкнутого объема телом, движущимся возвратно-поступательно (поршнем) или вращательно (зубом шестеренки). Насосы этой группы являются преимущественно высоконапорными.
Струйные насосы наиболее просты по конструкции (не имеют движущихся деталей), используют энергию вспомогательной (рабочей) жидкости и обладают низким КПД.
Пневматические насосы (эрлифт и монтежю) транспортируют жидкости, используя энергию сжатого газа. КПД их также невысок.
|
|
|
