Падение напора в трубопроводе

Содержание:

Формула расчета гидравлических потерь давления
Коэффициент гидравлического трения.
Теоретическое обоснование гидравлического расчета
Как заглушить трубу с водой под давлением?
Коэффициент гидравлического сопротивления: что это такое и как высчитывается
Как заглушить трубу с водой под давлением?
Кондиционер с установкой за 19 990 руб.
Расчет падения напора и гидравлического сопротивления
Последовательность выполнения гидравлического расчета
Гидравлическое сопротивление
Постановка задачи
Расчет в Excel гидравлических сопротивлений.
- Литература:
Как выбрать размер трубопровода сжатого воздуха?
Обозначение напора в трубопроводе
9 Определение перевальной точки и расчетной длины нефтепровода

Формула расчета гидравлических потерь давления

В этой статье мы решим задачку на потерю напора в трубопроводе. Данная статья поможет вам понять, как идет сопротивление движению потока. На реальных цифрах, опишу алгоритм как это делать. Используем основные формулы.

Разберем простой пример с трубой, как видно на изображении в начале трубы насос потом идет манометр, который позволяет измерить давление жидкости в начале трубы. Через определенную длину установлен второй манометр, который позволяет измерить давление в конце трубы. Ну и в самом конце стоит кран. Эта схема достаточно проста, и я попытаюсь привести примеры. И так начнем.

Вообще существует не один способ как узнать потерю напора: Способ, когда известно давление вначале и в конце трубы, можно вычислить потерю напора по формуле: М1-М2=Давление, то есть эта разница между двумя манометрами. Допустим у нас получилось, грубо говоря 0,1 МПа, что составляет одну атмосферу. Это значит у нас потеря напора по длине составляет 0,1 МПа

Обратите внимание, мы можем указывать потерю напора по двум величинам, это по гидростатическому давлению, что составляет 0,1 МПа и по высоте напора водного столба в метрах, что составляет 10 метров. Как я не однократно говорил каждые 10 метров это одна атмосфера давления

Существует ряд методов, как рассчитать потерю напора не имея манометров на трубах. Ученые исследователи приготовили для нашего пользования замечательные формулы и цифры, которые нам пригодятся.

Существует хорошая формула которая позволяет вычислить потерю напора по длине трубопровода.

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах. λ-коеффициент гидравлического трения, находится дополнительными формулами о которых опишу ниже. L-длина трубопровода измеряется в метрах. D-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах. V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда]. g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с 2

А теперь поговорим о коэффициенте гидравлического трения.

Формулы нахождения этого коэффициента зависит от числа Рейнольдса и эквивалента шероховатости труб.

Напомню эту формулу (она применима только к круглым трубам):

V-Скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда]. D-Внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах. ν-Кинематическая вязкость. Это обычно для нас готовая цифра, находится в специальных таблицах.

Далее находим формулу для нахождения коэффициента гидравлического трения по таблице:

Здесь Δ_э — Эквивалент шероховатости труб. Эта величина в таблицах указывается в милиметрах, но вы когда будете вставлять в формулу обязательно переводите в метры. Вообще не забывайте соблюдать пропорциональность единиц измерения и не смешивайте в формулах разных типа с .

d-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости.

Также хочу подметить, что подобные величины по шероховатости бывают абсолютными и относительными или даже есть относительные коэффициенты. Поэтому когда если будете искать таблицы с величинами, то величина эта должа называться «эквивалентом шероховатости труб» и не как иначе, а то результат будет ошибочный. Эквивалент означает — средняя высота шероховатости.

В некоторых ячейках таблицы указаны две формулы, вы можете считать на любой выбранной, они почти дают одинаковый результат.

Таблица: (Эквивалент шероховатости)

Таблица: (Кинематическая вязкость воды)

А теперь давайте решим задачу:

Найти потерю напора по длине при движении воды по чугунной новой трубе D=500мм при расходе Q=2 м 3 /с, длина трубы L=900м, температура t=16°С.

Дано: D=500мм=0.5м Q=2 м 3 /с L=900м t=16°С Жидкость: H₂O Найти: h-?

Решение: Для начала найдем скорость потока в трубе по формуле:

Сдесь ω — площадь сечения потока. Находится по формуле:

ω=πR 2 =π(D 2 /4)=3.14*(0,5 2 /4)=0,19625 м 2

Далее находим число Рейнольдса по формуле:

Re=(V*D)/ν=(10,19*0.5)/0,00000116=4 392 241

ν=1,16*10 -6 =0,00000116. Взято из таблицы. Для воды при температуре 16°С.

Δ_э=0,25мм=0,00025м. Взято из таблицы, для новой чугунной трубы.

Далее сверяемся по таблице где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

Далее завершаем формулой:

h=λ*(L*V 2 )/(D*2*g)=0,01645*(900*10,19 2 )/(0,5*2*9,81)=156,7 м.

Ответ: 156,7 м. = 1,567 МПа.

Давайте рассмотрим пример, когда труба идет вверх под определенным углом.

В этом случае нам к обычной задаче нужно прибавить высоту(в метрах) к потери напора. Если труба будет идти на спуск в низ, то тут необходимо вичитать высоту.

Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:

Источник

Коэффициент гидравлического трения.

Калькулятор расчета напора скважинного насоса для систем с прямой подачей воды

Для определения гидравлического сопротивления от трения о стенки трубы S_тр необходимо знать параметр Дарси λ – коэффициент гидравлического трения по длине.

В технической литературе приводится значительное количество формул разных авторов, по которым выполняется вычисление коэффициента гидравлического трения в различных диапазонах значений числа Рейнольдса.

Обозначения в таблице:

Re – число Рейнольдса;
k – эквивалентная шероховатость внутренней стенки трубы (средняя высота выступов), м.

В приведена еще одна интересная формула расчета коэффициента гидравлического трения:

λ=0,11·[(68/Re+kD+(1904/Re) 14 )/(115·(1904/Re) 10 +1)] 0,25

Вячеслав Леонидович выполнил проверочные расчеты и выявил, что вышеприведенная формула является наиболее универсальной в широком диапазоне чисел Рейнольдса!

Значения, полученные по этой формуле чрезвычайно близки значениям:

функции λ=64/Re для зоны ламинарного характера потока в диапазоне 10 0,25 для зоны турбулентного характера потока при Re>4500; в диапазоне 1500 Внимание!

В зоне переходного характера потока происходит смена знака наклона кривой λ, что может вызвать неработоспособность систем автоматического регулирования! ПФ КтрТрубаВода(Pвода,tвода,G,D,kэ) при турбулентном потоке существенно зависит от значения kэ – эквивалентной шероховатости внутренней поверхности трубы

В связи с этим следует обращать внимание на задание объективного значения kэ с учётом используемых при монтаже труб (см. стр.78÷83)

Теоретическое обоснование гидравлического расчета

Как устранить засор в раковине: как и чем пробить засорившийся участок в трубопроводе

Гидропотери в трубопроводах систем водоснабжения вызваны гидравлическим сопротивлениям труб, смежных стыковых соединений, арматуры и прочих соединительных элементов. Калькулятор выполняет расчет только для простого (прямого) трубопровода, поэтому для сложных систем рекомендуется совершать вычисления для каждого отдельного участка.

Согласно методике СП 31.13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», гидравлический уклон (потери напора на единицу длины) определяется по формуле:

λ – коэффициент гидравлического сопротивления;
d – внутренний диаметр труб, м;
V – скорость воды, м/с;
g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с 2 .

Таким образом, из неизвестных остается только коэффициент гидравлического сопротивления, который рассчитывается по формуле:

Коэффициенты А0, А1, С и значения показателя степени m соответствуют современным технологиям изготовления трубопроводов и принимаются согласно нижеуказанной таблицы. В случае, если эти параметры отличаются от перечисленных, производитель должен указывать их самостоятельно.

Как заглушить трубу с водой под давлением?

Расчёт веса прямоугольной трубы 50х30х4 мм

Но когда воду нельзя перекрыть, то многие подумают, что сделать это невозможно. Однако это не так.

Обычную заглушку поставить не получится, так как сильный напор не даст возможность даже наживить её на резьбу.

Но если воспользоваться вместо неё обычным водопроводным краном, то всё получится.

Метод заключается в том, чтобы кран, который будет заглушать трубу, перевести в открытый режим, — вода будет проходить сквозь него и тем самым даст возможность его наживить на резьбу трубы. Как только кран-заглушка будет наживлен и закручен на несколько витков, его можно перекрывать.

Перед работами нужно убедиться в том, что ничто не помешает выполнению работ, а также подготовить емкость для набора воды, тряпочную ветошь для уборки (чтоб не протопить соседей).

Этим методом можно воспользоваться даже в случае, если заглушаемая труба будет без резьбы, — тогда на кран-заглушку нужно надеть гибкий шланг, который бы налезал на трубу.

Кран, как и в первом случае, нужно полностью открыть, а шланг одевать на трубу — крепить его нужно на один-два хомута. После этого можно окончательно перекрывать воду.

Коэффициент гидравлического сопротивления: что это такое и как высчитывается

Выражаться гидравлические потери могут по-разному — в единицах давления или линейных единицах столба жидкости, потерях напора.

Общая формула потери напора выглядит так:

△H = △P/(pg),

где △P — потери в единицах давления,

p — плотность среды,

g — ускорение свободного падения.

В сфере промышленности, в производственной практике перемещение жидкостей в потоках неразрывно связано с необходимостью преодоления гидравлического сопротивления трубы по всему пути потока. Кроме этого, гидравлические потери обуславливаются местным сопротивлением встречающихся на пути ответвлений и кранов, задвижек и вентилей, поворотов и диафрагм.

Чтобы преодолевать местные сопротивления, поток затрачивает определенную часть энергии — в этом случае речь идет о потере напора на локальные сопротивления. Как правило, такие потери выражают в долях от скоростного напора, который соответствует средней скорости среды в трубах до местного сопротивления либо после него.

Найти данные о коэффициентах разных местных сопротивлений можно в соответствующих учебниках, пособиях, справочниках по гидравлике — данные могут быть представлены в разном виде, например как отдельные значения коэффициента гидравлических потерь, в виде диаграмм, таблиц, эмпирических формул.

При желании или необходимости потери напора на локальные гидравлические сопротивления можно рассчитать самостоятельно. Для этого используется формула:

hr = ξ υ² / (2g),

где ξ представляет собой коэффициент местного сопротивления. Как правило, его определяют опытным путем,

g — ускорение свободного падения.

Как заглушить трубу с водой под давлением?

Но когда воду нельзя перекрыть, то многие подумают, что сделать это невозможно. Однако это не так.

Но если воспользоваться вместо неё обычным водопроводным краном, то всё получится.

Кондиционер с установкой за 19 990 руб.

Использование трубопроводов в системах кондиционирования и вентиляции

В системах кондиционирования теплоноситель перемещается по трубопроводам. Необходимый диаметр труб зависит от расхода теплоносителя.

При движении теплоносителя по трубопроводу происходят потери давления из-за гидравлических сопротивлений: трения и местных сопротивлений. Поэтому для расчета трубопровода используют формулы гидравлики. Принципы гидравлического расчета не зависят от вида теплоносителя, которым может быть вода, пар, хладагенты и т.д.

Наиболее распространенный метод расчета трубопроводов – метод удельных потерь давления. Этот метод состоит в раздельном подсчете потерь давления на трение и на местные сопротивления в каждом участке системы труб.

Потери давления в трубопроводе на трение

Потери давления на преодоление сил трения зависят от плотности и скорости течения теплоносителя, а также параметров трубопровода. Потери на трение Pтр измеряются в кг на кв.м. и рассчитываются по формуле:

Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,

где x – безразмерный коэффициент трения, l – длина трубы в метрах, d – диаметр трубы в метрах, v – скорость течения перемещаемой среды в м/с, y – плотность теплоносителя в кг/куб.м., g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

Коэффициент трения x определяется материалом и шероховатостью стенок трубы, а также режимом движения жидкости. Различают два режима течения: ламинарное и турбулентное.

Чтобы не рассчитывать каждый раз потери на трение в трубе, составлены таблицы гидравлических потерь в зависимости от диаметра труб и расхода жидкости. Они содержатся в справочниках проектировщика систем кондиционирования. Ниже приведена таблица гидравлического расчета для обыкновенных стальных водогазопроводных труб (ГОСТ 3262-62), по которым движется вода.

Режимы течения жидкости

Ламинарное течениеПотоки жидкости перемещаются в направлении течения, без образования вихрей. Гидравлическое сопротивление трубопровода зависит только от скорости движения теплоносителя. При скоростях теплоносителя, не превышающих 1-2 м/с, можно для расчетов считать течение ламинарным.
Турбулентное течениеПри повышении скорости течения теплоносителя возникает турбулентность течения. Кроме перемещения в направлении потока, струи жидкости завихряются. При этом гидравлическая шероховатость труб повышается, то есть сильно увеличивается сопротивление трения. Поэтому при перемещении теплоносителя по трубопроводу нужно избегать турбулентностей.

Потери давления в трубопроводе на местные сопротивления

При изменении направления и скорости движения теплоносителя в трубопроводе системы кондиционирования возникают дополнительные сопротивления. Они называются местными и происходят в клапанах, отводах и т.п.

Потери давления на местные сопротивления на участке трубопровода рассчитываются по формуле:

Рмест = W* (v*v*y)/2g,

где v – скорость течения перемещаемой среды в м/с, y – плотность теплоносителя в кг/куб.м., g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2), W – суммарный коэффициент местных сопротивлений на данном участке. Он определяется опытным путем либо содержится в справочниках.

Потери давления на местные сопротивления Z ищут отдельно для каждого участка сети трубопровода.

Сначала определяют суммарный коэффициент W для участка.
Затем умножают на динамический напор теплоносителя (v*v*y)/2g.

Замечание: при расчете водяных систем можно воспользоваться упрощенной формулой: Рмест = 50W*v*v.

Расчет общих потерь давления

Общие потери давления складываются из действия трения и местных сопротивлений: Р = Ртр + Рмест.

Определяем потери давления на самом нагруженном участке. Обычно это самый удаленный от источника тепло-или холодоснабжения участок трубопровода.
Затем приравниваем потери давления в последующих ответвлениях к потерям на самом нагруженном участке. Допустимо расхождение до 10-15%.
Складывая потери давления частей трубопровода, получим общие потери давления в трубопроводе системы кондиционирования.

Расчет падения напора и гидравлического сопротивления

Полные потери напора жидкости включают в себя потери на преодоление потоком всех препятствий: наличие насосов, дюкеров, вентилей, колен, отводов, перепадов уровня при течении потока по трубопроводу, расположенному под углом и т.д. Учитываются потери на местные сопротивления, обусловленные свойствами используемых материалов.

Другим важным фактором, влияющим на потери напора, является трение движущегося потока о стенки трубопровода, которое характеризуется коэффициентом гидравлического сопротивления.

Значение коэффициента гидравлического сопротивления λзависит от режима движения потока и шероховатости материала стенок трубопровода. Под шероховатостью понимают дефекты и неровности внутренней поверхности трубы. Она может быть абсолютной и относительной. Шероховатость различна по форме и неравномерна по площади поверхности трубы. Поэтому в расчетах используется понятие усредненной шероховатости с поправочным коэффициентом (k1). Данная характеристика для конкретного трубопровода зависит от материала, продолжительности его эксплуатации, наличия различных коррозионных дефектов и других причин. Рассмотренные выше величины являются справочными.

Количественная связь между коэффициентом трения, числом Рейнольдса и шероховатостью определяется диаграммой Муди.

Для вычисления коэффициента трения турбулентного движения потока также используется уравнение Коулбрука-Уайта, с использованием которого возможно наглядное построение графических зависимостей, по которым определяется коэффициент трения:

В расчётах используются и другие уравнения приблизительного расчета потерь напора на трение. Одним из наиболее удобных и часто используемых в этом случае считается формула Дарси-Вейсбаха. Потери напора на трение рассматриваются как функция скорости жидкости от сопротивления трубы движению жидкости, выражаемой через значение шероховатости поверхности стенок трубы:

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1.
Выбирается главное циркуляционное
кольцо системы отопления (наиболее
невыгодно расположенное в гидравлическом
отношении). В тупиковых двухтрубных
системах это кольцо, проходящее через
нижний прибор самого удаленного и
нагруженного стояка, в однотрубных –
через наиболее удаленный и нагруженный
стояк.

Например,
в двухтрубной системе отопления с
верхней разводкой главное циркуляционное
кольцо пройдет от теплового пункта
через главный стояк, подающую магистраль,
через самый удаленный стояк, отопительный
прибор нижнего этажа, обратную магистраль
до теплового пункта.

В
системах с попутным движением воды в
качестве главного принимается кольцо,
проходящее через средний наиболее
нагруженный стояк.

2.
Главное циркуляционное кольцо разбивается
на участки (участок характеризуется
постоянным расходом воды и одинаковым
диаметром). На схеме проставляются
номера участков, их длины и тепловые
нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных
участков определяется суммированием
тепловых нагрузок, обслуживаемых этими
участками. Для выбора диаметра труб
используются две величины:

а)
заданный расход воды;

б)
ориентировочные удельные потери давления
на трение в расчетном циркуляционном
кольце R_ср.

Для
расчета R_cp
необходимо знать длину главного
циркуляционного кольца и расчетное
циркуляционное давление.

3.
Определяется расчетное циркуляционное
давление по формуле

,
(5.1)

где

,
(5.2)

где

,
(5.3)

где

Значение
коэффициента можно
определить из табл.5.1.

Таблица
5.1 — Значение в
зависимости от расчетной температуры
воды в системе отопления

(),C	, кг/(м3К)
85-65	0,6
95-70	0,64
105-70	0,66
115-70	0,68

В
насосных системах с нижней разводкой
величиной

Определяются
удельные потери давления на трение

где
к=0,65 определяет долю потерь давления
на трение.

5.
Расход воды на участке определяется по
формуле

(5.5)

гдеQ
– тепловая нагрузка на участке, Вт:

(t_г
— t_о)
– разность температур теплоносителя.

6.
По величинам

6.
Для выбранных диаметров трубопроводов
и расчетных расходов воды определяется
скорость движения теплоносителя v
и устанавливаются фактические удельные
потери давления на трение R_ф.

При
подборе диаметров на участках с малыми
расходами теплоносителя могут быть
большие расхождения между

7.
Определяются потери давления на трение
на расчетном участке, Па:

.
(5.6)

Результаты
расчета заносят в табл.5.2.

8.
Определяются потери давления в местных
сопротивлениях, используя или формулу:

,
(5.7)

где

Значение ξ
на каждом участке сводят в табл. 5.3.

Таблица 5.3 —
Коэффициенты местных сопротивлений

№ п/п	Наименования участков и местных сопротивлений	Значения коэффициентов местных сопротивлений	Примечания

9.
Определяют суммарные потери давления
на каждом участке

.
(5.8)

10. Определяют
суммарные потери давления на трение и
в местных сопротивлениях в главном
циркуляционном кольце

.
(5.9)

11. Сравнивают Δр
с Δр_р.
Суммарные потери давления по кольцу
должны быть меньше величины Δр_р
на

.
(5.10)

Запас располагаемого
давления необходим на неучтенные в
расчете гидравлические сопротивления.

Если условия не
выполняются, то необходимо на некоторых
участках кольца изменить диаметры труб.

12. После расчета
главного циркуляционного кольца
производят увязку остальных колец. В
каждом новом кольце рассчитывают только
дополнительные не общие участки,
параллельно соединенные с участками
основного кольца.

Невязка потерь
давлений на параллельно соединенных
участках допускается до 15% при тупиковом
движении воды и до 5% – при попутном.

Таблица
5.2 — Результаты гидравлического расчета
для системы отопления

На
схеме трубопровода

По
предварительному расчету

По
окончательному расчету

Номер
участка

Тепловая
нагрузка Q,
Вт

Расход
теплоносителя G,
кг/ч

Длина
участка l,м

Диаметрd,
мм

Скоростьv,
м/с

Удельные
потери давления на трение R,
Па/м

Потери
давления на трение Δр_тр,
Па

Сумма
коэффициентов местных сопротивлений∑ξ

Потери
давления в местных сопротивлениях Z

d,
мм

v,
м/с

R,
Па/м

Δр_тр,
Па

∑ξ

Z,
Па

Rl+Z,
Па

Занятие 6

Гидравлическое сопротивление

В одной из ранних статей на блоге рассмотрен простой пример расчета трубопровода с параллельными участками с использованием понятия «характеристика сопротивления». В конце статьи я анонсировал: «Можно существенно повысить точность метода…». Под этой фразой подразумевалось учесть зависимость характеристик сопротивления от расхода более точно. В том расчете характеристики сопротивлений выбирались из таблиц по диаметру трубы и по предполагаемому расходу. Полковов Вячеслав Леонидович написал взамен таблиц пользовательские функции в Excel для более точного вычисления гидравлических сопротивлений, которые любезно предоставил для печати. Термины «характеристика сопротивления» и «гидравлическое сопротивление» обозначают одно и то же.

Постановка задачи

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

условный (номинальный) диаметр – D_N;
давление номинальное – P_N;
рабочее допустимое (избыточное) давление;
материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
физико-химические свойства рабочей среды;
комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (D_N) – это условная безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Расчет в Excel гидравлических сопротивлений.

Для облегчения выполнения рутинных гидравлических расчетов Полковов В.Л. разработал ряд пользовательских функций. Перечень некоторых из них, наиболее часто используемых на практике, приведен в таблице ниже.

Некоторые пояснения по аргументам пользовательских функций:

ГСдиффузор(P_вода,t_вода,G,D_min,D_max,kэ,L) – свободные размеры;
ГСпереходДиффузор(P_вода,t_вода,G,D_min,D_max,kэ) – стандартный переход;
ГСконфузор(P_вода,t_вода,G,D_min,D_max,kэ,L) – свободные размеры;
ГСпереходКонфузор(P_вода,t_вода,G,D_min,D_max,kэ) – стандартный переход;
ГСотвод(P_вода,t_вода,G,D0,R0,Угол,kэ) – свободные размеры;
ГСотводГОСТ(P_вода,t_вода,G,D,Угол,kэ) – стандартный отвод.

Приведённые пользовательские функции желательно использовать с учётом начального участка транспортирования (расстояния от одного гидравлического сопротивления до следующего гидравлического сопротивления). Это позволяет уменьшить погрешности расчётов, вызванных влиянием «неустановившегося» характера потока жидкости.

Для турбулентных течений длина начального участка должна быть не менее:

L_нач=(7,88·lg (Re) – 4,35)·D

Для ламинарных течений минимальная длина начального участка:

Здесь В=0,029 по данным Буссинекса, и В=0,065 по данным Шиллера, D — внутренний диаметр системы транспортирования.

Далее на скриншоте показана таблица в Excel с примерами расчетов гидравлических сопротивлений.

Литература:

Черникин А.В. Обобщение расчета коэффициента гидравлического сопротивления трубопроводов // Наука и технология углеводородов. М.: 1998. №1. С. 21–23.
И.Е. Идельчик, «Справочник по гидравлическим сопротивлениям». 3-е издание, переработанное и дополненное. Москва, «Машиностроение», 1992.
А.Д. Альтшуль, «Гидравлические сопротивления», издание второе, переработанное и дополненное. Москва, «НЕДРА», 1982.
Б.Н. Лобаев, д.т.н., профессор, «Расчёт трубопроводов систем водяного и парового отопления». Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре. УССР, Киев, 1956.

Ссылка на скачивание файла: gidravlicheskie-soprotivleniya (xls 502,0KB).

Источник

Как выбрать размер трубопровода сжатого воздуха?

Итак, Вам нужно узнать, как подобрать правильный размер трубопроводов сжатого воздуха. Все еще встречаются места, где размер трубы в системе сжатого воздуха слишком мал. Это либо потому, что производство со временем расширилось, и старая система стала слишком маленькой, или просто изначально были установлены неподходящие трубопроводы. В чем проблема со слишком маленькой трубой для сжатого воздуха? Это падение давления. Нужное количество сжатого воздуха попросту не пройде через эту трубу. Результатом будет является перепад давления между началом и концом трубы. Чем плох перепад давления? Это лишние затраты. Если падение давления становится слишком высоким, Вам нужно будет установить компрессор на более высокое давление. Чем оно выше, тем больше электроэнергии (и денег) он будет требовать. Поэтому желательно, чтобы падение давления составляло максимум 0,1 бар.

Обозначение напора в трубопроводе

Традиционно давление измеряют в Паскалях (Па), однако в сфере водоснабжения приняты и другие условные обозначения, — при этом в разных странах они отличаются:

В России давление принято измерять в кгс/см². 100 кгс/см² тождествено 980,67 Па.
В европейских странах применяют другую условную единицу – бар, который равен 10⁵ Па.
В Англии и США используют обозначение psi, что соответствует 6,87 кПа.

Также давление измеряют в технических атмосферах и миллиметрах ртутного столба.

К сведению. Напор воды в 1 бар соответствует 1,02 атмосфер и равнозначно 10-ти метрам водного столба.

Соотношение величин разных обозначений приведено в следующей таблице:

9 Определение перевальной точки и расчетной длины нефтепровода

Перевальной
точкой
называется такая возвышенность на
трассе нефтепровода, от которой нефть
приходит к конечному пункту нефтепровода
самотеком. Таких вершин в общем случае
может быть несколько. Расстояние от
начала нефтепровода до ближайшей из
них называется расчетной
длиной нефтепровода.
Рассмотрим это на примере нефтепровода
протяженностью L,
диаметром D
и производительностью Q

Из
точки a
перпендикулярно вверх откладываем
отрезок ac
, равный величине hl
в масштабе высот.

Соединив
точки b
и c,
получим треугольник abc,
называемый также гидравлическим
треугольником. Его гипотенуза bc
определяет положение линии гидравлического
уклона в выбранных масштабах.

.
Место касания линии 2 с линией профиля
обозначает положение перевальной точки,
определяющей расчетную длину нефтепровода.

Это
говорит о том, что достаточно закачать
нефть на перевальную точку, чтобы она
с тем же расходом достигла конечного
пункта трубопровода. Самотек нефти
обеспечен, так как располагаемый напор
(z_ПТ–
z_K
– h_ОТ)
больше напора, необходимого на преодоление
сопротивления на участке от перевальной
точки до конечного пункта

(z_ПТ–
z_K
– h_ОТ)>i∙(L–
l_ПТ)
,

где l_ПТ–
расстояние от начального пункта
нефтепровода до перевальной точки.

В
этом случае за расчетную длину трубопровода
принимают расстояние L_P=l_ПТ,
а разность геодезических отметок
принимается равной z=
z_ПТ–
z_H.
Если пересечение линии гидравлического
уклона с профилем отсутствует, то
расчетная длина трубопровода равна его
полной длине L_P=L,
а z=
z_K–
z_H.

10.Для
магистрального нефтепровода постоянного
диаметра с n
перекачивающими станциями, уравнение
баланса
напоров имеет вид
.

В
начале каждого эксплуатационного
участка ПС оснащены подпорными насосами.
В конце трубопровода и каждого
эксплуатационного участка требуется
обеспечить остаточный напор h_ОСТ
для преодоления сопротивления
технологических трубопроводов и закачки
в резервуары.

Правая
часть уравнения (1.34) представляет собой
полные потери напора в трубопроводе,
то есть Н. В случае наличия вставок или
лупингов по трассе правая часть уравнения
(1.34) определяется по формуле (1.32).

Левая
часть уравнения (1.34) – суммарный напор,
развиваемый всеми работающими насосами
перекачивающих станций (активный напор).
С помощью коэффициентов характеристик
насосов активный суммарный напор может
быть представлен зависимостью

а_П,
b_П,
h_П
– коэффициенты характеристики и напор,
развиваемый подпорным насосом при
подаче Q;

,
(1.36)

Выразив
левую часть уравнения (1.34) через (1.35), а
правую часть – через (1.30), получим
уравнение баланса напоров в аналитической
форме

. (1.38)

Если
в общем случае на линейной части имеются
лупинги и вставки, уравнение (1.38) примет
вид

.
(1.39)

11.Точка
пересечения характеристик называется
рабочей точкой (А), которая характеризует
потери напора в нефтепроводе и его
пропускную способность при заданных
условиях перекачки (рис. 1.12)

Равенство
создаваемого и затраченного напоров,
а также равенство подачи насосов и
расхода нефти в трубопроводе приводят
к важному выводу: трубопровод и
перекачивающие станции составляют
единую гидравлическую систему. Изменение
режима работы ПС (отключение части
насосов или станций) приведет к изменению
режима нефтепровода в целом

Изменение
гидравлического сопротивления
трубопровода или отдельного его перегона
(изменение вязкости, включение резервных
ниток, замена труб на отдельных участках
трассы и т. п.) в свою очередь окажет
влияние на режим работы всех перекачивающих
станций.

1
– характеристика трубопровода;

2
– характеристика перекачивающих
станций