Šķidruma spiediena aprēķins cauruļvadā. Cauruļvadu hidraulisko aprēķinu var veikt pats

Ievads

Mērķi un uzdevumi kursa darbs

1. Cauruļvada aprēķins

1.1. Uzvedums

1.2. Aprēķini

1.2.1. Ātrumu un ātrumu noteikšana

1.2.2. Statisko un ātruma galviņu noteikšana

1.2.3. Galvas zuduma aprēķins

1.2.4 Nepieciešamās galvas noteikšana

2. Sūkņa izvēle

3. Sūkņa regulēšana

4. Pieļaujamā sūkšanas pacēluma aprēķins

Tehnoloģiskie cauruļvadi tiek saukti par šādiem cauruļvadiem rūpniecības uzņēmumi, caur kuru tiek transportēti maisījumi, starpprodukti un gatavie produkti, izlietotie reaģenti, ūdens, degviela un citi materiāli, nodrošinot tehnoloģiskā procesa norisi.

Ar ķīmisko uzņēmumu tehnoloģisko cauruļvadu palīdzību produkti tiek pārvietoti gan starp atsevišķām ierīcēm vienā cehā vai procesa blokā, gan starp procesa vienībām un atsevišķiem cehiem, izejvielas tiek piegādātas no noliktavām vai transportētas. gatavie izstrādājumi uz tās uzglabāšanas vietu.

Uzņēmumos ķīmiskā rūpniecība procesa cauruļvadi ir neatņemama sastāvdaļa tehnoloģiskās iekārtas. To būvniecības izmaksas dažos gadījumos var sasniegt 30% no visa uzņēmuma izmaksām. Dažās ķīmiskajās rūpnīcās cauruļvadu garums tiek mērīts desmitos un pat simtos kilometru. Procesa vienību un visa ķīmiskā uzņēmuma nepārtraukta darbība, produktu kvalitāte un tehnoloģisko iekārtu droši ekspluatācijas apstākļi lielā mērā ir atkarīgi no tā, cik kompetenti ir projektēti un ekspluatēti cauruļvadi un kādā līmenī tiek uzturēts to labs stāvoklis.

Izejvielām un produktiem, ko izmanto ķīmiskajā tehnoloģijā un transportē pa cauruļvadiem, ir dažādas fizikālās un ķīmiskās īpašības. Tie var būt šķidrā, plastmasas, gāzveida vai tvaiku veidā, emulsiju, suspensiju vai gāzētu šķidrumu veidā. Šo mediju temperatūra var svārstīties no zemas mīnuss līdz ārkārtīgi augstam, spiediens - no dziļa vakuuma līdz desmitiem atmosfēru. Šī vide var būt neitrāla, skāba, sārmaina, uzliesmojoša un sprādzienbīstama, veselībai kaitīga un videi bīstama.

Cauruļvadi ir sadalīti vienkāršos un sarežģītos, īsos un garos. Cauruļvadus, kuriem nav atzarojumu pa šķidruma trasi caurulē šķidruma izvēlei vai papildu padevei cauruļvadam, sauc par vienkāršiem. Sarežģītie cauruļvadi ietver cauruļvadus, kas sastāv no galvenās maģistrālās caurules un sānu atzariem, veidojot dažādas konfigurācijas cauruļvadu tīklu. Tehnoloģisko instalāciju cauruļvadi ķīmiskie uzņēmumi lielākoties ir vienkārši.

Lielākā daļa vienkāršā veidāŠķidruma pārvietošana no viena aparāta uz otru ir tā izlāde gravitācijas ietekmē. Šāda kustība iespējama tikai tad, ja sākotnējā tvertne atrodas virs piepildītā.

· Iepazīšanās ar ķīmisko uzņēmumu tehnoloģisko cauruļvadu izvietojumu, šķidrumu pārvietošanas metodēm pa tiem un fundamentālo atkarību izmantošanas metodēm cauruļvadu hidraulisko raksturlielumu konstruēšanai nepieciešamo aprēķinu vienādojumu iegūšanai.

· Individuāla uzdevuma veikšana vajadzīgā spiediena līknes izveidošanai vienkāršam tehnoloģiskam cauruļvadam, šķidruma pārvietošanas metodes noteikšana pa to noteiktam plūsmas ātrumam un sūkņa izvēle, kā arī iemaņas analizēt mehānisma darbību. cauruļvads, pamatojoties uz tā hidrauliskajām īpašībām.

1.1. Kursa darba Nr.1 ​​uzdevums disciplīnā "Ķīmiskās tehnoloģijas procesi un ierīces"

Variants I-1

Veiciet procesa cauruļvada hidraulisko aprēķinu un uzzīmējiet nepieciešamo galvas līkni. Izvēlieties sūkni šķidruma sūknēšanai pa cauruļvadu ar noteiktu plūsmas ātrumu.

Cauruļvadu shēma

Dati aprēķinam:

PA=1,5 kg/cm2 g; РВ=0,5 kg/cm2 vac; L1=200 m; L2=150 m; d1=95x5 mm; d2=45x4 mm;

Sūknētais šķidrums: Sērskābe 60%;

Vietējās pretestības veids: 1-normāls vārsts;

2-izvads φ=90°;

Caurules veids un stāvoklis: 1-tērauds ar lieliem nosēdumiem;

2-tērauds jauns;

Pēkšņas diametra izmaiņas: pēkšņa sašaurināšanās

Šķidruma pacelšanas augstums: ΔZ=40 m;

Sūknējamā šķidruma plūsmas ātrums: qv=1,8 10-3 m3/s.

Ja nepieciešams, iztulkosim sākotnējos datus SI sistēmā:

60% sērskābei blīvuma un dinamiskās viskozitātes atsauces vērtības ir attiecīgi: ,Pase;

Iestatīsim 6 ātruma vērtības mazāka diametra caurules posmam (II cauruļvada posms) no m/s intervāla.

Atradīsim šķidruma tilpuma plūsmas ātrumu:

qv1=5,37 10-4 m3/s;

qv2=1,07 10-3 m3/s;

qv3=1,61 10-3 m3/s;

qv4=2,15 10-3 m3/s;

qv5=2,69 10-3 m3/s;

qv6=3,22 10-3 m3/s;

Aprēķiniet pirmās caurules šķērsgriezuma laukumu:

Atradīsim šķidruma plūsmas ātrumu pirmajā caurulē:

Iegūstam: uI, 1=0,10 m/s;

uI, 2=0,19 m/s;

uI, 3 = 0,28 m/s;

uI, 4 = 0,38 m/s;

uI, 5 = 0,47 m/s;

Galva, kas nepieciešama, lai pārvarētu šķidruma kolonnas pretestību:

, kur .

Ātruma galva:

Aprēķiniet galvas zudumu:

Lai to izdarītu, mēs atrodam Reinoldsa kritērija vērtības šķidrumam pirmajā caurulē:

Nelīdzenums caurules :

Par pirmo tērauda caurule ar lieliem noguldījumiem mēs pieņemsim

Tad

Tā kā visas Reinoldsa kritērija vērtības ir iekļautas intervālā , tad jauktai turbulentai plūsmai berzes koeficienta aprēķināšanai var izmantot šādu formulu:

Tad zaudējumi cauruļvada 1. lineārajā posmā būs vienādi:

Zudumi 2. lineārās caurules posmā:

Caurules raupjums:

Otrajai jaunajai tērauda caurulei ņemsim: m.

Pēc tam:

Reinoldsa kritērija kritiskās vērtības:

Tā kā pirmās 4 Reinoldsa skaitļa vērtības ir mazākas par ReKP1, plūsma ir vienmērīga un turbulenta, un:

Mēs iegūstam:

Tā kā pēdējās divas Re vērtības pieder intervālam , plūsma ir jaukta turbulenta un:

, tad

Galvas zudums cauruļvada otrajā posmā:

, mēs atradām:

Ļaujiet mums atrast galvas zudumu vietējās pretestībās.

Lai to izdarītu, mēs izvēlamies vietējo zudumu koeficientu atsauces vērtības attiecīgajām vietējām pretestībām:

Ieeja caurulē;

Vārsts ir normāls;

pēkšņa sašaurināšanās;

Elkonis φ=90° ;

Izeja no caurules;

Tad attiecībā uz I-pipe:

II caurulei:

Vietējie zaudējumi I sadaļā:

, mēs iegūstam:

Vietējie zaudējumi II sadaļā:

Tad kopējie zaudējumi I un II sadaļā:

1. sadaļā:

2. sadaļā:

Kopējie zaudējumi:

Mēs atrodam faktiskā spiediena vērtību:

Mēs atrodam nepieciešamo spiedienu:

Pamatojoties uz veiktajiem aprēķiniem, mēs izveidojam vajadzīgā spiediena līkni.

Šajā darbā sūkņa izvēle sastāv no tāda sūkņa atrašanas, kuram darba punkts, kad tas ir saskaņots ar vajadzīgās augstuma līkni, atradās sūkņa zonā un kuram parastais plūsmas ātrums qv bija vienāds ar plūsmas ātrums, kas norādīts cauruļvadam vai atšķiras no tā lielā puse. Šajā gadījumā lieko plūsmu var nodzēst, aizverot slēgierīci.

Izmantojot sūkni, lai nodrošinātu šķidruma plūsmu m3 / s = m3 / stundā, nepieciešams izveidot nepieciešamo spiedienu Hreb = 38m.

Mēs izvēlēsimies sūkni, lai nodrošinātu šādus nosacījumus:

Definēsim darba zonu vajadzīgajai šķidruma plūsmai:

m3/s;

m3/s.

Mēs atrodam spiedienu, kas atbilst šādām izmaksām:

No attiecības , aizstājot H1=24 m, qv1=2,4 10-3 m3/s un attiecīgi m3/s un m3/s atrast m; m.

Pamatojoties uz trim pieejamajiem punktiem, mēs izveidosim sūkņa līkni.

Var redzēt, ka vajadzīgā spiediena līkne un sūknis krustojas gandrīz iekšā darba zona. Turklāt sūknis nodrošina nelielu papildu plūsmas un spiediena padevi. Lai palielinātu nepieciešamo spiedienu tīklā, ir nepieciešams izmantot slēg- un vadības ierīci (vārstu). Ar tā daļēju pārklāšanos plūsmas šķērsgriezums samazinās un vietējās pretestības vērtība palielinās, kas noved pie galvas līknes nobīdes pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Sūkņa plūsmas regulēšanas metode, mainot vārpstas apgriezienu skaitu, ir visefektīvākā no enerģijas taupīšanas viedokļa. Tajā pašā laikā sūkņu piedziņai bieži tiek izmantoti salīdzinoši lēti, uzticami un ērti lietojami asinhronie elektromotori. Šādu dzinēju apgriezienu skaita maiņa ir saistīta ar nepieciešamību mainīt padeves biežumu maiņstrāva. Šī metode izrādās sarežģīta un dārga. Šajā sakarā droseļvārstu galvenokārt izmanto, lai kontrolētu sūkņu plūsmu.

Mainot vārsta spararata stāvokli, tiek mainīts vietējās pretestības koeficients. Ja apgriezienu skaita izmaiņas ietekmē sūkņa raksturlielumus, tad drosele ir tīkla raksturlielumu izmaiņas.

Ja, piemēram, vārsts ir aizvērts, tādējādi palielinot spiediena zudumus tīklā, kā redzams no vietējo spiediena zudumu aprēķina vienādojuma, vietējās pretestības koeficienta palielināšanās izraisīs spiediena zudumu palielināšanos. Attiecīgi palielināsies arī nepieciešamais spiediens. Jaunais tīkla raksturlielums būs stāvāks. Šajā gadījumā darbības punkts tiks novirzīts uz zemākām izmaksām.

Aprēķiniet lietderīgo jaudu, ko sūknis patērē spiediena enerģijas saziņai ar šķidrumu:

Vārpstas jauda (ieskaitot sūkņa efektivitāti): kW;

Motora patērētā jauda (nominālā), ņemot vērā transmisijas efektivitāti vienāds ar vienu: kW;

Ņemot jaudas rezerves koeficientu, mēs atrodam dzinēja uzstādīto jaudu:

Ņemot vērā, ka izvēlētā sūkņa datu plāksnītē norādītā jauda ir nedaudz lielāka par aprēķināto, tas ļauj secināt, ka ir izvēlēts piemērotākais sūknis.

Apvedceļš (apvedceļš).Šādi regulējot sūkņa plūsmu, nepieciešamais plūsmas ātrums sistēmā tiek nodrošināts, daļu sūkņa sūknētā šķidruma novirzot no spiediena caurules uz iesūkšanas cauruli, pa apvada cauruli. Ja nepieciešams samazināt plūsmu uz sistēmu, atveriet apvada cauruļvada vārstu. Tīkla raksturlielums kļūs pozitīvāks un palielināsies sūkņa kopējā plūsma.

Šī vadības metode ir ekonomiskāka sūkņiem, kuru jaudas patēriņš samazinās, palielinoties plūsmai. Plkst centrbēdzes sūkņi apvedceļa vadība palielinās sūkņa jaudu un var pārslogot motoru.

Pārejot no spiediena puses uz sūkšanas pusi, šķidruma plūsmai ir zināma enerģija. Ja apvedceļa vadības laikā nenotiek lietderīga enerģijas pārnešana no apvadītā šķidruma uz lāpstiņriteni piemērotu plūsmu, jaudas zudumu var noteikt pēc formulas:

,

kur qH ir sūkņa plūsma,

qP - apieta plūsma,

Nset ir sūknēšanas iekārtas patērētā jauda.

Tad kW.

Apvadītās plūsmas enerģiju var racionāli izmantot divos veidos:

1) Paaugstināt spiedienu sūkņa iesūkšanas dobumā, radot izgrūšanas efektu ar apvadītu plūsmu; virknē ar galveno sūkni tiek ieslēgts ūdens strūklas sūknis, kas noņem daļu no galvenā sūkņa pārvaramā spiediena, lai galvenais sūknis darbotos ar zemāku spiedienu un uzlabotus kavitācijas apstākļus.

2) Plūsmas virpuļošanai lāpstiņriteņa priekšā. Plūsmas virpuļošana tiek veikta lāpstiņriteņa griešanās virzienā, savukārt lāpstiņriteņa griešanās biežums tiek pseido-samazināts n par virpuļojošā šķidruma plūsmas rotācijas frekvenci. Mainīsies sūkņa parametri - spiediens, plūsma un jaudas patēriņš.

Projektējot sūknēšanas iekārtu, tiek veikta pārbaude pieļaujamais augstums sūkšana.

Iemesls tam ir tas, ka iesūkšanas caurules ieplūdes augstums (un visbiežāk spiediens) ir augstāks nekā sūkņa ieplūdes atverē pēc zudumu daudzuma iesūkšanas caurulē. Parasti sūkņa ieplūdes spiediens ir zemāks par atmosfēras spiedienu (vakuums). Savukārt vakuuma daudzumu ierobežo atmosfēras spiediena daudzums.

Kad tiek sasniegts piesātinātā tvaika spiediens, šķidrums sāks vārīties. Jo augstāka temperatūra, jo augstāks ir tvaika spiediens. Tvaiks, kas nonāk sūknī, traucē tā darbību. Dinamiskās darbības sūkņos radītais spiediens atkarīgs no šķidruma blīvuma. Tvaikiem ir gandrīz 1000 reižu mazāks blīvums nekā šķidruma blīvums. Līdz ar to arī spiediens pazeminās. Pozitīvā darba tilpuma sūkņos plūsma arī samazinās zemā tvaika blīvuma dēļ, un palielinās noplūde caur noplūdēm.

Vēl viena parādība, kas ir ārkārtīgi nevēlama sūkņa darbības laikā un ko izraisa iesūkšanas spiediena samazināšanās, ir kavitācija (šķidruma viršana zema spiediena zonā (piemēram, aiz sūkņa lāpstiņu malas), kam seko izveidoto burbuļu sabrukšana sūknē. spiediena palielināšanas zona). Kad tvaika burbulis sabrūk, šķidrums virzās uz tā centru. Šajā gadījumā šķidrums iegūst noteiktu ātrumu. Tvaika dobuma centrā notiek momentāna šķidruma apstāšanās, jo šķidrums ir praktiski nesaspiežams. Kinētiskā enerģija tiek pārvērsta potenciālajā enerģijā (spiediena pieaugums). Šķidruma spiediens ir tik augsts, ka asmeņu metāls tiek iznīcināts kavitācijas zonā.

Šajā sakarā aprēķins tiek veikts, pamatojoties uz sūkņa nekavitācijas darbības stāvokli. Praksē ir jāņem vērā vēl viens daudzums - tā sauktā kavitācijas rezerve.

Pieļaujamais sūkšanas pacēlums ir atkarīgs no piesātinājuma tvaika spiediena. Jo tuvāk šķidruma temperatūra ir viršanas temperatūrai, jo augstāks ir piesātinātā tvaika spiediens, un līdz ar to sūkni var pacelt zemākā augstumā attiecībā pret šķidruma virsmu. Aprēķinu rezultātā var iegūt pat negatīvu vērtību. Patiešām, sūknējot šķidrumus ar zemu viršanas temperatūru, sūkņi ir jāpadziļina (uzstāda zem šķidruma virsmas līmeņa).

Šķidruma ātrums samazina arī pieļaujamo sūkšanas augstumu, pateicoties ātruma spiedienam un spiediena zudumam iesūkšanas caurulē. Šī iemesla dēļ, izstrādājot sūknēšanas iekārtas iesūkšanas cauruļvadu diametrus cenšas padarīt lielus. Jebkura vietēja pretestība arī ir ļoti nevēlama. Dažāda veida filtri, vārsti vai aizbīdņi, ja iespējams, tiek uzstādīti nevis uz iesūkšanas, bet gan uz izplūdes cauruļvadu.

Pa šo ceļu:

, kur:

pt \u003d 200 mm Hg \u003d 26,66 103 Pa - piesātināta tvaika spiediens

sērskābe darba temperatūrā (25 °C);

uBC== m/s ir šķidruma ātrums sūkņa iesūkšanas caurulē;

Atradīsim hPOT — galvas zudums sūkšanas līnijā:

Plūsma ir jaukta turbulenta, tāpēc:

m - kavitācijas rezerve.

· p1=1,472·105 Pa – spiediens iesūkšanas cauruļvadā.

secinājumus

Šajā darbā tika veikts tehnoloģiskā cauruļvada aprēķins (vajadzīgā spiediena noteikšana), kas sastāv no statiskā, ātruma spiediena, kā arī lokālo un lineāro pretestību noteikšanas uz dažādās jomās un visā cauruļvadā kopumā. Tika uzbūvēta vajadzīgās galvas līkne un izvēlēts sūknis, kas nodrošina skolotāja norādīto transportējamā šķidruma plūsmas ātrumu.

1. A.G. Kasatkins, "Ķīmiskās tehnoloģijas pamatprocesi un aparāti", Maskava: Ķīmija, 1971 - 784 lpp.

2. Ķīmiskās tehnoloģijas pamatprocesi un aparāti: Projektēšanas rokasgrāmata / G.S. Borisovs, V.P. Brikovs, Ju.I. Ditnerskis un citi Red. Yu.I. Ditnerskis, 2. izdevums, pārskatīts. un papildu Maskava: Ķīmija, 1991 - 496 lpp.

3. K.F. Pavlovs, P.G. Romankovs, A.A. Noskovs. Piemēri un uzdevumi ķīmisko procesu un ierīču norisei. tehnoloģijas, 10. izdevums, pārskatīts. un papildu Ed. P.G. Romankovs. L .: Ķīmija, 1987 - 578 lpp.

5 Cauruļvadu HIDRAULISKAIS APRĒĶINS

5.1. Vienkāršs konstanta šķērsgriezuma cauruļvads

Cauruļvadu sauc vienkāršs, ja tai nav zaru. Vienkārši cauruļvadi var veidot savienojumus: sērijveida, paralēli vai sazaroti. Cauruļvadi var būt komplekss kas satur gan seriālos, gan paralēlos savienojumus vai atzarojumus.

Šķidrums pārvietojas pa cauruļvadu, jo tā enerģija cauruļvada sākumā ir lielāka nekā beigās. Šo enerģijas līmeņu atšķirību (atšķirību) var radīt vienā vai otrā veidā: sūkņa darbība, šķidruma līmeņu atšķirības dēļ, gāzes spiediens. Mašīnbūvē galvenokārt nākas saskarties ar cauruļvadiem, kuros šķidruma kustība notiek sūkņa darbības rezultātā.

Cauruļvada hidrauliskajā aprēķinā to visbiežāk nosaka tā nepieciešamais spiediensH patēriņš - vērtība, kas skaitliski vienāda ar pjezometrisko augstumu cauruļvada sākotnējā posmā. Ja tiek dots nepieciešamais spiediens, tad ir pieņemts to saukt pieejamais spiediensH rasp. Šajā gadījumā hidrauliskais aprēķins var noteikt plūsmu J šķidrums cauruļvadā vai tā diametrs d. Cauruļvada diametra vērtība tiek izvēlēta no noteikts numurs saskaņā ar GOST 16516-80.

Ļaujiet vienkāršam pastāvīgas plūsmas posma cauruļvadam, kas patvaļīgi atrodas telpā (5.1. attēls, bet), ir kopējais garums l un diametrs d un satur vairākas vietējās hidrauliskās pretestības I un II.

Uzrakstīsim Bernulli vienādojumu iniciālam 1-1 un galīgs 2-2 šī cauruļvada posmos, pieņemot, ka Koriolisa koeficienti šajos posmos ir vienādi (α 1 =α 2). Pēc ātruma spiediena samazināšanas mēs iegūstam

kur z 1 , z 2 - sākuma un beigu posmu smaguma centru koordinātas;

lpp 1 , lpp 2 - spiediens attiecīgi cauruļvada sākotnējā un beigu daļā;

Kopējais spiediena zudums cauruļvadā.

Līdz ar to nepieciešamais spiediens

, (5.1)

Kā redzams no iegūtās formulas, nepieciešamais spiediens ir kopējā ģeometriskā augstuma summa Δz = z 2 – z 1 , līdz kuram paceļas šķidrums, pārvietojoties pa cauruļvadu, pjezometriskais augstums cauruļvada beigu posmā un summa hidrauliskie zudumi spiediens, kas rodas no šķidruma kustības tajā.

Hidraulikā cauruļvada statisko spiedienu ir pieņemts saprast kā summu .

Pēc tam kopējos zaudējumus attēlojot kā jaudas funkcija no patēriņa J, mēs saņemam

kur T - vērtība atkarībā no šķidruma plūsmas veida cauruļvadā;

K - cauruļvada pretestība.

Šķidruma plūsmas laminārajā režīmā un lineārās vietējās pretestības (ir norādīti to ekvivalentie garumi l ekv) kopējie zaudējumi

,

kur l aprēķins = l + l eq - paredzamais cauruļvada garums.

Tāpēc zem lamināras plūsmas t = 1, .

Turbulentā šķidruma plūsmā

.

Aizstāšana šajā formulā Vidējais ātrumsšķidrums caur plūsmu, mēs iegūstam kopējo galvas zudumu

. (5.3)

Tad turbulentā režīmā , un eksponents m= 2. Jāatceras, ka vispārīgā gadījumā berzes zuduma koeficients visā garumā ir arī plūsmas ātruma funkcija. J.

Rīkojoties līdzīgi katrā konkrētajā gadījumā, pēc vienkāršām algebriskām transformācijām un aprēķiniem var iegūt formulu, kas nosaka vajadzīgā spiediena analītisko atkarību konkrētam vienkāršam cauruļvadam no plūsmas ātruma tajā. Šādu atkarību piemēri grafiskā formā ir parādīti 5.1. attēlā, b, iekšā.

Iepriekš sniegto formulu analīze parāda, ka vajadzīgā spiediena noteikšanas problēmas risinājums H patēriņš uz zināmiem izdevumiem J šķidrumi cauruļvadā un tā diametrs d nav grūti, jo vienmēr ir iespējams novērtēt šķidruma plūsmas režīmu cauruļvadā, salīdzinot kritisko vērtību Reuzlpp= 2300 ar tā faktisko vērtību, ko apaļām caurulēm var aprēķināt pēc formulas

Pēc plūsmas režīma noteikšanas, izmantojot formulu (5.2), varat aprēķināt spiediena zudumu un pēc tam nepieciešamo spiedienu.

Ja vērtības J vai d nav zināms, tad vairumā gadījumu ir grūti novērtēt plūsmas režīmu, un tāpēc ir saprātīgi izvēlēties formulas, kas nosaka spiediena zudumus cauruļvadā. Šādā situācijā var ieteikt izmantot vai nu secīgās aproksimācijas metodi, kas parasti prasa diezgan lielu skaitļošanas darbu, vai arī grafisko metodi, kuras pielietošanā nepieciešams uzbūvēt t.s. nepieciešamais cauruļvada spiediens.

5.2. Vienkārša cauruļvada vajadzīgā spiediena raksturlieluma izveidošana

Grafiskais attēlojums koordinātēs N-J tiek saukta analītiskā atkarība (5.2), kas iegūta konkrētam cauruļvadam, hidraulikā raksturīgs nepieciešamajam spiedienam. 5.1. attēlā b, c ir doti vairāki iespējamie vajadzīgā spiediena raksturlielumi (lineārs - ar lamināro plūsmas režīmu un lineārām vietējām pretestībām; līknes - ar turbulentas plūsmas režīmu vai kvadrātveida lokālo pretestību klātbūtni cauruļvadā).

Kā redzams no grafikiem, statiskās galvas vērtība H st var būt gan pozitīvi (šķidrums tiek piegādāts līdz noteiktam augstumam Δ z vai pēdējā sadaļā pastāv pārspiediens lpp 2) un negatīvs (kad šķidrums plūst uz leju vai kad tas ar retumu pārvietojas dobumā).

Nepieciešamās galvas raksturlielumu stāvums ir atkarīgs no cauruļvada pretestības un palielinās, palielinoties caurules garumam un samazinot tā diametru, kā arī ir atkarīgs no vietējās hidrauliskās pretestības skaita un īpašībām. Turklāt laminārās plūsmas režīmā apskatāmā vērtība ir arī proporcionāla šķidruma viskozitātei. Nepieciešamā spiediena raksturlieluma krustošanās punkts ar abscisu asi (punkts BET 5.1. attēlā, b, iekšā) nosaka šķidruma plūsmu cauruļvadā, pārvietojoties ar gravitācijas spēku.

Plūsmas noteikšanai plaši izmanto vajadzīgās spiediena līknes J aprēķinot gan vienkāršus, gan sarežģītus cauruļvadus. Tāpēc mēs apsvērsim šādas atkarības konstruēšanas metodoloģiju (5.2. attēls, bet). Tas sastāv no tālāk norādītajām darbībām.

1. posms. Izmantojot formulu (5.4) nosakām kritiskās plūsmas vērtību J kr atbilst Reuzlpp=2300, un atzīmējiet to uz izdevumu ass (abscisu ass). Acīmredzot par visām izmaksām, kas atrodas pa kreisi J kr, cauruļvadam būs lamināras plūsmas režīms, un plūsmas ātrumiem, kas atrodas labajā pusē J kr, - nemierīgs.

2. posms. Mēs aprēķinām vajadzīgā spiediena vērtības H 1 Un H 2 pie plūsmas ātruma cauruļvadā, kas vienāds ar J cr, attiecīgi, pieņemot, ka H 1 - laminārās plūsmas režīma aprēķina rezultāts, un H 2 - ar vētrainu.

3. posms. Mēs veidojam laminārās plūsmas režīmam nepieciešamās galvas raksturlielumu (plūsmas ātrumiem, kas mazāki par J cr) . Ja cauruļvadā uzstādītajām vietējām pretestībām ir lineāra zudumu atkarība no plūsmas ātruma, tad vajadzīgās galvas raksturlielumam ir lineāra forma.

4. posms. Mēs veidojam vajadzīgās galvas raksturlielumu turbulentās plūsmas režīmam (lieliem plūsmas ātrumiem Juzlpp). Visos gadījumos tiek iegūts līknes raksturlielums, kas ir tuvu otrās pakāpes parabolai.

Ja konkrētajam cauruļvadam ir vajadzīgā spiediena raksturlielums, tas ir iespējams zināma vērtība pieejamais spiediens Hrasp atrodiet vēlamo plūsmas ātrumu Qx (skat. 5.2. attēlu, bet).

Ja nepieciešams atrast Iekšējais diametrs cauruļvads d, tad, ņemot vērā vairākas vērtības d, jums vajadzētu veidot vajadzīgā spiediena atkarību Hpatērēt no diametra d (5.2. att. b). Nākamais pēc vērtības H izplatība tuvākais lielākais diametrs tiek izvēlēts no standarta diapazona d st .

Dažos gadījumos praksē, aprēķinot hidrauliskās sistēmas, vajadzīgā spiediena raksturlieluma vietā tiek izmantots cauruļvada raksturlielums. Cauruļvada īpašības ir kopējā spiediena zuduma atkarība cauruļvadā no plūsmas. Šīs atkarības analītiskajai izteiksmei ir forma

Formulu (5.5) un (5.2) salīdzinājums ļauj secināt, ka cauruļvada raksturlielums atšķiras no vajadzīgā spiediena raksturlieluma ar statiskā spiediena neesamību. H st, un plkst H st = 0 šīs divas atkarības ir vienādas.

5.3 Vienkārši cauruļvadu savienojumi.

Analītiskā un grafiskie veidi aprēķins

Apsveriet vienkāršu cauruļvadu savienojumu aprēķināšanas metodes.

Lai mums ir seriālais savienojums daži vienkārši cauruļvadi ( 1 , 2 Un 3 5.3. attēlā, bet) dažādi garumi, dažādi diametri, ar dažādu lokālo pretestību komplektu. Tā kā šie cauruļvadi ir savienoti virknē, katrā no tiem notiek viena un tā pati šķidruma plūsma. J. Kopējais galvas zudums visam savienojumam (starp punktiem M Un N) ir spiediena zudumu summa katrā vienkāršajā cauruļvadā ( , , ), t.i. seriālajam savienojumam ir derīga šāda vienādojumu sistēma:

(5.6)

Spiediena zudumu katrā vienkāršajā cauruļvadā var noteikt, izmantojot atbilstošo plūsmas ātrumu vērtības:

Vienādojumu sistēma (5.6.), kas papildināta ar atkarībām (5.7.), ir pamatā hidrauliskās sistēmas ar virknes cauruļvadu savienojumu analītiskajiem aprēķiniem.

Ja tiek izmantota grafiskā aprēķina metode, tad kļūst nepieciešams izveidot savienojuma kopējos raksturlielumus.

5.3. attēlā, b parādīta seriālā savienojuma kopsavilkuma raksturlieluma iegūšanas metode. Šim nolūkam tiek izmantotas vienkāršu cauruļvadu īpašības. 1 , 2 Un 3

Lai izveidotu punktu, kas pieder virknes savienojuma kopējam raksturlielumam, saskaņā ar (5.6) ir jāsaskaita spiediena zudumi sākotnējos cauruļvados ar tādu pašu plūsmas ātrumu. Šim nolūkam grafikā tiek uzzīmēta patvaļīga vertikāla līnija (ar patvaļīgu plūsmas ātrumu J" ). Gar šo vertikāli tiek apkopoti segmenti (spiediena zudumi un), kas izriet no vertikāles krustošanās ar cauruļvadu sākotnējiem raksturlielumiem. Tādējādi iegūtais punkts BET piederēs pie savienojuma kopējās īpašības. Tāpēc vairāku vienkāršu cauruļvadu seriālā savienojuma kopējo raksturlielumu iegūst, saskaitot sākotnējo raksturlielumu punktu ordinātas pie šie izdevumi.

Paralēli sauc par cauruļvadu savienojumu, kuriem ir divi kopīgi punkti (atzarojuma punkts un slēgšanas punkts). Piemērs paralēlais savienojums trīs vienkārši cauruļvadi ir parādīti 5.3. attēlā, iekšā. Ir skaidrs, ka izdevumi J šķidrums hidrauliskajā sistēmā pirms atzarošanas (punkts M) un pēc aizvēršanas (punkts N) vienāda un vienāda ar izdevumu summu J 1 , J 2 un J 3 paralēlos zaros.

Ja mēs apzīmējam kopējo galvu punktos M Un N pāri HM Un H N, tad katram cauruļvadam spiediena zudums ir vienāds ar starpību starp šīm galvām:

; ; ,

i., paralēlos cauruļvados spiediena zudums vienmēr ir vienāds. Tas izskaidrojams ar to, ka ar šādu savienojumu, neskatoties uz katra vienkāršā cauruļvada dažādajām hidrauliskajām pretestībām, izmaksas J 1 , J 2 Un J 3 sadalīt starp tām tā, lai zaudējumi paliktu vienādi.

Tādējādi paralēlā savienojuma vienādojumu sistēmai ir forma

(5.8)

Spiediena zudumu katrā savienojumā iekļautajā cauruļvadā var noteikt ar (5.7) formas formulām. Tādējādi vienādojumu sistēma (5.8), kas papildināta ar formulām (5.7), ir pamatā hidraulisko sistēmu ar paralēlu cauruļvadu savienojumu analītiskajam aprēķinam.

5.3. attēlā, G parādīta paralēlā savienojuma summārā raksturlieluma iegūšanas metode. Šim nolūkam tiek izmantotas vienkāršu cauruļvadu īpašības. 1 , 2 Un 3 , kas veidoti atbilstoši atkarībām (5.7.).

Lai iegūtu punktu, kas pieder pie paralēlā savienojuma kopējā raksturlieluma, saskaņā ar (5.8) ir jāsaskaita izmaksas oriģinālajos cauruļvados ar vienādiem spiediena zudumiem. Šim nolūkam patvaļīgs horizontāla līnija(par patvaļīgu zaudējumu). Gar šo horizontālo līniju segmenti ir grafiski apkopoti (izdevumi J 1 , J 2 Un J 3) iegūti no horizontāles krustojuma ar cauruļvadu sākotnējiem raksturlielumiem. Tādējādi iegūtais punkts IN pieder pie savienojuma kopējās īpašības. Tāpēc cauruļvadu paralēlā savienojuma kopējo raksturlielumu iegūst, saskaitot sākotnējo raksturlielumu punktu abscises ar dotajiem zudumiem.

Ar līdzīgu metodi tiek veidoti sazarotu cauruļvadu kopējie raksturlielumi. sazarots savienojums sauc par vairāku cauruļvadu kopumu, kuriem ir viens kopīgs punkts (cauruļu atzarojuma vai savienojuma vieta).

Iepriekš apspriestie sērijveida un paralēlie savienojumi, stingri runājot, pieder sarežģītu cauruļvadu kategorijai. Tomēr hidraulikā sarežģīti cauruļvadi, kā likums, viņi saprot vairāku sērijveida un paralēlu vienkāršu cauruļvadu savienojumu.

5.3. attēlā, d ir dots šāda sarežģīta cauruļvada piemērs, kas sastāv no trim cauruļvadiem 1 , 2 Un 3. Cauruļvads 1 virknē savienoti ar cauruļvadiem 2 Un 3. Cauruļvadi 2 Un 3 var uzskatīt par paralēliem, jo ​​tiem ir kopīgs atzarojuma punkts (punkts M) un pievadiet šķidrumu uz to pašu hidraulisko tvertni.

Sarežģītiem cauruļvadiem aprēķinu parasti veic ar grafisku metodi. Ieteicama šāda secība:

1) sarežģīts cauruļvads ir sadalīts vairākos vienkāršos cauruļvados;

2) katram vienkāršajam cauruļvadam tiek izbūvēts tā raksturlielums;

3) ar grafisku pievienošanu tiek iegūts kompleksa cauruļvada raksturlielums.

5.3. attēlā, e parāda grafisko konstrukciju secību, iegūstot kompleksa cauruļvada kopējo raksturlielumu (). Pirmkārt, cauruļvadu raksturlielumi un tiek pievienoti saskaņā ar noteikumu par paralēlu cauruļvadu raksturlielumu pievienošanu, un pēc tam paralēlā savienojuma raksturlielums tiek pievienots raksturlielumam saskaņā ar noteikumu par sērijveidā savienotu cauruļvadu raksturlielumu pievienošanu un raksturlielumu. tiek iegūts no visa kompleksā cauruļvada.

Šādā veidā izveidojot grafiku (sk. 5.3. attēlu, e) sarežģītam cauruļvadam tas ir iespējams gluži vienkārši no zināma plūsmas ātruma J 1 ieejot hidrauliskajā sistēmā, nosakiet nepieciešamo spiedienu H patēriņš = visam kompleksajam cauruļvadam, izmaksas J 2 un J 3 paralēlos zaros, kā arī galvas zudums , un katrā vienkāršajā cauruļvadā.

5.4. Sūknēts cauruļvads

Kā jau minēts, galvenā šķidruma padeves metode mašīnbūvē ir tā piespiedu iesmidzināšana ar sūkni. sūknis sauc par hidraulisko ierīci, kas piedziņas mehānisko enerģiju pārvērš darba šķidruma plūsmas enerģijā. Hidraulikā sauc cauruļvadu, kurā šķidruma kustību nodrošina sūknis sūknēts cauruļvads(5.4. attēls, bet).

Sūknējamā cauruļvada aprēķina mērķis parasti ir noteikt sūkņa radīto augstumu (sūkņa galvu). Sūkņa galva H n ir kopējā mehāniskā enerģija, ko sūknis pārnes uz šķidruma svara vienību. Tādējādi, lai noteiktu H n nepieciešams novērtēt šķidruma kopējās īpatnējās enerģijas pieaugumu, kad tas iet caur sūkni, t.i.

, (5.9)

kur H iekšā,H ārā -šķidruma īpatnējā enerģija, attiecīgi, sūkņa ieplūdes un izplūdes atverē.

Apsveriet atvērta cauruļvada darbību ar sūknēšanas padevi (sk. 5.4. attēlu, bet). Sūknis sūknē šķidrumu no apakšējā rezervuāra BET ar šķidruma spiedienu lpp 0 citai tvertnei B, kurā spiediens R 3 . Sūkņa augstums attiecībā pret zemāko šķidruma līmeni H 1 sauc par sūkšanas augstumu, un cauruļvads, pa kuru šķidrums nonāk sūknī, ir sūkšanas caurule, vai sūkšanas līnija. Cauruļvada pēdējā posma vai šķidruma augšējā līmeņa augstums H 2 sauc par izplūdes augstumu un cauruļvadu, pa kuru šķidrums pārvietojas no sūkņa, spiediens, vai iesmidzināšanas hidrauliskā līnija.

Uzrakstīsim Bernulli vienādojumu šķidruma plūsmai iesūkšanas cauruļvadā, t.i. sadaļām 0-0 Un 1-1 :

, (5.10)

kur ir spiediena zudums iesūkšanas caurulē.

Vienādojums (5.10) ir galvenais iesūkšanas cauruļvadu aprēķināšanai. Spiediens lpp 0 parasti ierobežots (visbiežāk tas ir atmosfēras spiediens). Tāpēc sūkšanas cauruļvada aprēķina mērķis, kā likums, ir noteikt spiedienu sūkņa priekšā. Tam jābūt augstākam par šķidruma piesātinātā tvaika spiedienu. Tas ir nepieciešams, lai izvairītos no kavitācijas pie sūkņa ieplūdes. No (5.10) vienādojuma var atrast specifiskā enerģijašķidrumi pie sūkņa ieplūdes:

. (5.11)

Uzrakstīsim Bernulli vienādojumu šķidruma ieplūdei spiediena cauruļvads, t.i., sadaļām 2-2 Un 3-3:

, (5.12)

kur ir spiediena zudumi spiediena cauruļvadā.

Šī vienādojuma kreisā puse ir šķidruma īpatnējā enerģija sūkņa izplūdes atverē HIzeja. Aizstājot (5.9) labās atkarību daļas (5.11) par Hiekšā un (5.12) par HIzeja, saņemam

Kā izriet no vienādojuma (5.13.), sūkņa galva H n nodrošina šķidruma pacelšanos augstumā (H 1+H 2), nospiežot ar R 0 pirms tam lpp 3 un tiek tērēts, lai pārvarētu pretestību iesūkšanas un spiediena cauruļvados.

Ja vienādojuma (5.13.) labajā pusē iecelt H st un aizstāt uz KQ m , tad mēs saņemam Hn= Hcr + KQ m.

Salīdzināsim pēdējo izteiksmi ar formulu (5.2), kas nosaka cauruļvadam nepieciešamo spiedienu. Viņu pilnīga identitāte ir acīmredzama:

tie. sūknis rada galvu, kas vienāda ar nepieciešamo cauruļvada spiedienu.

Iegūtais vienādojums (5.14) ļauj analītiski noteikt sūkņa galvu. Tomēr vairumā gadījumu analītiskā metode ir diezgan sarežģīta, tāpēc grafiskā metode sūknētā cauruļvada aprēķināšanai ir kļuvusi plaši izplatīta.

Šī metode sastāv no vajadzīgā cauruļvada spiediena raksturlielumu (vai cauruļvada raksturlielumu) kopīgas attēlošanas grafikā. un sūkņa īpašības. Sūkņa raksturlielums tiek saprasts kā sūkņa radītā spiediena atkarība no plūsmas ātruma. Šo atkarību krustpunktu sauc darbības punkts hidrauliskās sistēmas un ir vienādojuma (5.14.) grafiskā risinājuma rezultāts.

5.4. attēlā, b dots šāda grafiskā risinājuma piemērs. Šeit ir punkts A un ir vēlamais hidrauliskās sistēmas darbības punkts. Tās koordinātas nosaka spiedienu H n, sūknēts un patēriņu Jn šķidrums no sūkņa uz hidraulisko sistēmu.

Ja kāda iemesla dēļ darba punkta novietojums grafikā projektētājam neatbilst, tad šo pozīciju var mainīt, pielāgojot jebkurus cauruļvada vai sūkņa parametrus.

7.5. Ūdens āmurs cauruļvadā

Ūdens āmurs sauc par svārstību procesu, kas notiek cauruļvadā ar pēkšņām šķidruma ātruma izmaiņām, piemēram, kad plūsma apstājas vārsta (krāna) ātras izslēgšanas dēļ.

Šis process ir ļoti ātrs, un to raksturo strauja spiediena palielināšanās un samazināšanās maiņa, kas var izraisīt hidrauliskās sistēmas iznīcināšanu. Tas ir saistīts ar faktu, ka kustīgās plūsmas kinētiskā enerģija, kad tā tiek apturēta, nonāk darbā, izstiepjot cauruļu sienas un saspiežot šķidrumu. Vislielākais apdraudējums ir sākotnējais spiediena pieaugums.

Izsekosim hidrauliskā trieciena stadijas, kas rodas cauruļvadā, kad plūsma tiek ātri bloķēta (7.5. attēls).

Ļaujiet caurules galā, caur kuru šķidrums pārvietojas ar ātrumu vq, krāns tiek nekavējoties aizvērts BET. Pēc tam (sk. 7.5. attēlu, bet) šķidruma daļiņu ātrums, kas atsitās pret krānu, tiks nodzēsts, un to kinētiskā enerģija tiks pārvērsta caurules sieniņu un šķidruma deformācijas darbā. Šajā gadījumā caurules sienas tiek izstieptas, un šķidrums tiek saspiests. Spiediens apturētajā šķidrumā palielinās par Δ lpp sitieniem Citas daļiņas ieskrien palēninātajās šķidruma daļiņās pie celtņa un arī zaudē ātrumu, kā rezultātā šķērsgriezums p-p pārvietojas pa labi ar ātrumu c sauc triecienviļņu ātrums pats pārejas reģions (sadaļa p-p), kurā spiediens mainās par Δ lpp oud, sauc šoka vilnis.

Kad triecienvilnis sasniedz rezervuāru, šķidrums tiks apturēts un saspiests visā caurulē, un caurules sienas tiks izstieptas. Trieciena spiediena pieaugums Δ lpp ud izplatīsies pa visu cauruli (skat. 7.5. att., b).

Bet šis stāvoklis nav līdzsvarā. Zem augsta spiediena ( R 0 + Δ lpp ud) šķidruma daļiņas no caurules ieplūdīs tvertnē, un šī kustība sāksies no sekcijas, kas atrodas tieši blakus tvertnei. Tagad sadaļa p-p pārvietojas pa cauruļvadu pretējā virzienā - uz vārstu - ar tādu pašu ātrumu no, atstājot spiedienu šķidrumā lpp 0 (sk. 7.5. attēlu, iekšā).

Šķidruma un cauruļu sienas atgriežas sākotnējā stāvoklī, kas atbilst spiedienam lpp 0 . Deformācijas darbs tiek pilnībā pārveidots kinētiskā enerģijā, un šķidrums caurulē iegūst sākotnējo ātrumu , bet pretējā virzienā.

Ar šo ātrumu "šķidruma kolonna" (sk. 7.5. attēlu, G) mēdz atrauties no celtņa, kā rezultātā rodas negatīvs triecienvilnis (spiediens šķidrumā samazinās par tādu pašu vērtību Δ lpp oud). Robeža starp diviem šķidriem stāvokļiem ir vērsta no krāna līdz tvertnei ar ātrumu no, atstājot aiz saspiestās caurules sienas un izpūsto šķidrumu (sk. 7.5. attēlu, d). Šķidruma kinētiskā enerģija atkal nonāk deformācijas darbā, bet ar pretēju zīmi.

Šķidruma stāvoklis caurulē brīdī, kad tvertnē pienāk negatīvs triecienvilnis, ir parādīts 7.5. attēlā. e. Kā parādīts 7.5. attēlā, b, tas nav līdzsvarā, jo šķidrums caurulē ir zem spiediena ( R 0 + Δ lpp sitieni), mazāk nekā tvertnē. 7.5. attēlā labi parāda spiediena izlīdzināšanas procesu caurulē un tvertnē, ko pavada šķidruma kustība ar ātrumu .

Acīmredzot, tiklīdz no tvertnes atstarotais triecienvilnis sasniegs vārstu, izveidosies situācija, kas jau ir notikusi vārsta aizvēršanas brīdī. Viss ūdens āmura cikls tiks atkārtots.

Teorētiskā un pilotpētījums hidraulisko triecienu caurulēs pirmo reizi veica Ņ.E. Žukovskis. Viņa eksperimentos tika reģistrēti līdz 12 pilniem cikliem ar pakāpenisku Δ samazināšanos lpp sitieniem Pētījuma rezultātā Ņ.E. Žukovskis ieguva analītiskas atkarības, kas ļauj novērtēt trieciena spiedienu Δ lpp sitieniem Vienai no šīm formulām, kas nosaukta Ņ.E. Žukovska vārdā, ir forma

kur ir triecienviļņu izplatīšanās ātrums no tiek noteikts pēc formulas

,

kur UZ —šķidruma tilpuma elastības modulis; E - cauruļvada sienu materiāla elastības modulis; d un δ ir attiecīgi cauruļvada iekšējais diametrs un sienas biezums.

Formula (7.14) ir derīga tiešajam ūdens āmuram, kad plūsmas izslēgšanas laiks t aizvēršanās ir mazāks par ūdens āmura fāzi t 0:

kur l- caurules garums.

Ūdens āmura fāze t 0 ir laiks, kas nepieciešams, lai triecienvilnis pārvietotos no vārsta uz tvertni un atpakaļ. Plkst t aizvērt > t 0 trieciena spiediens ir mazāks, un šādu ūdens āmuru sauc netiešs.

Ja nepieciešams, varat izmantot zināmi veidi hidrauliskā trieciena "mīkstināšana". Visefektīvākais no tiem ir palielināt krānu vai citu ierīču, kas bloķē šķidruma plūsmu, reakcijas laiku. Līdzīgs efekts tiek panākts, uzstādot hidrauliskos akumulatorus vai drošības vārsti. Šķidruma ātruma samazināšana cauruļvadā, palielinot cauruļu iekšējo diametru pie noteikta plūsmas ātruma un samazinot cauruļvadu garumu (samazinot hidrauliskā trieciena fāzi), arī veicina trieciena spiediena samazināšanos.

[Satura rādītājs] [Nākamā lekcija] VIP lietotājs.
To var izdarīt pilnīgi bez maksas. Lasīt.

Cauruļvads kā šķidru un gāzveida vielu transportēšanas veids ir visekonomiskākais veids visās nozarēs Tautsaimniecība. Tāpēc viņam vienmēr patiks pastiprināta speciālistu uzmanība.

Hidrauliskais aprēķins, projektējot cauruļvadu sistēmu, ļauj noteikt cauruļu iekšējo diametru un spiediena kritumu maksimālā gadījumā joslas platums caurules. Tajā pašā laikā obligāti ir jābūt šādiem parametriem: materiāls, no kura izgatavotas caurules, caurules veids, produktivitāte, fizikāli ķīmiskās īpašības sūknētās vides.

Veicot aprēķinus, izmantojot formulas, dažas no dotajām vērtībām var ņemt no atsauces literatūras. F.A.Ševeļevs, profesors, tehnisko zinātņu doktors, izstrādāja tabulas precīzai caurlaides aprēķinam. Tabulās ir norādītas iekšējā diametra, pretestības un citu parametru vērtības. Turklāt ir tabula ar aptuveno ātrumu šķidrumiem, gāzei, tvaikam, lai vienkāršotu darbu ar cauruļu caurlaidības noteikšanu. To izmanto komunālajā sektorā, kur precīzi dati nav tik nepieciešami.

Norēķinu daļa

Diametra aprēķināšana sākas, izmantojot formulu vienmērīga kustībašķidrumi (nepārtrauktības vienādojums):

kur q ir projektētā plūsma

v ir ekonomiskā plūsmas ātrums.

ω - laukums šķērsgriezums apaļa caurule ar diametru d.

Aprēķināts pēc formulas:

kur d ir iekšējais diametrs

tātad d = √4*q/v*π

Šķidruma kustības ātrums cauruļvadā tiek pieņemts 1,5-2,5 m/s. Šī ir atbilstošā vērtība optimāla veiktspēja lineārā sistēma.

Augstuma (spiediena) zudumu spiediena cauruļvadā nosaka pēc Darcy formulas:

h = λ*(L/d)*(v2/2g),

kur g ir brīvā kritiena paātrinājums,

L ir caurules posma garums,

v2/2g ir parametrs, kas apzīmē ātruma (dinamisko) galvu,

λ ir hidrauliskās pretestības koeficients, atkarīgs no šķidruma kustības veida un cauruļu sienu raupjuma pakāpes. Nelīdzenums nozīmē nelīdzenumu, defektu iekšējā virsma cauruļvads un ir sadalīts absolūtajā un relatīvajā. Absolūtais raupjums ir nelīdzenumu augstums. Relatīvo nelīdzenumu var aprēķināt, izmantojot formulu:

Nelīdzenums ir dažādas formas un nevienmērīgs visā caurules garumā. Šajā sakarā aprēķinos tiek ņemts vērā vidējais raupjums k1, kas ir korekcijas koeficients. Šī vērtība ir atkarīga no vairākiem faktoriem: caurules materiāla, sistēmas darbības ilguma, dažādiem defektiem korozijas veidā utt. Izmantojot cauruļvada tērauda versiju, vērtība tiek piemērota 0,1-0,2 mm. Tajā pašā laikā citās situācijās parametru k1 var ņemt no F. A. Ševelkova tabulām.

Gadījumā, ja maģistrālās līnijas garums nav liels, tad vietējie spiediena (spiediena) zudumi sūkņu staciju iekārtās ir aptuveni tādi paši kā spiediena zudumi cauruļu garumā. Kopējos zaudējumus nosaka pēc formulas:

h = P/ρ*g, kur

ρ ir barotnes blīvums

Ir situācijas, kad cauruļvads šķērso jebkuru šķērsli, piemēram, ūdenstilpnes, ceļus utt. Tad tiek izmantoti sifoni - konstrukcijas, kas ir zem barjeras novietotas īsas caurules. Arī šeit ir šķidruma spiediens. Sifonu diametru nosaka pēc formulas (ņemot vērā, ka šķidruma plūsmas ātrums ir lielāks par 1 m/s):

h = λ*(L/d)*(v2/2g),

h = I*L+ Σζ* v2/2g

ζ - vietējās pretestības koeficients

Tiek pieņemts, ka cauruļu paliktņu atzīmju atšķirība sifona sākumā un beigās ir vienāda ar galvas zudumu.

Vietējās pretestības aprēķina pēc formulas:

hм = ζ* v2/2g.

Šķidruma kustība var būt lamināra vai turbulenta. Koeficients hm ir atkarīgs no plūsmas turbulences (Reinoldsa skaitlis Re). Palielinoties turbulencei, tiek radīta papildu šķidruma turbulence, kuras dēļ palielinās hidrauliskās pretestības koeficienta vērtība. Pie Re › 3000 vienmēr tiek novērots turbulents režīms.

Hidrauliskās pretestības koeficientu laminārajā režīmā, kad Re ‹ 2300, aprēķina pēc formulas:

Kvadrātiskās turbulentās plūsmas gadījumā ζ būs atkarīgs no lineārā objekta arhitektūras: ceļa līkuma leņķa, vārsta atvēruma pakāpes, klātbūtnes. pretvārsts. Lai izietu no caurules, ζ ir vienāds ar 1. Gariem cauruļvadiem ir lokālās pretestības 10-15% robežās pret berzi htr. Tad kopējais zaudējums ir:

Н = htr + Σ htr ≈ 1,15 htr

Veicot aprēķinus, sūknis tiek izvēlēts, pamatojoties uz plūsmas, spiediena un faktiskās veiktspējas parametriem.

Secinājums

Ir pilnīgi iespējams veikt cauruļvada hidraulisko aprēķinu tiešsaistes resursā, kur kalkulators sniegs vēlamo vērtību. Lai to izdarītu, pietiek ievadīt cauruļu sastāvu, to garumu kā sākotnējās vērtības, un iekārta sniegs nepieciešamos datus (iekšējais diametrs, galvas zudumi, plūsmas ātrums).

Papildus tam ir tiešsaistes versija Shevelev's Tables programma versija 2.0. Tas ir vienkārši un viegli apgūstams, ir tabulu grāmatu versijas atdarinātājs un satur arī skaitīšanas kalkulatoru.

Ieklāšanas uzņēmumi lineārās sistēmas, savā arsenālā ir īpašas programmas cauruļu caurlaides aprēķināšanai. Vienu no šīm "Hidrosistēmām" izstrādāja krievu programmētāji, un tā ir populāra Krievijas industrijā.

Lielākā daļa iespējamie cēloņi privātmājas ūdensapgādes sistēmas darbības pārkāpumi, kā zināms, ir cauruļu sienu korozija, sāļu nogulsnēšanās uz tām un augstspiedienaūdens cauruļvadā. Ņemot vērā to, ka in pēdējie gadi mainīšanai metāla caurules arvien biežāk nāk viņu plastmasas kolēģi, tikai pēdējie divi no iepriekš minētajiem iemesliem rada reālus draudus jūsu ūdens apgādei. Jautājums par sāls nogulšņu apkarošanu neietilpst mūsu raksta darbības jomā (lai gan tie daļēji ietekmē spiediena rādītājus caurulēs), un tāpēc mēs apsvērsim tikai pēdējo faktoru.

Par brīdinājumu iespējamās problēmas pirms cauruļveida izstrādājumu iegādes jums jāiepazīstas ar tiem pievienoto pasi un jāpārliecinās, ka tie spēj izturēt jūsu ūdens apgādes sistēmā paredzēto spiedienu.

Piezīme! Augsts asinsspiediens sistēmā izraisa ūdens patēriņa pieaugumu.

Tas noved pie papildu izdevumi sūknēšanas iekārtu patērētā elektroenerģija, kas nodrošina nepārtrauktu ūdens cirkulāciju sistēmā.

Spiediena vērtība

Ir labi zināms, ka normāla ūdens spiediena līmeņa uzturēšana caurulēs ir būtisks nosacījumsūdensapgādes tīkla veselību, kā arī tā ilgstošu un netraucētu darbību. Tajā pašā laikā spiediens cauruļvadā var ievērojami atšķirties no fiksētās vidējās vērtības, kas normalizēta sadzīves ūdens apgādes sistēmām.

Tātad, piemēram, normālai virtuves vārsta darbībai nesēja spiediens ūdens apgādes sistēmā nedrīkst būt mazāks par 0,5 bāriem.

Bet reālos apstākļos šī rādītāja vērtība, kā likums, nedaudz atšķiras no norādītās vērtības. Tāpēc, pieņemot ūdens apgādes sistēmu (it īpaši pēc tās remonta), ir vēlams pārbaudīt darba spiedienu, lai tā atbilstu noteiktajiem standartiem.

Pašizklājošo cauruļvadu gadījumā pirms darba uzsākšanas rūpīgi jāizlasa mājsaimniecības pamatprasības santehnikas sistēmas, kā arī ar vispārpieņemto to sakārtošanas kārtību.

Spiediena izlīdzināšanas rīki

Apsveriet dažas ierīces, kas palīdzēs izlīdzināt spiedienu.

Lai izlīdzinātu ūdens spiedienu sadzīves cauruļvados, var izmantot īpašas ierīces, lai noņemtu lieko barotni. Turklāt pārspiedienu sistēmā var kompensēt ļoti vienkārši - šim nolūkam tajā tiek uzstādīta tā sauktā izplešanās tvertne, kas uzņem visu lieko mediju.

Saskaņā ar to konstrukciju visi zināmie izplešanās (kompensācijas) tvertņu paraugi ir sadalīti atvērtā un slēgtā tipa ierīcēs. Tos ļoti bieži izmanto objektu apgādes sistēmās. karsts ūdens, jo šajā gadījumā spiediena kritumu veidošanās iespējamība sistēmā ir ļoti augsta. Tas ir saistīts ar faktu, ka dzesēšanas šķidrums cirkulācijas procesā caur tīklu (no "atgriešanās" - uz apkures katlu un pēc tam atpakaļ uz sistēmu) nedaudz palielina tā tilpumu.

Piezīme! Ūdens temperatūrai mainoties, piemēram, par 10°C, dzesēšanas šķidruma izplešanās ātrums sistēmā sasniedz 0,3% no kopējā šķidruma tilpuma tajā.

Paplašināšanas ierīču trūkums atvērts veids ir tas, ka to uzstādīšana ieslēdz sistēmu režīmā, kam raksturīgs zems dzesēšanas šķidruma spiediens un līdz ar to slikta vadāmība. Papildus tam, in atvērta sistēma notiek pakāpeniska nesēja iztvaikošana. No jums būs jāpieliek papildu pūles, lai to nepārtraukti atjaunotu.

Visam iepriekšminētajam var pievienot faktu, ka tvertnes atvērtības dēļ tajā pastāvīgi iekļūst svaigas gaisa daļas, kas izraisa korozīvo procesu paātrināšanos sistēmā.

Piezīme! Tā kā atvērtā tipa izplešanās tvertnēm jāatrodas pašā ēkas augšpusē, tām nepieciešama obligāta izolācija. Ir skaidrs, ka visas ūdensapgādes sistēmas izmaksas kopumā šajā gadījumā ievērojami palielinās.

No visām iepriekšminētajām nepatikšanām ir iespējams izvairīties, kā kompensācijas ierīci izmantojot slēgta tipa tvertni, kuras uzstādīšanas vieta, kā likums, nav standartizēta. Šādas tvertnes ir aprīkotas ar iebūvētu membrānas mehānismu, kas ļauj regulēt nesēja spiedienu slēgtā režīmā.

Papildus kompensācijas tvertnēm ūdens apgādes sistēmās var uzstādīt tā sauktos hidrauliskos akumulatorus, kurus izmanto, lai aizsargātu cauruļvadu no bīstama parādība kā ūdens āmurs.

Ūdens āmura parādība parasti izpaužas, kad sūknēšanas iekārta tiek atvienota no tīkla vai pēkšņi tiek aizvērts (atvērts) ūdens krāns. Rezultātā radušās dinamiskās slodzes var ievērojami pārsniegt konkrētam cauruļvadam atļautās vērtības. Ņemiet vērā, ka šādas ierīces parasti tiek darbinātas cauruļvados ar dzeramais ūdens un ļauj izveidot nelielu nesēja daudzumu, ko var automātiski novirzīt atpakaļ sistēmā (ja tajā samazinās spiediens).
Tāpat kā iepriekš apspriestās kompensācijas ierīces, akumulatorus var izgatavot slēgtā vai atvērta forma un tiem ir visi iepriekš minētie trūkumi.

Piezīme! Vienlaikus ar hidrauliskajiem akumulatoriem ūdens ņemšanas vietās ieteicams novietot nelielas ietilpības (apmēram 0,2 litri) izplešanās tvertnes.

Pētot vienkāršākā slēgtā tipa hidrauliskā akumulatora konstrukciju, atklājam, ka tā darbība balstās uz to pašu membrānas mehānismu (līdzīgi kā izplešanās tvertnei). Slēgtā tilpumā membrāna ir stabilā stāvoklī, ko līdzsvaro aptuveni vienāds dzesēšanas šķidruma spiediens un gaisa burbulis, kas atrodas starpsienas pretējās pusēs.
Pēc ieslēgšanas sūkņu stacija dzesēšanas šķidruma tilpums sistēmā palielinās, kas izraisa gaisa saspiešanu membrānas cilindrā un rezultātā palielinās tā spiediens. Šīs izmaiņas tiek automātiski pārsūtītas uz iebūvētā releja sensora elementu, kas izslēdz sūkni, kad šis parametrs sasniedz noteiktu vērtību.

Patērējot ūdeni sistēmā, tā spiediens ievērojami samazinās, kas atkal noved pie releja, bet tagad, lai ieslēgtu.
Hidrauliskā veiktspēja

Nesēja spiediena aprēķins, kas ir pietiekams jūsu ūdensvada normālai darbībai, ļaus precīzi noteikt cauruļu izstrādājumu paraugus, kas iegādāti pirms tā uzstādīšanas. Tajā pašā laikā jāatceras, ka tīkla spiediena robežvērtības parasti ir saistītas ar šādiem rādītājiem:

• augšējais un apakšējais šķidruma spiediena slieksnis, kuram projektētas tīklā uzstādītās slēgtā tipa kompensācijas ierīces (izplešanās tvertne un hidrauliskais akumulators);
• spiediena vērtības, kas rada apstākļus normālai darbībai mājsaimniecības ierīces, atkarīgs no ūdens padeves ( veļas mašīna, piemēram);
• spiediena robežas, kurām ir paredzētas jūsu iegādātās caurules un tām pievienotie veidgabali (vārsti, tējas, maisītāji utt.).

Piezīme! Ūdensapgādes tīklos cirkulējošā nesēja spiediena mērvienība ir 1 bārs (vai 1 atmosfēra). Šī rādītāja vērtībai pilsētas ūdensvadiem (saskaņā ar pašreizējā SNiP prasībām) jābūt aptuveni 4 atmosfēras.

Mēs arī atzīmējam, ka apkures cauruļvadā uzstādītajiem vārstiem, maisītājiem, kā arī pašām caurulēm ir jāiztur īslaicīgs spiediena pieaugums līdz 6 atmosfērām. Pērkot ūdens apgādes tīklam pievienoto sadzīves iekārtu pamata paraugus, jāizvēlas modeļi, kuriem ierobežojošā indikatora ziņā ir neliela drošības rezerve. Šāda tālredzība ļaus aizsargāt tos no pēkšņa spiediena pārspriegumiem tīklā, ko izraisa ūdens āmurs.

Tajā pašā laikā ir ļoti svarīgi, lai privātmājas ūdens apgādes sistēmā ūdens spiedienam būtu tāds līmenis, kas ļauj vienlaikus ieslēgt vairākus patēriņa punktus, ko var nodrošināt ar vismaz 1,5 bāriem. .

Tiešai spiediena nolasīšanai ūdensapgādes tīklā tiek izmantoti standarta mērīšanas manometri ar standarta lineāro skalu, kas kalibrēts atbilstošās mērvienībās.

Saskaņā ar SNiP prasībām, pārbaudot ierīču darbību siltumtīklā, kā arī visu statusu palīgiekārtas jāveic vismaz reizi gadā.

Šīs pārbaudes laikā, pirmkārt, tiek konstatēta noplūžu esamība ūdens apgādes sistēmā un to izraisītais spiediena kritums. Pēc visu noplūžu novēršanas būs jāpārbauda spiediens ūdens padevē saskaņā ar manometru, kas uzstādīts uz galvenā hidrauliskā akumulatora.

Sistēmas normālas darbības laikā šīs ierīces rādījumam jābūt tuvu minimālajai vērtībai (Pmin). Ja ir ievērojama atšķirība no Pmin (vairāk nekā 10%), jums būs jāmēģina palielināt spiedienu līdz vēlamajai vērtībai, ieslēdzot sūknēšanas aprīkojumu, kas darbojas jūsu tīklā. Ja ūdens spiediens siltumtīklā palielinās (tūlīt pēc sūkņa apturēšanas releja iedarbināšanas), būs nepieciešams vēlreiz mērīt spiedienu, bet tagad izslēgšanas režīmā. Norādītais parametrs, pēc analoģijas ar iepriekšējo gadījumu, nedrīkst atšķirties no Pmax vērtības vairāk kā par 10%.