محاسبات هیدرولیک خطوط لوله ساده و پیچیده محاسبه هیدرولیک خطوط لوله

5 محاسبه هیدرولیک خطوط لوله

5.1 خط لوله ساده با مقطع ثابت

خط لوله نامیده می شود ساده،اگر شاخه نداشته باشد خطوط لوله ساده می توانند اتصالات را تشکیل دهند: سری، موازی یا منشعب. خطوط لوله می تواند باشد مجتمع،حاوی هر دو اتصال یا انشعابات سریال و موازی.

مایع از طریق یک خط لوله حرکت می کند، زیرا انرژی آن در ابتدای خط لوله بیشتر از انتهای آن است. این تفاوت (تفاوت) در سطوح انرژی می تواند به یک طریق ایجاد شود: با عملکرد پمپ، به دلیل تفاوت در سطوح مایع یا فشار گاز. در مهندسی مکانیک، عمدتاً باید با خطوط لوله سر و کار داشت که حرکت سیال در آن به دلیل عملکرد یک پمپ ایجاد می شود.

هنگام محاسبه هیدرولیکی یک خط لوله، اغلب توسط آن تعیین می شود فشار مورد نیازاچمصرف - مقدار عددی برابر با ارتفاع پیزومتریک در بخش اولیه خط لوله. اگر فشار مورد نیاز داده شود، معمولاً به آن می گویند فشار موجوداچدیسپ در این مورد، محاسبه هیدرولیک می تواند میزان جریان را تعیین کند س مایع در خط لوله یا قطر آن د. مقدار قطر خط لوله از محدوده تعیین شده مطابق با GOST 16516-80 انتخاب می شود.

اجازه دهید یک خط لوله ساده با یک منطقه جریان ثابت، به طور دلخواه در فضا قرار گیرد (شکل 5.1، آ), طول کل دارد لو قطر د و حاوی تعدادی مقاومت هیدرولیکی محلی I و II است.

اجازه دهید معادله برنولی را برای معادله اولیه بنویسیم 1-1 و نهایی 2-2 بخش های این خط لوله، با فرض یکسان بودن ضرایب کوریولیس در این بخش ها (α 1 =α 2). پس از کاهش فشارهای سرعت به دست می آوریم

جایی که z 1 , z 2 - مختصات مراکز ثقل بخش اولیه و نهایی به ترتیب.

پ 1 , پ 2 - فشار در بخش های اولیه و نهایی خط لوله، به ترتیب؛

افت فشار کل در خط لوله

از این رو فشار مورد نیاز است

, (5.1)

همانطور که از فرمول بدست آمده مشاهده می شود، فشار مورد نیاز مجموع ارتفاع کل هندسی است Δz = z 2 – z 1 , که مایع هنگام حرکت در خط لوله به سمت آن بالا می رود، ارتفاع پیزومتریک در بخش نهایی خط لوله و میزان تلفات فشار هیدرولیکی که هنگام حرکت مایع در آن رخ می دهد.

در هیدرولیک، مرسوم است که فشار استاتیک یک خط لوله را به عنوان مجموع درک کنیم .

سپس، مجموع تلفات را به عنوان تابع توان نرخ جریان نشان می دهد س, ما گرفتیم

جایی که تی -مقدار بسته به رژیم جریان سیال در خط لوله؛

K مقاومت خط لوله است.

تحت شرایط جریان سیال آرام و مقاومت های موضعی خطی (طول معادل آنها آورده شده است له) زیان کل

جایی که لکالک = ل + لمعادله - طول خط لوله تخمینی.

بنابراین در حالت لامینار t = 1, .

در جریان سیال متلاطم

با جایگزینی متوسط سرعت سیال از طریق سرعت جریان در این فرمول، افت فشار کل را بدست می آوریم

. (5.3)

سپس در شرایط متلاطم ، و توان متر= 2. باید به خاطر داشت که در حالت کلی ضریب تلفات اصطکاک در طول طول نیز تابعی از سرعت جریان است. س.

با انجام همین کار در هر مورد خاص، پس از تبدیل‌ها و محاسبات جبری ساده، می‌توانید فرمولی را به دست آورید که وابستگی تحلیلی فشار مورد نیاز برای یک خط لوله ساده معین را به سرعت جریان در آن تعیین می‌کند. نمونه هایی از این وابستگی ها به صورت گرافیکی در شکل 5.1 نشان داده شده است. ب, V.

تجزیه و تحلیل فرمول های داده شده در بالا نشان می دهد که راه حل برای مشکل تعیین فشار مورد نیاز است اچمصرف در مصرف شناخته شده س مایعات در خط لوله و قطر آن د دشوار نیست، زیرا همیشه می توان رژیم جریان سیال در خط لوله را با مقایسه مقدار بحرانی ارزیابی کرد. Reبهپ= 2300 با مقدار واقعی آن که برای لوله های گرد با استفاده از فرمول قابل محاسبه است

پس از تعیین رژیم جریان، می توانید افت فشار و سپس فشار مورد نیاز را با استفاده از فرمول (5.2) محاسبه کنید.

اگر مقادیر س یا د ناشناخته هستند، بنابراین در بیشتر موارد ارزیابی رژیم جریان و بنابراین انتخاب منطقی فرمول هایی که تلفات فشار در خط لوله را تعیین می کنند دشوار است. در چنین شرایطی می توان از روش تقریب متوالی استفاده کرد که معمولاً به مقدار نسبتاً زیادی کار محاسباتی نیاز دارد یا از یک روش گرافیکی استفاده کرد که در کاربرد آن لازم است به اصطلاح مشخصه را ساخت. فشار مورد نیاز خط لوله

5.2. ساخت مشخصه فشار مورد نیاز یک خط لوله ساده

نمایش گرافیکی در مختصات N-س وابستگی تحلیلی (5.2) به دست آمده برای یک خط لوله معین در هیدرولیک نامیده می شود مشخصه فشار مورد نیازدر شکل 5.1، قبل از میلاد مسیحچندین ویژگی احتمالی فشار مورد نیاز ارائه شده است (خطی - برای شرایط جریان آرام و مقاومت های محلی خطی؛ منحنی - برای شرایط جریان آشفته یا وجود مقاومت های محلی درجه دوم در خط لوله).

همانطور که در نمودارها مشاهده می شود، مقدار فشار استاتیکی است نخیابان می تواند مثبت باشد (مایع تا ارتفاع مشخصی Δ عرضه می شود z یا فشار اضافی در قسمت نهایی وجود دارد پ 2) و منفی (زمانی که مایع به سمت پایین جریان می یابد یا زمانی که به داخل یک حفره با نادری حرکت می کند).

شیب مشخصات فشار مورد نیاز به مقاومت خط لوله بستگی دارد و با افزایش طول لوله و کاهش قطر آن افزایش می یابد و همچنین به تعداد و ویژگی های مقاومت هیدرولیکی محلی بستگی دارد. علاوه بر این، در یک رژیم جریان آرام، مقدار مورد نظر نیز متناسب با ویسکوزیته مایع است. نقطه تلاقی مشخصه فشار مورد نیاز با محور آبسیسا (نقطه آدر شکل 5.1، ب, V) جریان سیال در خط لوله را هنگام حرکت توسط گرانش تعیین می کند.

وابستگی های گرافیکی فشار مورد نیاز به طور گسترده ای برای تعیین جریان استفاده می شود س هنگام محاسبه خطوط لوله ساده و پیچیده. بنابراین، اجازه دهید روش ساخت چنین وابستگی را در نظر بگیریم (شکل 5.2، آ). از مراحل زیر تشکیل شده است.

مرحله 1.با استفاده از فرمول (5.4) مقدار جریان بحرانی را تعیین می کنیم س kr، مربوطه Reبهپ= 2300، و آن را روی محور هزینه (محور x) علامت گذاری کنید. بدیهی است، برای تمام هزینه های واقع در سمت چپ س kr، یک رژیم جریان آرام در خط لوله وجود خواهد داشت، و برای نرخ های جریان واقع در سمت راست س cr، - متلاطم.

مرحله 2.ما مقادیر فشار مورد نیاز را محاسبه می کنیم H 1و H 2با سرعت جریان در خط لوله برابر است س kr، بر این اساس با این فرض که N 1 -نتیجه محاسبه برای رژیم جریان آرام، و N 2 -وقتی متلاطم

مرحله 3.ما یک مشخصه از فشار مورد نیاز برای یک رژیم جریان آرام (برای نرخ جریان کمتر از سکر) . اگر مقاومت های محلی نصب شده در خط لوله وابستگی خطی تلفات به جریان داشته باشد، مشخصه فشار مورد نیاز شکل خطی دارد.

مرحله 4.ما مشخصه‌ای از فشار مورد نیاز برای یک رژیم جریان آشفته (برای نرخ‌های جریان بزرگ) می‌سازیم سبهپ). در همه موارد، یک مشخصه منحنی نزدیک به سهمی درجه دوم به دست می آید.

با داشتن مشخصه ای از فشار مورد نیاز برای یک خط لوله معین، بر اساس مقدار شناخته شده فشار موجود، امکان پذیر است. اچدیسپنرخ جریان مورد نیاز را پیدا کنید Qx (شکل 5.2 را ببینید، آ).

اگر نیاز به یافتن قطر داخلی خط لوله دارید د, سپس، چندین مقدار داده می شود د، لازم است وابستگی فشار مورد نیاز ساخته شود اچمصرفاز قطر د (شکل 5.2، ب). بعدی بر اساس مقدار N دیسپنزدیکترین قطر بزرگتر از محدوده استاندارد انتخاب می شود دخیابان .

در برخی موارد، در عمل، هنگام محاسبه سیستم های هیدرولیک، به جای مشخصه فشار مورد نیاز، از مشخصه خط لوله استفاده می شود. مشخصات خط لوله- این وابستگی کل تلفات فشار در خط لوله به نرخ جریان است. بیان تحلیلی این وابستگی شکل دارد

مقایسه فرمول های (5.5) و (5.2) به ما امکان می دهد نتیجه بگیریم که ویژگی های خط لوله با ویژگی های فشار مورد نیاز در غیاب فشار استاتیک متفاوت است. اچخیابان، و در اچخیابان = 0 این دو وابستگی منطبق هستند.

5.3 اتصالات خطوط لوله ساده.

روش های محاسبه تحلیلی و گرافیکی

بیایید روش هایی را برای محاسبه اتصالات خطوط لوله ساده در نظر بگیریم.

بگذارید داشته باشیم اتصال سریالچندین خط لوله ساده ( 1 , 2 و 3 در شکل 5.3، آ) طول های مختلف، قطر های مختلف، با مجموعه های مختلف مقاومت های محلی. از آنجایی که این خطوط لوله به صورت سری به هم متصل می شوند، هر یک از آنها جریان سیال یکسانی دارند س. از دست دادن کل هد برای کل اتصال (بین نقاط مو ن) شامل تلفات فشار در هر خط لوله ساده ( , , ) یعنی برای اتصال سری، سیستم معادلات زیر معتبر است:

(5.6)

افت فشار در هر خط لوله ساده را می توان از طریق مقادیر نرخ جریان مربوطه تعیین کرد:

سیستم معادلات (5.6)، تکمیل شده توسط وابستگی (5.7)، مبنای محاسبه تحلیلی یک سیستم هیدرولیک با اتصال سری خطوط لوله است.

اگر از یک روش محاسبه گرافیکی استفاده شود، نیاز به ایجاد یک مشخصه خلاصه از اتصال وجود دارد.

در شکل 5.3، بروشی را برای به دست آوردن مشخصات خلاصه یک اتصال سریال نشان می دهد. برای این منظور از ویژگی های خطوط لوله ساده استفاده می شود 1 , 2 و 3

برای ساختن یک نقطه متعلق به مشخصه کل یک اتصال سری، مطابق با (5.6) لازم است که تلفات فشار در خطوط لوله اصلی با همان سرعت جریان جمع شود. برای این منظور، یک خط عمودی دلخواه بر روی نمودار رسم می شود (با سرعت جریان دلخواه س" ). در امتداد این عمودی، قطعات (افت فشار، و) به دست آمده از تقاطع قائم با مشخصات اولیه خطوط لوله خلاصه می شود. نکته ای که بدین ترتیب به دست آمد آمتعلق به خصوصیات خلاصه اتصال خواهد بود. در نتیجه، مشخصه کل یک اتصال سری چند خط لوله ساده با اضافه کردن مختصات نقاط مشخصه های اولیه در یک نرخ جریان معین به دست می آید.

موازیاتصال خطوط لوله ای که دارای دو نقطه مشترک (یک نقطه انشعاب و یک نقطه بسته) هستند نامیده می شود. نمونه ای از اتصال موازی سه خط لوله ساده در شکل 5.3 نشان داده شده است. V.بدیهی است که هزینه س سیال در سیستم هیدرولیک قبل از انشعاب (نقطه م)و پس از بسته شدن (نقطه ن) یکسان و برابر با میزان هزینه ها س 1 , س 2 و س 3 در شاخه های موازی

اگر فشارهای کل را در نقاط تعیین کنیم م و ناز طریق نم و H N, سپس برای هر خط لوله افت فشار برابر است با اختلاف این فشارها:

; ; ,

یعنی در خطوط لوله موازی افت فشار همیشه یکسان است. این با این واقعیت توضیح داده می شود که با چنین اتصالی، با وجود مقاومت هیدرولیکی متفاوت هر خط لوله ساده، هزینه های س 1 , س 2 و س 3 بین آنها توزیع می شود تا زیان ها برابر باقی بماند.

بنابراین، سیستم معادلات برای اتصال موازی شکل دارد

(5.8)

افت فشار در هر خط لوله موجود در اتصال را می توان با استفاده از فرمول های فرم (5.7) تعیین کرد. بنابراین، سیستم معادلات (5.8)، تکمیل شده با فرمول (5.7)، مبنایی برای محاسبه تحلیلی سیستم های هیدرولیک با اتصال موازی خطوط لوله است.

در شکل 5.3، جیروشی را برای به دست آوردن مشخصات خلاصه یک اتصال موازی نشان می دهد. برای این منظور از ویژگی های خطوط لوله ساده استفاده می شود 1 , 2 و 3 ، که بر اساس وابستگی ها (5.7) ساخته می شوند.

برای به دست آوردن یک نقطه متعلق به مشخصه کل یک اتصال موازی، مطابق با (5.8)، لازم است نرخ جریان در خطوط لوله اصلی با تلفات فشار یکسان جمع شود. برای این منظور یک خط افقی دلخواه بر روی نمودار رسم می شود (با ضرر دلخواه). در امتداد این خط افقی، بخش ها (هزینه ها) به صورت گرافیکی خلاصه می شوند س 1 , س 2 و س 3) از تقاطع خط افقی با مشخصات اولیه خطوط لوله به دست می آید. نکته ای که بدین ترتیب به دست آمد که درمتعلق به خصوصیات خلاصه اتصال است. در نتیجه، مشخصه کل یک اتصال موازی خطوط لوله با اضافه کردن ابسیساهای نقاط مشخصه اصلی برای تلفات داده شده به دست می آید.

با استفاده از یک روش مشابه، مشخصات خلاصه برای خطوط لوله منشعب ساخته شده است. اتصال شاخه ایمجموعه ای از چندین خط لوله است که دارای یک نقطه مشترک (محل انشعاب یا برخورد لوله ها) هستند.

اتصالات سری و موازی مورد بحث در بالا، به طور دقیق، به دسته خطوط لوله پیچیده تعلق دارند. با این حال، در هیدرولیک تحت خط لوله پیچیدهبه عنوان یک قاعده، آنها اتصال چندین خط لوله ساده را که به صورت سری و موازی به هم متصل شده اند درک می کنند.

در شکل 5.3، دنمونه ای از چنین خط لوله پیچیده ای متشکل از سه خط لوله ارائه شده است 1 , 2 و 3. خط لوله 1 به صورت سری نسبت به خطوط لوله متصل می شوند 2 و 3. خطوط لوله 2 و 3 را می توان موازی در نظر گرفت، زیرا آنها یک نقطه انشعاب مشترک دارند (نقطه م) و مایع را به همان مخزن هیدرولیک برسانید.

برای خطوط لوله پیچیده، محاسبات معمولاً به صورت گرافیکی انجام می شود. دنباله زیر توصیه می شود:

1) یک خط لوله پیچیده به تعدادی خط لوله ساده تقسیم می شود.

2) برای هر خط لوله ساده ویژگی های آن ساخته شده است.

3) با افزودن گرافیکی، ویژگی های یک خط لوله پیچیده به دست می آید.

در شکل 5.3، هتوالی ساختارهای گرافیکی را هنگام به دست آوردن مشخصه خلاصه () یک خط لوله پیچیده نشان می دهد. ابتدا مشخصات خطوط لوله بر اساس قانون اضافه کردن مشخصات خطوط لوله موازی جمع می شود و سپس مشخصه اتصال موازی با مشخصه طبق قانون اضافه کردن ویژگی های خطوط لوله سری متصل و مشخصه اضافه می شود. از کل خط لوله پیچیده به دست می آید.

داشتن یک نمودار ساخته شده به این شکل (شکل 5.3 را ببینید، ه) برای یک خط لوله پیچیده، می توانید به سادگی از یک نرخ جریان شناخته شده استفاده کنید س 1 با ورود به سیستم هیدرولیک، فشار مورد نیاز را تعیین کنید اچمصرف = برای کل خط لوله پیچیده، هزینه ها س 2 و س 3 در شاخه های موازی، و همچنین کاهش فشار، و در هر خط لوله ساده.

5.4 خط لوله تغذیه پمپ

همانطور که قبلا ذکر شد، روش اصلی تامین سیال در مهندسی مکانیک، تزریق اجباری آن توسط یک پمپ است. پمپدستگاه هیدرولیکی نامیده می شود که انرژی مکانیکی درایو را به انرژی جریان سیال عامل تبدیل می کند. در هیدرولیک خط لوله ای که حرکت سیال در آن توسط پمپ تضمین می شود نامیده می شود خط لوله با منبع پمپ(شکل 5.4، آ).

هدف از محاسبه خط لوله پمپ شده معمولاً تعیین فشار تولید شده توسط پمپ (سر پمپ) است. سر پمپ N n کل انرژی مکانیکی است که توسط پمپ به یک واحد وزن مایع منتقل می شود. بنابراین، برای تعیین ن n لازم است افزایش در کل انرژی ویژه مایع در هنگام عبور از پمپ تخمین زده شود، یعنی.

, (5.9)

جایی که N در,N بیرون -انرژی ویژه مایع در ورودی و خروجی پمپ به ترتیب.

بیایید عملکرد یک خط لوله باز با منبع پمپ را در نظر بگیریم (شکل 5.4 را ببینید، آ). پمپ مایع را از مخزن پایین پمپ می کند آبا فشار بالای مایع پ 0 به یک تانک دیگر ب،که در آن فشار آر 3 . ارتفاع پمپ نسبت به سطح مایع پایین تر اچ 1 بالابر مکش نامیده می شود و خط لوله ای که مایع از طریق آن وارد پمپ می شود خط لوله مکش،یا خط مکش هیدرولیک. ارتفاع قسمت نهایی خط لوله یا سطح بالای مایع ن 2 ارتفاع تخلیه نامیده می شود و خط لوله ای که مایع از پمپ از طریق آن حرکت می کند فشار،یا خط تزریق هیدرولیک

اجازه دهید معادله برنولی را برای جریان سیال در خط لوله مکش بنویسیم، یعنی. برای بخش ها 0-0 و 1-1 :

, (5.10)

افت فشار در خط لوله مکش کجاست.

معادله (5.10) معادله اصلی برای محاسبه خطوط لوله مکش است. فشار پ 0 معمولاً محدود (معمولاً فشار اتمسفر). بنابراین هدف از محاسبه خط لوله مکش معمولاً تعیین فشار جلوی پمپ است. باید بیشتر از فشار بخار اشباع مایع باشد. این برای جلوگیری از ایجاد حفره در ورودی پمپ ضروری است. از معادله (5.10) می توانید انرژی ویژه مایع را در ورودی پمپ بیابید:

. (5.11)

اجازه دهید معادله برنولی را برای جریان سیال در یک خط لوله تحت فشار بنویسیم، یعنی برای مقاطع 2-2 و 3-3:

, (5.12)

افت فشار در خط لوله فشار کجاست.

سمت چپ این معادله نشان دهنده انرژی ویژه سیال خروجی از پمپ است اچبیرون. جایگزینی سمت راست وابستگی ها (5.11) به (5.9) برای اچورودیو (5.12) برای اچبیرون، ما گرفتیم

همانطور که از رابطه (5.13)، فشار پمپ آمده است اچ n تضمین می کند که مایع تا یک ارتفاع بالا می رود (H 1+اچ 2) افزایش فشار از آر 0 قبل از پ 3 و صرف غلبه بر مقاومت در خطوط لوله مکش و فشار می شود.

اگر در سمت راست معادله (5.13) تعیین کنید اچخیابان و جایگزین کنید بر KQm ، سپس دریافت می کنیم اچn= Hcr + KQm.

بیایید آخرین عبارت را با فرمول (5.2) مقایسه کنیم که فشار لازم برای خط لوله را تعیین می کند. هویت کامل آنها آشکار است:

آن ها پمپ فشاری برابر با فشار مورد نیاز خط لوله ایجاد می کند.

معادله حاصل (5.14) به شما امکان می دهد فشار پمپ را به صورت تحلیلی تعیین کنید. با این حال، در بیشتر موارد، روش تحلیلی کاملاً پیچیده است، بنابراین روش گرافیکی برای محاسبه خط لوله با منبع پمپ گسترده شده است.

این روش شامل رسم مشترک بر روی یک نمودار خصوصیات فشار مورد نیاز خط لوله (یا مشخصات خط لوله) است. و مشخصات پمپ مشخصه پمپ به وابستگی فشار تولید شده توسط پمپ به دبی اشاره دارد. نقطه تلاقی این وابستگی ها نامیده می شود نقطه عملیاتیسیستم هیدرولیک و حاصل حل نموداری معادله (5.14) است.

در شکل 5.4، بنمونه ای از چنین راه حل های گرافیکی آورده شده است. اینجا نقطه A است و نقطه عملیاتی مورد نظر سیستم هیدرولیک وجود دارد. مختصات آن فشار را تعیین می کند اچ n توسط پمپ و دبی ایجاد می شود سn سیالی که از پمپ به سیستم هیدرولیک جریان می یابد.

اگر به دلایلی موقعیت نقطه عملیاتی روی نمودار مناسب طراح نباشد، می توان با تنظیم هر پارامتر خط لوله یا پمپ، این موقعیت را تغییر داد.

7.5. چکش آب در خط لوله

چکش آبیک فرآیند نوسانی است که در یک خط لوله زمانی رخ می دهد که تغییر ناگهانی در سرعت مایع وجود دارد، به عنوان مثال هنگامی که جریان به دلیل بسته شدن سریع یک شیر (شیر آب) متوقف می شود.

این فرآیند بسیار سریع است و با افزایش و کاهش شدید فشار متناوب مشخص می شود که می تواند منجر به تخریب سیستم هیدرولیک شود. این به دلیل این واقعیت است که انرژی جنبشی یک جریان متحرک، هنگامی که متوقف می شود، به کار روی کشش دیواره لوله ها و فشرده سازی مایع تبدیل می شود. بزرگترین خطر افزایش فشار اولیه است.

اجازه دهید مراحل شوک هیدرولیکی را که در هنگام مسدود شدن سریع جریان در خط لوله رخ می دهد، ردیابی کنیم (شکل 7.5).

اجازه دهید در انتهای لوله ای که مایع از طریق آن با سرعت حرکت می کند vq, شیر آب فورا بسته می شود آ.سپس (شکل 7.5 را ببینید، آ) سرعت برخورد ذرات مایع با شیر خاموش می شود و انرژی جنبشی آنها به کار تغییر شکل دیواره های لوله و مایع منتقل می شود. در این حالت دیواره های لوله کشیده شده و مایع فشرده می شود. فشار در مایع متوقف شده توسط Δ افزایش می یابد پضرب و شتم سایر ذرات در شیر به ذرات مهار شده مایع وارد می شوند و همچنین سرعت خود را از دست می دهند که منجر به ایجاد یک مقطع می شود. p-pبا سرعت c به سمت راست حرکت می کند، نامیده می شود سرعت موج شوک،خود منطقه انتقال (بخش p-p)،که در آن فشار به مقدار Δ تغییر می کند پعود نامیده می شود موج ضربه ای

هنگامی که موج ضربه ای به مخزن می رسد، مایع متوقف می شود و در سراسر لوله فشرده می شود و دیواره های لوله کشیده می شود. افزایش فشار شوک Δ پشوک در کل لوله پخش می شود (شکل 7.5 را ببینید، ب).

اما این حالت تعادل نیست. تحت تأثیر افزایش فشار ( آر 0 + Δ پضربان) ذرات مایع از لوله به مخزن هجوم می‌آورند و این حرکت از قسمتی که مستقیماً مجاور مخزن است آغاز می‌شود. اکنون بخش p-pدر طول خط لوله در جهت مخالف - به سمت شیر - با همان سرعت حرکت می کند با، فشار را در مایع پشت سر می گذارد پ 0 (شکل 7.5 را ببینید، V).

دیواره های مایع و لوله به حالت اولیه مربوط به فشار باز می گردند پ 0 . کار تغییر شکل کاملاً به انرژی جنبشی تبدیل می شود و مایع موجود در لوله سرعت اولیه خود را به دست می آورد , اما در جهت مخالف هدایت می شود.

با این سرعت، "ستون مایع" (شکل 7.5 را ببینید، جی) تمایل دارد از شیر جدا شود و در نتیجه موج ضربه منفی ایجاد می شود (فشار مایع به همان مقدار Δ کاهش می یابد. پ ud). مرز بین دو حالت یک مایع جهت است از شیر به تانک با سرعت با، پشت دیواره های لوله فشرده و مایع منبسط شده باقی می ماند (شکل 7.5 را ببینید، د). انرژی جنبشی مایع دوباره به کار تغییر شکل تبدیل می شود، اما با علامت مخالف.

وضعیت مایع در لوله در لحظه ورود موج ضربه منفی به مخزن در شکل 7.5 نشان داده شده است. ه.مانند مورد نشان داده شده در شکل 7.5، ب, در حالت تعادل نیست، زیرا مایع در لوله تحت فشار است ( آر 0 + Δ پضرب و شتم)، کمتر از تانک. در شکل 7.5، وروند یکسان سازی فشار در لوله و مخزن را نشان می دهد که با وقوع حرکت سیال با سرعت همراه است .

بدیهی است که به محض اینکه موج ضربه ای منعکس شده از مخزن به شیر آب می رسد، وضعیتی ایجاد می شود که قبلاً هنگام بسته شدن شیر رخ داده است. کل چرخه چکش آب تکرار می شود.

مطالعات تئوری و تجربی شوک هیدرولیکی در لوله ها برای اولین بار توسط N.E. Zhukovsky انجام شد. در آزمایشات او، تا 12 چرخه کامل با کاهش تدریجی Δ ثبت شد پضرب و شتم در نتیجه تحقیق، N.E. ژوکوفسکی وابستگی های تحلیلی به دست آورد که تخمین فشار شوک Δ را ممکن می کند. پضرب و شتم یکی از این فرمول ها، به نام N.E. Zhukovsky، دارای فرم است

سرعت انتشار موج شوک کجاست بابا فرمول تعیین می شود

جایی که به -مدول حجمی کشش مایع؛ E -مدول الاستیسیته مواد دیواره خط لوله؛ دو δ به ترتیب قطر داخلی و ضخامت دیواره خط لوله هستند.

فرمول (7.14) برای چکش مستقیم آب معتبر است، زمانی که زمان قطع جریان t بسته شده کمتر از فاز چکش آبی باشد. تی 0:

جایی که ل- طول لوله

فاز چکش آبی تی 0 زمانی است که در طی آن موج ضربه ای از شیر آب به مخزن حرکت می کند و به عقب باز می گردد. در تیبسته > تی 0 فشار ضربه کمتر است و چنین چکش آبی نامیده می شود غیر مستقیم

در صورت لزوم، می توانید از روش های شناخته شده "کاهش" چکش آب استفاده کنید. موثرترین آنها افزایش زمان پاسخ دهی شیرها یا سایر وسایلی است که جریان مایع را قطع می کنند. اثر مشابهی با نصب باتری های هیدرولیک یا شیرهای ایمنی در مقابل دستگاه هایی که جریان سیال را مسدود می کنند به دست می آید. کاهش سرعت حرکت سیال در خط لوله با افزایش قطر داخلی لوله ها در دبی معین و کاهش طول خطوط لوله (کاهش فاز شوک هیدرولیکی) نیز به کاهش فشار ضربه کمک می کند.

حرکت مایع در یک خط لوله با تفاوت بین دو فشار تعیین می شود: فشار قبل از ورود به خط لوله و فشار در خروجی از آن. اما اگر صفحه مرجع با سطح آزاد مایع در یک پیزومتر متصل به بخش خروجی ترکیب شود، انرژی پتانسیل ویژه بخش خروجی نسبت به صفحه مقایسه برابر با صفر خواهد بود. در اکثر مسائل عملی، انرژی جنبشی در بخش خروجی یا بسیار کم است یا برای محاسبه جالب نیست. بنابراین، کمیت اصلی که حرکت مایع را در یک خط لوله تعیین می کند، فشار در قسمت اولیه نسبت به سطح مایع در پیزومتر متصل به بخش خروجی است. این فشار نامیده می شود فشار طراحیخط لوله

مقدار فشار طراحی را می توان به صورت زیر تخمین زد. به طور کلی، تفاوت بین انرژی های مقطع ورودی و خروجی

به طور معمول، مایع از مخزن یا مخزنی با ابعاد بزرگی وارد خط لوله می شود که سرعت قبل از ورود را می توان ناچیز در نظر گرفت. انرژی جنبشی در خروجی، همانطور که قبلا ذکر شد، نیز می تواند نادیده گرفته شود. علاوه بر این، اگر هر دو بخش با جو ارتباط برقرار کنند (همانطور که معمولاً اتفاق می افتد)، پس . سپس

یعنی در این حالت ساده فشار طراحی اختلاف ارتفاعات هندسی مراکز ثقل قسمت ورودی و خروجی خط لوله است.

اجازه دهید ابتدا طرح محاسبه را در نظر بگیریم سادهخط لوله، یعنی خط لوله ای که انشعاب ندارد. چنین خط لوله ای می تواند آب را از یک مخزن تحت فشار به مخزن دیگر یا از یک کانال (مخزن) به نقطه ای برساند که آب منبع آب مستقیماً به جو جریان می یابد.

طول لوله لو قطر دمی تواند افقی یا مایل باشد، جریان از طریق آن جریان می یابد س(شکل 6.1).

بیایید معادله برنولی را برای دو بخش ایجاد کنیم: یکی از آنها 1 –1 منطبق با سطح آزاد آب در مخزن، دیگر 2 –2 از خروجی خط لوله عبور می کند. صفحه مقایسه 0-0 را از وسط قسمت خروجی لوله می کشیم. معادله برنولی به صورت زیر نوشته خواهد شد

صفحه مقایسه از طریق مرکز بخش خروجی کشیده می شود، یعنی z 1 = اچ, z 2 = 0. فشار در هر دو بخش برابر با اتمسفر است: . بنابراین سطح مایع در مخزن ثابت می ماند.

برای خطوط لوله طولانی، انرژی جنبشی مایع در بخش خروجی در مقایسه با مقدار تلفات، همیشه بسیار ناچیز است؛ مانند تلفات موضعی می توان از آن صرف نظر کرد. با در نظر گرفتن همه اینها، از معادله برنولی به دست می آوریم

(6.1)

این نسبت به این معنی است که تقریباً تمام فشار موجود صرف غلبه بر مقاومت اصطکاک در طول خط لوله می شود. برای یافتن مقدار فشار مورد نیاز، باید اتلاف انرژی در طول خط لوله را محاسبه کنید. محاسبه خطوط لوله طولانی بر اساس این موقعیت است.

تلفات توزیع شده در طول خط لوله را می توان با استفاده از فرمول (5.2) محاسبه کرد - فرمول Weisbach-Darcy:

سرعت حرکت سیال از طریق یک خط لوله در یک رژیم جریان آشفته کاملاً توسعه یافته، یعنی در مورد مقاومت درجه دوم، با فرمول (4.7) تعیین می شود - فرمول Chezy:

سپس جریان سیال به صورت تعیین می شود

کمپلکس میزان جریان سیالی که لوله مورد نظر می تواند با شیب هیدرولیکی برابر با یک عبور دهد را بیان می کند. این مقدار نامیده می شود ماژول جریانلوله های. یادآوری عبارت برای شیب هیدرولیک مندر جریان ثابت

و با استفاده از تعیین ماژول جریان، می توانیم فرمولی مربوط به تلفات انرژی و جریان سیال را بدست آوریم:

(6.2)

مدول جریان لوله به قطر و درجه زبری آن مربوط می شود. با استفاده از فرمول منینگ (4.9) برای ضریب سی، و با در نظر گرفتن مقدار شعاع هیدرولیک برای لوله های گرد می توانیم بنویسیم

برای لوله های تولید صنعتی با قطرهای استاندارد (محدوده)، مقادیر مدول جریان کمحاسبه و در کتب مرجع هیدرولیک وارد شده است.

بنابراین، فرمول های اساسی برای هر سه نوع مشکل ناشی از محاسبه یک خط لوله ساده را می توان از فرمول (6.2) با در نظر گرفتن فرمول (6.1) به دست آورد، یعنی با استفاده از مقدار تلفات انرژی به عنوان فشار طراحی:

	,	(6.3)
	,	(6.4)
	.	(6.5)

روش انجام محاسبات برای مسائل نوع اول (تعیین فشار مورد نیاز) به شرح زیر است.

1. با استفاده از قطر لوله شناخته شده، سطح مقطع و سرعت جریان متوسط محاسبه می شود

2. عدد رینولدز محاسبه می شود

3. مطابق با مواد و شرایط (نو یا مستعمل) خط لوله، زبری آن با استفاده از جداول هیدرولیک تعیین می شود.

4. بر اساس عدد Re و زبری محاسبه شده از نمودارهای نیکورادزه، مشخص می شود که کدام مورد از مقاومت در طول طول رخ می دهد. این به شما امکان می دهد نوع فرمول محاسبه ضریب را انتخاب کنید سی.

5. مقدار ماژول جریان از جداول هیدرولیک محاسبه یا تعیین می شود ک.

6. با شناخته شده س, لو کفرمول (6.3) برای یافتن مقدار فشار استفاده می شود. اغلب ارزش در این راه یافت می شود اچکمی افزایش یابد (2-5٪) تا حاشیه ای برای ضررهای محلی حساب نشده فراهم کند.

در مسائل نوع دوم (تعیین جریان)، در ابتدا محاسبه سرعت، محاسبه عدد رینولدز و تعیین قانون مقاومت در طول لوله غیرممکن است. در مسائل نوع سوم (محاسبه قطرهای مورد نیاز)، مشخصات زبری اولیه خط لوله نیز ناشناخته است. چنین مشکلاتی با تقریب های متوالی حل می شوند که در آن محاسبات اولیه با تعیین مقادیر اولیه پارامترهای ناشناخته انجام می شود. پس از حصول نتیجه، مفروضات اولیه تصحیح و محاسبات تکرار می شود. هنگام استفاده از قابلیت های فناوری مدرن کامپیوتری، این روش ها مشکلات اساسی ایجاد نمی کنند.

اگر خطوط لوله با سرعت جریان بالا و زبری قابل توجهی در نظر گرفته شود، این به ما امکان می دهد با اطمینان وجود یک قانون مقاومت درجه دوم را فرض کنیم. سپس با استفاده از فرمول های Chezy، Pavlovsky یا Manning می توانید بدون انتخاب چنین مشکلاتی را حل کنید.

5 محاسبه هیدرولیک خطوط لوله

5.1 خط لوله ساده با مقطع ثابت

جایی که z 1 , z 2 - مختصات مراکز ثقل بخش اولیه و نهایی به ترتیب.

پ 1 , پ 2 - فشار در بخش های اولیه و نهایی خط لوله، به ترتیب؛

افت فشار کل در خط لوله

از این رو فشار مورد نیاز است

, (5.1)

در هیدرولیک، مرسوم است که فشار استاتیک یک خط لوله را به عنوان مجموع درک کنیم .

سپس، مجموع تلفات را به عنوان تابع توان نرخ جریان نشان می دهد س, ما گرفتیم

جایی که تی -مقدار بسته به رژیم جریان سیال در خط لوله؛

K مقاومت خط لوله است.

تحت شرایط جریان سیال آرام و مقاومت های موضعی خطی (طول معادل آنها آورده شده است له) زیان کل

جایی که لکالک = ل + لمعادله - طول خط لوله تخمینی.

بنابراین در حالت لامینار t = 1, .

در جریان سیال متلاطم

با جایگزینی متوسط سرعت سیال از طریق سرعت جریان در این فرمول، افت فشار کل را بدست می آوریم

. (5.3)

پس از تعیین رژیم جریان، می توانید افت فشار و سپس فشار مورد نیاز را با استفاده از فرمول (5.2) محاسبه کنید.

5.2. ساخت مشخصه فشار مورد نیاز یک خط لوله ساده

5.3 اتصالات خطوط لوله ساده.

روش های محاسبه تحلیلی و گرافیکی

بیایید روش هایی را برای محاسبه اتصالات خطوط لوله ساده در نظر بگیریم.

(5.6)

افت فشار در هر خط لوله ساده را می توان از طریق مقادیر نرخ جریان مربوطه تعیین کرد:

اگر از یک روش محاسبه گرافیکی استفاده شود، نیاز به ایجاد یک مشخصه خلاصه از اتصال وجود دارد.

; ; ,

بنابراین، سیستم معادلات برای اتصال موازی شکل دارد

(5.8)

برای خطوط لوله پیچیده، محاسبات معمولاً به صورت گرافیکی انجام می شود. دنباله زیر توصیه می شود:

1) یک خط لوله پیچیده به تعدادی خط لوله ساده تقسیم می شود.

2) برای هر خط لوله ساده ویژگی های آن ساخته شده است.

3) با افزودن گرافیکی، ویژگی های یک خط لوله پیچیده به دست می آید.

5.4 خط لوله تغذیه پمپ

, (5.9)

جایی که N در,N بیرون -انرژی ویژه مایع در ورودی و خروجی پمپ به ترتیب.

اجازه دهید معادله برنولی را برای جریان سیال در خط لوله مکش بنویسیم، یعنی. برای بخش ها 0-0 و 1-1 :

, (5.10)

افت فشار در خط لوله مکش کجاست.

. (5.11)

اجازه دهید معادله برنولی را برای جریان سیال در یک خط لوله تحت فشار بنویسیم، یعنی برای مقاطع 2-2 و 3-3:

, (5.12)

افت فشار در خط لوله فشار کجاست.

اگر در سمت راست معادله (5.13) تعیین کنید اچخیابان و جایگزین کنید بر KQm ، سپس دریافت می کنیم اچn= Hcr + KQm.

آن ها پمپ فشاری برابر با فشار مورد نیاز خط لوله ایجاد می کند.

7.5. چکش آب در خط لوله

اجازه دهید مراحل شوک هیدرولیکی را که در هنگام مسدود شدن سریع جریان در خط لوله رخ می دهد، ردیابی کنیم (شکل 7.5).

سرعت انتشار موج شوک کجاست بابا فرمول تعیین می شود

فرمول (7.14) برای چکش مستقیم آب معتبر است، زمانی که زمان قطع جریان t بسته شده کمتر از فاز چکش آبی باشد. تی 0:

جایی که ل- طول لوله

لوله های اتصال دستگاه های مختلف کارخانه های شیمیایی. با کمک آنها، مواد بین دستگاه های فردی منتقل می شوند. به طور معمول، چندین لوله مجزا برای ایجاد یک سیستم لوله کشی واحد به هم متصل می شوند.

خط لوله سیستمی از لوله های متصل به یکدیگر با استفاده از عناصر اتصال است که برای حمل مواد شیمیایی و سایر مواد استفاده می شود. در کارخانه های شیمیایی معمولا از خطوط لوله بسته برای جابجایی مواد استفاده می شود. اگر در مورد قسمت های بسته و ایزوله نصب صحبت می کنیم، آنها به سیستم لوله کشی یا شبکه نیز اشاره دارند.

یک سیستم خط لوله بسته ممکن است شامل موارد زیر باشد:

لوله های.
عناصر اتصال لوله
مهر و موم اتصال دو بخش جداشدنی خط لوله.

تمام عناصر فوق به طور جداگانه ساخته شده و سپس به یک سیستم خط لوله متصل می شوند. علاوه بر این، خطوط لوله را می توان به گرمایش و عایق های لازم ساخته شده از مواد مختلف مجهز کرد.

انتخاب اندازه لوله و مواد برای ساخت بر اساس الزامات فن آوری و طراحی در هر مورد خاص انجام می شود. اما برای استانداردسازی اندازه لوله ها، طبقه بندی و یکسان سازی آنها انجام شد. معیار اصلی فشار مجاز بود که لوله را می توان در آن کار کرد.

اندازه اسمی DN

قطر شرطی DN (قطر اسمی) پارامتری است که در سیستم های خط لوله به عنوان یک ویژگی مشخصه استفاده می شود که به کمک آن قطعات خط لوله مانند لوله ها، اتصالات، اتصالات و سایر موارد تنظیم می شوند.

قطر اسمی یک مقدار بدون بعد است، اما از نظر عددی تقریباً برابر با قطر داخلی لوله است. نمونه ای از تعیین قطر اسمی: DN 125.

همچنین قطر اسمی روی نقشه ها مشخص نشده و جایگزین قطر واقعی لوله ها نمی شود. تقریباً با قطر شفاف قسمت های خاصی از خط لوله مطابقت دارد (شکل 1.1). اگر در مورد مقادیر عددی انتقال های شرطی صحبت کنیم، آنها به گونه ای انتخاب می شوند که هنگام حرکت از یک گذر شرطی به گذرگاه دیگر، توان عملیاتی خط لوله در محدوده 60 تا 100٪ افزایش می یابد.

قطر اسمی مشترک:

3, 4, 5, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000.

ابعاد این معابر اسمی با این انتظار تنظیم شده است که برای اتصال قطعات به یکدیگر مشکلی پیش نیاید. تعیین قطر اسمی بر اساس مقدار قطر داخلی خط لوله است؛ مقدار قطر اسمی که نزدیک ترین قطر به قطر شفاف لوله است انتخاب می شود.

فشار اسمی PN

فشار اسمی PN مقداری است مربوط به حداکثر فشار محیط پمپ شده در 20 درجه سانتیگراد، که در آن عملیات طولانی مدت یک خط لوله با ابعاد مشخص امکان پذیر است.

فشار اسمی یک مقدار بدون بعد است.

مانند قطر اسمی، فشار اسمی بر اساس تجربه عملیاتی و تجربه انباشته کالیبره شد (جدول 1.1).

فشار اسمی برای یک خط لوله خاص بر اساس فشار واقعی ایجاد شده در آن، با انتخاب نزدیکترین مقدار بالاتر انتخاب می شود. در این حالت، اتصالات و اتصالات در این خط لوله نیز باید با همان سطح فشار مطابقت داشته باشند. ضخامت دیواره های لوله بر اساس فشار اسمی محاسبه می شود و باید از عملکرد لوله در یک مقدار فشار برابر با فشار اسمی اطمینان حاصل کند (جدول 1.1).

فشار کاری اضافی مجاز p e,zul

فشار اسمی فقط برای دمای عملیاتی 20 درجه سانتیگراد استفاده می شود. با افزایش دما، ظرفیت بارگذاری لوله کاهش می یابد. در همان زمان، فشار اضافی مجاز نیز به همین ترتیب کاهش می یابد. مقدار p e,zul حداکثر فشار اضافی را که می تواند در سیستم خط لوله در هنگام افزایش دمای عملیاتی باشد نشان می دهد (شکل 1.2).

مواد خط لوله

هنگام انتخاب موادی که برای ساخت خطوط لوله استفاده می شود، شاخص هایی مانند ویژگی های محیطی که از طریق خط لوله منتقل می شود و فشار عملیاتی مورد انتظار در این سیستم در نظر گرفته می شود. همچنین در نظر گرفتن احتمال اثرات خورنده از محیط پمپ شده بر روی مواد دیواره لوله قابل توجه است.

تقریبا تمام سیستم های لوله کشی و کارخانه های شیمیایی از فولاد ساخته می شوند. برای استفاده عمومی در غیاب بارهای مکانیکی بالا و اثرات خورنده، از چدن خاکستری یا فولادهای ساختاری بدون آلیاژ برای ساخت خطوط لوله استفاده می شود.

در مورد فشارهای عملیاتی بالاتر و عدم وجود بارهای خورنده، از یک خط لوله ساخته شده از فولاد سکوریت شده یا با استفاده از فولاد ریخته گری استفاده می شود.

اگر اثر خورندگی محیط زیاد باشد یا تقاضاهای زیادی بر خلوص محصول اعمال شود، خط لوله از فولاد ضد زنگ ساخته شده است.

اگر خط لوله باید در برابر آب دریا مقاوم باشد، از آلیاژهای مس-نیکل برای ساخت آن استفاده می شود. از آلیاژهای آلومینیوم و فلزاتی مانند تانتالیوم یا زیرکونیوم نیز می توان استفاده کرد.

انواع مختلفی از پلاستیک ها به دلیل مقاومت در برابر خوردگی بالا، وزن کم و سهولت پردازش، به طور فزاینده ای به عنوان مواد خط لوله رایج می شوند. این ماده برای خطوط لوله فاضلاب مناسب است.

اتصالات خط لوله

لوله های ساخته شده از مواد پلاستیکی مناسب برای جوشکاری در محل نصب مونتاژ می شوند. چنین موادی عبارتند از فولاد، آلومینیوم، ترموپلاستیک، مس، و غیره. برای اتصال بخش های مستقیم لوله ها، از عناصر شکل خاص ساخته شده استفاده می شود، به عنوان مثال، زانویی، خم، دریچه ها و کاهش قطر (شکل 1.3). این اتصالات می توانند بخشی از هر خط لوله باشند.

اتصالات لوله

اتصالات ویژه برای نصب قطعات جداگانه خط لوله و اتصالات استفاده می شود. همچنین برای اتصال اتصالات و دستگاه های لازم به خط لوله استفاده می شود.

اتصالات (شکل 1.4) بسته به موارد زیر انتخاب می شوند:

مواد مورد استفاده برای ساخت لوله و اتصالات. معیار اصلی انتخاب، امکان جوشکاری است.
شرایط عملیاتی: فشار کم یا زیاد، و همچنین دمای پایین یا بالا.
الزامات تولید که برای سیستم خط لوله اعمال می شود.
وجود اتصالات جداشدنی یا دائمی در سیستم خط لوله.

برنج. 1.4 انواع اتصالات لوله

انبساط خطی لوله ها و تجهیزات آن

شکل هندسی اجسام را می توان هم با زور روی آنها و هم با تغییر دمای آنها تغییر داد. این پدیده های فیزیکی منجر به این واقعیت می شود که خط لوله که در حالت بدون بار و بدون قرار گرفتن در معرض دما نصب می شود، در حین کار تحت فشار یا قرار گرفتن در معرض دما دچار انبساط یا انقباض خطی می شود که بر عملکرد آن تأثیر منفی می گذارد.

هنگامی که جبران انبساط امکان پذیر نباشد، تغییر شکل سیستم خط لوله رخ می دهد. در این حالت ممکن است آسیب به آب بندی فلنج ها و مکان هایی که لوله ها به یکدیگر متصل می شوند رخ دهد.

انبساط خطی حرارتی

هنگام قرار دادن خطوط لوله، مهم است که تغییر احتمالی طول را در نتیجه افزایش دما یا به اصطلاح انبساط خطی حرارتی، که ΔL نشان می‌دهند، در نظر بگیرید. این مقدار به طول لوله که L o تعیین شده و اختلاف دما Δϑ =ϑ2-ϑ1 بستگی دارد (شکل 1.5).

در فرمول فوق، a ضریب انبساط خطی حرارتی یک ماده معین است. این نشانگر برابر با انبساط خطی یک لوله به طول 1 متر با افزایش دمای 1 درجه سانتی گراد است.

عناصر جبران انبساط لوله

لوله خم می شود

به لطف خم های خاصی که به خط لوله جوش داده می شود، می توان انبساط خطی طبیعی لوله ها را جبران کرد. برای این منظور از خم های U شکل، Z شکل و گوشه و همچنین جبران کننده های لیر استفاده می شود (شکل 1.6).

برنج. 1.6 جبران خمیدگی لوله

آنها انبساط خطی لوله ها را به دلیل تغییر شکل خود درک می کنند. با این حال، این روش تنها با محدودیت های خاصی امکان پذیر است. خطوط لوله فشار قوی از زانوها در زوایای مختلف برای انبساط استفاده می کنند. با توجه به فشاری که در این گونه خم ها اعمال می شود، افزایش خوردگی امکان پذیر است.

اتصالات انبساط لوله راه راه

این دستگاه از یک لوله موجدار فلزی جدار نازک تشکیل شده است که به آن دم می گویند و در جهت خط لوله کشیده می شود (شکل 1.7).

این دستگاه ها در خط لوله نصب می شوند. پیش بارگذاری به عنوان یک جبران کننده انبساط ویژه استفاده می شود.

اگر در مورد اتصالات انبساط محوری صحبت کنیم، آنها فقط قادر به جبران انبساط های خطی هستند که در امتداد محور لوله رخ می دهد. برای جلوگیری از حرکت جانبی و آلودگی داخلی، از حلقه راهنمای داخلی استفاده می شود. به منظور محافظت از خط لوله از آسیب خارجی، به عنوان یک قاعده، از یک پوشش مخصوص استفاده می شود. درزهای انبساط که حاوی حلقه راهنمای داخلی نیستند، حرکت جانبی و همچنین ارتعاشات ناشی از پمپ ها را جذب می کنند.

عایق لوله

اگر یک محیط با دمای بالا از طریق خط لوله حرکت کند، باید عایق بندی شود تا از اتلاف گرما جلوگیری شود. هنگامی که یک محیط با دمای پایین از طریق یک خط لوله حرکت می کند، از عایق برای جلوگیری از گرم شدن آن توسط محیط خارجی استفاده می شود. عایق کاری در چنین مواردی با استفاده از مواد عایق مخصوصی که در اطراف لوله ها قرار می گیرد انجام می شود.

معمولاً از مواد زیر استفاده می شود:

در دماهای پایین تا 100 درجه سانتیگراد از فوم های سفت و سخت مانند پلی استایرن یا پلی اورتان استفاده می شود.
در دمای متوسط حدود 600 درجه سانتیگراد، از روکش های شکل دار یا الیاف معدنی مانند پشم سنگ یا نمد شیشه ای استفاده می شود.
در دماهای بالا در حدود 1200 درجه سانتیگراد - فیبر سرامیکی، به عنوان مثال، آلومینا.

لوله هایی با قطر اسمی کمتر از DN 80 و ضخامت لایه عایق کمتر از 50 میلی متر معمولاً با استفاده از اتصالات عایق عایق بندی می شوند. برای انجام این کار، دو پوسته در اطراف لوله قرار داده می شود و با نوار فلزی محکم می شود و سپس با یک پوشش حلبی پوشانده می شود (شکل 1.8).

خطوط لوله ای که قطر اسمی آنها بیشتر از DN 80 است باید به عایق حرارتی با قاب پایین تر مجهز شوند (شکل 1.9). این قاب از حلقه های گیره، جداکننده و روکش فلزی ساخته شده از فولاد ملایم گالوانیزه یا ورق فولادی ضد زنگ تشکیل شده است. فضای بین خط لوله و پوشش فلزی با مواد عایق پر شده است.

ضخامت عایق با تعیین هزینه های ساخت آن و همچنین تلفات ناشی از اتلاف حرارت محاسبه می شود و از 50 تا 250 میلی متر متغیر است.

عایق حرارتی باید در تمام طول سیستم خط لوله، از جمله مناطق خم و زانو اعمال شود. بسیار مهم است که اطمینان حاصل شود که هیچ ناحیه محافظت نشده ای وجود ندارد که باعث از دست دادن گرما شود. اتصالات و اتصالات فلنج باید به عناصر عایق شکل مجهز شوند (شکل 1.10). این امکان دسترسی بدون مانع به نقطه اتصال را بدون نیاز به حذف مواد عایق از کل سیستم لوله کشی در صورت نشتی فراهم می کند.

اگر عایق بندی سیستم خط لوله به درستی انتخاب شود، بسیاری از مشکلات حل می شود، مانند:

جلوگیری از افت شدید دما در محیط جاری و در نتیجه صرفه جویی در مصرف انرژی.
جلوگیری از کاهش دما در سیستم های خط لوله گاز به زیر نقطه شبنم. بنابراین، می توان تشکیل تراکم را از بین برد، که می تواند منجر به آسیب خوردگی قابل توجهی شود.
اجتناب از چگالش در خطوط بخار.

خطوط لوله به کوتاه و بلند تقسیم می شوند. اگر مجموع تلفات در مقاومت های موضعی کمتر از 5 درصد کل تلفات باشد، چنین خط لوله ای طولانی در نظر گرفته می شود.(∑h< 5%). Если суммарные потери в местных сопротивлениях больше 5% от суммарных потерь – короткий трубопровод. По способам гидравлического расчета трубопроводы делятся на простые и сложные. Простым называется трубопровод, состоящий из одной линии труб постоянного или переменного сечения без ответвлений. Отличительной особенностью простого трубопровода является постоянство расхода в любом сечении по всей длине. Сложными называются трубопроводы, содержащие какие-либо ответвления (параллельное соединение труб или разветвление). Всякий сложный трубопровод можно рассматривать как совокупность нескольких простых трубопроводов, соединенных между собой параллельно или последовательно. Поэтому в основе расчета любого трубопровода лежит задача о расчете простого трубопровода.

حرکت مایع در خطوط لوله تحت فشار به دلیل این واقعیت است که انرژی (فشار) آن در ابتدای خط لوله بیشتر از انتهای آن است. این تفاوت در سطوح انرژی به طرق مختلف ایجاد می شود: با عملکرد پمپ، به دلیل اختلاف سطح مایع، فشار گاز و غیره.

خط لوله ساده با مقطع ثابت

روابط محاسباتی اصلی برای یک خط لوله ساده عبارتند از: معادله برنولی، معادله جریان Q = const و فرمول های محاسبه تلفات فشار اصطکاک در طول لوله و در مقاومت های محلی.

هنگام اعمال معادله برنولی برای یک محاسبه خاص، می توانید توصیه های زیر را در نظر بگیرید. ابتدا باید دو بخش طراحی و یک صفحه مقایسه را در شکل تعریف کنید. توصیه می شود به عنوان بخش های زیر در نظر گرفته شود:

سطح آزاد مایع در مخزن، که در آن سرعت صفر است، یعنی. V = 0;

جریان به اتمسفر خارج می شود، جایی که فشار در سطح مقطع جت برابر با فشار محیط است، یعنی. p a6c = p atm یا p from6 = 0;

قسمتی که فشار در آن تنظیم شده است (یا باید تعیین شود) (خوانش فشار سنج یا گیج خلاء).

بخش زیر پیستون که در آن فشار اضافی توسط بار خارجی تعیین می شود.

رسم صفحه مقایسه از طریق مرکز ثقل یکی از بخش های طراحی که معمولاً در زیر قرار دارد راحت است (در این صورت ارتفاع هندسی بخش ها 0 است).

اجازه دهید یک خط لوله ساده با مقطع ثابت به طور دلخواه در فضا قرار گیرد (شکل 1)، طول کل l و قطر d داشته باشد و دارای تعدادی مقاومت موضعی باشد. در مقطع اولیه (1-1) ارتفاع هندسی z 1 و فشار اضافی p 1 و در قسمت پایانی (2-2) به ترتیب z 2 و p 2 است. با توجه به ثابت بودن قطر لوله، سرعت جریان در این مقاطع یکسان و برابر است. v.

معادله برنولی برای بخش های 1-1 و 2-2 با در نظر گرفتن
,
به نظر خواهد رسید:

مجموع ضرایب مقاومت محلی

برای راحتی محاسبات، مفهوم فشار طراحی را معرفی می کنیم

٭٭

محاسبه هیدرولیک یک خط لوله کامپوزیت ساده

,
,

محاسبات خطوط لوله ساده به سه وظیفه معمولی تقسیم می شود: تعیین فشار (یا فشار)، سرعت جریان و قطر خط لوله. در مرحله بعد، ما یک تکنیک برای حل این مشکلات برای یک خط لوله ساده با مقطع ثابت در نظر می گیریم.

مشکل 1. داده شده: ابعاد خط لوله و ناهمواری دیوارهایش ، خواص مایع
، جریان سیال Q.

فشار مورد نیاز H (یکی از کمیت های تشکیل دهنده فشار) را تعیین کنید.

راه حل. معادله برنولی برای جریان یک سیستم هیدرولیک معین تدوین شده است. بخش های کنترل اختصاص داده شده است. انتخاب یک هواپیمای مرجع ز(0.0) ، شرایط اولیه مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. معادله برنولی با در نظر گرفتن شرایط اولیه تدوین شده است. از معادله برنولی یک فرمول محاسباتی از نوع ٭ بدست می آوریم. معادله با توجه به H حل می شود. عدد Reynolds Re تعیین می شود و حالت حرکت تعیین می شود. مقدار پیدا می شود بسته به حالت رانندگی H و مقدار مورد نظر محاسبه می شود.

وظیفه 2.داده شده: ابعاد خط لوله و ، ناهمواری دیوارهای آن ، خواص مایع
، فشار N. نرخ جریان Q را تعیین کنید.

راه حل.معادله برنولی با در نظر گرفتن توصیه‌هایی که قبلاً داده شده است، تدوین شده است. معادله نسبت به مقدار مورد نظر Q حل می شود. فرمول حاصل حاوی یک ضریب مجهول است بسته به Re. موقعیت مکانی مستقیم در شرایط این مشکل دشوار است، زیرا زمانی که Q ناشناخته است، نمی توان Re را از قبل تعیین کرد. بنابراین، حل بیشتر مسئله با روش تقریب های متوالی انجام می شود.

تقریب: R e → ∞

، تعريف كردن

تقریب دوم:

، ما پیدا می کنیم λ II (آر ه II , Δ اوه ) و تعیین کنید

خطای نسبی پیدا شد. اگر
، سپس راه حل به پایان می رسد (برای مشکلات آموزشی
). در غیر این صورت، راه حل در تقریب سوم انجام می شود.

وظیفه 3.با توجه به: ابعاد خطوط لوله (به جز قطر d)، ناهمواری دیواره های آن ، خواص مایع
, فشار H, جریان Q. قطر خط لوله را تعیین کنید.

راه حل. هنگام حل این مشکل، مشکلاتی در تعیین مستقیم ارزش ایجاد می شود ، مشابه مشکل نوع دوم است. بنابراین، توصیه می شود که حل را با استفاده از روش گرافیکی- تحلیلی انجام دهید. مقادیر قطر چندگانه مشخص شده است
.برای هر مقدار فشار مربوطه H برای یک دبی داده شده Q یافت می شود (مسئله نوع اول n بار حل می شود). بر اساس نتایج محاسبات، یک نمودار ساخته می شود
. از نمودار، قطر مورد نیاز d، مربوط به مقدار فشار داده شده H تعیین می شود.