Paprastų ir sudėtingų vamzdynų hidrauliniai skaičiavimai. Hidraulinis vamzdynų skaičiavimas

5 HIDRAULINIS VAMZDYNŲ SKAIČIAVIMAS

5.1 Paprastas pastovaus skerspjūvio vamzdynas

Dujotiekis vadinamas paprastas, jei neturi šakų. Paprasti vamzdynai gali sudaryti jungtis: serijinius, lygiagrečius arba šakotus. Vamzdynai gali būti kompleksas, kuriuose yra ir nuoseklių, ir lygiagrečių jungčių arba šakų.

Skystis juda vamzdynu dėl to, kad jo energija dujotiekio pradžioje yra didesnė nei pabaigoje. Šis energijos lygių skirtumas (skirtumas) gali susidaryti vienaip ar kitaip: veikiant siurbliui, dėl skysčio lygių skirtumo arba dėl dujų slėgio. Mechaninėje inžinerijoje daugiausia tenka susidurti su vamzdynais, kuriuose skysčio judėjimą sukelia siurblio veikimas.

Hidrauliškai skaičiuojant dujotiekį dažniausiai nustatoma pagal jo reikalingas slėgisH suvartojimas - vertė, skaitinė lygi pjezometriniam aukščiui pradinėje dujotiekio atkarpoje. Jei reikalingas slėgis yra duotas, tada paprastai vadinamas turimas slėgisH disp. Šiuo atveju hidraulinis skaičiavimas gali nustatyti srauto greitį K skystis vamzdyne arba jo skersmuo d. Dujotiekio skersmens vertė parenkama iš nustatyto diapazono pagal GOST 16516-80.

Tegul paprastas vamzdynas su pastovaus srauto plotu, savavališkai išdėstytas erdvėje (5.1 pav., A), turi bendrą ilgį l ir skersmuo d ir turi keletą vietinių hidraulinių varžų I ir II.

Parašykime Bernulio lygtį inicialai 1-1 ir galutinis 2-2 šio dujotiekio atkarpų, darant prielaidą, kad Koriolio koeficientai šiose atkarpose yra vienodi (α 1 =α 2). Sumažinus greičio slėgius gauname

Kur z 1 , z 2 - pradinės ir galutinės atkarpų svorio centrų koordinatės atitinkamai;

p 1 , p 2 - slėgis atitinkamai pradinėje ir paskutinėje dujotiekio dalyse;

Bendras slėgio nuostolis vamzdyne.

Taigi reikalingas slėgis

, (5.1)

Kaip matyti iš gautos formulės, reikalingas slėgis yra viso geometrinio aukščio suma Δz = z 2 – z 1 , į kurią pakyla skystis judėdamas vamzdynu, pjezometrinis aukštis galutinėje dujotiekio atkarpoje ir hidraulinio slėgio nuostolių dydis, atsirandantis skysčiui judant juo.

Hidraulikoje įprasta dujotiekio statinį slėgį suprasti kaip sumą .

Tada, vaizduojant bendrus nuostolius kaip srauto greičio galios funkciją K, mes gauname

Kur T - vertė, priklausanti nuo skysčio srauto režimo vamzdyne;

K yra dujotiekio varža.

Esant laminarinio skysčio srauto sąlygoms ir linijinėms vietinėms varžoms (nurodyti lygiaverčiai ilgiai l ekv) bendri nuostoliai

Kur l skaičiuoti = l + l eq – numatomas dujotiekio ilgis.

Todėl laminariniu režimu t = 1, .

Turbulentiniame skysčio sraute

Šioje formulėje pakeitę vidutinį skysčio greitį per srautą, gauname bendrą slėgio nuostolį

. (5.3)

Tada neramiomis sąlygomis , ir eksponentas m= 2. Reikia atsiminti, kad bendruoju atveju trinties nuostolių koeficientas išilgai ilgio taip pat yra srauto greičio funkcija K.

Darydami tą patį kiekvienu konkrečiu atveju, po paprastų algebrinių transformacijų ir skaičiavimų, galite gauti formulę, kuri nustato reikiamo slėgio analitinę priklausomybę tam tikram paprastam vamzdynui nuo srauto jame. Tokių priklausomybių pavyzdžiai grafine forma pateikti 5.1 pav. b, V.

Aukščiau pateiktų formulių analizė rodo, kad reikiamo slėgio nustatymo problemos sprendimas H suvartojimas esant žinomam suvartojimui K skysčiai vamzdyne ir jo skersmuo d nėra sunku, nes visada galima įvertinti skysčio srauto režimą vamzdyne lyginant kritinę vertę ReĮp= 2300 su faktine verte, kurią apvaliems vamzdžiams galima apskaičiuoti pagal formulę

Nustačius srauto režimą, pagal (5.2) formulę galite apskaičiuoti slėgio nuostolius, o tada reikiamą slėgį.

Jei vertybės K arba d yra nežinomi, tada daugeliu atvejų sunku įvertinti srauto režimą, todėl pagrįstai parinkti formules, kurios nustato slėgio nuostolius vamzdyne. Esant tokiai situacijai, galima rekomenduoti naudoti arba nuoseklųjį aproksimacijos metodą, kuris paprastai reikalauja gana didelio skaičiavimo darbo, arba grafinį metodą, kurį taikant būtina sukonstruoti vadinamąją reikalingas vamzdyno slėgis.

5.2. Paprasto vamzdyno reikiamo slėgio charakteristikos konstravimas

Grafinis vaizdavimas koordinatėmis N-K analitinė priklausomybė (5.2), gauta duotam dujotiekiui, vadinama hidraulika reikiamo slėgio charakteristika. 5.1 pav. b, c Pateikiamos kelios galimos reikalingo slėgio charakteristikos (linijinė – laminarinio srauto sąlygoms ir linijinėms vietinėms varžoms; kreivinė – turbulentinės srovės sąlygoms arba kvadratinėms vietinėms varžoms vamzdyne).

Kaip matyti iš grafikų, statinio slėgio reikšmė NŠv gali būti teigiamas (skystis tiekiamas iki tam tikro aukščio Δ z arba paskutinėje dalyje yra perteklinis slėgis p 2) ir neigiamas (kai skystis teka žemyn arba kai retėja į ertmę).

Reikalingo slėgio charakteristikų nuolydis priklauso nuo dujotiekio atsparumo ir didėja didėjant vamzdžio ilgiui ir mažėjant jo skersmeniui, taip pat priklauso nuo vietinio hidraulinio pasipriešinimo skaičiaus ir savybių. Be to, laminarinio srauto režimu nagrinėjamas kiekis taip pat yra proporcingas skysčio klampumui. Reikalingos slėgio charakteristikos susikirtimo taškas su abscisių ašimi (taškas A 5.1 paveiksle, b, V) nustato skysčio srautą vamzdyne judant gravitacijos būdu.

Srautui nustatyti plačiai naudojamos reikiamo slėgio grafinės priklausomybės K skaičiuojant tiek paprastus, tiek sudėtingus vamzdynus. Todėl panagrinėkime tokios priklausomybės konstravimo metodiką (5.2 pav. A). Jį sudaro šie etapai.

1 etapas. Naudodami (5.4) formulę nustatome kritinio srauto reikšmę K kr, atitinkantis ReĮp=2300, ir pažymėkite jį išlaidų ašyje (x ašyje). Akivaizdu, kad už visas išlaidas, esančias kairėje K kr, dujotiekyje bus laminarinio srauto režimas, o srautams, esantiems dešinėje K kr, - neramus.

2 etapas. Apskaičiuojame reikiamas slėgio vertes H 1 Ir H 2 esant srauto greičiui vamzdyne, lygiam K kr, atitinkamai darant prielaidą, kad N 1 - laminarinio srauto režimo skaičiavimo rezultatas ir N 2 - kai neramus.

3 etapas. Sudarome laminarinio srauto režimo reikalingo slėgio charakteristiką (kai srautas mažesnis nei K cr) . Jei dujotiekyje sumontuotos vietinės varžos turi tiesinę nuostolių priklausomybę nuo srauto, tai reikiamo slėgio charakteristika turi linijinę formą.

4-as etapas. Sukuriame reikalingo slėgio charakteristiką turbulentiniam srauto režimui (esant dideliems srautams KĮp). Visais atvejais gaunama kreivinė charakteristika, artima antrojo laipsnio parabolei.

Turint tam tikro vamzdyno reikiamo slėgio charakteristiką, tai įmanoma, remiantis žinoma turimo slėgio verte Hdisp. rasti reikiamą srautą Qx (žr. 5.2 pav., A).

Jei reikia rasti vidinį dujotiekio skersmenį d, tada, atsižvelgiant į kelias vertes d, būtina sukonstruoti reikiamo slėgio priklausomybę Hvartojimo nuo skersmens d (5.2 pav., b). Toliau pagal vertę N disp. parenkamas artimiausias didesnis skersmuo iš standartinio diapazono dŠv .

Kai kuriais atvejais praktiškai, skaičiuojant hidraulines sistemas, vietoj reikiamos slėgio charakteristikos naudojama dujotiekio charakteristika. Dujotiekio charakteristikos- tai bendrų slėgio nuostolių vamzdyne priklausomybė nuo debito. Šios priklausomybės analitinė išraiška turi formą

(5.5) ir (5.2) formulių palyginimas leidžia daryti išvadą, kad dujotiekio charakteristikos skiriasi nuo reikiamo slėgio charakteristikų, kai nėra statinio slėgio H st, ir at HŠv = 0 šios dvi priklausomybės sutampa.

5.3 Paprastų vamzdynų jungtys.

Analitiniai ir grafiniai skaičiavimo metodai

Panagrinėkime paprastų vamzdynų jungčių skaičiavimo metodus.

Leiskite mums serijinis ryšys keli paprasti vamzdynai ( 1 , 2 Ir 3 5.3 paveiksle, A) skirtingo ilgio, skirtingo skersmens, su skirtingais vietinių varžų rinkiniais. Kadangi šie vamzdynai yra sujungti nuosekliai, kiekvienas iš jų turi tą patį skysčio srautą K. Bendras galvos praradimas per visą jungtį (tarp taškų M Ir N) susideda iš slėgio nuostolių kiekviename paprastame vamzdyne ( , , ), t.y. nuosekliam sujungimui galioja ši lygčių sistema:

(5.6)

Slėgio nuostolius kiekviename paprastame vamzdyne galima nustatyti pagal atitinkamų srauto dydžių vertes:

Lygčių sistema (5.6), papildyta priklausomybėmis (5.7), yra hidraulinės sistemos su nuosekliu vamzdynų prijungimu analitinio skaičiavimo pagrindas.

Jei naudojamas grafinis skaičiavimo metodas, tada reikia sudaryti santraukos charakteristikas.

5.3 pav. b parodytas nuosekliojo ryšio suvestinių charakteristikų gavimo metodas. Šiuo tikslu naudojamos paprastų vamzdynų charakteristikos 1 , 2 Ir 3

Norint sukurti tašką, priklausantį bendrajai nuoseklaus jungties charakteristikai, pagal (5.6) reikia susumuoti slėgio nuostolius pradiniuose vamzdynuose esant tokiam pačiam srautui. Šiuo tikslu grafike nubrėžiama savavališka vertikali linija (savavališku srautu K" ). Išilgai šios vertikalės sumuojami segmentai (slėgio nuostoliai ir), gauti iš vertikalios sankirtos su pradinėmis dujotiekio charakteristikomis. Taip gautas taškas A priklausys apibendrintoms ryšio charakteristikoms. Vadinasi, bendra kelių paprastų vamzdynų nuoseklaus sujungimo charakteristika gaunama sudėjus pradinių charakteristikų taškų ordinates esant tam tikram srautui.

Lygiagretus vadinamas dujotiekių, turinčių du bendrus taškus (šakos ir uždarymo taškas), jungtimi. Lygiagrečios trijų paprastų vamzdynų sujungimo pavyzdys parodytas 5.3 pav. V. Aišku, išlaidos K skystis hidraulinėje sistemoje prieš išsišakojimą (taškas M) ir po uždarymo (taškas N) toks pat ir lygus išlaidų dydžiui K 1 , K 2 ir K 3 lygiagrečiose šakose.

Jei nurodysime bendrą slėgį taškuose M Ir N per NM Ir H N, tada kiekvieno dujotiekio slėgio nuostoliai yra lygūs šių slėgių skirtumui:

; ; ,

tai yra lygiagrečiuose vamzdynuose slėgio nuostoliai visada yra vienodi. Tai paaiškinama tuo, kad naudojant tokią jungtį, nepaisant skirtingo kiekvieno paprasto vamzdyno hidraulinio pasipriešinimo, išlaidos K 1 , K 2 Ir K 3 paskirstyti tarp jų taip, kad nuostoliai išliktų vienodi.

Taigi lygiagrečio ryšio lygčių sistema turi formą

(5.8)

Slėgio nuostolius kiekviename į jungtį įtrauktame vamzdyne galima nustatyti naudojant (5.7) formos formules. Taigi lygčių sistema (5.8), papildyta formulėmis (5.7), yra hidraulinių sistemų su lygiagrečiu vamzdynų prijungimu analitinio skaičiavimo pagrindas.

5.3 pav. G parodytas lygiagrečiojo ryšio suvestinių charakteristikų gavimo metodas. Šiuo tikslu naudojamos paprastų vamzdynų charakteristikos 1 , 2 Ir 3 , kurie statomi pagal priklausomybes (5.7).

Norint gauti tašką, priklausantį bendrajai lygiagrečios jungties charakteristikai, pagal (5.8) reikia susumuoti srauto greitį pradiniuose vamzdynuose esant tokiems pat slėgio nuostoliams. Šiuo tikslu grafike nubrėžiama savavališka horizontali linija (su savavališkais nuostoliais). Išilgai šios horizontalios linijos segmentai (išlaidos) yra grafiškai apibendrinti K 1 , K 2 Ir K 3), gautas iš horizontalios linijos susikirtimo su pradinėmis dujotiekio charakteristikomis. Taip gautas taškas IN priklauso santraukos charakteristikai. Vadinasi, bendra lygiagrečiojo vamzdynų sujungimo charakteristika gaunama pridedant pradinių charakteristikų taškų abscises tam tikriems nuostoliams.

Taikant panašų metodą, sukonstruojamos šakotų vamzdynų charakteristikos. Šakotasis ryšys yra kelių vamzdynų, turinčių vieną bendrą tašką (vamzdžių išsišakojimo arba susikirtimo vieta), rinkinys.

Aukščiau aptartos serijinės ir lygiagrečios jungtys, griežtai kalbant, priklauso sudėtingų vamzdynų kategorijai. Tačiau hidraulikoje pagal sudėtingas dujotiekis Paprastai jie supranta kelių paprastų vamzdynų, sujungtų nuosekliai ir lygiagrečiai, sujungimą.

5.3 pav. d pateiktas tokio sudėtingo vamzdyno, susidedančio iš trijų vamzdynų, pavyzdys 1 , 2 Ir 3. Dujotiekis 1 sujungti nuosekliai vamzdynų atžvilgiu 2 Ir 3. Vamzdynai 2 Ir 3 gali būti laikomi lygiagrečiais, nes jie turi bendrą šakojimosi tašką (tašką M) ir tiekti skystį į tą patį hidraulinį baką.

Sudėtingų vamzdynų skaičiavimai paprastai atliekami grafiškai. Rekomenduojama seka seka:

1) sudėtingas vamzdynas yra padalintas į keletą paprastų vamzdynų;

2) kiekvienam nesudėtingam dujotiekiui sukonstruojamos jo charakteristikos;

3) grafiniu papildymu gaunamos kompleksinio dujotiekio charakteristikos.

5.3 pav. e rodoma grafinių konstrukcijų seka, kai gaunama sudėtingo dujotiekio apibendrinta charakteristika (). Pirma, dujotiekių charakteristikos sumuojamos pagal lygiagrečių vamzdynų charakteristikų pridėjimo taisyklę, o tada lygiagrečio ryšio charakteristika pridedama prie charakteristikos pagal nuosekliai sujungtų vamzdynų charakteristikų pridėjimo taisyklę ir charakteristikas. gaunamas viso kompleksinio vamzdyno.

Tokiu būdu sudarytas grafikas (žr. 5.3 pav. e) sudėtingam dujotiekiui galite tiesiog naudoti žinomą srautą K 1 įeidami į hidraulinę sistemą, nustatykite reikiamą slėgį H suvartojimas = visam kompleksiniam vamzdynui, sąnaudos K 2 ir K 3 lygiagrečiose šakose, taip pat slėgio nuostolius ir kiekviename paprastame vamzdyne.

5.4 Siurblio padavimo vamzdynas

Kaip jau minėta, pagrindinis skysčio tiekimo būdas mechaninėje inžinerijoje yra priverstinis jo įpurškimas siurbliu. Siurblys vadinamas hidrauliniu įtaisu, kuris mechaninę pavaros energiją paverčia darbinio skysčio srauto energija. Hidraulikoje vadinamas vamzdynu, kuriame skysčio judėjimą užtikrina siurblys vamzdynas su siurblio tiekimu(5.4 pav., A).

Siurbiamo vamzdyno apskaičiavimo tikslas paprastai yra nustatyti siurblio (siurblio galvutės) sukuriamą slėgį. Siurblio galvutė N n yra bendra mechaninė energija, kurią siurblys perduoda skysčio svorio vienetui. Taigi, norint nustatyti N n reikia įvertinti skysčio bendros savitosios energijos prieaugį jam tekant per siurblį, t.y.

, (5.9)

Kur N in,Ne išeina - specifinė skysčio energija atitinkamai siurblio įleidimo ir išleidimo angoje.

Panagrinėkime atviro vamzdyno veikimą su siurblio tiekimu (žr. 5.4 pav., A). Siurblys siurbia skystį iš apatinio rezervuaro A esant slėgiui virš skysčio p 0 į kitą baką B, kuriame spaudimas R 3 . Siurblio aukštis, palyginti su apatiniu skysčio lygiu H 1 vadinamas siurbimo liftu, o vamzdynas, kuriuo skystis patenka į siurblį, yra siurbimo vamzdynas, arba hidraulinė siurbimo linija. Galutinės dujotiekio sekcijos aukštis arba viršutinis skysčio lygis N 2 vadinamas išleidimo aukščiu, o vamzdynas, kuriuo skystis juda iš siurblio, yra spaudimas, arba hidraulinė įpurškimo linija.

Parašykime Bernulio lygtį skysčio srautui siurbimo vamzdyne, t.y. skyriams 0-0 Ir 1-1 :

, (5.10)

kur yra slėgio nuostoliai siurbimo vamzdyne.

(5.10) lygtis yra pagrindinė siurbimo vamzdynų skaičiavimui. Spaudimas p 0 paprastai ribotas (dažniausiai atmosferos slėgis). Todėl siurbimo vamzdyno apskaičiavimo tikslas paprastai yra nustatyti slėgį prieš siurblį. Jis turi būti didesnis nei skysčio sočiųjų garų slėgis. Tai būtina norint išvengti kavitacijos siurblio įleidimo angoje. Iš (5.10) lygties galite rasti specifinę skysčio energiją siurblio įleidimo angoje:

. (5.11)

Parašykime Bernulio lygtį skysčio srautui slėginiame vamzdyne, t.y. atkarpoms 2-2 Ir 3-3:

, (5.12)

kur yra slėgio nuostoliai slėginiame vamzdyne.

Kairioji šios lygties pusė rodo specifinę skysčio, išeinančio iš siurblio, energiją Hišeiti. Priklausomybių (5.11) dešiniąsias puses pakeičiant (5.9) Hįvestis ir (5.12) už Hišeiti, mes gauname

Kaip matyti iš (5.13) lygties, siurblio slėgis H n užtikrina, kad skystis pakils į aukštį (H 1+H 2), didėjantis slėgis nuo R 0 prieš p 3 ir išleidžiama siurbimo ir slėgio vamzdynų pasipriešinimui įveikti.

Jei dešinėje lygties pusėje (5.13) paskirti H st ir pakeiskite įjungta KQ m , tada gauname Hn= Hcr + KQ m.

Palyginkime paskutinę išraišką su formule (5.2), kuri nustato reikiamą slėgį vamzdynui. Visiška jų tapatybė akivaizdi:

tie. siurblys sukuria slėgį, lygų reikiamam dujotiekio slėgiui.

Gauta lygtis (5.14) leidžia analitiškai nustatyti siurblio slėgį. Tačiau daugeliu atvejų analizės metodas yra gana sudėtingas, todėl grafinis vamzdyno su siurblio tiekimu skaičiavimo metodas tapo plačiai paplitęs.

Šis metodas susideda iš bendro reikalingo dujotiekio slėgio (arba vamzdyno charakteristikų) nubrėžimo grafike. ir siurblio charakteristikos. Siurblio charakteristika reiškia siurblio sukuriamo slėgio priklausomybę nuo srauto greičio. Šių priklausomybių susikirtimo taškas vadinamas veikimo taškas hidraulinė sistema ir yra (5.14) lygties grafinio sprendimo rezultatas.

5.4 pav. b Pateikiamas tokio grafinio sprendimo pavyzdys. Čia yra taškas A ir yra norimas hidraulinės sistemos veikimo taškas. Jo koordinatės lemia slėgį H n sukuriamas siurblio ir debito Kn skystis, tekantis iš siurblio į hidraulinę sistemą.

Jei dėl kokių nors priežasčių darbinio taško padėtis grafike projektuotojui netinka, tuomet šią padėtį galima pakeisti koreguojant bet kokius dujotiekio ar siurblio parametrus.

7.5. Vandens plaktukas vamzdyne

Vandens plaktukas yra svyruojantis procesas, vykstantis vamzdyne, kai staiga pasikeičia skysčio greitis, pavyzdžiui, kai srautas sustoja dėl greito vožtuvo (čiaupo) užsidarymo.

Šis procesas yra labai greitas ir jam būdingas staigus slėgio padidėjimas ir sumažėjimas, o tai gali sukelti hidraulinės sistemos sunaikinimą. Taip yra dėl to, kad judančio srauto kinetinė energija, sustojus, paverčiama vamzdžių sienelių tempimo ir skysčio suspaudimo darbu. Didžiausias pavojus yra pradinis slėgio padidėjimas.

Atsekime hidraulinio smūgio, kuris įvyksta vamzdyne, kai srautas greitai užblokuojamas, stadijas (7.5 pav.).

Leiskite vamzdžio gale, kuriuo skystis juda greičiu vq, Čiaupas akimirksniu užsidaro A. Tada (žr. 7.5 pav. A) skysčių dalelių, susidūrusių su čiaupu, greitis užges, o jų kinetinė energija bus perkelta į vamzdžio sienelių ir skysčio deformacijos darbą. Tokiu atveju vamzdžio sienelės ištempiamos ir skystis suspaudžiamas. Slėgis sustabdytame skystyje padidėja Δ p mušti Kitos dalelės patenka į užblokuotas skysčio daleles prie čiaupo ir taip pat praranda greitį, todėl susidaro skerspjūvis p-p juda į dešinę greičiu c, vadinamas smūginės bangos greitis, pats pereinamasis regionas (skyrius p-p), kurioje slėgis pakinta dydžiu Δ p oud vadinamas šoko banga.

Smūgio bangai pasiekus rezervuarą skystis sustoja ir suspaudžiamas visame vamzdyje, o vamzdžio sienelės bus ištemptos. Smūgio padidėjimas Δ p smūgis pasklis per visą vamzdį (žr. 7.5 pav., b).

Tačiau ši būsena nėra pusiausvyra. Esant padidėjusiam slėgiui ( R 0 + Δ p beat) skystos dalelės pateks iš vamzdžio į baką, o šis judėjimas prasidės nuo sekcijos, esančios tiesiai prie rezervuaro. Dabar skyrius p-p juda išilgai dujotiekio priešinga kryptimi - į čiaupą - tuo pačiu greičiu Su, paliekant slėgį skystyje p 0 (žr. 7.5 pav., V).

Skysčio ir vamzdžio sienelės grįžta į pradinę būseną, atitinkančią slėgį p 0 . Deformacijos darbas visiškai paverčiamas kinetine energija, o skystis vamzdyje įgauna pradinį greitį , bet nukreiptas priešinga kryptimi.

Tokiu greičiu „skysčio kolonėlė“ (žr. 7.5 pav., G) linkęs atitrūkti nuo čiaupo, todėl atsiranda neigiama smūgio banga (slėgis skystyje sumažėja ta pačia reikšme Δ p ud). Riba tarp dviejų skysčio būsenų yra nukreipta nuo čiaupo iki bako greičiu Su, paliekant suspaustas vamzdžio sieneles ir išsiplėtusį skystį (žr. 7.5 pav., d). Skysčio kinetinė energija vėl virsta deformacijos darbu, bet su priešingu ženklu.

Skysčio būsena vamzdyje tuo metu, kai į baką patenka neigiama smūginė banga, parodyta 7.5 pav. e. Taip pat kaip ir 7.5 paveiksle parodytu atveju, b, jis nėra pusiausvyroje, nes vamzdyje esantis skystis yra veikiamas slėgio ( R 0 + Δ p mušti), mažiau nei bake. 7.5 pav. ir parodytas slėgio išlyginimo vamzdyje ir rezervuare procesas, lydimas skysčio judėjimo greičiu .

Akivaizdu, kad vos tik nuo bako atsispindėjusi smūginė banga pasieks čiaupą, susiklostys tokia situacija, kuri jau buvo uždarius čiaupą. Visas vandens plaktuko ciklas kartosis.

Teorinius ir eksperimentinius vamzdžių hidraulinio smūgio tyrimus atliko N. E. Žukovskis. Jo eksperimentuose buvo užregistruota iki 12 pilnų ciklų, palaipsniui mažėjant Δ p mušti Atlikus tyrimą, N. E. Žukovskis gavo analitines priklausomybes, kurios leido įvertinti smūgio slėgį Δ p mušti Viena iš šių formulių, pavadinta N. E. Žukovskio vardu, turi formą

kur yra smūginės bangos sklidimo greitis Su nustatoma pagal formulę

Kur KAM – tūrinis skysčio tamprumo modulis; E - dujotiekio sienelės medžiagos tamprumo modulis; d ir δ yra atitinkamai dujotiekio vidinis skersmuo ir sienelės storis.

Formulė (7.14) galioja tiesioginiam vandens plaktukui, kai srauto išjungimo laikas t uždarytas yra mažesnis nei vandens plaktuko fazė t 0:

Kur l- vamzdžio ilgis.

Vandens plaktuko fazė t 0 yra laikas, per kurį smūginė banga pereina iš čiaupo į baką ir grįžta atgal. At t uždarytas > t 0 smūgio slėgis yra mažesnis, ir toks vandens plaktukas vadinamas netiesioginis.

Jei reikia, galite naudoti žinomus vandens plaktuko „švelninimo“ metodus. Veiksmingiausias iš jų yra padidinti čiaupų ar kitų prietaisų, kurie uždaro skysčio srautą, reakcijos laiką. Panašus efektas pasiekiamas įrengus hidraulinius akumuliatorius arba apsauginius vožtuvus prieš įtaisus, kurie blokuoja skysčio tekėjimą. Skysčio judėjimo vamzdyne greičio sumažinimas padidinant vidinį vamzdžių skersmenį esant tam tikram srautui ir sumažinant vamzdynų ilgį (sumažinant hidraulinio smūgio fazę), taip pat padeda sumažinti smūgio slėgį.

Skysčio judėjimą vamzdyne lemia skirtumas tarp dviejų slėgių: slėgio prieš įeinant į vamzdyną ir slėgio prie išėjimo iš jo. Tačiau jei atskaitos plokštuma sujungiama su laisvu skysčio paviršiumi pjezometre, prijungtame prie išėjimo sekcijos, tada išėjimo sekcijos specifinė potenciali energija palyginimo plokštumos atžvilgiu bus lygi nuliui. Daugumoje praktinių problemų kinetinė energija išėjimo sekcijoje yra arba labai maža, arba nėra įdomi skaičiavimui. Taigi pagrindinis kiekis, lemiantis skysčio judėjimą vamzdyne, yra slėgis pradinėje dalyje, palyginti su skysčio lygiu pjezometre, prijungtame prie išleidimo angos. Šis slėgis vadinamas projektinis slėgis dujotiekis.

Projektinio slėgio dydį galima apskaičiuoti taip. Apskritai, skirtumas tarp įėjimo ir išėjimo skerspjūvių energijos

Paprastai skystis į vamzdyną patenka iš tokio didelio dydžio rezervuaro ar rezervuaro, kad greitis prieš patekimą gali būti laikomas nereikšmingu. Kaip jau minėta, taip pat galima nepaisyti išėjimo kinetinės energijos. Be to, jei abu skyriai bendrauja su atmosfera (kaip dažniausiai atsitinka), tada . Tada

tai šiuo paprastu atveju projektinis slėgis yra dujotiekio įleidimo ir išleidimo atkarpų svorio centrų geometrinių aukščių skirtumas.

Pirmiausia apsvarstykime skaičiavimo schemą paprastas vamzdynas, tai yra vamzdynas, neturintis atšakų. Toks vamzdynas gali tiekti vandenį iš vieno slėgio rezervuaro į kitą arba iš kanalo (rezervuaro) iki taško, kur vanduo iš vandentiekio teka tiesiai į atmosferą.

Vamzdžio ilgis l ir skersmuo d gali būti horizontali arba pasvirusi, juo teka srautas K(6.1 pav.).

Sukurkime Bernulio lygtį dviem atkarpoms: vienai iš jų 1 –1 sutampa su laisvu vandens paviršiumi rezervuare, kita 2 –2 praėjo per dujotiekio išleidimo angą. Nubrėžiame 0–0 palyginimo plokštumą per vamzdžio išėjimo sekcijos centrą. Bernulio lygtis bus parašyta kaip

Lyginimo plokštuma nubrėžta per išleidimo sekcijos centrą, ty z 1 = H, z 2 = 0. Slėgis abiejose sekcijose lygus atmosferiniam: . Todėl skysčio lygis bake išlieka pastovus.

Ilgų vamzdynų atveju skysčio kinetinė energija išleidimo dalyje visada yra labai maža, palyginti su nuostolių dydžiu, kaip ir vietinių nuostolių. Atsižvelgdami į visa tai, iš Bernulio lygties gauname

(6.1)

Šis santykis reiškia, kad beveik visas turimas slėgis išleidžiamas trinties pasipriešinimui per dujotiekio ilgį įveikti. Norėdami sužinoti reikiamą slėgio vertę, turėtumėte apskaičiuoti energijos nuostolius per dujotiekio ilgį. Ilgų vamzdynų skaičiavimas pagrįstas šia padėtimi.

Nuostoliai, pasiskirstę per dujotiekio ilgį, gali būti apskaičiuojami naudojant (5.2) formulę – Weisbach-Darcy formulę:

Skysčio judėjimo vamzdynu greitis visiškai išvystytame turbulentinio srauto režime, tai yra kvadratinio pasipriešinimo atveju, nustatomas pagal (4.7) formulę - Chezy formulę:

Tada skysčio srautas bus nustatytas kaip

Kompleksas išreiškia skysčio srauto kiekį, kurį atitinkamas vamzdis gali praeiti, kai hidraulinis nuolydis yra lygus vienam. Šis kiekis vadinamas srauto modulis vamzdžiai. Prisimenant hidraulinio nuolydžio išraišką i esant pastoviam srautui

ir naudojant srauto modulio pavadinimą, galime gauti formulę, susijusią su energijos nuostoliais ir skysčio srautu:

(6.2)

Vamzdžio srauto modulis yra susijęs su jo skersmeniu ir šiurkštumo laipsniu. Koeficientui naudojant Manningo formulę (4.9). C, o atsižvelgdami į apvalių vamzdžių hidraulinio spindulio reikšmę, galime parašyti

Pramoniniu būdu pagamintiems standartinio skersmens (diapazono) vamzdžiams srauto modulio vertės K apskaičiuoti ir suvesti į hidraulinius žinynus.

Taigi pagrindines visų trijų tipų problemų, kylančių skaičiuojant paprastą dujotiekį, formules galima gauti iš (6.2) formulės, atsižvelgiant į (6.1) formulę, tai yra, naudojant energijos nuostolių vertę kaip projektinį slėgį:

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

Pirmojo tipo problemų (nustatant reikiamą slėgį) skaičiavimo procedūra yra tokia.

1. Naudojant žinomą vamzdžio skersmenį, apskaičiuojamas skerspjūvio plotas ir vidutinis srauto greitis

2. Apskaičiuojamas Reinoldso skaičius

3. Pagal dujotiekio medžiagą ir būklę (naujo ar naudoto), jo nelygumas nustatomas naudojant hidraulines lenteles.

4. Remiantis apskaičiuotu Re skaičiumi ir šiurkštumu iš Nikuradze grafikų, nustatoma, koks pasipriešinimo atvejis išilgai ilgio atsiranda. Tai leis jums pasirinkti koeficiento skaičiavimo formulės tipą C.

5. Srauto modulio vertė apskaičiuojama arba nustatoma iš hidraulinių lentelių K.

6. Su žinomais K, l Ir K Slėgio reikšmei rasti naudojama formulė (6.3). Dažnai tokiu būdu randama vertė Hšiek tiek padidės (2–5 proc.), kad būtų suteikta marža neapskaitytiems vietiniams nuostoliams.

Antrojo tipo uždaviniuose (nustatant srautą) iš pradžių neįmanoma apskaičiuoti greičių, apskaičiuoti Reinoldso skaičių ir nustatyti pasipriešinimo dėsnį išilgai vamzdžio ilgio. Trečiojo tipo uždaviniuose (reikalingų skersmenų skaičiavimas) pradinės dujotiekio šiurkštumo charakteristikos taip pat nežinomos. Tokios problemos išsprendžiamos nuosekliais apytiksliais skaičiavimais, kurių metu preliminarūs skaičiavimai atliekami nurodant kai kurias pradines nežinomų parametrų reikšmes. Gavus rezultatą, pradinės prielaidos koreguojamos ir skaičiavimai kartojami. Naudojant šiuolaikinių kompiuterinių technologijų galimybes, šie metodai nesukelia esminių sunkumų.

Jei atsižvelgiama į dujotiekius, kurių srauto greitis žinomas ir didelis šiurkštumas, tai leidžia užtikrintai daryti prielaidą, kad egzistuoja kvadratinio pasipriešinimo įstatymas. Tada, naudodami Chezy, Pavlovskio ar Manningo formules, tokias problemas galite išspręsti be pasirinkimo.

5 HIDRAULINIS VAMZDYNŲ SKAIČIAVIMAS

5.1 Paprastas pastovaus skerspjūvio vamzdynas

Tegul paprastas vamzdynas su pastovaus srauto plotu, savavališkai išdėstytas erdvėje (5.1 pav., A), turi bendrą ilgį l ir skersmuo d ir turi keletą vietinių hidraulinių varžų I ir II.

Kur z 1 , z 2 - pradinės ir galutinės atkarpų svorio centrų koordinatės atitinkamai;

p 1 , p 2 - slėgis atitinkamai pradinėje ir paskutinėje dujotiekio dalyse;

Bendras slėgio nuostolis vamzdyne.

Taigi reikalingas slėgis

, (5.1)

Hidraulikoje įprasta dujotiekio statinį slėgį suprasti kaip sumą .

Tada, vaizduojant bendrus nuostolius kaip srauto greičio galios funkciją K, mes gauname

Kur T - vertė, priklausanti nuo skysčio srauto režimo vamzdyne;

K yra dujotiekio varža.

Esant laminarinio skysčio srauto sąlygoms ir linijinėms vietinėms varžoms (nurodyti lygiaverčiai ilgiai l ekv) bendri nuostoliai

Kur l skaičiuoti = l + l eq – numatomas dujotiekio ilgis.

Todėl laminariniu režimu t = 1, .

Turbulentiniame skysčio sraute

Šioje formulėje pakeitę vidutinį skysčio greitį per srautą, gauname bendrą slėgio nuostolį

. (5.3)

Tada neramiomis sąlygomis , ir eksponentas m= 2. Reikia atsiminti, kad bendruoju atveju trinties nuostolių koeficientas išilgai ilgio taip pat yra srauto greičio funkcija K.

Nustačius srauto režimą, pagal (5.2) formulę galite apskaičiuoti slėgio nuostolius, o tada reikiamą slėgį.

5.2. Paprasto vamzdyno reikiamo slėgio charakteristikos konstravimas

Turint tam tikro vamzdyno reikiamo slėgio charakteristiką, tai įmanoma, remiantis žinoma turimo slėgio verte Hdisp. rasti reikiamą srautą Qx (žr. 5.2 pav., A).

5.3 Paprastų vamzdynų jungtys.

Analitiniai ir grafiniai skaičiavimo metodai

Panagrinėkime paprastų vamzdynų jungčių skaičiavimo metodus.

(5.6)

Slėgio nuostolius kiekviename paprastame vamzdyne galima nustatyti pagal atitinkamų srauto dydžių vertes:

Lygčių sistema (5.6), papildyta priklausomybėmis (5.7), yra hidraulinės sistemos su nuosekliu vamzdynų prijungimu analitinio skaičiavimo pagrindas.

Jei naudojamas grafinis skaičiavimo metodas, tada reikia sudaryti santraukos charakteristikas.

5.3 pav. b parodytas nuosekliojo ryšio suvestinių charakteristikų gavimo metodas. Šiuo tikslu naudojamos paprastų vamzdynų charakteristikos 1 , 2 Ir 3

Jei nurodysime bendrą slėgį taškuose M Ir N per NM Ir H N, tada kiekvieno dujotiekio slėgio nuostoliai yra lygūs šių slėgių skirtumui:

; ; ,

Taigi lygiagrečio ryšio lygčių sistema turi formą

(5.8)

Sudėtingų vamzdynų skaičiavimai paprastai atliekami grafiškai. Rekomenduojama seka seka:

1) sudėtingas vamzdynas yra padalintas į keletą paprastų vamzdynų;

2) kiekvienam nesudėtingam dujotiekiui sukonstruojamos jo charakteristikos;

3) grafiniu papildymu gaunamos kompleksinio dujotiekio charakteristikos.

5.4 Siurblio padavimo vamzdynas

, (5.9)

Kur N in,Ne išeina - specifinė skysčio energija atitinkamai siurblio įleidimo ir išleidimo angoje.

Parašykime Bernulio lygtį skysčio srautui siurbimo vamzdyne, t.y. skyriams 0-0 Ir 1-1 :

, (5.10)

kur yra slėgio nuostoliai siurbimo vamzdyne.

. (5.11)

Parašykime Bernulio lygtį skysčio srautui slėginiame vamzdyne, t.y. atkarpoms 2-2 Ir 3-3:

, (5.12)

kur yra slėgio nuostoliai slėginiame vamzdyne.

Jei dešinėje lygties pusėje (5.13) paskirti H st ir pakeiskite įjungta KQ m , tada gauname Hn= Hcr + KQ m.

Palyginkime paskutinę išraišką su formule (5.2), kuri nustato reikiamą slėgį vamzdynui. Visiška jų tapatybė akivaizdi:

tie. siurblys sukuria slėgį, lygų reikiamam dujotiekio slėgiui.

Jei dėl kokių nors priežasčių darbinio taško padėtis grafike projektuotojui netinka, tuomet šią padėtį galima pakeisti koreguojant bet kokius dujotiekio ar siurblio parametrus.

7.5. Vandens plaktukas vamzdyne

Vandens plaktukas yra svyruojantis procesas, vykstantis vamzdyne, kai staiga pasikeičia skysčio greitis, pavyzdžiui, kai srautas sustoja dėl greito vožtuvo (čiaupo) užsidarymo.

Atsekime hidraulinio smūgio, kuris įvyksta vamzdyne, kai srautas greitai užblokuojamas, stadijas (7.5 pav.).

Akivaizdu, kad vos tik nuo bako atsispindėjusi smūginė banga pasieks čiaupą, susiklostys tokia situacija, kuri jau buvo uždarius čiaupą. Visas vandens plaktuko ciklas kartosis.

kur yra smūginės bangos sklidimo greitis Su nustatoma pagal formulę

Kur KAM – tūrinis skysčio tamprumo modulis; E - dujotiekio sienelės medžiagos tamprumo modulis; d ir δ yra atitinkamai dujotiekio vidinis skersmuo ir sienelės storis.

Formulė (7.14) galioja tiesioginiam vandens plaktukui, kai srauto išjungimo laikas t uždarytas yra mažesnis nei vandens plaktuko fazė t 0:

Kur l- vamzdžio ilgis.

Vamzdžiai, jungiantys įvairius chemijos gamyklų aparatus. Jų pagalba medžiagos perkeliamos tarp atskirų prietaisų. Paprastai keli atskiri vamzdžiai yra sujungti, kad būtų sukurta viena vamzdynų sistema.

Vamzdynas – tai jungiamaisiais elementais sujungtų vamzdžių sistema, naudojama chemikalams ir kitoms medžiagoms transportuoti. Chemijos gamyklose medžiagoms perkelti dažniausiai naudojami uždari vamzdynai. Jei mes kalbame apie uždaras ir izoliuotas įrenginio dalis, tada jie taip pat nurodo vamzdynų sistemą ar tinklą.

Uždara vamzdynų sistema gali apimti:

Vamzdžiai.
Vamzdžių jungiamieji elementai.
Sandarinimo sandarikliai, jungiantys dvi nuimamas dujotiekio dalis.

Visi aukščiau išvardinti elementai yra gaminami atskirai ir sujungiami į vieną vamzdynų sistemą. Be to, vamzdynuose gali būti įrengtas šildymas ir reikalinga izoliacija iš įvairių medžiagų.

Vamzdžių dydis ir gamybai naudojamos medžiagos parenkamos atsižvelgiant į technologinius ir projektavimo reikalavimus kiekvienu konkrečiu atveju. Tačiau norint standartizuoti vamzdžių dydžius, buvo atliktas jų klasifikavimas ir suvienodinimas. Pagrindinis kriterijus buvo leistinas slėgis, kuriuo vamzdis gali būti eksploatuojamas.

Nominalus dydis DN

Sąlyginis skersmuo DN (nominalus diametras) – tai parametras, naudojamas vamzdynų sistemose kaip charakterizuojantis požymis, kurio pagalba reguliuojamos vamzdyno dalys, tokios kaip vamzdžiai, jungiamosios detalės, jungiamosios detalės ir kt.

Nominalus skersmuo yra bematė vertė, bet skaitine prasme yra maždaug lygus vidiniam vamzdžio skersmeniui. Vardinio skersmens žymėjimo pavyzdys: DN 125.

Be to, vardinis skersmuo brėžiniuose nenurodytas ir nepakeičia faktinių vamzdžių skersmenų. Jis maždaug atitinka tam tikrų dujotiekio dalių aiškų skersmenį (1.1 pav.). Jei kalbame apie skaitines sąlyginių perėjimų reikšmes, jos parenkamos taip, kad dujotiekio pralaidumas padidėtų nuo 60 iki 100%, kai pereinama iš vieno sąlyginio praėjimo į kitą.

Įprasti vardiniai skersmenys:

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.

Šių vardinių praėjimų matmenys nustatomi tikintis, kad nekils problemų sujungiant dalis viena prie kitos. Vardinis skersmuo nustatomas pagal vamzdyno vidinio skersmens vertę, kuri yra arčiausiai vamzdžio skersmens.

Nominalus slėgis PN

Nominalus slėgis PN – tai vertė, atitinkanti didžiausią siurbiamos terpės slėgį 20 °C temperatūroje, kuriam esant galimas ilgalaikis nurodytų matmenų vamzdyno eksploatavimas.

Nominalus slėgis yra bematis dydis.

Kaip ir vardinis skersmuo, vardinis slėgis buvo kalibruotas remiantis eksploatavimo patirtimi ir sukaupta patirtimi (1.1 lentelė).

Vardinis slėgis konkrečiam dujotiekiui parenkamas pagal jame faktiškai susidariusį slėgį, pasirenkant artimiausią didesnę vertę. Šiuo atveju jungiamosios detalės ir jungiamosios detalės šiame vamzdyne taip pat turi atitikti tą patį slėgio lygį. Vamzdžio sienelių storis apskaičiuojamas pagal vardinį slėgį ir turi užtikrinti vamzdžio veikimą esant slėgio vertei, lygiai vardiniam slėgiui (1.1 lentelė).

Leistinas perteklinis darbinis slėgis p e,zul

Vardinis slėgis naudojamas tik esant 20°C darbinei temperatūrai. Kylant temperatūrai, vamzdžio apkrova mažėja. Tuo pačiu metu atitinkamai sumažinamas leistinas perteklinis slėgis. P e,zul reikšmė parodo maksimalų perteklinį slėgį, kuris gali būti vamzdyno sistemoje, kai didėja darbinė temperatūra (1.2 pav.).

Dujotiekio medžiagos

Renkantis medžiagas, kurios bus naudojamos vamzdynų gamybai, atsižvelgiama į tokius rodiklius kaip terpės, kuri bus transportuojama vamzdynu, charakteristikos ir šioje sistemoje numatomas darbinis slėgis. Taip pat verta apsvarstyti galimybę siurbiamos terpės korozinį poveikį vamzdžių sienelių medžiagai.

Beveik visos vamzdynų sistemos ir chemijos gamyklos yra pagamintos iš plieno. Bendram naudojimui, kai nėra didelių mechaninių apkrovų ir korozinio poveikio, vamzdynų gamybai naudojamas pilkasis ketus arba nelegiruotasis konstrukcinis plienas.

Esant didesniam darbiniam slėgiui ir nesant korozinių apkrovų, naudojamas vamzdynas iš grūdinto plieno arba naudojant lietinį plieną.

Jei korozinis aplinkos poveikis yra didelis arba keliami aukšti gaminio grynumo reikalavimai, tuomet vamzdynas pagamintas iš nerūdijančio plieno.

Jei dujotiekis turi būti atsparus jūros vandeniui, tada jo gamybai naudojami vario-nikelio lydiniai. Taip pat gali būti naudojami aliuminio lydiniai ir metalai, tokie kaip tantalas ar cirkonis.

Dėl didelio atsparumo korozijai, mažo svorio ir lengvo apdirbimo įvairių rūšių plastikai vis dažniau naudojami kaip vamzdynų medžiaga. Ši medžiaga tinka nuotekų vamzdynams.

Vamzdynų jungiamosios detalės

Montavimo vietoje surenkami vamzdynai iš plastikinių medžiagų, tinkamų suvirinimui. Tokios medžiagos yra plienas, aliuminis, termoplastikas, varis ir kt. Tiesioms vamzdžių atkarpoms sujungti naudojami specialiai pagaminti forminiai elementai, pavyzdžiui, alkūnės, lenkimai, vožtuvai ir skersmens sumažinimai (1.3 pav.). Šios jungiamosios detalės gali būti bet kurio vamzdyno dalis.

Vamzdžių jungtys

Atskiroms dujotiekio ir jungiamųjų detalių dalims montuoti naudojamos specialios jungtys. Jie taip pat naudojami reikalingų jungiamųjų detalių ir prietaisų prijungimui prie dujotiekio.

Jungtys parenkamos (1.4 pav.) priklausomai nuo:

medžiagos, naudojamos vamzdžių ir jungiamųjų detalių gamybai. Pagrindinis atrankos kriterijus yra suvirinimo galimybė.
darbo sąlygos: žemas arba aukštas slėgis, taip pat žema arba aukšta temperatūra.
gamybos reikalavimai, taikomi vamzdynų sistemai.
nuimamų arba nuolatinių jungčių buvimas dujotiekio sistemoje.

Ryžiai. 1.4 Vamzdžių jungčių tipai

Vamzdžių ir jų įrangos tiesinis plėtimas

Geometrinė objektų forma gali būti keičiama tiek jėga, tiek keičiant jų temperatūrą. Šie fizikiniai reiškiniai lemia tai, kad dujotiekis, sumontuotas neapkrautoje būsenoje ir be temperatūros poveikio, eksploatuojant slėgį ar veikiant temperatūrai patiria tam tikrą linijinį išsiplėtimą arba susitraukimą, o tai neigiamai veikia jo veikimą.

Kai išsiplėtimo kompensuoti neįmanoma, susidaro vamzdynų sistemos deformacija. Tokiu atveju gali būti pažeisti flanšo sandarikliai ir tos vietos, kur vamzdžiai jungiasi vienas su kitu.

Terminis linijinis plėtimasis

Tiesiant vamzdynus svarbu atsižvelgti į galimą ilgio pokytį dėl didėjančios temperatūros arba vadinamojo šiluminio linijinio plėtimosi, žymimo ΔL. Ši vertė priklauso nuo vamzdžio ilgio, kuris žymimas L o, ir temperatūrų skirtumo Δϑ =ϑ2-ϑ1 (1.5 pav.).

Aukščiau pateiktoje formulėje a yra tam tikros medžiagos linijinio šiluminio plėtimosi koeficientas. Šis indikatorius yra lygus 1 m ilgio vamzdžio tiesiniam plėtimuisi, kai temperatūra padidėja 1°C.

Vamzdžio plėtimosi kompensavimo elementai

Vamzdžių vingiai

Dėl specialių vingių, kurie suvirinami į vamzdyną, galima kompensuoti natūralų vamzdžių tiesinį plėtimąsi. Tam naudojami kompensuojantys U formos, Z formos ir kampiniai vingiai, taip pat lyros kompensatoriai (1.6 pav.).

Ryžiai. 1.6 Vamzdžio posūkių kompensavimas

Jie suvokia vamzdžių linijinį plėtimąsi dėl jų pačių deformacijos. Tačiau šis metodas įmanomas tik su tam tikrais apribojimais. Aukšto slėgio vamzdynuose naudojamos alkūnės skirtingais kampais, kad būtų galima išsiplėtimą. Dėl tokiuose vingiuose veikiančio slėgio gali padidėti korozija.

Gofruoto vamzdžio kompensacinės jungtys

Šis prietaisas susideda iš plonasienio metalinio gofruoto vamzdžio, kuris vadinamas dumplėmis ir driekiasi vamzdyno kryptimi (1.7 pav.).

Šie įrenginiai montuojami vamzdyne. Išankstinė apkrova naudojama kaip specialus plėtimosi kompensatorius.

Jei mes kalbame apie ašines plėtimosi jungtis, jos gali kompensuoti tik tuos linijinius plėtimus, kurie atsiranda išilgai vamzdžio ašies. Siekiant išvengti šoninio judėjimo ir vidinio užteršimo, naudojamas vidinis kreipiamasis žiedas. Siekiant apsaugoti dujotiekį nuo išorinių pažeidimų, paprastai naudojamas specialus pamušalas. Kompensacinės jungtys, kuriose nėra vidinio kreipiamojo žiedo, sugeria šoninį judėjimą ir vibraciją, kuri gali kilti iš siurblių.

Vamzdžių izoliacija

Jei vamzdynu juda aukštos temperatūros terpė, jis turi būti izoliuotas, kad būtų išvengta šilumos nuostolių. Kai vamzdynu juda žemos temperatūros terpė, naudojama izoliacija, kad ji nebūtų įkaitinta išorinės aplinkos. Izoliacija tokiais atvejais atliekama naudojant specialias izoliacines medžiagas, kurios dedamos aplink vamzdžius.

Paprastai naudojamos šios medžiagos:

Esant žemai temperatūrai iki 100°C, naudojamos standžios putos, tokios kaip polistirenas arba poliuretanas.
Esant vidutinei maždaug 600°C temperatūrai, naudojami forminiai apvalkalai arba mineraliniai pluoštai, tokie kaip akmens vata arba stiklo veltinys.
Esant aukštai temperatūrai apie 1200°C – keramikos pluoštas, pavyzdžiui, aliuminio oksidas.

Vamzdžiai, kurių vardinis skersmuo mažesnis nei DN 80, o izoliacijos sluoksnio storis mažesnis nei 50 mm, dažniausiai izoliuojami naudojant izoliacines jungiamąsias detales. Tam aplink vamzdį uždedami du apvalkalai ir pritvirtinami metaline juostele, o po to uždengiami skardiniu apvalkalu (1.8 pav.).

Vamzdynuose, kurių vardinis skersmuo didesnis nei DN 80, turi būti įrengta šilumos izoliacija su apatiniu karkasu (1.9 pav.). Šį rėmą sudaro tvirtinimo žiedai, tarpikliai ir metalinė danga, pagaminta iš cinkuoto švelnaus plieno arba nerūdijančio plieno lakšto. Tarpas tarp dujotiekio ir metalinio korpuso užpildytas izoliacine medžiaga.

Izoliacijos storis apskaičiuojamas nustatant jos pagaminimo išlaidas bei nuostolius, atsirandančius dėl šilumos nuostolių, ir svyruoja nuo 50 iki 250 mm.

Šilumos izoliacija turi būti taikoma per visą dujotiekio sistemos ilgį, įskaitant posūkius ir alkūnes. Labai svarbu užtikrinti, kad nebūtų neapsaugotų zonų, galinčių sukelti šilumos nuostolius. Flanšinės jungtys ir jungiamosios detalės turi būti su forminiais izoliaciniais elementais (1.10 pav.). Taip užtikrinamas netrukdomas priėjimas prie prijungimo taško, nesandarumo atveju iš visos vamzdynų sistemos nereikia pašalinti izoliacinės medžiagos.

Tinkamai pasirinkus vamzdynų sistemos izoliaciją, išsprendžiama daug problemų, tokių kaip:

Išvengti stipraus temperatūros kritimo tekančioje terpėje ir dėl to taupyti energiją.
Neleisti temperatūrai dujotiekių sistemose nukristi žemiau rasos taško. Taigi galima pašalinti kondensato susidarymą, kuris gali sukelti didelę korozijos žalą.
Venkite kondensacijos garų linijose.

Vamzdynai skirstomi į trumpus ir ilgus. Jei bendri vietinių varžų nuostoliai yra mažesni nei 5% visų nuostolių, toks dujotiekis laikomas ilgu.(∑val.< 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.

Skysčio judėjimas slėginiuose vamzdynuose atsiranda dėl to, kad jo energija (slėgis) vamzdyno pradžioje yra didesnė nei pabaigoje. Šis energijos lygių skirtumas susidaro įvairiais būdais: veikiant siurbliui, dėl skysčio lygių skirtumo, dujų slėgio ir kt.

Paprastas pastovaus skerspjūvio vamzdynas

Pagrindiniai paprasto vamzdyno skaičiavimo ryšiai yra: Bernulio lygtis, srauto lygtis Q = const ir trinties slėgio nuostolių išilgai vamzdžio ilgio ir vietinių varžų skaičiavimo formulės.

Taikydami Bernoulli lygtį konkrečiam skaičiavimui, galite atsižvelgti į šias rekomendacijas. Pirma, paveiksle turėtumėte apibrėžti dvi dizaino dalis ir palyginimo plokštumą. Rekomenduojama paimti kaip skyrius:

laisvasis skysčio paviršius bake, kur greitis lygus nuliui, t.y. V = 0;

srautas išeina į atmosferą, kur slėgis srovės skerspjūvyje yra lygus aplinkos slėgiui, t.y. p a6c = p atm arba p from6 = 0;

sekcija, kurioje nustatomas (arba turi būti nustatytas) slėgis (manometro arba vakuumo matuoklio rodmenys);

sekcija po stūmokliu, kurioje perteklinį slėgį lemia išorinė apkrova.

Patogu lyginamąją plokštumą braižyti per vienos iš projektinių sekcijų, dažniausiai esančios žemiau, svorio centrą (tuomet sekcijų geometriniai aukščiai yra 0).

Tegul paprastas pastovaus skerspjūvio dujotiekis yra savavališkai išdėstytas erdvėje (1 pav.), kurio bendras ilgis l ir skersmuo d ir turi daug vietinių varžų. Pradinėje atkarpoje (1-1) geometrinis aukštis yra z 1, o perteklinis slėgis yra p 1, o paskutiniame ruože (2-2) atitinkamai z 2 ir p 2. Dėl vamzdžio skersmens pastovumo srauto greitis šiose atkarpose yra vienodas ir lygus v.

Bernulio lygtis 1-1 ir 2-2 skyriams, atsižvelgiant į
,
atrodys taip:

vietinių varžos koeficientų suma.

Skaičiavimų patogumui pristatome projektinio slėgio sąvoką

٭٭

Hidraulinis paprasto sudėtinio vamzdyno skaičiavimas

,
,

Paprastų vamzdynų skaičiavimai susideda iš trijų tipiškų užduočių: slėgio (arba slėgio), srauto greičio ir vamzdyno skersmens nustatymas. Toliau apsvarstysime šių problemų sprendimo techniką paprastam pastovaus skerspjūvio vamzdynui.

1 problema. Duoti: dujotiekio matmenys Ir jos sienų šiurkštumas , skysčio savybės
, skysčio srautas Q.

Nustatykite reikiamą slėgį H (vieną iš dydžių, sudarančių slėgį).

Sprendimas. Bernulio lygtis sudaryta tam tikros hidraulinės sistemos srautui. Priskiriami valdymo skyriai. Atskaitos plokštumos pasirinkimas Z(0.0) , analizuojamos pradinės sąlygos. Bernulio lygtis sudaroma atsižvelgiant į pradines sąlygas. Iš Bernulio lygties gauname ٭ tipo skaičiavimo formulę. Lygtis išspręsta H atžvilgiu. Nustatomas Reinoldso skaičius Re ir nustatomas judėjimo būdas. Vertė rasta priklausomai nuo važiavimo režimo. Apskaičiuojama H ir norima reikšmė.

2 užduotis. Duoti: dujotiekio matmenys Ir , jo sienų šiurkštumas , skysčio savybės
, slėgis N. Nustatykite srautą Q.

Sprendimas. Bernulio lygtis sudaroma atsižvelgiant į anksčiau pateiktas rekomendacijas. Lygtis išspręsta norimos reikšmės Q atžvilgiu. Gautoje formulėje yra nežinomas koeficientas , priklausomai nuo Re. Tiesioginė vieta šios problemos sąlygomis sunku, nes kai Q nežinomas, Re negali būti nustatytas iš anksto. Todėl tolesnis uždavinio sprendimas atliekamas nuosekliųjų aproksimacijų metodu.

aproksimacija: R e → ∞

, apibrėžti

2 aproksimacija:

, mes randame λ II (R e II , Δ ai ) ir nustatyti

Rasta santykinė klaida. Jeigu
, tada sprendimas baigiasi (dėl treniruočių problemų
). Priešingu atveju sprendimas atliekamas trečiuoju aproksimavimu.

3 užduotis. Duoti: vamzdynų matmenys (išskyrus skersmenį d), jo sienelių šiurkštumas , skysčio savybės
, slėgis H, srautas Q. Nustatykite dujotiekio skersmenį.

Sprendimas. Sprendžiant šią problemą, kyla sunkumų tiesiogiai nustatant vertę , panašus į antrojo tipo problemą. Todėl patartina sprendimą atlikti grafiniu-analitiniu metodu. Nurodomos kelios skersmens vertės
.Kiekvienam randama atitinkama slėgio reikšmė H esant tam tikram srautui Q (pirmojo tipo uždavinys sprendžiamas n kartų). Remiantis skaičiavimo rezultatais, sudaromas grafikas
. Iš grafiko nustatomas reikiamas skersmuo d, atitinkantis nurodytą slėgio reikšmę H.