Hydraulické výpočty jednoduchých a zložitých potrubí. Hydraulický výpočet potrubí

5 HYDRAULICKÝ VÝPOČET POTRUBÍ

5.1 Jednoduché potrubie konštantného prierezu

Potrubie je tzv jednoduché, ak nemá pobočky. Jednoduché potrubia môžu vytvárať spojenia: sériové, paralelné alebo rozvetvené. Potrubia môžu byť komplex, obsahujúce sériové aj paralelné pripojenia alebo vetvy.

Kvapalina sa pohybuje potrubím v dôsledku skutočnosti, že jej energia na začiatku potrubia je väčšia ako na konci. Tento rozdiel (rozdiel) v úrovniach energie môže byť vytvorený tak či onak: prevádzkou čerpadla, v dôsledku rozdielu hladín kvapaliny alebo tlakom plynu. V strojárstve sa treba zaoberať hlavne potrubím, v ktorom je pohyb tekutiny spôsobený činnosťou čerpadla.

Pri hydraulickom výpočte potrubia sa najčastejšie určuje podľa jeho požadovaný tlakH spotreba - hodnota, ktorá sa číselne rovná piezometrickej výške v počiatočnom úseku potrubia. Ak je daný požadovaný tlak, potom sa zvyčajne nazýva dostupný tlakH disp. V tomto prípade môže hydraulický výpočet určiť prietok Q kvapalina v potrubí alebo jeho priemer d. Hodnota priemeru potrubia sa vyberá zo stanoveného rozsahu v súlade s GOST 16516-80.

Nechajte jednoduché potrubie s konštantnou prietokovou plochou, ľubovoľne umiestnené v priestore (obrázok 5.1, A), má celkovú dĺžku l a priemer d a obsahuje množstvo lokálnych hydraulických odporov I a II.

Napíšme Bernoulliho rovnicu pre iniciály 1-1 a konečná 2-2 úseky tohto potrubia za predpokladu, že Coriolisove koeficienty v týchto úsekoch sú rovnaké (α 1 =α 2). Po znížení rýchlostných tlakov dostaneme

Kde z 1 , z 2 - súradnice ťažísk počiatočného a konečného úseku;

p 1 , p 2 - tlak v počiatočnej a konečnej časti potrubia;

Celková tlaková strata v potrubí.

Preto požadovaný tlak

, (5.1)

Ako je zrejmé z výsledného vzorca, požadovaný tlak je súčtom celkovej geometrickej výšky Δz = z 2 – z 1 , do ktorej kvapalina stúpa pri pohybe potrubím, piezometrickú výšku v koncovom úseku potrubia a veľkosť hydraulických tlakových strát, ktoré vznikajú pri pohybe kvapaliny v ňom.

V hydraulike je zvykom chápať statický tlak potrubia ako súčet .

Potom predstavujú celkové straty ako výkonovú funkciu prietoku Q, dostaneme

Kde T - hodnotu závislú od režimu prúdenia tekutiny v potrubí;

K je odpor potrubia.

Pri podmienkach laminárneho prúdenia tekutín a lineárnych lokálnych odporoch (uvedené sú ich ekvivalentné dĺžky l ekv) celkové straty

Kde l calc = l + l eq - odhadovaná dĺžka potrubia.

Preto v laminárnom režime t = 1, .

V turbulentnom prúdení tekutín

Nahradením priemernej rýchlosti tekutiny prietokom v tomto vzorci získame celkovú tlakovú stratu

. (5.3)

Potom za turbulentných podmienok a exponent m= 2. Malo by sa pamätať na to, že vo všeobecnom prípade je koeficient straty trením pozdĺž dĺžky tiež funkciou prietoku Q.

Tým istým postupom v každom konkrétnom prípade, po jednoduchých algebraických transformáciách a výpočtoch, môžete získať vzorec, ktorý určuje analytickú závislosť požadovaného tlaku pre dané jednoduché potrubie od prietoku v ňom. Príklady takýchto závislostí v grafickej podobe sú znázornené na obrázku 5.1, b, V.

Analýza vyššie uvedených vzorcov ukazuje, že riešenie problému stanovenia požadovaného tlaku H spotreba pri známej spotrebe Q kvapaliny v potrubí a jeho priemer d nie je ťažké, pretože je vždy možné posúdiť režim prúdenia tekutiny v potrubí porovnaním kritickej hodnoty ReKomup= 2300 s jeho skutočnou hodnotou, ktorú je možné pre kruhové rúry vypočítať pomocou vzorca

Po určení prietokového režimu môžete vypočítať tlakovú stratu a potom požadovaný tlak pomocou vzorca (5.2).

Ak hodnoty Q alebo d nie sú známe, potom je vo väčšine prípadov ťažké posúdiť režim prúdenia, a teda primerane vybrať vzorce, ktoré určujú tlakové straty v potrubí. V takejto situácii možno odporučiť použiť buď metódu postupnej aproximácie, ktorá si zvyčajne vyžaduje pomerne veľké množstvo výpočtovej práce, alebo grafickú metódu, pri ktorej aplikácii je potrebné zostrojiť charakteristiku tzv. požadovaný tlak v potrubí.

5.2. Zostrojenie charakteristiky požadovaného tlaku jednoduchého potrubia

Grafické znázornenie v súradniciach N-Q analytická závislosť (5.2) získaná pre dané potrubie sa nazýva hydraulika charakteristika požadovaného tlaku. Na obrázku 5.1 b, c Uvádza sa niekoľko možných charakteristík požadovaného tlaku (lineárny - pre podmienky laminárneho prúdenia a lineárne lokálne odpory; krivočiary - pre podmienky turbulentného prúdenia alebo prítomnosť kvadratických lokálnych odporov v potrubí).

Ako je vidieť na grafoch, hodnota statického tlaku N sv môže byť buď kladný (kvapalina sa dodáva do určitej výšky Δ z alebo je v poslednej sekcii pretlak p 2) a negatívny (keď kvapalina tečie nadol alebo keď sa pohybuje do dutiny so zriedením).

Sklon charakteristík požadovaného tlaku závisí od odporu potrubia a zväčšuje sa so zväčšujúcou sa dĺžkou potrubia a zmenšovaním jeho priemeru a tiež závisí od počtu a charakteristík lokálneho hydraulického odporu. Okrem toho v režime laminárneho prúdenia je uvažované množstvo tiež úmerné viskozite kvapaliny. Priesečník požadovanej tlakovej charakteristiky s osou x (bod A na obrázku 5.1, b, V) určuje prietok tekutiny v potrubí pri pohybe gravitáciou.

Na určenie prietoku sa široko používajú grafické závislosti požadovaného tlaku Q pri výpočte jednoduchých aj zložitých potrubí. Uvažujme preto o metodológii konštrukcie takejto závislosti (obrázok 5.2, A). Pozostáva z nasledujúcich etáp.

1. etapa. Pomocou vzorca (5.4) určíme hodnotu kritického prietoku Q kr, zodpovedajúci ReKomup=2300 a označte ho na osi výdavkov (os x). Samozrejme, pre všetky výdavky umiestnené vľavo Q kr, bude v potrubí režim laminárneho prúdenia a pre prietoky umiestnené vpravo Q cr, - turbulentný.

2. etapa. Vypočítame požadované hodnoty tlaku H 1 A H 2 pri prietoku v potrubí rovnajúcom sa Q kr, teda za predpokladu, že N 1 - výsledok výpočtu pre režim laminárneho prúdenia a N 2 - pri turbulentnom.

3. etapa. Zostrojíme charakteristiku požadovaného tlaku pre režim laminárneho prúdenia (pre prietoky menšie ako Q cr) . Ak lokálne odpory inštalované v potrubí majú lineárnu závislosť strát na prietoku, potom charakteristika požadovaného tlaku má lineárny tvar.

4. etapa. Zostrojíme charakteristiku požadovaného tlaku pre turbulentný režim prúdenia (pre veľké prietoky QKomup). Vo všetkých prípadoch sa získa krivková charakteristika blízka parabole druhého stupňa.

S charakteristikou požadovaného tlaku pre dané potrubie je to možné na základe známej hodnoty dostupného tlaku Hdisp. nájsť požadovaný prietok Qx (pozri obrázok 5.2, A).

Ak potrebujete nájsť vnútorný priemer potrubia d, potom s uvedením niekoľkých hodnôt d, je potrebné zostrojiť závislosť požadovaného tlaku Hspotreba od priemeru d (obr. 5.2, b). Ďalej podľa hodnoty N disp. vyberie sa najbližší väčší priemer zo štandardného rozsahu d sv .

V niektorých prípadoch sa v praxi pri výpočte hydraulických systémov namiesto požadovanej tlakovej charakteristiky používa charakteristika potrubia. Charakteristiky potrubia- ide o závislosť celkových tlakových strát v potrubí od prietoku. Analytické vyjadrenie tejto závislosti má tvar

Porovnanie vzorcov (5.5) a (5.2) nám umožňuje dospieť k záveru, že charakteristiky potrubia sa líšia od charakteristík požadovaného tlaku pri absencii statického tlaku H st, a o H sv = 0 tieto dve závislosti sa zhodujú.

5.3 Prípojky jednoduchých potrubí.

Analytické a grafické metódy výpočtu

Uvažujme o metódach výpočtu pripojení jednoduchých potrubí.

Nechaj nás mať sériové pripojenie niekoľko jednoduchých potrubí ( 1 , 2 A 3 na obrázku 5.3, A) rôzne dĺžky, rôzne priemery, s rôznymi súbormi lokálnych odporov. Pretože tieto potrubia sú zapojené do série, každé z nich má rovnaký prietok tekutiny Q. Celková strata hlavy pre celé spojenie (medzi bodmi M A N) pozostáva z tlakových strát v každom jednoduchom potrubí ( , , ), t.j. pre sériové zapojenie platí nasledujúci systém rovníc:

(5.6)

Stratu tlaku v každom jednoduchom potrubí je možné určiť pomocou hodnôt zodpovedajúcich prietokov:

Systém rovníc (5.6) doplnený o závislosti (5.7) je základom pre analytický výpočet hydraulického systému so sériovým zapojením potrubí.

Ak sa použije grafická metóda výpočtu, potom je potrebné zostaviť súhrnnú charakteristiku spojenia.

Na obrázku 5.3 b ukazuje spôsob získania súhrnných charakteristík sériového spojenia. Na tento účel sa používajú charakteristiky jednoduchých potrubí 1 , 2 A 3

Na zostrojenie bodu prislúchajúceho k celkovej charakteristike sériového zapojenia je potrebné v súlade s (5.6) sčítať tlakové straty v pôvodných potrubiach pri rovnakom prietoku. Na tento účel je na grafe nakreslená ľubovoľná vertikálna čiara (pri ľubovoľnom prietoku Q" ). Pozdĺž tejto vertikály sa spočítajú segmenty (tlaková strata a) získané z priesečníka vertikály s počiatočnými charakteristikami potrubí. Takto získaný bod A bude patriť k súhrnnej charakteristike spojenia. V dôsledku toho sa celková charakteristika sériového zapojenia niekoľkých jednoduchých potrubí získa sčítaním súradníc bodov počiatočných charakteristík pri danom prietoku.

Paralelné nazývané spojenie potrubí, ktoré majú dva spoločné body (bod odbočky a bod uzáveru). Príklad paralelného spojenia troch jednoduchých potrubí je na obrázku 5.3, V. Je zrejmé, že náklady Q kvapalina v hydraulickom systéme pred rozvetvením (bod M) a po uzavretí (bod N) rovnaké a rovnajúce sa výške výdavkov Q 1 , Q 2 a Q 3 v paralelných vetvách.

Ak určíme celkové tlaky v bodoch M A N cez NM A H N, potom sa pre každé potrubie tlaková strata rovná rozdielu týchto tlakov:

; ; ,

to znamená, že v paralelných potrubiach je tlaková strata vždy rovnaká. Vysvetľuje to skutočnosť, že pri takomto spojení, napriek rôznemu hydraulickému odporu každého jednoduchého potrubia, náklady Q 1 , Q 2 A Q 3 rozdelené medzi ne tak, aby straty zostali rovnaké.

Sústava rovníc pre paralelné zapojenie má teda tvar

(5.8)

Tlakovú stratu v každom potrubí, ktoré je súčasťou pripojenia, je možné určiť pomocou vzorcov formulára (5.7). Systém rovníc (5.8) doplnený o vzorce (5.7) je teda základom pre analytický výpočet hydraulických systémov s paralelným napojením potrubí.

Na obrázku 5.3 G ukazuje spôsob získania súhrnných charakteristík paralelného spojenia. Na tento účel sa používajú charakteristiky jednoduchých potrubí 1 , 2 A 3 , ktoré sú zostavené podľa závislostí (5.7).

Pre získanie bodu prislúchajúceho k celkovej charakteristike paralelného zapojenia je potrebné v súlade s (5.8) sčítať prietoky v pôvodných potrubiach pri rovnakých tlakových stratách. Na tento účel je na grafe nakreslená ľubovoľná vodorovná čiara (s ľubovoľnou stratou). Pozdĺž tejto horizontálnej línie sú segmenty (výdavky) graficky zhrnuté Q 1 , Q 2 A Q 3), získané z priesečníka vodorovnej čiary s počiatočnými charakteristikami potrubí. Takto získaný bod IN patrí k súhrnnej charakteristike spojenia. V dôsledku toho sa celková charakteristika paralelného spojenia potrubí získa sčítaním úsečiek bodov pôvodných charakteristík pre dané straty.

Podobnou metódou sa zostavujú súhrnné charakteristiky pre rozvetvené potrubia. Rozvetvené pripojenie je súbor niekoľkých potrubí, ktoré majú jeden spoločný bod (miesto, kde sa potrubia rozvetvujú alebo stretávajú).

Vyššie uvedené sériové a paralelné spojenia, prísne vzaté, patria do kategórie zložitých potrubí. Avšak v hydraulike pod zložité potrubie Spravidla rozumejú spojeniu niekoľkých jednoduchých potrubí zapojených do série a paralelne.

Na obrázku 5.3 d je uvedený príklad takéhoto zložitého potrubia pozostávajúceho z troch potrubí 1 , 2 A 3. Potrubie 1 zapojené do série vzhľadom na potrubia 2 A 3. Potrubia 2 A 3 možno považovať za paralelné, pretože majú spoločný bod vetvenia (bod M) a privádzajte kvapalinu do tej istej hydraulickej nádrže.

Pre zložité potrubia sa výpočty zvyčajne vykonávajú graficky. Odporúča sa nasledujúca postupnosť:

1) zložité potrubie je rozdelené na niekoľko jednoduchých potrubí;

2) pre každé jednoduché potrubie sú skonštruované jeho charakteristiky;

3) grafickým pridaním sa získajú charakteristiky zložitého potrubia.

Na obrázku 5.3 e ukazuje postupnosť grafických konštrukcií pri získavaní súhrnnej charakteristiky () zložitého potrubia. Najprv sa sčítajú charakteristiky potrubí podľa pravidla pre sčítanie charakteristík paralelných potrubí a potom sa pripočíta charakteristika paralelného spojenia s charakteristikou podľa pravidla pre sčítanie charakteristík sériovo zapojených potrubí a charakteristika z celého komplexného potrubia.

Po vytvorení grafu týmto spôsobom (pozri obrázok 5.3, e) pre zložité potrubie môžete jednoducho použiť známy prietok Q 1 vstupe do hydraulického systému, určite požadovaný tlak H spotreba = za celé zložité potrubie, náklady Q 2 a Q 3 v paralelných vetvách, ako aj tlaková strata a v každom jednoduchom potrubí.

5.4 Potrubie čerpadlo-napájacie potrubie

Ako už bolo uvedené, hlavným spôsobom dodávania tekutiny v strojárstve je jej nútené vstrekovanie čerpadlom. Pumpa nazývané hydraulické zariadenie, ktoré premieňa mechanickú energiu pohonu na energiu prúdenia pracovnej tekutiny. V hydraulike sa nazýva potrubie, v ktorom pohyb tekutiny zabezpečuje čerpadlo potrubie s prívodom čerpadla(Obrázok 5.4, A).

Účelom výpočtu čerpaného potrubia je zvyčajne určiť tlak generovaný čerpadlom (hlava čerpadla). Hlava čerpadla N n je celková mechanická energia prenesená čerpadlom na jednotkovú hmotnosť kvapaliny. Teda určiť N n je potrebné odhadnúť prírastok celkovej mernej energie kvapaliny pri jej prechode čerpadlom, t.j.

, (5.9)

Kde N v,N von - merná energia kvapaliny na vstupe a výstupe z čerpadla, resp.

Uvažujme o prevádzke otvoreného potrubia s napájaním čerpadla (pozri obrázok 5.4, A). Čerpadlo čerpá kvapalinu zo spodnej nádrže A s tlakom nad kvapalinou p 0 do inej nádrže B, v ktorom je tlak R 3 . Výška čerpadla vzhľadom na spodnú hladinu kvapaliny H 1 sa nazýva sacia výška a potrubie, ktorým kvapalina vstupuje do čerpadla, je sacie potrubie, alebo hydraulické sacie potrubie. Výška konečného úseku potrubia alebo hornej hladiny kvapaliny N 2 sa nazýva výtlačná výška a potrubie, ktorým sa kvapalina pohybuje z čerpadla, je tlak, alebo hydraulické vstrekovacie vedenie.

Napíšme Bernoulliho rovnicu pre prúdenie tekutiny v sacom potrubí, t.j. pre oddiely 0-0 A 1-1 :

, (5.10)

kde je tlaková strata v sacom potrubí.

Rovnica (5.10) je hlavná pre výpočet sacích potrubí. Tlak p 0 zvyčajne obmedzený (zvyčajne atmosférický tlak). Účelom výpočtu sacieho potrubia je preto zvyčajne určenie tlaku pred čerpadlom. Musí byť vyšší ako tlak nasýtených pár kvapaliny. Je to potrebné, aby sa zabránilo kavitácii na vstupe čerpadla. Z rovnice (5.10) môžete zistiť špecifickú energiu kvapaliny na vstupe čerpadla:

. (5.11)

Napíšme Bernoulliho rovnicu pre prúdenie tekutiny v tlakovom potrubí, teda pre úseky 2-2 A 3-3:

, (5.12)

kde je tlaková strata v tlakovom potrubí.

Ľavá strana tejto rovnice predstavuje špecifickú energiu tekutiny opúšťajúcej čerpadlo Hvon. Nahradenie pravých strán závislostí (5.11) za (5.9) pre Hvstup a (5.12) pre Hvon, dostaneme

Ako vyplýva z rovnice (5.13), tlak čerpadla H n zabezpečuje, že kvapalina stúpa do výšky (H 1+H 2), zvyšujúci sa tlak z R 0 predtým p 3 a vynakladá sa na prekonanie odporu v sacom a výtlačnom potrubí.

Ak je na pravej strane rovnice (5.13) určiť H st a nahradiť na KQ m , potom dostaneme Hn= Hcr + KQ m.

Porovnajme posledný výraz so vzorcom (5.2), ktorý určuje požadovaný tlak pre potrubie. Ich úplná identita je zrejmá:

tie. čerpadlo vytvára tlak rovnajúci sa požadovanému tlaku potrubia.

Výsledná rovnica (5.14) vám umožňuje analyticky určiť tlak čerpadla. Vo väčšine prípadov je však analytická metóda pomerne zložitá, takže sa rozšírila grafická metóda na výpočet potrubia s napájaním čerpadla.

Táto metóda pozostáva zo spoločného vykresľovania charakteristík požadovaného tlaku v potrubí (alebo charakteristík potrubia) do grafu. a charakteristiky čerpadla. Charakteristika čerpadla sa vzťahuje na závislosť tlaku generovaného čerpadlom na prietoku. Priesečník týchto závislostí je tzv prevádzkový bod hydraulického systému a je výsledkom grafického riešenia rovnice (5.14).

Na obrázku 5.4 b Uvádzame príklad takéhoto grafického riešenia. Tu je bod A a tam je požadovaný pracovný bod hydraulického systému. Jeho súradnice určujú tlak H n vytvorený čerpadlom a prietokom Qn kvapalina prúdiaca z čerpadla do hydraulického systému.

Ak z nejakého dôvodu poloha pracovného bodu na grafe nevyhovuje projektantovi, potom je možné túto polohu zmeniť úpravou akýchkoľvek parametrov potrubia alebo čerpadla.

7.5. Vodné kladivo v potrubí

Vodne kladivo je oscilačný proces, ktorý nastáva v potrubí pri náhlej zmene rýchlosti kvapaliny, napríklad pri zastavení prietoku v dôsledku rýchleho uzavretia ventilu (kohútika).

Tento proces je veľmi rýchly a vyznačuje sa striedavým prudkým zvyšovaním a znižovaním tlaku, čo môže viesť k zničeniu hydraulického systému. Je to spôsobené tým, že kinetická energia pohybujúceho sa prúdenia, keď je zastavená, sa premieňa na prácu pri naťahovaní stien rúr a stláčaní kvapaliny. Najväčšie nebezpečenstvo predstavuje počiatočný tlakový ráz.

Pozrime sa na fázy hydraulického rázu, ku ktorému dochádza v potrubí, keď je prietok rýchlo zablokovaný (obrázok 7.5).

Nechajte na konci potrubia, ktorým sa kvapalina pohybuje rýchlosťou vq, Kohútik je okamžite zatvorený A. Potom (pozri obrázok 7.5, A) rýchlosť častíc kvapaliny narážajúcich na kohútik bude zhasnutá a ich kinetická energia sa prenesie do práce deformácie stien potrubia a kvapaliny. V tomto prípade sú steny potrubia natiahnuté a kvapalina je stlačená. Tlak v zastavenej kvapaline sa zvýši o Δ p poraziť Ďalšie častice narážajú na inhibované častice kvapaliny pri kohútiku a tiež strácajú rýchlosť, čo vedie k prierezu p-p sa pohybuje doprava rýchlosťou c, tzv rýchlosť rázovej vlny, samotná prechodová oblasť (sekcia p-p), v ktorom sa tlak mení o hodnotu Δ p oud sa volá rázová vlna.

Keď rázová vlna dosiahne zásobník, kvapalina sa zastaví a stlačí v potrubí a steny potrubia sa natiahnu. Nárast rázového tlaku Δ p ráz sa rozšíri po celom potrubí (pozri obr. 7.5, b).

Ale tento stav nie je rovnovážny. Pod vplyvom zvýšeného tlaku ( R 0 + Δ p beat) tekuté častice budú prúdiť z potrubia do nádrže a tento pohyb začne z časti priamo susediacej s nádržou. Teraz sekcia p-p sa pohybuje pozdĺž potrubia v opačnom smere - ku kohútiku - rovnakou rýchlosťou s zanechávajúci tlak v kvapaline p 0 (pozri obrázok 7.5, V).

Kvapalina a steny potrubia sa vrátia do pôvodného stavu zodpovedajúceho tlaku p 0 . Deformačná práca sa úplne premení na kinetickú energiu a kvapalina v potrubí nadobudne svoju pôvodnú rýchlosť , ale nasmerovaný opačným smerom.

Pri tejto rýchlosti sa „stĺpec kvapaliny“ (pozri obrázok 7.5, G) má tendenciu odtrhnúť sa od kohútika, čo vedie k negatívnej rázovej vlne (tlak v kvapaline sa zníži o rovnakú hodnotu Δ p ud). Hranica medzi dvoma stavmi kvapaliny je orientovaná z kohútika do nádrže rýchlosťou s zanechávajúc za sebou stlačené steny potrubia a expandovanú kvapalinu (pozri obrázok 7.5, d). Kinetická energia kvapaliny sa opäť premení na deformačnú prácu, ale s opačným znamienkom.

Stav kvapaliny v potrubí v momente, keď negatívna rázová vlna dorazí do nádrže, je znázornené na obrázku 7.5, e. Rovnako ako v prípade znázornenom na obrázku 7.5, b, nie je v rovnováhe, pretože kvapalina v potrubí je pod tlakom ( R 0 + Δ p beat), menej ako v nádrži. Na obrázku 7.5 a znázorňuje proces vyrovnávania tlaku v potrubí a nádrži, sprevádzaný výskytom pohybu tekutiny pri rýchlosti .

Je zrejmé, že akonáhle rázová vlna odrazená od nádrže dosiahne kohútik, nastane situácia, ktorá nastala už pri zatvorení kohútika. Celý cyklus vodného kladiva sa zopakuje.

Teoretické a experimentálne štúdie hydraulického šoku v potrubiach prvýkrát vykonal N. E. V jeho experimentoch bolo zaznamenaných až 12 úplných cyklov s postupným poklesom Δ p poraziť V dôsledku výskumu N.E. Zhukovsky získal analytické závislosti, ktoré umožnili odhadnúť rázový tlak Δ p poraziť Jeden z týchto vzorcov, pomenovaný po N.E

kde je rýchlosť šírenia rázovej vlny s určený vzorcom

Kde TO - objemový modul pružnosti kvapaliny; E - modul pružnosti materiálu steny potrubia; d a 5 sú vnútorný priemer a hrúbka steny potrubia.

Vzorec (7.14) platí pre priamy vodný ráz, keď je doba uzavretia prietoku t uzavretá menšia ako fáza vodného rázu t 0:

Kde l- dĺžka potrubia.

Fáza vodného kladiva t 0 je čas, počas ktorého sa rázová vlna pohybuje z kohútika do nádrže a vracia sa späť. O t zatvorené > t 0 je rázový tlak menší a takéto vodné kladivo sa nazýva nepriamy.

V prípade potreby môžete použiť známe metódy na „zmiernenie“ vodného rázu. Najúčinnejším z nich je zvýšenie doby odozvy kohútikov alebo iných zariadení, ktoré uzatvárajú prietok kvapaliny. Podobný efekt sa dosiahne inštaláciou hydraulických akumulátorov alebo bezpečnostných ventilov pred zariadenia, ktoré blokujú prietok kvapaliny. Zníženie rýchlosti pohybu tekutiny v potrubí zväčšením vnútorného priemeru potrubí pri danom prietoku a skrátenie dĺžky potrubí (zníženie fázy hydraulického rázu) tiež pomáha znižovať rázový tlak.

Pohyb kvapaliny v potrubí je určený rozdielom medzi dvoma tlakmi: tlakom pred vstupom do potrubia a tlakom na výstupe z potrubia. Ak je však referenčná rovina kombinovaná s voľným povrchom kvapaliny v piezometri pripojenom k výstupnej sekcii, potom sa špecifická potenciálna energia výstupnej sekcie vzhľadom na porovnávaciu rovinu bude rovnať nule. Vo väčšine praktických problémov je kinetická energia vo výstupnej časti buď veľmi malá, alebo nie je pre výpočet zaujímavá. Hlavnou veličinou, ktorá určuje pohyb kvapaliny v potrubí, je teda tlak v počiatočnej časti vzhľadom na hladinu kvapaliny v piezometri pripojenom k výstupnej časti. Tento tlak sa nazýva návrhový tlak potrubia.

Veľkosť projektovaného tlaku možno odhadnúť nasledovne. Vo všeobecnosti ide o rozdiel medzi energiami vstupných a výstupných prierezov

Kvapalina zvyčajne vstupuje do potrubia z nádrže alebo zásobníka takých veľkých rozmerov, že rýchlosť pred vstupom možno považovať za zanedbateľnú. Kinetická energia na výstupe, ako už bolo uvedené, môže byť tiež zanedbaná. Navyše, ak obe sekcie komunikujú s atmosférou (ako sa zvyčajne stáva), tak . Potom

to znamená, že v tomto jednoduchom prípade je návrhový tlak rozdielom geometrických výšok ťažísk vstupnej a výstupnej časti potrubia.

Najprv zvážime schému výpočtu jednoduché potrubie, teda potrubie, ktoré nemá odbočky. Takéto potrubie môže dodávať vodu z jednej tlakovej nádrže do druhej alebo z kanála (nádrže) do miesta, kde voda z vodovodu prúdi priamo do atmosféry.

Dĺžka potrubia l a priemer d môže byť vodorovný alebo naklonený, preteká ním prúdenie Q(obr. 6.1).

Vytvorme Bernoulliho rovnicu pre dva úseky: jeden z nich 1 –1 sa zhoduje s voľnou hladinou vody v nádrži, iné 2 –2 prešiel cez výstup z potrubia. Porovnávaciu rovinu 0–0 nakreslíme cez stred výstupnej časti potrubia. Bernoulliho rovnica bude napísaná ako

Porovnávacia rovina je vedená stredom výstupnej časti, tzn z 1 = H, z 2 = 0. Tlak v oboch sekciách sa rovná atmosférickému: . Hladina kvapaliny v nádrži preto zostáva konštantná.

Pre dlhé potrubia je kinetická energia kvapaliny vo výstupnej časti vždy veľmi malá v porovnaní s veľkosťou strát, možno ju zanedbať rovnako ako lokálne straty. Ak toto všetko vezmeme do úvahy, získame z Bernoulliho rovnice

(6.1)

Tento pomer znamená, že takmer všetok dostupný tlak sa vynakladá na prekonanie trecieho odporu pozdĺž dĺžky potrubia. Ak chcete zistiť požadovanú hodnotu tlaku, mali by ste vypočítať stratu energie pozdĺž dĺžky potrubia. Výpočet dlhých potrubí je založený na tejto polohe.

Straty rozdelené po dĺžke potrubia je možné vypočítať pomocou vzorca (5.2) – Weisbach-Darcyho vzorec:

Rýchlosť pohybu tekutiny potrubím v plne rozvinutom režime turbulentného prúdenia, to znamená v prípade kvadratického odporu, je určená vzorcom (4.7) - Chezyho vzorec:

Potom sa prietok tekutiny určí ako

Komplex vyjadruje množstvo prietoku tekutiny, ktoré môže príslušné potrubie prejsť s hydraulickým sklonom rovným jednej. Toto množstvo sa nazýva prietokový modul potrubia. Vyvolanie výrazu pre Hydraulic Slope i pri ustálenom prietoku

a pomocou označenia prietokového modulu môžeme získať vzorec týkajúci sa strát energie a prietoku tekutiny:

(6.2)

Modul prietoku potrubia súvisí s jeho priemerom a stupňom drsnosti. Pre koeficient použite Manningov vzorec (4.9). C, a berúc do úvahy hodnotu hydraulického polomeru pre kruhové rúry, môžeme písať

Pre priemyselne vyrábané rúry štandardných priemerov (rozsahu) hodnoty modulu prietoku K vypočítané a zostavené do hydraulických referenčných kníh.

Základné vzorce pre všetky tri typy problémov vznikajúcich pri výpočte jednoduchého potrubia teda možno získať zo vzorca (6.2) s prihliadnutím na vzorec (6.1), to znamená s použitím hodnoty energetických strát ako návrhového tlaku:

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

Postup výpočtov pre problémy prvého typu (určenie požadovaného tlaku) je nasledujúci.

1. Pomocou známeho priemeru potrubia sa vypočíta plocha prierezu a priemerná rýchlosť prúdenia

2. Vypočíta sa Reynoldsovo číslo

3. V súlade s materiálom a stavom (nové alebo použité) potrubia sa jeho drsnosť zisťuje pomocou hydraulických tabuliek.

4. Na základe vypočítaného Re čísla a drsnosti z Nikuradzeho grafov sa určí, ktorý prípad odporu po dĺžke nastane. To vám umožní vybrať typ vzorca na výpočet koeficientu C.

5. Hodnota prietokového modulu sa vypočíta alebo určí z hydraulických tabuliek K.

6. So známym Q, l A K Na zistenie hodnoty tlaku sa používa vzorec (6.3). Často hodnota zistená týmto spôsobom H mierne zvýšiť (o 2–5 %), aby sa vytvorila rezerva na nezapočítané miestne straty.

V problémoch druhého typu (určenie prietoku) je spočiatku nemožné vypočítať rýchlosti, vypočítať Reynoldsovo číslo a určiť zákon odporu pozdĺž dĺžky potrubia. V problémoch tretieho typu (výpočet požadovaných priemerov) nie sú známe ani počiatočné charakteristiky drsnosti potrubia. Takéto problémy sa riešia postupnými aproximáciami, v ktorých sa vykonávajú predbežné výpočty špecifikovaním niektorých počiatočných hodnôt neznámych parametrov. Po získaní výsledku sa počiatočné predpoklady opravia a výpočty sa zopakujú. Pri využití možností modernej výpočtovej techniky tieto metódy nespôsobujú zásadné ťažkosti.

Ak vezmeme do úvahy potrubia so známou vysokou rýchlosťou prúdenia a výraznou drsnosťou, potom nám to umožňuje s istotou predpokladať prítomnosť kvadratického zákona odporu. Potom pomocou vzorcov Chezy, Pavlovského alebo Manninga môžete takéto problémy vyriešiť bez výberu.

5 HYDRAULICKÝ VÝPOČET POTRUBÍ

5.1 Jednoduché potrubie konštantného prierezu

Kde z 1 , z 2 - súradnice ťažísk počiatočného a konečného úseku;

p 1 , p 2 - tlak v počiatočnej a konečnej časti potrubia;

Celková tlaková strata v potrubí.

Preto požadovaný tlak

, (5.1)

V hydraulike je zvykom chápať statický tlak potrubia ako súčet .

Potom predstavujú celkové straty ako výkonovú funkciu prietoku Q, dostaneme

Kde T - hodnotu závislú od režimu prúdenia tekutiny v potrubí;

K je odpor potrubia.

Pri podmienkach laminárneho prúdenia tekutín a lineárnych lokálnych odporoch (uvedené sú ich ekvivalentné dĺžky l ekv) celkové straty

Kde l calc = l + l eq - odhadovaná dĺžka potrubia.

Preto v laminárnom režime t = 1, .

V turbulentnom prúdení tekutín

Nahradením priemernej rýchlosti tekutiny prietokom v tomto vzorci získame celkovú tlakovú stratu

. (5.3)

Potom za turbulentných podmienok a exponent m= 2. Malo by sa pamätať na to, že vo všeobecnom prípade je koeficient straty trením pozdĺž dĺžky tiež funkciou prietoku Q.

Po určení prietokového režimu môžete vypočítať tlakovú stratu a potom požadovaný tlak pomocou vzorca (5.2).

5.2. Zostrojenie charakteristiky požadovaného tlaku jednoduchého potrubia

S charakteristikou požadovaného tlaku pre dané potrubie je to možné na základe známej hodnoty dostupného tlaku Hdisp. nájsť požadovaný prietok Qx (pozri obrázok 5.2, A).

5.3 Prípojky jednoduchých potrubí.

Analytické a grafické metódy výpočtu

Uvažujme o metódach výpočtu pripojení jednoduchých potrubí.

(5.6)

Stratu tlaku v každom jednoduchom potrubí je možné určiť pomocou hodnôt zodpovedajúcich prietokov:

Systém rovníc (5.6) doplnený o závislosti (5.7) je základom pre analytický výpočet hydraulického systému so sériovým zapojením potrubí.

Ak sa použije grafická metóda výpočtu, potom je potrebné zostaviť súhrnnú charakteristiku spojenia.

Na obrázku 5.3 b ukazuje spôsob získania súhrnných charakteristík sériového spojenia. Na tento účel sa používajú charakteristiky jednoduchých potrubí 1 , 2 A 3

Ak určíme celkové tlaky v bodoch M A N cez NM A H N, potom sa pre každé potrubie tlaková strata rovná rozdielu týchto tlakov:

; ; ,

Sústava rovníc pre paralelné zapojenie má teda tvar

(5.8)

Pre zložité potrubia sa výpočty zvyčajne vykonávajú graficky. Odporúča sa nasledujúca postupnosť:

1) zložité potrubie je rozdelené na niekoľko jednoduchých potrubí;

2) pre každé jednoduché potrubie sú skonštruované jeho charakteristiky;

3) grafickým pridaním sa získajú charakteristiky zložitého potrubia.

5.4 Potrubie čerpadlo-napájacie potrubie

, (5.9)

Kde N v,N von - merná energia kvapaliny na vstupe a výstupe z čerpadla, resp.

Napíšme Bernoulliho rovnicu pre prúdenie tekutiny v sacom potrubí, t.j. pre oddiely 0-0 A 1-1 :

, (5.10)

kde je tlaková strata v sacom potrubí.

. (5.11)

Napíšme Bernoulliho rovnicu pre prúdenie tekutiny v tlakovom potrubí, teda pre úseky 2-2 A 3-3:

, (5.12)

kde je tlaková strata v tlakovom potrubí.

Ľavá strana tejto rovnice predstavuje špecifickú energiu tekutiny opúšťajúcej čerpadlo Hvon. Nahradenie pravých strán závislostí (5.11) za (5.9) pre Hvstup a (5.12) pre Hvon, dostaneme

Ak je na pravej strane rovnice (5.13) určiť H st a nahradiť na KQ m , potom dostaneme Hn= Hcr + KQ m.

Porovnajme posledný výraz so vzorcom (5.2), ktorý určuje požadovaný tlak pre potrubie. Ich úplná identita je zrejmá:

tie. čerpadlo vytvára tlak rovnajúci sa požadovanému tlaku potrubia.

Ak z nejakého dôvodu poloha pracovného bodu na grafe nevyhovuje projektantovi, potom je možné túto polohu zmeniť úpravou akýchkoľvek parametrov potrubia alebo čerpadla.

7.5. Vodné kladivo v potrubí

Vodne kladivo je oscilačný proces, ktorý nastáva v potrubí pri náhlej zmene rýchlosti kvapaliny, napríklad pri zastavení prietoku v dôsledku rýchleho uzavretia ventilu (kohútika).

Pozrime sa na fázy hydraulického rázu, ku ktorému dochádza v potrubí, keď je prietok rýchlo zablokovaný (obrázok 7.5).

Je zrejmé, že akonáhle rázová vlna odrazená od nádrže dosiahne kohútik, nastane situácia, ktorá nastala už pri zatvorení kohútika. Celý cyklus vodného kladiva sa zopakuje.

kde je rýchlosť šírenia rázovej vlny s určený vzorcom

Kde TO - objemový modul pružnosti kvapaliny; E - modul pružnosti materiálu steny potrubia; d a 5 sú vnútorný priemer a hrúbka steny potrubia.

Vzorec (7.14) platí pre priamy vodný ráz, keď je doba uzavretia prietoku t uzavretá menšia ako fáza vodného rázu t 0:

Kde l- dĺžka potrubia.

Rúry spájajúce rôzne zariadenia chemických závodov. S ich pomocou dochádza k prenosu látok medzi jednotlivými zariadeniami. Typicky je niekoľko samostatných potrubí spojených na vytvorenie jedného potrubného systému.

Potrubie je systém potrubí spojených pomocou spojovacích prvkov, ktorý sa používa na prepravu chemikálií a iných materiálov. V chemických závodoch sa na presun látok zvyčajne používajú uzavreté potrubia. Ak hovoríme o uzavretých a izolovaných častiach inštalácie, potom sa vzťahujú aj na potrubný systém alebo sieť.

Uzavretý potrubný systém môže zahŕňať:

Rúry.
Potrubné spojovacie prvky.
Tesniace tesnenia spájajúce dva odnímateľné úseky potrubia.

Všetky vyššie uvedené prvky sa vyrábajú samostatne a potom sa spájajú do jedného potrubného systému. Okrem toho môžu byť potrubia vybavené vykurovaním a potrebnou izoláciou z rôznych materiálov.

Výber veľkosti potrubia a materiálov na výrobu sa vykonáva na základe technologických a konštrukčných požiadaviek v každom konkrétnom prípade. Na štandardizáciu veľkostí rúr sa však vykonala ich klasifikácia a zjednotenie. Hlavným kritériom bol prípustný tlak, pri ktorom môže byť potrubie prevádzkované.

Menovitá veľkosť DN

Podmienený priemer DN (menovitý priemer) je parameter, ktorý sa používa v potrubných systémoch ako charakteristický znak, pomocou ktorého sa upravujú časti potrubia, ako sú rúry, tvarovky, tvarovky a iné.

Menovitý priemer je bezrozmerná hodnota, ale číselne sa približne rovná vnútornému priemeru potrubia. Príklad označenia menovitého priemeru: DN 125.

Taktiež menovitý priemer nie je uvedený na výkresoch a nenahrádza skutočné priemery rúr. Približne zodpovedá svetlému priemeru určitých častí potrubia (obr. 1.1). Ak hovoríme o číselných hodnotách podmienených prechodov, vyberajú sa tak, že pri prechode z jedného podmieneného prechodu na druhý sa priepustnosť potrubia zvyšuje v rozsahu od 60 do 100%.

Bežné menovité priemery:

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.

Rozmery týchto menovitých priechodov sú nastavené s očakávaním, že nebudú žiadne problémy s dosadaním dielov k sebe. Pri určovaní menovitého priemeru sa vychádza z hodnoty vnútorného priemeru potrubia, zvolí sa hodnota menovitého priemeru, ktorá je najbližšie k svetlému priemeru potrubia.

Menovitý tlak PN

Menovitý tlak PN je hodnota zodpovedajúca maximálnemu tlaku čerpaného média pri 20 °C, pri ktorej je možná dlhodobá prevádzka potrubia stanovených rozmerov.

Menovitý tlak je bezrozmerná veličina.

Rovnako ako menovitý priemer, menovitý tlak bol kalibrovaný na základe prevádzkových skúseností a nahromadených skúseností (tabuľka 1.1).

Menovitý tlak pre konkrétne potrubie sa vyberá na základe skutočne vytvoreného tlaku v ňom výberom najbližšej vyššej hodnoty. V tomto prípade musia armatúry a armatúry v tomto potrubí tiež zodpovedať rovnakej úrovni tlaku. Hrúbka stien potrubia sa vypočíta na základe menovitého tlaku a musí zabezpečiť prevádzkyschopnosť potrubia pri hodnote tlaku rovnajúcej sa menovitému tlaku (tabuľka 1.1).

Dovolený nadmerný prevádzkový tlak p e,zul

Menovitý tlak sa používa len pri prevádzkovej teplote 20°C. So zvyšujúcou sa teplotou klesá nosnosť potrubia. Súčasne sa zodpovedajúcim spôsobom zníži prípustný pretlak. Hodnota p e,zul zobrazuje maximálny pretlak, ktorý môže byť v potrubnom systéme pri zvýšení prevádzkovej teploty (obr. 1.2).

Potrubné materiály

Pri výbere materiálov, ktoré sa použijú na výrobu potrubí, sa berú do úvahy také ukazovatele, ako sú vlastnosti média, ktoré sa bude potrubím prepravovať, a prevádzkový tlak očakávaný v tomto systéme. Za zváženie stojí aj možnosť korozívnych účinkov čerpaného média na materiál stien potrubia.

Takmer všetky potrubné systémy a chemické závody sú vyrobené z ocele. Na všeobecné použitie pri absencii vysokého mechanického zaťaženia a koróznych účinkov sa na výrobu potrubí používa sivá liatina alebo nelegované konštrukčné ocele.

V prípade vyšších prevádzkových tlakov a absencie korózneho zaťaženia sa používa potrubie z kalenej ocele alebo z oceľoliatiny.

Ak je korozívne pôsobenie prostredia veľké alebo sú kladené vysoké nároky na čistotu produktu, potom je potrubie vyrobené z nehrdzavejúcej ocele.

Ak musí byť potrubie odolné voči morskej vode, potom sa na jeho výrobu používajú zliatiny medi a niklu. Môžu sa použiť aj zliatiny hliníka a kovy ako tantal alebo zirkónium.

Rôzne druhy plastov sa stávajú čoraz bežnejšími ako potrubné materiály kvôli ich vysokej odolnosti proti korózii, nízkej hmotnosti a ľahkému spracovaniu. Tento materiál je vhodný pre potrubia odpadových vôd.

Potrubné armatúry

Na mieste inštalácie sa montujú potrubia z plastových materiálov vhodných na zváranie. Medzi takéto materiály patrí oceľ, hliník, termoplasty, meď a pod. Na spájanie priamych úsekov rúr sa používajú špeciálne vyrábané tvarové prvky, napríklad kolená, ohyby, ventily a redukcie priemerov (obr. 1.3). Tieto tvarovky môžu byť súčasťou akéhokoľvek potrubia.

Potrubné spoje

Na inštaláciu jednotlivých častí potrubia a armatúr sa používajú špeciálne spoje. Používajú sa tiež na pripojenie potrebných armatúr a zariadení k potrubiu.

Pripojenia sa vyberajú (obr. 1.4) v závislosti od:

materiály používané na výrobu rúr a tvaroviek. Hlavným kritériom výberu je možnosť zvárania.
prevádzkové podmienky: nízky alebo vysoký tlak, ako aj nízka alebo vysoká teplota.
výrobné požiadavky, ktoré sa vzťahujú na potrubný systém.
prítomnosť odpojiteľných alebo trvalých spojení v potrubnom systéme.

Ryža. 1.4 Typy potrubných spojov

Lineárna expanzia potrubia a jeho vybavenie

Geometrický tvar predmetov sa dá meniť ako silou na ne, tak aj zmenou ich teploty. Tieto fyzikálne javy vedú k tomu, že potrubie, ktoré je inštalované v nezaťaženom stave a bez vystavenia teplote, podlieha počas prevádzky pod tlakom alebo vystavením teplote určitému lineárnemu rozťahovaniu alebo kontrakcii, čo negatívne ovplyvňuje jeho výkon.

Keď nie je možné kompenzovať expanziu, dochádza k deformácii potrubného systému. V tomto prípade môže dôjsť k poškodeniu tesnení prírub a miest, kde sa potrubia navzájom spájajú.

Tepelná lineárna rozťažnosť

Pri ukladaní potrubí je dôležité brať do úvahy možnú zmenu dĺžky v dôsledku zvyšujúcej sa teploty alebo takzvanej tepelnej lineárnej rozťažnosti, označovanej ΔL. Táto hodnota závisí od dĺžky potrubia, ktorá je označená L o a teplotného rozdielu Δϑ =ϑ2-ϑ1 (obr. 1.5).

Vo vyššie uvedenom vzorci je a koeficient tepelnej lineárnej rozťažnosti daného materiálu. Tento indikátor sa rovná lineárnej expanzii 1 m dlhého potrubia so zvýšením teploty o 1 ° C.

Prvky kompenzácie dilatácie potrubia

Ohyby potrubia

Vďaka špeciálnym ohybom, ktoré sú privarené do potrubia, je možné kompenzovať prirodzenú lineárnu rozťažnosť rúr. Na tento účel sa používajú vyrovnávacie ohyby v tvare U, Z a rohy, ako aj kompenzátory lýry (obr. 1.6).

Ryža. 1.6 Kompenzácia ohybov potrubia

Vnímajú lineárnu expanziu potrubí v dôsledku vlastnej deformácie. Táto metóda je však možná len s určitými obmedzeniami. Vysokotlakové potrubia používajú kolená v rôznych uhloch na prispôsobenie sa expanzii. V dôsledku tlaku, ktorý v takýchto ohyboch pôsobí, je možná zvýšená korózia.

Kompenzátory vlnitých rúr

Toto zariadenie pozostáva z tenkostennej kovovej vlnitej rúrky, ktorá sa nazýva vlnovec a tiahne sa v smere potrubia (obr. 1.7).

Tieto zariadenia sú inštalované v potrubí. Predpätie sa používa ako špeciálny kompenzátor expanzie.

Ak hovoríme o axiálnych kompenzátoroch, sú schopné kompenzovať iba tie lineárne dilatácie, ktoré sa vyskytujú pozdĺž osi potrubia. Aby sa zabránilo bočnému pohybu a vnútornej kontaminácii, používa sa vnútorný vodiaci krúžok. Na ochranu potrubia pred vonkajším poškodením sa spravidla používa špeciálne obloženie. Kompenzátory, ktoré neobsahujú vnútorný vodiaci krúžok, absorbujú bočný pohyb, ako aj vibrácie, ktoré môžu pochádzať z čerpadiel.

Izolácia potrubia

Ak sa potrubím pohybuje médium s vysokou teplotou, musí byť izolované, aby nedochádzalo k tepelným stratám. Keď sa potrubím pohybuje médium s nízkou teplotou, používa sa izolácia, ktorá zabraňuje jeho ohrievaniu vonkajším prostredím. Izolácia sa v takýchto prípadoch vykonáva pomocou špeciálnych izolačných materiálov, ktoré sú umiestnené okolo potrubia.

Zvyčajne sa používajú tieto materiály:

Pri nízkych teplotách do 100°C sa používajú tuhé peny ako polystyrén alebo polyuretán.
Pri priemerných teplotách okolo 600°C sa používajú tvarované črevá alebo minerálne vlákna ako kamenná vlna alebo sklenená plsť.
Pri vysokých teplotách okolo 1200°C - keramické vlákno, napríklad oxid hlinitý.

Rúry s menovitým priemerom pod DN 80 a hrúbkou izolačnej vrstvy menšou ako 50 mm sa zvyčajne izolujú pomocou izolačných tvaroviek. Na tento účel sa okolo potrubia umiestnia dve škrupiny, ktoré sa pripevnia kovovou páskou a potom sa prikryjú cínovým puzdrom (obr. 1.8).

Potrubia, ktoré majú menovitý priemer väčší ako DN 80, musia byť vybavené tepelnou izoláciou so spodným rámom (obr. 1.9). Tento rám sa skladá z upínacích krúžkov, dištančných podložiek a kovového plášťa z pozinkovanej mäkkej ocele alebo plechu z nehrdzavejúcej ocele. Priestor medzi potrubím a kovovým plášťom je vyplnený izolačným materiálom.

Hrúbka izolácie sa vypočíta podľa nákladov na jej výrobu, ako aj strát, ktoré vznikajú v dôsledku tepelných strát, a pohybuje sa od 50 do 250 mm.

Tepelná izolácia musí byť aplikovaná po celej dĺžke potrubného systému vrátane oblastí ohybov a kolien. Je veľmi dôležité zabezpečiť, aby tam neboli žiadne nechránené oblasti, ktoré by mohli spôsobiť tepelné straty. Prírubové spoje a tvarovky musia byť vybavené tvarovanými izolačnými prvkami (obr. 1.10). To poskytuje neobmedzený prístup k miestu pripojenia bez potreby odstraňovania izolačného materiálu z celého potrubného systému v prípade netesnosti.

Ak je izolácia potrubného systému správne zvolená, je vyriešených veľa problémov, ako napríklad:

Zabránenie silnému poklesu teploty v prúdiacom médiu a v dôsledku toho úspora energie.
Zabránenie poklesu teploty v plynovodných systémoch pod rosný bod. Tak je možné eliminovať tvorbu kondenzátu, ktorý môže viesť k značnému poškodeniu koróziou.
Zabránenie kondenzácii v parných potrubiach.

Potrubia sú rozdelené na krátke a dlhé. Ak sú celkové straty na lokálnych odporoch menšie ako 5 % celkových strát, považuje sa takéto potrubie za dlhé.(∑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.

Pohyb kvapaliny v tlakových potrubiach nastáva v dôsledku toho, že jej energia (tlak) na začiatku potrubia je väčšia ako na konci. Tento rozdiel v úrovniach energie vzniká rôznymi spôsobmi: prevádzkou čerpadla, v dôsledku rozdielu hladín kvapaliny, tlaku plynu atď.

Jednoduché potrubie konštantného prierezu

Hlavné výpočtové vzťahy pre jednoduché potrubie sú: Bernoulliho rovnica, prietoková rovnica Q = const a vzorce na výpočet strát trením po dĺžke potrubia a v lokálnych odporoch.

Pri aplikácii Bernoulliho rovnice na konkrétny výpočet môžete zvážiť nasledujúce odporúčania. Najprv by ste mali definovať dve konštrukčné časti a porovnávaciu rovinu na obrázku. Odporúča sa brať po častiach:

voľný povrch kvapaliny v nádrži, kde je rýchlosť nulová, t.j. V = 0;

prúdenie vystupuje do atmosféry, kde sa tlak v priereze prúdu rovná okolitému tlaku, t.j. p a6c = p atm alebo p od6 = 0;

úsek, v ktorom je tlak nastavený (alebo je potrebné ho určiť) (údaje tlakomeru alebo vákuového manometra);

časť pod piestom, kde je pretlak určený vonkajším zaťažením.

Je vhodné nakresliť porovnávaciu rovinu cez ťažisko jednej z konštrukčných sekcií, ktorá sa zvyčajne nachádza nižšie (vtedy sú geometrické výšky sekcií 0).

Nech je jednoduché potrubie konštantného prierezu umiestnené ľubovoľne v priestore (obr. 1), má celkovú dĺžku l a priemer d a obsahuje množstvo lokálnych odporov. V počiatočnej časti (1-1) je geometrická výška z 1 a pretlak je p 1 a v konečnej časti (2-2) je z 2 a p 2, v tomto poradí. Vzhľadom na stálosť priemeru potrubia je rýchlosť prúdenia v týchto úsekoch rovnaká a rovná v.

Beroulliho rovnica pre sekcie 1-1 a 2-2 berúc do úvahy
,
bude vyzerať takto:

súčet miestnych koeficientov odporu.

Pre pohodlie výpočtov uvádzame koncept návrhového tlaku

٭٭

Hydraulický výpočet jednoduchého kompozitného potrubia

,
,

Výpočty jednoduchých potrubí pozostávajú z troch typických úloh: určenie tlaku (alebo tlaku), prietoku a priemeru potrubia. Ďalej uvažujeme o technike riešenia týchto problémov pre jednoduché potrubie s konštantným prierezom.

Problém 1. Dané: rozmery potrubia A drsnosť jeho stien , vlastnosti kvapaliny
, prietok tekutiny Q.

Určte požadovaný tlak H (jedna z veličín, ktoré tvoria tlak).

Riešenie. Bernoulliho rovnica je zostavená pre prietok daného hydraulického systému. Sú priradené riadiace sekcie. Výber referenčnej roviny Z(0.0) analyzujú sa počiatočné podmienky. Bernoulliho rovnica je zostavená s prihliadnutím na počiatočné podmienky. Z Bernoulliho rovnice získame výpočtový vzorec typu ٭. Rovnica je vyriešená vzhľadom na H. Určí sa Reynoldsovo číslo Re a stanoví sa spôsob pohybu. Hodnota je nájdená v závislosti od režimu jazdy. Vypočíta sa H a požadovaná hodnota.

Úloha 2. Dané: rozmery potrubia A , drsnosť jeho stien , vlastnosti kvapaliny
, tlak N. Určte prietok Q.

Riešenie. Bernoulliho rovnica je zostavená s prihliadnutím na vyššie uvedené odporúčania. Rovnica sa rieši vzhľadom na požadovanú hodnotu Q. Výsledný vzorec obsahuje neznámy koeficient , v závislosti od Re. Priame umiestnenie v podmienkach tohto problému je to ťažké, pretože keď Q nie je známe, Re nemôže byť stanovené vopred. Preto sa ďalšie riešenie úlohy vykonáva metódou postupných aproximácií.

aproximácia: R e → ∞

, definovať

2. priblíženie:

, nájdeme λ II (R e II , Δ uh ) a určiť

Zistila sa relatívna chyba. Ak
, potom riešenie končí (pre problémy s tréningom
). V opačnom prípade sa riešenie uskutoční v treťom priblížení.

Úloha 3. Dané: rozmery potrubí (okrem priemeru d), drsnosť jeho stien , vlastnosti kvapaliny
, tlak H, prietok Q. Určte priemer potrubia.

Riešenie. Pri riešení tohto problému vznikajú ťažkosti s priamym určením hodnoty , podobne ako problém druhého typu. Preto je vhodné riešenie realizovať graficko-analytickou metódou. Je špecifikovaných viacero hodnôt priemeru
.Pre každý nájde sa zodpovedajúca hodnota tlaku H pre daný prietok Q (úloha prvého typu sa rieši n-krát). Na základe výsledkov výpočtu sa vytvorí graf
. Z grafu sa určí požadovaný priemer d, zodpovedajúci zadanej hodnote tlaku H.