Mișcarea lichidului în conductă este determinată de diferența dintre două capete: capul înainte de intrarea în conductă și capul la ieșirea din aceasta. Totuși, dacă planul de comparație este aliniat cu suprafața liberă a lichidului într-un piezometru conectat la secțiunea de ieșire, atunci energia potențială specifică a secțiunii de ieșire în raport cu planul de referință va fi egală cu zero. În majoritatea problemelor practice, energia cinetică din secțiunea de evacuare este fie foarte mică, fie nu prezintă interes pentru calcul. Astfel, cantitatea principală care determină mișcarea lichidului în conductă este capul din secțiunea inițială în raport cu nivelul lichidului din piezometrul conectat la secțiunea de ieșire. Această presiune se numește cap de proiectare conductă.
Mărimea capului de proiectare poate fi estimată după cum urmează. În general, diferența dintre energiile secțiunilor transversale de intrare și de ieșire
De obicei, lichidul intră în conductă dintr-un rezervor sau rezervor de o dimensiune atât de mare încât viteza în fața intrării poate fi considerată neglijabilă. Energia cinetică la ieșire, așa cum sa menționat deja, poate fi de asemenea neglijată. În plus, dacă ambele secțiuni sunt în comunicare cu atmosfera (cum se întâmplă de obicei), atunci 
... Atunci
adică, în acest caz simplu, capul de proiectare este diferența dintre înălțimile geometrice ale centrelor de greutate ale secțiunilor de intrare și de evacuare ale conductei.
Să luăm mai întâi în considerare schema de calcul simplu conductă, adică o conductă care nu are ramuri. O astfel de conductă poate furniza apă de la un rezervor sub presiune la altul sau de la un canal (rezervor) până la un punct în care apa din sistemul de alimentare cu apă curge direct în atmosferă.
Lungimea conductei l si diametrul d poate fi orizontal sau înclinat, debitul curge prin el Q(fig. 6.1).
Să compunem ecuația Bernoulli pentru două secțiuni: una dintre ele 1 –1 coincide cu suprafața liberă a apei din rezervor, cealaltă 2 –2 trecut prin orificiul de evacuare al conductei. Desenați planul de comparație 0–0 prin centrul secțiunii de evacuare a țevii. Ecuația lui Bernoulli poate fi scrisă ca
.
Planul de comparație este desenat prin centrul secțiunii de evacuare, adică z 1 = H, z 2 = 0. Presiunea din ambele secțiuni este egală cu presiunea atmosferică: ... Prin urmare, nivelul lichidului din rezervor rămâne constant.
Pentru conductele lungi, energia cinetică a fluidului din secțiunea de evacuare este întotdeauna foarte mică în comparație cu valoarea pierderilor; ea poate fi neglijată la fel cum neglijăm pierderile locale. Ținând cont de toate acestea, din ecuația lui Bernoulli obținem
| . | (6.1) |
Acest raport înseamnă că practic tot capul disponibil este cheltuit pentru a depăși rezistența la frecare de-a lungul lungimii conductei. Pentru a afla cantitatea necesară de cap, ar trebui să calculați pierderea de energie de-a lungul lungimii conductei. Calculul conductelor lungi se bazează pe această poziție.
Pierderile distribuite pe lungimea conductei pot fi calculate folosind formula (5.2) - formula Weisbach-Darcy:
.
Viteza de mișcare a fluidului prin conductă cu un regim de curgere turbulent complet dezvoltat, adică în cazul rezistenței pătratice, este determinată de formula (4.7) - formula Shezy:
Apoi debitul lichidului va fi determinat ca
Complexul exprimă cantitatea de flux de fluid pe care o poate trece conducta în cauză la o pantă hidraulică egală cu unu. Această valoare este numită modul de flux conducte. Amintind expresia pentru pantă hidraulică i la flux constant
și folosind denumirea modulului debitului, putem obține o formulă care conectează pierderile de energie și debitul lichidului:
| . | (6.2) |
Modulul de curgere al unei conducte este legat de diametrul acesteia și de gradul de rugozitate. Folosind formula lui Manning (4.9) pentru coeficient C, și ținând cont de valoarea razei hidraulice pentru țevi rotunde, putem scrie
.
Pentru țevi de diametre standard (sortimente) produse de industrie, valorile modulului de curgere K calculate și rezumate în cărți de referință hidraulice.
Astfel, formulele de bază pentru toate cele trei tipuri de probleme care apar în calculele unei conducte simple pot fi obținute din formula (6.2) ținând cont de formula (6.1), adică folosind valoarea pierderilor de energie ca cap de proiectare:
| , | (6.3) | |
| , | (6.4) | |
| . | (6.5) |
Procedura de calcul pentru sarcinile de primul tip (determinarea presiunii necesare) este următoarea.
1. Pe baza diametrului cunoscut al conductei, se calculează aria secțiunii transversale și viteza medie a curgerii
2. Se calculează numărul Reynolds
3. În conformitate cu materialul și starea (nouă sau folosită) conductei, rugozitatea acesteia se determină conform tabelelor hidraulice.
4. Pe baza numărului Re calculat și a rugozității din parcelele Nikuradze, se determină ce caz de rezistență pe lungime are loc. Acest lucru vă va permite să selectați tipul de formulă pentru calcularea coeficientului C.
5. Calculat sau determinat din tabele hidraulice valoarea modulului de curgere K.
6. Cu cunoscut Q, lși K conform formulei (6.3) se afla valoarea capului. Valoarea găsită în acest fel este adesea H ușoară creștere (cu 2–5%) pentru rezerva pentru pierderi locale necontabilizate.
În problemele de al doilea tip (determinarea debitului), este inițial imposibil să se calculeze vitezele, să se calculeze numărul Reynolds și să se determine legea rezistenței de-a lungul lungimii conductei. În problemele de al treilea tip (calculul diametrelor necesare), caracteristicile inițiale de rugozitate ale conductei sunt, de asemenea, necunoscute. Astfel de probleme sunt rezolvate prin aproximări succesive, în care se efectuează calcule preliminare, având în vedere niște valori inițiale ale unor parametri necunoscuți. După obținerea rezultatului, ipotezele inițiale sunt corectate, iar calculele se repetă. Atunci când se utilizează capacitățile tehnologiei moderne de calcul, aceste metode nu provoacă dificultăți fundamentale.
Dacă conductele sunt considerate cu un debit deliberat ridicat și o rugozitate semnificativă, atunci acest lucru ne permite să presupunem cu încredere prezența unei legi pătratice a rezistenței. Apoi, folosind formulele Shezy, Pavlovsky sau Manning, este posibil să se rezolve astfel de probleme fără selecție.
Conductele pentru transportul diferitelor lichide fac parte integrantă din instalațiile și instalațiile în care se desfășoară procese de lucru legate de diverse domenii de aplicare. Atunci când alegeți țevi și configurația conductei, costul atât al țevilor în sine, cât și al fitingurilor pentru conducte este de mare importanță. Costul final de pompare a mediului prin conductă este determinat în mare măsură de dimensiunea conductelor (diametru și lungime). Calculul acestor valori se realizează folosind formule special dezvoltate, specifice anumitor tipuri de operațiuni.
O țeavă este un cilindru gol din metal, lemn sau alt material folosit pentru a transporta medii lichide, gazoase și în vrac. Mediul transportat poate fi apa, gaze naturale, abur, produse petroliere etc. Țevile sunt utilizate într-o gamă largă de industrii, de la diverse industrii până la aplicații domestice.
O mare varietate de materiale pot fi folosite pentru a face țevi, cum ar fi oțel, fontă, cupru, ciment, plastic, cum ar fi plasticul ABS, PVC, PVC clorurat, polibutenă, polietilenă etc.
Dimensiunile principale ale unei țevi sunt diametrul acesteia (exterior, interior etc.) și grosimea peretelui, care se măsoară în milimetri sau inci. Se mai folosește o valoare precum diametrul nominal sau alezajul nominal - valoarea nominală a diametrului interior al țevii, măsurată și în milimetri (notat cu DN) sau inci (notat cu DN). Diametrele nominale sunt standardizate și reprezintă principalul criteriu de selecție a țevilor și fitingurilor.
Corespondența dimensiunii nominale în mm și inci:
O țeavă cu o secțiune transversală circulară este preferată față de alte secțiuni geometrice din mai multe motive:
- Un cerc are un raport minim perimetru-zonă, iar atunci când este aplicat unei țevi, aceasta înseamnă că, cu un debit egal, consumul de material pentru țevile rotunde va fi minim în comparație cu țevile de alte forme. Acest lucru implică, de asemenea, costuri cât mai mici pentru izolare și acoperire de protecție;
- O secțiune transversală circulară este cea mai benefică pentru mișcarea unui mediu lichid sau gazos din punct de vedere hidrodinamic. De asemenea, datorită suprafeței interne cât mai mici a țevii pe unitatea de lungime a acesteia, se realizează minimizarea frecării dintre mediul transportat și țeavă.
- Forma rotundă este cea mai rezistentă la presiunile interne și externe;
- Procesul de realizare a țevilor rotunde este destul de simplu și ușor de realizat.
Conductele pot varia foarte mult ca diametru și configurație, în funcție de scopul și domeniul de aplicare. Deci, conductele principale pentru mișcarea apei sau a produselor petroliere pot ajunge la aproape jumătate de metru în diametru cu o configurație destul de simplă, iar serpentinele de încălzire, care sunt și conducte, cu un diametru mic, au o formă complexă cu multe spire.
Este imposibil să ne imaginăm vreo ramură a industriei fără o rețea de conducte. Calculul oricărei astfel de rețele include selecția materialului țevii, întocmirea unui caiet de sarcini, care listează date despre grosimea, dimensiunea țevii, traseul etc. Materiile prime, produsele intermediare și/sau produsele finite trec prin etape de producție, deplasându-se între diferite dispozitive și instalații, care sunt conectate prin conducte și fitinguri. Calculul, selectarea și instalarea corectă a sistemului de conducte sunt necesare pentru implementarea fiabilă a întregului proces, asigurând pomparea în siguranță a mediilor, precum și pentru etanșarea sistemului și prevenirea scurgerilor de substanță pompată în atmosferă.
Nu există o formulă sau o regulă unică care să poată fi utilizată pentru a selecta conductele pentru fiecare aplicație și mediu de operare posibil. În fiecare zonă individuală de aplicare a conductei, există o serie de factori care necesită luare în considerare și pot avea un impact semnificativ asupra cerințelor pentru conductă. De exemplu, atunci când aveți de-a face cu nămol, o conductă mare nu numai că va crește costul instalației, ci va crea și dificultăți operaționale.
De obicei, țevile sunt selectate după optimizarea materialului și a costurilor de exploatare. Cu cât diametrul conductei este mai mare, adică cu cât investiția inițială este mai mare, cu atât va fi mai mică căderea de presiune și, în consecință, cu atât costurile de exploatare sunt mai mici. Dimpotrivă, dimensiunea mică a conductei va reduce costurile primare ale țevilor și fitingurilor în sine, dar o creștere a vitezei va atrage după sine o creștere a pierderilor, ceea ce va duce la necesitatea de a cheltui energie suplimentară pentru pomparea mediului. Limitele de viteză fixate pentru diverse aplicații se bazează pe condiții optime de proiectare. Dimensiunile conductelor sunt calculate folosind aceste coduri, ținând cont de zonele de aplicare.
Proiectarea conductei
La proiectarea conductelor, se iau ca bază următorii parametri de proiectare de bază:
- performanța necesară;
- punctul de intrare și punctul de ieșire al conductei;
- compoziția mediului, inclusiv vâscozitatea și greutatea specifică;
- condiţiile topografice ale traseului conductei;
- presiunea maximă de lucru admisă;
- calcul hidraulic;
- diametrul conductei, grosimea peretelui, limita de curgere la tracțiune a materialului peretelui;
- numărul de stații de pompare, distanța dintre acestea și consumul de energie.
Fiabilitatea conductei
Fiabilitatea în proiectarea conductelor este asigurată prin respectarea codurilor de proiectare adecvate. Formarea personalului este, de asemenea, un factor cheie în asigurarea duratei de viață lungi a conductei și a etanșeității și fiabilității acesteia. Monitorizarea permanentă sau periodică a funcționării conductei poate fi efectuată prin sisteme de monitorizare, contabilitate, control, reglare și automatizare, dispozitive personale de control în producție și dispozitive de siguranță.
Acoperire suplimentară a conductelor
Un strat rezistent la coroziune este aplicat pe exteriorul majorității conductelor pentru a preveni efectele corozive ale coroziunii mediului. În cazul pompării mediilor corozive, pe suprafața interioară a țevilor se poate aplica un strat de protecție. Înainte de punere în funcțiune, toate conductele noi destinate transportului de lichide periculoase sunt testate pentru defecte și scurgeri.
Noțiuni de bază pentru calcularea debitului într-o conductă
Natura fluxului de mediu în conductă și atunci când curge în jurul obstacolelor poate fi foarte diferită de la lichid la lichid. Unul dintre indicatorii importanți este vâscozitatea mediului, caracterizată printr-un astfel de parametru precum coeficientul de vâscozitate. Inginerul-fizician irlandez Osborne Reynolds a efectuat o serie de experimente în 1880, în conformitate cu rezultatele cărora a reușit să obțină o cantitate adimensională care caracterizează natura curgerii unui fluid vâscos, numită criteriul Reynolds și notat Re.
Re = (v L ρ) / μ
Unde:
ρ este densitatea lichidului;
v este debitul;
L este lungimea caracteristică a elementului de curgere;
μ este coeficientul dinamic de vâscozitate.
Adică, criteriul Reynolds caracterizează raportul dintre forțele de inerție și forțele de frecare vâscoase într-un flux de fluid. O modificare a valorii acestui criteriu reflectă o modificare a raportului acestor tipuri de forțe, care, la rândul său, afectează natura curgerii fluidului. În acest sens, se obișnuiește să se distingă trei moduri de curgere în funcție de valoarea criteriului Reynolds. Când Re<2300 наблюдается так называемый ламинарный поток, при котором жидкость движется тонкими слоями, почти не смешивающимися друг с другом, при этом наблюдается постепенное увеличение скорости потока по направлению от стенок трубы к ее центру. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к дестабилизации такой структуры потока, и значениям 2300
| Profilul vitezei curgerii | ||
|---|---|---|
| modul laminar | regim tranzitoriu | regim turbulent |
 |
 |
|
| Natura curgerii | ||
| modul laminar | regim tranzitoriu | regim turbulent |
 |
 |
 |
Criteriul Reynolds este un criteriu de similaritate pentru curgerea unui fluid vâscos. Adică, cu ajutorul său, este posibil să se simuleze un proces real într-o dimensiune redusă, convenabil pentru studiu. Acest lucru este extrem de important, deoarece este adesea extrem de dificil, și uneori chiar imposibil, să se studieze natura fluxurilor de fluid în dispozitive reale din cauza dimensiunilor lor mari.
Calculul conductei. Calculul diametrului conductei
Dacă conducta nu este izolată termic, adică schimbul de căldură între transportat și mediu este posibil, atunci natura debitului din ea se poate schimba chiar și la o viteză constantă (debit). Acest lucru este posibil dacă la intrare mediul pompat are o temperatură suficient de ridicată și curge în regim turbulent. Pe lungimea conductei, temperatura mediului transportat va scădea din cauza pierderilor de căldură către mediu, ceea ce poate presupune o schimbare a regimului de curgere la laminar sau tranzitoriu. Temperatura la care are loc schimbarea de regim se numește temperatura critică. Valoarea vâscozității lichidului depinde direct de temperatură, prin urmare, pentru astfel de cazuri, se utilizează un parametru precum vâscozitatea critică, corespunzător punctului de modificare a regimului de curgere la valoarea critică a criteriului Reynolds:
v cr = (v D) / Re cr = (4 Q) / (π D Re cr)
Unde:
ν cr - vâscozitatea cinematică critică;
Re cr este valoarea critică a criteriului Reynolds;
D este diametrul conductei;
v este debitul;
Q - consum.
Un alt factor important este frecarea dintre peretele conductei și curentul care curge. În acest caz, coeficientul de frecare depinde în mare măsură de rugozitatea pereților conductei. Relația dintre coeficientul de frecare, criteriul Reynolds și rugozitate este stabilită de diagrama Moody, care vă permite să determinați unul dintre parametri, cunoscându-i pe ceilalți doi.
Formula Colebrook-White este, de asemenea, utilizată pentru a calcula coeficientul de frecare al curgerii turbulente. Pe baza acestei formule, se pot construi grafice în funcție de care se stabilește coeficientul de frecare.
(√λ) -1 = -2log (2,51 / (Re √λ) + k / (3,71 d))
Unde:
k - coeficientul de rugozitate a conductei;
λ este coeficientul de frecare.
Există și alte formule pentru calcularea aproximativă a pierderilor prin frecare în timpul fluxului de presiune a lichidului în conducte. Una dintre cele mai frecvent utilizate ecuații în acest caz este ecuația Darcy-Weisbach. Se bazează pe date empirice și este utilizat în principal în modelarea sistemului. Pierderea prin frecare este o funcție a vitezei fluidului și a rezistenței conductei la mișcarea fluidului, exprimată în termeni de rugozitate a pereților conductei.
∆H = λ L / d v² / (2 g)
Unde:
ΔH - pierderea capului;
λ este coeficientul de frecare;
L este lungimea secțiunii conductei;
d - diametrul conductei;
v este debitul;
g este accelerația gravitației.
Pierderea de presiune datorată frecării pentru apă este calculată folosind formula Hazen-Williams.
∆H = 11,23 L 1 / C 1,85 Q 1,85 / D 4,87
Unde:
ΔH - pierderea capului;
L este lungimea secțiunii conductei;
C este coeficientul de rugozitate Heisen-Williams;
Q - consum;
D este diametrul conductei.
Presiune
Presiunea de funcționare a conductei este cea mai mare presiune în exces care asigură modul de funcționare specificat al conductei. Decizia asupra dimensiunii conductei și a numărului de stații de pompare se ia de obicei pe baza presiunii de funcționare a conductelor, a capacității pompei și a costurilor. Presiunea maximă și minimă a conductei, precum și proprietățile mediului de lucru, determină distanța dintre stațiile de pompare și puterea necesară.
Presiune nominală PN - valoare nominală corespunzătoare presiunii maxime a mediului de lucru la 20 ° C, la care este posibilă funcționarea continuă a conductei cu dimensiunile date.
Pe măsură ce temperatura crește, capacitatea de încărcare a țevii scade, la fel ca și suprapresiunea admisibilă ca rezultat. Valoarea pe, zul indică presiunea maximă (g) în sistemul de conducte pe măsură ce temperatura de funcționare crește.
Graficul suprapresiunii permise:
Calculul căderii de presiune în conductă
Calculul căderii de presiune în conductă se face după formula:
∆p = λ L / d ρ / 2 v²
Unde:
Δp este căderea de presiune pe secțiunea conductei;
L este lungimea secțiunii conductei;
λ este coeficientul de frecare;
d - diametrul conductei;
ρ este densitatea mediului pompat;
v este debitul.
Mijloace de lucru transportate
Cel mai adesea, țevile sunt folosite pentru transportul apei, dar pot fi folosite și pentru deplasarea nămolului, suspensiilor, aburului etc. În industria petrolului, conductele sunt folosite pentru pomparea unei game largi de hidrocarburi și amestecurile acestora, care diferă foarte mult în ceea ce privește proprietățile chimice și fizice. Țițeiul poate fi transportat la mai multe distanțe de la câmpurile de pe uscat sau platformele petroliere offshore la terminale, puncte intermediare și rafinării.
Conductele transmit, de asemenea:
- produse rafinate, cum ar fi benzină, combustibil de aviație, kerosen, motorină, păcură etc.;
- materii prime petrochimice: benzen, stiren, propilenă etc.;
- hidrocarburi aromatice: xilen, toluen, cumen etc.;
- combustibili petrolieri lichefiați, cum ar fi gazul natural lichefiat, gazul petrolier lichefiat, propanul (gaze la temperatură și presiune standard, dar lichefiate folosind presiune);
- dioxid de carbon, amoniac lichid (transportat ca lichide sub presiune);
- bitumul și combustibilii vâscoși sunt prea vâscoși pentru a fi transportați prin conducte, prin urmare, fracțiunile distilate de ulei sunt folosite pentru a lichefia aceste materii prime și rezultă un amestec care poate fi transportat prin conductă;
- hidrogen (pe distanțe scurte).
Calitatea mediului transportat
Proprietățile fizice și parametrii mediilor transportate determină în mare măsură parametrii de proiectare și funcționare ai conductei. Greutatea specifică, compresibilitatea, temperatura, vâscozitatea, punctul de curgere și presiunea vaporilor sunt principalii parametri ai mediului de lucru care trebuie luați în considerare.
Greutatea specifică a unui lichid este greutatea acestuia pe unitatea de volum. Multe gaze sunt transportate prin conducte sub presiune ridicată, iar când se atinge o anumită presiune, unele gaze pot suferi chiar lichefiere. Prin urmare, raportul de compresie al mediului este un parametru critic pentru proiectarea conductelor și pentru determinarea capacității de debit.
Temperatura afectează indirect și direct performanța conductei. Aceasta se exprimă prin faptul că lichidul crește în volum după creșterea temperaturii, cu condiția ca presiunea să rămână constantă. O scădere a temperaturii poate afecta, de asemenea, atât performanța, cât și eficiența generală a sistemului. De obicei, atunci când temperatura lichidului scade, aceasta este însoțită de o creștere a vâscozității acestuia, care creează rezistență suplimentară la frecare de-a lungul peretelui interior al țevii, necesitând mai multă energie pentru a pompa aceeași cantitate de lichid. Mediile foarte vâscoase sunt sensibile la modificările temperaturii de funcționare. Vâscozitatea este rezistența unui fluid la curgere și se măsoară în centistokes cSt. Vâscozitatea determină nu numai alegerea pompei, ci și distanța dintre stațiile de pompare.
De îndată ce temperatura mediului scade sub punctul de curgere, funcționarea conductei devine imposibilă și sunt luate mai multe opțiuni pentru a-și relua funcționarea:
- încălzirea mediului sau izolarea termică a conductelor pentru a menține temperatura de funcționare a mediului peste punctul său de curgere;
- modificarea compoziției chimice a mediului înainte de intrarea în conductă;
- diluarea mediului transportat cu apă.
Tipuri de conducte principale
Conductele principale sunt realizate sudate sau fără sudură. Țevile din oțel fără sudură sunt realizate fără suduri longitudinale cu lungimi de oțel tratate termic pentru a obține dimensiunea și proprietățile dorite. Teava sudata este fabricata folosind mai multe procese de fabricatie. Aceste două tipuri diferă unul de celălalt prin numărul de suduri longitudinale din țeavă și prin tipul de echipament de sudură utilizat. Țeava de oțel sudată este tipul cel mai frecvent utilizat în aplicațiile petrochimice.
Fiecare lungime de țeavă este sudată împreună pentru a forma o conductă. De asemenea, in conductele principale, in functie de domeniul de aplicare, se folosesc tevi din fibra de sticla, diverse plastice, azbociment etc.
Pentru a conecta secțiunile de conducte drepte, precum și pentru a trece între secțiunile de conducte de diferite diametre, se folosesc elemente de legătură special realizate (coturi, coturi, porți).
| cot 90 ° | îndoiți 90 ° | ramură de tranziție | ramificare |
 |
 |
 |
|
| cot 180 ° | îndoiți 30 ° | mamelon adaptor | bacsis |
 |
 |
 |
Pentru instalarea părților individuale ale conductelor și fitingurilor, se folosesc conexiuni speciale.
| sudate | flanșată | filetat | ambreiaj |
 |
 |
 |
 |
Alungirea termică a conductei
Când conducta este sub presiune, întreaga sa suprafață interioară este supusă unei sarcini distribuite uniform, care provoacă forțe interne longitudinale în conductă și sarcini suplimentare pe suporturile de capăt. Fluctuațiile de temperatură afectează și conducta, determinând modificări ale dimensiunilor conductei. Forțele într-o conductă fixă în timpul fluctuațiilor de temperatură pot depăși valoarea admisă și pot duce la solicitări excesive, periculoase pentru rezistența conductei, atât în materialul conductei, cât și în îmbinările cu flanșe. Fluctuațiile de temperatură a mediului pompat creează, de asemenea, un stres de temperatură în conductă, care poate fi transmis la fitinguri, stații de pompare etc. Acest lucru poate duce la depresurizarea îmbinărilor conductei, defectarea fitingurilor sau a altor elemente.
Calculul dimensiunilor conductei la schimbarea temperaturii
Calculul modificării dimensiunilor liniare ale conductei cu o schimbare a temperaturii se efectuează conform formulei:
∆L = a L ∆t
a - coeficientul de alungire termică, mm / (m ° C) (vezi tabelul de mai jos);
L - lungimea conductei (distanta dintre suporturile fixe), m;
Δt este diferența dintre max. și min. temperatura mediului pompat, ° С.
Masă de expansiune liniară pentru țevi din diverse materiale
Numerele date reprezintă media pentru materialele enumerate și pentru calcularea conductei din alte materiale, datele din acest tabel nu trebuie luate ca bază. La calcularea conductei, se recomandă utilizarea coeficientului de alungire liniar indicat de producătorul conductei în specificația tehnică sau fișa tehnică însoțitoare.
Dilatarea termică a conductelor este eliminată atât prin utilizarea secțiunilor speciale de compensare ale conductei, cât și prin utilizarea compensatoarelor, care pot consta din părți elastice sau mobile.
Secțiunile de compensare constau din părți drepte elastice ale conductei, situate perpendicular între ele și fixate cu coturi. Cu alungirea termică, creșterea unei piese este compensată de deformarea la încovoiere a celeilalte părți pe plan sau de deformarea încovoirii și torsii în spațiu. Dacă conducta în sine compensează dilatarea termică, atunci aceasta se numește autocompensare.
Compensarea are loc și datorită îndourilor elastice. O parte din alungire este compensată de elasticitatea îndoirilor, cealaltă parte este eliminată datorită proprietăților elastice ale materialului secțiunii situate în spatele îndoirii. Rosturile de dilatație sunt instalate acolo unde nu este posibilă utilizarea secțiunilor de compensare sau când autocompensarea conductei este insuficientă.
Conform designului și principiului de funcționare, există patru tipuri de compensatoare: în formă de U, lentilă, ondulată, cutie de presa. În practică, rosturile de dilatație plate cu formă de L, Z sau U sunt adesea folosite. În cazul rosturilor de dilatație spațială, acestea sunt de obicei 2 secțiuni plate reciproc perpendiculare și au un umăr comun. Rosturile de dilatație elastice sunt realizate din țevi sau discuri elastice sau burduf.
Determinarea dimensiunii optime a diametrului conductelor
Diametrul optim al conductei poate fi găsit pe baza unor calcule tehnice și economice. Dimensiunile conductei, inclusiv dimensiunile și funcționalitatea diferitelor componente, precum și condițiile în care conducta trebuie să funcționeze, determină capacitatea de transport a sistemului. Dimensiunile mai mari ale conductelor sunt potrivite pentru debite mai mari, cu condiția ca celelalte componente din sistem să fie dimensionate și dimensionate corespunzător. De obicei, cu cât lungimea conductei principale dintre stațiile de pompare este mai mare, cu atât este necesară scăderea de presiune în conductă. În plus, o modificare a caracteristicilor fizice ale mediului pompat (vâscozitate etc.) poate avea un efect mare asupra presiunii din conductă.
Dimensiune optimă — Cea mai mică dimensiune adecvată a conductei pentru o anumită aplicație, rentabilă pe toată durata de viață a sistemului.
Formula pentru calcularea performanței conductei:
Q = (π · d²) / 4 · v
Q este debitul lichidului pompat;
d este diametrul conductei;
v este debitul.
În practică, pentru a calcula diametrul optim al conductei, se folosesc valorile vitezelor optime ale mediului pompat, luate din materiale de referință compilate pe baza datelor experimentale:
| Mediul pompat | Gama de viteze optime în conductă, m / s | |
|---|---|---|
| Lichide | Conducerea gravitației: | |
| Lichide vascoase | 0,1 - 0,5 | |
| Lichide cu vâscozitate scăzută | 0,5 - 1 | |
| Transfer cu pompa: | ||
| Partea de aspirare | 0,8 - 2 | |
| Partea de refulare | 1,5 - 3 | |
| Gaze | Pofte naturale | 2 - 4 |
| Presiune scăzută | 4 - 15 | |
| Presiune ridicata | 15 - 25 | |
| Cupluri | Abur supraîncălzit | 30 - 50 |
| Abur saturat sub presiune: | ||
| Mai mult de 105 Pa | 15 - 25 | |
| (1 - 0,5) 105 Pa | 20 - 40 | |
| (0,5 - 0,2) 105 Pa | 40 - 60 | |
| (0,2 - 0,05) 105 Pa | 60 - 75 | |
De aici obținem formula pentru calcularea diametrului optim al țevii:
d о = √ ((4 Q) / (π v о))
Q este debitul specificat al lichidului pompat;
d este diametrul optim al conductei;
v este debitul optim.
La debite mari, se folosesc de obicei conducte cu un diametru mai mic, ceea ce înseamnă costuri mai mici pentru achiziționarea conductei, lucrările de întreținere și instalare a acesteia (notă K 1). Odată cu creșterea vitezei, se înregistrează o creștere a pierderilor de sarcină datorate frecării și a rezistențelor locale, ceea ce duce la creșterea costului de pompare a lichidului (se notează K 2).
Pentru conductele de diametre mari, costurile K 1 vor fi mai mari, iar costurile în timpul funcționării K 2 sunt mai mici. Dacă adăugăm valorile K 1 și K 2, atunci obținem costurile minime totale K și diametrul optim al conductei. Costurile K 1 și K 2 în acest caz sunt date în aceeași perioadă de timp.
Calculul (formula) costurilor de capital pentru o conductă
K 1 = (m C M K M) / n
m este masa conductei, t;
C M - cost de 1 tonă, rub / tonă;
K M - coeficient care crește costul lucrărilor de instalare, de exemplu 1,8;
n - durata de viață, ani.
Costurile de operare indicate sunt legate de consumul de energie:
K 2 = 24 N n zile C E rub / an
N - puterea, kW;
n ДН - numărul de zile lucrătoare pe an;
С Э - costuri pentru un kWh de energie, ruble / kW * h.
Formule de dimensionare a conductelor
Un exemplu de formule generale pentru dimensionarea conductelor fără a lua în considerare posibili factori de influență suplimentari precum eroziunea, solidele în suspensie etc.
| Nume | Ecuația | Limitări posibile |
|---|---|---|
| Flux de lichid și gaz sub presiune | ||
| Pierderea prin frecare Darcy-Weisbach |
d = 12 · [(0,0311 · f · L · Q 2) / (h f)] 0,2 |
Q - debitul volumetric, gal / min; d este diametrul interior al conductei; hf - pierderea capului prin frecare; L este lungimea conductei, picioare; f este coeficientul de frecare; V este debitul. |
| Ecuația debitului total al fluidului | d = 0,64 √ (Q / V) |
Q - debitul volumetric, gal / min |
| Dimensiunea conductei de aspirație a pompei pentru a limita pierderile de sarcină prin frecare | d = √ (0,0744 Q) |
Q - debitul volumetric, gal / min |
| Ecuația debitului total de gaz | d = 0,29 √ ((Q T) / (P V)) |
Q - debitul volumetric, ft³ / min T - temperatura, K P - presiune lb / in² (abs); V - viteza |
| Curgerea gravitațională | ||
| Ecuația Manning pentru calcularea diametrului conductei pentru debitul maxim | d = 0,375 |
Q este debitul volumetric; n este coeficientul de rugozitate; S este panta. |
| Raportul numărului Froude dintre inerție și gravitație | Fr = V / √ [(d / 12) · g] |
g este accelerația gravitației; v este debitul; L - lungimea sau diametrul conductei. |
| Abur și evaporare | ||
| Ecuația de determinare a diametrului conductei pentru abur | d = 1,75 · √ [(W · v_g · x) / V] |
W este debitul masic; Vg este volumul specific al aburului saturat; x - calitatea aburului; V este viteza. |
Debit optim pentru diverse sisteme de conducte
Dimensiunea optimă a conductei este selectată din condiția costurilor minime pentru pomparea mediului prin conductă și costul conductelor. Cu toate acestea, trebuie luate în considerare și limitele de viteză. Uneori, dimensiunea conductei trebuie să corespundă cerințelor procesului. De asemenea, dimensiunea conductei este adesea legată de căderea de presiune. În calculele preliminare de proiectare, în care pierderile de presiune nu sunt luate în considerare, dimensiunea conductei de proces este determinată de viteza admisă.
Dacă există modificări ale direcției de curgere în conductă, aceasta duce la o creștere semnificativă a presiunilor locale la suprafața perpendiculară pe direcția de curgere. Acest tip de creștere este o funcție de viteza fluidului, densitatea și presiunea inițială. Deoarece viteza este invers proporțională cu diametrul, fluidele cu viteză mare necesită o atenție specială la dimensionarea și configurarea conductelor. Dimensiunea optimă a țevii, de exemplu, pentru acidul sulfuric, limitează viteza fluidului la o valoare care previne erodarea pereților în coturile țevii, prevenind astfel deteriorarea structurii țevii.
Curgerea lichidului prin gravitație
Calcularea dimensiunii conductei în cazul unui flux gravitațional este destul de complicată. Natura mișcării cu această formă de curgere în conductă poate fi monofazată (conductă completă) și bifazată (umplere parțială). Curgerea în două faze are loc atunci când în conductă sunt prezente atât lichid, cât și gaz.
În funcție de raportul dintre lichid și gaz, precum și de vitezele acestora, regimul de curgere în două faze poate varia de la balonat la dispersat.
| curgere cu bule (orizontală) | flux de melci (orizontal) | curgerea valurilor | flux dispersat |
 |
 |
 |
 |
Forța de antrenare a fluidului atunci când se deplasează gravitațional este furnizată de diferența de înălțime a punctelor de început și de sfârșit, iar o condiție prealabilă este locația punctului de început deasupra punctului final. Cu alte cuvinte, diferența de înălțimi determină diferența de energie potențială a lichidului în aceste poziții. Acest parametru este luat în considerare și la selectarea unei conducte. În plus, mărimea forței motrice este influențată de valorile presiunii la punctele de început și de sfârșit. O creștere a căderii de presiune implică o creștere a debitului de fluid, care, la rândul său, permite selectarea unei conducte cu un diametru mai mic și invers.
Dacă punctul final este conectat la un sistem presurizat, cum ar fi o coloană de distilare, presiunea echivalentă trebuie scăzută din diferența de înălțime disponibilă pentru a estima presiunea diferențială efectivă generată. De asemenea, dacă punctul de pornire al conductei este sub vid, atunci efectul acestuia asupra presiunii diferențiale totale trebuie luat în considerare la selectarea conductei. Dimensionarea finală a țevii se realizează folosind presiunea diferențială, luând în considerare toți factorii de mai sus și nu se bazează numai pe diferența de înălțime dintre punctele de început și de sfârșit.
Curgerea lichidului fierbinte
Instalațiile de proces se confruntă de obicei cu diverse probleme atunci când manipulează medii fierbinți sau fierbinți. Motivul principal este evaporarea unei părți din fluxul de lichid fierbinte, adică transformarea de fază a lichidului în vapori în conductă sau echipament. Un exemplu tipic este fenomenul de cavitație al unei pompe centrifuge, însoțit de o fierbere punctuală a unui lichid urmată de formarea de bule de vapori (cavitație de vapori) sau eliberarea gazelor dizolvate în bule (cavitație de gaz).
Conductele mai mari sunt preferate din cauza debitului redus față de conductele mai mici la un debit constant datorită NPSH mai mare la conducta de aspirație a pompei. Cavitația cauzată de pierderea presiunii poate fi cauzată și de schimbări bruște ale direcției de curgere sau de reducerea dimensiunii conductei. Amestecul vapor-gaz rezultat creează un obstacol în calea trecerii fluxului și poate provoca deteriorarea conductei, ceea ce face ca fenomenul de cavitație să fie extrem de nedorit în timpul funcționării conductei.
Conducte de derivare a echipamentelor/instrumentelor
Echipamentele și dispozitivele, în special cele care pot crea căderi semnificative de presiune, adică schimbătoare de căldură, supape de control etc., sunt echipate cu conducte de bypass (pentru ca procesul să nu fie întrerupt nici în timpul lucrărilor de întreținere). Astfel de conducte au de obicei 2 supape de închidere instalate în linia instalației și o supapă care reglează debitul în paralel cu instalația.
În timpul funcționării normale, fluxul de fluid, care trece prin componentele principale ale aparatului, suferă o cădere suplimentară de presiune. În consecință, se calculează presiunea de refulare a acesteia, generată de echipamentul conectat, cum ar fi o pompă centrifugă. Pompa este selectată pe baza căderii totale de presiune în instalație. În timpul deplasării prin bypass, această cădere suplimentară de presiune este absentă, în timp ce o pompă în funcțiune oferă același debit de forță în funcție de caracteristicile sale de funcționare. Pentru a evita diferențele în caracteristicile de curgere între aparat și linia de bypass, se recomandă utilizarea unei linii de bypass mai mică cu o supapă de control pentru a crea o presiune echivalentă cu setul principal.
Linie de prelevare
De obicei, o cantitate mică de lichid este luată pentru analiză pentru a determina compoziția acestuia. Prelevarea de probe poate fi efectuată în orice etapă a procesului pentru a determina compoziția materiei prime, a produsului intermediar, a produsului finit sau pur și simplu a substanței transportate, cum ar fi apa reziduală, purtător de căldură etc. Dimensiunea secțiunii conductei care este prelevată va depinde de obicei de tipul de fluid analizat și de locația punctului de prelevare.
De exemplu, pentru gaze la presiune ridicată, conductele mici cu supape sunt suficiente pentru a preleva numărul necesar de probe. Creșterea diametrului liniei de eșantionare va reduce proporția de probă prelevată pentru analiză, dar o astfel de eșantionare devine mai dificil de controlat. În același timp, o linie mică de prelevare nu este potrivită pentru analiza diferitelor suspensii, în care solidele pot înfunda calea curgerii. Astfel, dimensiunea liniei de probă pentru analiza suspensiilor depinde în mare măsură de dimensiunea particulelor solide și de caracteristicile mediului. Concluzii similare se aplică fluidelor vâscoase.
La dimensionarea liniei de eșantionare, este obișnuit să se ia în considerare:
- caracteristicile lichidului de luat;
- pierderea mediului de lucru în timpul selecției;
- cerințe de siguranță în timpul selecției;
- ușurință în utilizare;
- locația punctului de prelevare.
Circulația lichidului de răcire
Pentru conductele cu lichid de răcire în circulație, sunt de preferat viteze mari. Acest lucru se datorează în principal faptului că lichidul de răcire din turnul de răcire este expus la lumina soarelui, ceea ce creează condiții pentru formarea unui strat care conține alge. O parte din acest volum care conține alge intră în lichidul de răcire care circulă. La debite scăzute, algele încep să crească în conducte și, după un timp, îngreunează circulația lichidului de răcire sau trecerea în schimbătorul de căldură. În acest caz, se recomandă o rată de circulație mare pentru a evita formarea blocajelor de alge în conductă. În mod obișnuit, utilizarea lichidului de răcire cu circulație ridicată se găsește în industria chimică, care necesită dimensiuni și lungimi mari de conducte pentru a furniza energie diferitelor schimbătoare de căldură.
Rezervor preaplin
Rezervoarele sunt echipate cu conducte de preaplin din următoarele motive:
- evitarea pierderii de lichid (excesul de lichid intră într-un alt rezervor, mai degrabă decât să se reverse din rezervorul original);
- prevenirea scurgerii lichidelor nedorite din rezervor;
- menținerea nivelului lichidului în rezervoare.
În toate cazurile menționate mai sus, conductele de preaplin sunt proiectate pentru debitul maxim admis de lichid care intră în rezervor, indiferent de debitul de lichid la ieșire. Alte principii de selecție a conductelor sunt similare cu selecția conductelor pentru fluide gravitaționale, adică în conformitate cu disponibilitatea înălțimii verticale disponibile între punctele de început și de sfârșit ale conductei de preaplin.
Cel mai înalt punct al conductei de preaplin, care este și punctul său de pornire, se află în punctul de conectare la rezervor (conducta de preaplin al rezervorului), de obicei aproape în partea de sus, iar punctul cel mai de jos poate fi în apropierea jgheabului de scurgere, aproape la chiar pământul. Cu toate acestea, linia de preaplin se poate termina la o altitudine mai mare. În acest caz, capul diferenţial disponibil va fi mai mic.
Curgerea nămolului
În cazul industriei miniere, minereul este de obicei extras în zone greu accesibile. În astfel de locuri, de regulă, nu există nicio legătură feroviară sau rutieră. Pentru astfel de situații, transportul hidraulic al mediilor cu particule solide este considerat cel mai acceptabil, inclusiv în cazul amplasării uzinelor de prelucrare minieră la o distanță suficientă. Conductele de șlam sunt utilizate în diverse domenii industriale pentru a transporta solide zdrobite împreună cu lichide. Astfel de conducte s-au dovedit a fi cele mai rentabile în comparație cu alte metode de transport de solide în volume mari. În plus, avantajele lor includ siguranță suficientă datorită lipsei mai multor tipuri de transport și respectarea mediului.
Suspensiile și amestecurile de solide în suspensie în lichide sunt ținute sub agitare intermitentă pentru a menține uniformitatea. În caz contrar, are loc procesul de stratificare, în care particulele în suspensie, în funcție de proprietățile lor fizice, plutesc la suprafața lichidului sau se depun pe fund. Agitația se realizează prin echipamente precum un rezervor agitat, în timp ce în conducte, aceasta se realizează prin menținerea condițiilor de curgere turbulente.
O scădere a debitului în timpul transportului particulelor suspendate într-un lichid nu este de dorit, deoarece procesul de separare a fazelor poate începe în flux. Acest lucru poate duce la blocarea conductei și la o modificare a concentrației solidelor transportate în flux. Amestecarea intensă a volumului de curgere este facilitată de regimul de curgere turbulent.
Pe de altă parte, reducerea excesivă a dimensiunii conductei duce adesea la blocarea conductelor. Prin urmare, alegerea dimensiunii conductei este un pas important și crucial care necesită analize și calcule preliminare. Fiecare caz trebuie luat în considerare în mod individual, deoarece nămolurile diferite se comportă diferit la viteze diferite ale fluidului.
Reparație conducte
În timpul funcționării conductei, în aceasta pot apărea diferite tipuri de scurgeri, necesitând eliminarea imediată pentru a menține funcționalitatea sistemului. Reparația conductei principale poate fi efectuată în mai multe moduri. Aceasta poate fi fie înlocuirea unui întreg segment de țeavă sau a unei secțiuni mici în care a avut loc o scurgere, fie aplicarea unui petic pe o țeavă existentă. Dar înainte de a alege orice metodă de reparare, este necesar să se efectueze un studiu amănunțit al cauzei scurgerii. În unele cazuri, poate fi necesar nu numai repararea, ci și schimbarea traseului conductei pentru a preveni deteriorarea repetată a acesteia.
Prima etapă a lucrărilor de reparație este de a determina locația secțiunii de conductă care necesită intervenție. În plus, în funcție de tipul de conductă, se stabilește o listă a echipamentelor și măsurilor necesare pentru eliminarea scurgerii, iar colectarea documentelor și a autorizațiilor necesare se realizează dacă secțiunea de conductă care urmează să fie reparată este situată pe teritoriul alt proprietar. Deoarece majoritatea conductelor sunt situate în subteran, poate fi necesară îndepărtarea unei părți a conductei. În plus, învelișul conductei este verificat pentru starea generală, după care o parte a stratului este îndepărtată pentru lucrări de reparații direct cu conducta. După reparație, pot fi efectuate diverse activități de verificare: testare cu ultrasunete, detecție defect de culoare, detecție defect de pulbere magnetică etc.
În timp ce unele reparații necesită o oprire completă a conductei, adesea o întrerupere temporară este suficientă pentru a izola secțiunea de reparații sau pentru a pregăti o ocolire. Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, lucrările de reparație sunt efectuate cu o oprire completă a conductei. Izolarea secțiunii conductei poate fi efectuată folosind dopuri sau supape de închidere. În plus, echipamentul necesar este instalat și reparația se efectuează direct. Lucrările de reparații se efectuează în zona avariată, eliberată de mediu și fără presiune. La sfârșitul reparației, dopurile sunt deschise și integritatea conductei este restaurată.
Simplu se numește conductă care nu conține ramificații, la fiecare dintre secțiunile cărora debitul se menține constant.
Atunci ecuația de constanță a debitului (ecuația de continuitate) se scrie sub forma:
Calculul conductelor simple se bazează pe formulele:
Darcy 
(2.20)
pentru a determina pierderea prin frecare pe lungime și
Weisbach 
(2.21)
pentru calcularea pierderilor pe rezistenţele locale
Pierderile totale sunt definite ca suma
. (2.22)
Capul necesar (în secțiunea inițială) se numește cap care trebuie creat pentru a deplasa lichidul cu un debit Q de la secțiunea inițială până la secțiunea finală.
H st- cap static, determinat de diferenta de inaltime Z 1 și Z 2 conducte și presiune R 2 în secțiunea finală a conductei.
În termeni generali, formula de calcul al înălțimii este exprimată prin debitul:
. (2.24)
, (mod laminar). (2,25)
, T= 2 (mod turbulent). (2,26)
Caracteristica hidraulică a unei conducte simple este dependența pierderii de sarcină de debit.
Pentru a construi caracteristicile hidraulice ale secțiunii: se dau un număr de debite, pentru fiecare dintre ele se determină regimul de curgere, coeficientul de rezistență la frecare și se calculează pierderile de presiune. Valorile obținute sunt folosite pentru a construi un grafic.
Probleme de tip 1
Specificat: debitul, diametrul, rugozitatea, lungimea conductei și coeficientul de rezistență locală.
Este necesar să se definească împingere sau presiunea la capetele conductei.
Problema se rezolvă prin determinarea directă:
a) viteza, numărul Reynolds și regimul de curgere;
b) aria și coeficientul de rezistență la frecare;
c) pierderi de cap (2,20) - (2,22).
Probleme de tip 2
Sunt setați următorii parametri: înălțimea, diametrul, rugozitatea, lungimea conductei și coeficientul de rezistență locală.
Este necesar să se determine debitul în conductă.
Metoda de rezolvare a problemei depinde de regimul de curgere:
a) pentru modul laminar problema se rezolvă prin substituirea directă a lui (2.25) în (2.26), de unde se determină debitul;
b) pentru regim turbulent metode de aproximări succesive.
Cu aproximări succesive, ar trebui să procedați după cum urmează:
a) dat fiind debitul, determinați viteza, Re, coeficientul de rezistență la frecare, pierderea de valoare N contra. verificarea coincidentei capului dat (disponibil) si a celui calculat. Dacă N frecați > R dec consumul este redus.
b) setarea iniţial l = 0,03 se determină: k din (2.25) şi se calculează debitul conform (2.24). Rafinați l și reveniți la pasul anterior.
Calculele sunt oprite când este atinsă precizia necesară de 5%.
Probleme de tip 3
Specificat: debit, înălțime, rugozitate, lungime conductă și coeficient de rezistență locală.
Este necesar să se determine diametrul conductei.
În expresia (2.25), diametrul este exprimat prin numărul critic Re cr unde găsesc N cr- debitul corespunzător schimbării regimului de curgere.
Dacă regimul este laminar, atunci diametrul este determinat din soluția comună a ecuațiilor (2.24) și (2.25).
Dacă este turbulent ( N > N cr), apoi prin stabilirea valorilor diametrelor, ei rezolvă problema prin trasarea unui grafic 
dat Q pana la coincidenta si presiunea data (disponibila).
Exemplul 1. Determinați înălțimea la intrarea în conductă necesară pentru alimentarea cu apă printr-o conductă de lungime l= 20 m, diametru 20 mm, rugozitate 2,0 μm într-un rezervor umplut până la o înălțime h= 5 m cu un debit de 1 l / s, la o temperatură a apei de 20 ° C.
Soluţie. Aria secțiunii lichide a fluxului este un cerc,
Determinați modul de mișcare în conductă
Domnișoară.
.
Regimul de curgere este turbulent.
Determinați aria rezistenței hidraulice
.
Pentru zona țevilor netede hidraulic, coeficientul de rezistență la frecare
.
Pierderi de-a lungul lungimii conductei
Pierderile la ieșirea din conductă la rezervor sunt egale cu pierderile înălțimii de viteză
.
Înălțimea necesară la intrarea în conductă va fi determinată de la 8,5 la (plan de comparație), m,,.
.
Răspuns: 
m.
Exemplul 2.În conducta principală, care constă din două secțiuni, apa curge cu o temperatură de 20 ° C. Caracteristicile secțiunilor: prima secțiune: diametru 20 mm, lungime 40 m, rugozitate 60 microni, coeficient de rezistență locală 10; a doua secțiune: diametru 40 mm, lungime 100 m, rugozitate 20 microni, coeficient de rezistență locală x 2 = 20. Determinați debitul de apă în conductă dacă pierderea de presiune pe aceasta este N= 20 m.
Date inițiale: 
mm, 
m,
m2; 
mm, 
m,
m2; kg / m 3, 
m2/s.
Soluţie. Pierderea capului în conductă
. (2.27)
Rezolvăm problema prin metoda aproximărilor succesive, stabilind inițial l = 0,03.
=
M3/s = 0,714 l/s.
Pentru debitul rezultat, calculăm valorile coeficienților de rezistență
Domnișoară; 
.
Modul turbulent
.
Calculăm l pentru regiunea rezistenței hidraulice tranzitorii
Pentru a doua secțiune
Domnișoară;
- modul turbulent.
.
Clarificăm valorile debitului conform formulei (2.27)
=
=
M3/s = 0,736 l/s.
Modificarea relativă a debitului e 
< 5 %.
Răspuns: 
m 3 / s = 0,74 l / s.
Exemplu. Determinați diametrul unei conducte noi, din oțel galvanizat, de 20 m lungime, prin care, la o scădere de presiune atm, va curge un debit de kg/s de apă cu o temperatură de 50 ° C. Coeficient de rezistenţă x = 5. Proprietăţile apei la t= 50 ° C: kg / m 3, 
m2/s. Pierderea de presiune în conductă
.
Soluţie. Luăm valoarea diametrului mm.
Domnișoară.
(mod turbulent).
; .
Coeficientul de frecare este calculat pentru rezistența hidraulică tranzitorie
Pierdere de presiune:
Acceptăm diametrul mm, viteza m/s.
Debitul va fi turbulent 
.
.
Pentru conducte aspre hidraulic 
.
Pierdere de presiune
pentru că 
Pa, atunci diametrul ar trebui mărit
- modul turbulent.
- zona de tranzitie.
.
Pa.
|
|
|
Orez. 2.6. Dependența pierderilor de presiune de diametrul conductei
| d | V | Re | l | D p | |
| 2,238 | 0,0309 | 30,77 | |||
| 2,411 | 0,0312 | 32,18 | |||
| 2,640 | 0,0316 | 33,73 |
Răspuns: mm.
Complicat se numesc conducte cu ramificații, secțiuni paralele sau inelare, al căror debit individual depinde de rezistența lor hidraulică, de debitul total și de structura rețelei hidraulice.
Cu secțiunile individuale conectate în serie, fluxul prin fiecare nod care conectează secțiunile rămâne constant:
Pierderile de cap într-o astfel de rețea sunt egale cu suma pierderilor din fiecare dintre secțiuni.
Cu o conexiune paralelă a tuturor secțiunilor, consumul de rețea este egal cu suma costurilor în secțiuni individuale:
iar pierderile de presiune în fiecare dintre secțiuni sunt egale între ele
La trasarea caracteristicilor capului necesar
Pentru o rețea, o conductă complexă este reprezentată ca o conexiune pentru o rețea, o conductă complexă este reprezentată ca o conexiune a secțiunilor simple individuale, unde și mai întâi sunt construite dependențe pentru secțiunile paralele (însumând costurile la) și apoi pierderile la 
.
5 CALCULUL HIDRAULIC AL CONDUCTELOR
5.1 Conductă simplă de secțiune transversală constantă
Conducta este numită simplu, dacă nu are ramuri. Conductele simple pot forma conexiuni: în serie, paralele sau ramificate. Conductele pot fi complex, conţinând atât conexiuni sau ramificaţii seriale cât şi paralele.
Lichidul se deplasează prin conductă datorită faptului că energia sa la începutul conductei este mai mare decât la sfârșit. Această diferență (diferență) de niveluri de energie poate fi creată într-un fel sau altul: prin funcționarea pompei, datorită diferenței de niveluri de lichid, presiunii gazului. În inginerie mecanică, este necesar să se ocupe în principal de conducte, mișcarea lichidului în care se datorează funcționării pompei.
În calculul hidraulic al conductei, acesta este cel mai adesea determinat capul cerutH cons este o valoare egală numeric cu înălțimea piezometrică din secțiunea inițială a conductei. Dacă se dă capul necesar, atunci se obișnuiește să-l numești cap disponibilH programa În acest caz, calculul hidraulic poate determina debitul Q lichid în conductă sau diametrul acesteia d. Valoarea diametrului conductei este selectată din intervalul stabilit în conformitate cu GOST 16516-80.
Fie o conductă simplă cu zonă de curgere constantă, situată în mod arbitrar în spațiu (Figura 5.1, A), are o lungime totală l si diametrul d şi conţine o serie de rezistenţe hidraulice locale I şi II.
Scriem ecuația lui Bernoulli pentru inițială 1-1 si finala 2-2 secțiuni ale acestei conducte, presupunând că coeficienții Coriolis din aceste secțiuni sunt aceiași (α 1 = α 2). După reducerea capului de viteză, obținem
Unde z 1 , z 2 - coordonatele centrelor de greutate, respectiv, ale secțiunilor inițiale și finale;
p 1 , p 2 - presiunea în secțiunile inițiale și, respectiv, finale ale conductei;
Pierdere totală de cap în conductă.
De aici presiunea necesară
, (5.1)
După cum se poate observa din formula rezultată, capul necesar este suma înălțimii geometrice totale Δz = z 2 – z 1 , la care lichidul se ridică în timpul mișcării de-a lungul conductei, înălțimea piezometrică în secțiunea finală a conductei și cantitatea de pierderi hidraulice de cap care rezultă din mișcarea lichidului în ea.
În hidraulică, se obișnuiește să se înțeleagă capul static al conductei ca sumă 
.
Apoi, reprezentând pierderile totale ca funcție de putere a debitului Q, obține
Unde T - valoare în funcție de regimul de curgere al lichidului din conductă;
K este rezistența conductei.
Într-un mod laminar de curgere a fluidului și rezistențe locale liniare (lungimile lor echivalente sunt date l eq) pierderi totale
,
Unde l calc = l + l eq este lungimea estimată a conductei.
Prin urmare, în modul laminar t = 1, 
.
Cu flux de fluid turbulent
.
Înlocuind în această formulă viteza medie a fluidului prin debit, obținem pierderea totală de sarcină
. (5.3)
Apoi în regim turbulent 
, și exponentul m= 2. Trebuie reținut că, în cazul general, coeficientul de pierdere prin frecare de-a lungul lungimii este și o funcție a debitului Q.
Procedând în mod similar în fiecare caz specific, după transformări și calcule algebrice simple, puteți obține o formulă care determină dependența analitică a presiunii necesare pentru o conductă simplă dată de debitul din aceasta. Exemple de astfel de dependențe sunt prezentate grafic în Figura 5.1, b, v.
O analiză a formulelor date mai sus arată că soluția problemei determinării presiunii necesare H consum la consum cunoscut Q lichid în conductă și diametrul acestuia d nu este dificil, deoarece este întotdeauna posibil să se evalueze modul de curgere a fluidului în conductă prin compararea valorii critice ReLap= 2300 cu valoarea sa reală, care pentru țevi circulare poate fi calculată prin formula
După determinarea regimului de curgere, se poate calcula pierderea de încărcare și apoi înălțimea necesară conform formulei (5.2).
Dacă cantitățile Q sau d sunt necunoscute, atunci în majoritatea cazurilor este dificil să se evalueze regimul de curgere și, prin urmare, este rezonabil să se aleagă formule care determină pierderea de sarcină în conductă. Într-o astfel de situație, este posibil să se recomande utilizarea fie a metodei de aproximare secvențială, care necesită de obicei o cantitate destul de mare de lucru de calcul, fie a unei metode grafice, în aplicarea căreia este necesar să se construiască așa-numita caracteristică a presiunea necesară în conductă.
5.2. Reprezentarea grafică a caracteristicilor presiunii necesare a unei conducte simple
Trasarea în coordonate H-Q dependenta analitica (5.2) obtinuta pentru o conducta data se numeste in hidraulica caracteristică presiunii necesare.În figura 5.1, b, c sunt date mai multe caracteristici posibile ale presiunii cerute (liniar - cu regim de curgere laminar si rezistente locale liniare; curbiliniu - cu regim de curgere turbulent sau prezenta rezistentelor locale patratice in conducta).
După cum puteți vedea în grafice, valoarea capului static N Sf pot fi ambele pozitive (lichidul este furnizat la o anumită înălțime Δ z sau există o suprapresiune în secțiunea finală p 2) și negativ (atunci când lichidul curge în jos sau când se deplasează în cavitate cu rarefiere).
Panta caracteristicilor presiunii necesare depinde de rezistența conductei și crește odată cu creșterea lungimii conductei și scăderea diametrului acesteia și depinde, de asemenea, de numărul și caracteristicile rezistențelor hidraulice locale. In plus, intr-un regim de curgere laminara, valoarea considerata este si proportionala cu vascozitatea lichidului. Punctul de intersecție a caracteristicii capului necesar cu axa absciselor (punctul Aîn figura 5.1, b, v) determină debitul de lichid în conductă atunci când se deplasează gravitațional.
Dependențele grafice ale debitului necesar sunt utilizate pe scară largă pentru a determina debitul. Q atunci când se calculează atât conductele simple, cât și cele complexe. Prin urmare, vom lua în considerare metodologia pentru construirea unei astfel de dependențe (Figura 5.2, A). Acesta constă din următorii pași.
etapa 1. Folosind formula (5.4), determinăm valoarea debitului critic Q cr corespunzătoare ReLap= 2300 și marcați-l pe axa cheltuielilor (axa absciselor). Evident, pentru toate costurile situate în stânga Q cr, va exista un flux laminar în conductă, iar pentru debitele situate în dreapta Q cr, - turbulent.
a 2-a etapă. Calculăm valorile presiunii necesare H 1și H 2 la un debit în conductă egal cu Q cr, respectiv presupunând că H 1 - rezultatul calculului pentru un regim de curgere laminară și H 2 - cu turbulente.
a 3-a etapă. Construim caracteristica presiunii necesare pentru regimul de curgere laminar (pentru debite mai mici Q cr) . Dacă rezistențele locale instalate în conductă au o dependență liniară a pierderilor de debit, atunci caracteristica înălțimii necesare are o formă liniară.
a 4-a etapă. Construim o caracteristică a înălțimii necesare pentru un regim de curgere turbulent (pentru debite mari QLap). În toate cazurile, se obține o caracteristică curbilinie apropiată de o parabolă de gradul doi.
Având o caracteristică a înălțimii necesare pentru o conductă dată, este posibil, în funcție de valoarea cunoscută a înălțimii disponibile Hzăngănit găsiți debitul necesar Q x (vezi figura 5.2, A).
Dacă trebuie să găsiți diametrul interior al conductei d, apoi, setarea mai multor valori d, este necesar să se construiască dependența presiunii necesare Hdeşeuri din diametru d (fig.5.2, b). Mai departe prin valoare N dec cel mai apropiat diametru mai mare este selectat din gama standard d Sf .
Într-un număr de cazuri, în practică, la calcularea sistemelor hidraulice, în loc de caracteristica presiunii necesare, se folosește caracteristica conductei. Caracteristicile conductei este dependența pierderilor totale de sarcină în conductă de debitul. Expresia analitică pentru această dependență are forma
Compararea formulelor (5.5) și (5.2) ne permite să concluzionăm că caracteristica conductei diferă de caracteristica înălțimii cerute prin absența înălțimii statice. H stă la H Sf = 0 aceste două dependenţe coincid.
5.3 Conexiuni simple ale conductelor.
Metode de calcul analitic și grafic
Luați în considerare cum să calculați conexiunile conductelor simple.
Să avem conexiune serială câteva conducte simple ( 1 , 2 și 3 în figura 5.3, A) lungimi diferite, diametre diferite, cu un set diferit de rezistențe locale. Deoarece aceste conducte sunt conectate în serie, fiecare dintre ele are același debit Q. Pierderea totală de cap pentru întreaga conexiune (între puncte Mși N) constă în pierderea de sarcină în fiecare conductă simplă ( , , ), adică pentru o conexiune serială este valabil următorul sistem de ecuații:
(5.6)
Pierderea de sarcină în fiecare conductă simplă poate fi determinată prin valorile debitelor corespunzătoare:
Sistemul de ecuații (5.6), completat de dependențe (5.7), stă la baza calculului analitic al unui sistem hidraulic cu racord în serie de conducte.
Dacă se utilizează o metodă de calcul grafic, atunci devine necesar să se construiască caracteristicile totale ale conexiunii.
În figura 5.3, b prezintă o metodă de obţinere a sumei caracteristicilor unei conexiuni seriale. Pentru aceasta, sunt utilizate caracteristicile conductelor simple. 1 , 2 și 3
Pentru a construi un punct aparținând caracteristicii totale a unei conexiuni în serie, este necesar, în conformitate cu (5.6), să se adauge pierderile de sarcină în conductele originale la același debit. În acest scop, pe grafic este trasată o linie verticală arbitrară (la un debit arbitrar Q" ). De-a lungul acestei verticale se însumează segmentele (pierderile de presiune, și) obținute din intersecția verticalei cu caracteristicile originale ale conductelor. Punctul obtinut in acest fel A va aparține caracteristicii totale a conexiunii. În consecință, caracteristica totală a unui racord în serie a mai multor conducte simple se obține prin adăugarea ordonatelor punctelor caracteristicilor inițiale la un debit dat.
Paralel se numește îmbinarea conductelor care au două puncte comune (un punct de ramificare și un punct de închidere). Un exemplu de conectare paralelă a trei conducte simple este prezentat în figura 5.3, v. Evident, consumul Q fluid în sistemul hidraulic înainte de ramificare (punctul M)și după închidere (punctul N) la fel si egal cu suma cheltuielilor Q 1 , Q 2 și Q 3 în ramuri paralele.
Dacă desemnăm capete întregi la puncte M și N peste NM și H N, atunci pentru fiecare conductă pierderea de sarcină este egală cu diferența dintre aceste capete:
; 
; 
,
adică în conductele paralele, pierderile de sarcină sunt întotdeauna aceleași. Acest lucru se datorează faptului că, cu o astfel de conexiune, în ciuda rezistențelor hidraulice diferite ale fiecărei conducte simple, costurile Q 1 , Q 2 și Q 3 distribuite între ele astfel încât pierderile să rămână egale.
Astfel, sistemul de ecuații pentru conexiunea paralelă are forma
(5.8)
Pierderea de sarcină în fiecare conductă care intră în racord poate fi determinată prin formule de forma (5.7). Astfel, sistemul de ecuații (5.8), completat de formulele (5.7), stă la baza calculului analitic al sistemelor hidraulice cu racordare paralelă a conductelor.
În figura 5.3, G prezintă o metodă de obţinere a caracteristicii rezumative a unei conexiuni paralele. Pentru aceasta, sunt utilizate caracteristicile conductelor simple. 1 , 2 și 3 , care sunt construite în funcție de dependențe (5.7).
Pentru a obține un punct aparținând caracteristicii totale a unei conexiuni paralele, este necesar, în conformitate cu (5.8), să se însumeze debitele din conductele originale la aceleași pierderi de sarcină. În acest scop, pe grafic este trasată o linie orizontală arbitrară (cu o pierdere arbitrară). De-a lungul acestei linii orizontale, segmentele (costurile Q 1 , Q 2 și Q 3), rezultată din intersecția liniei orizontale cu caracteristicile originale ale conductelor. Punctul obtinut in acest fel V aparţine caracteristicii totale a conexiunii. În consecință, caracteristica totală a conexiunii paralele a conductelor se obține ca urmare a adunării absciselor punctelor caracteristicilor inițiale la pierderile date.
O metodă similară este utilizată pentru a construi caracteristicile rezumate pentru conductele ramificate. Conexiune ramificată se numește ansamblu de mai multe conducte având un punct comun (locul de ramificare sau de închidere a conductelor).
Conexiunile în serie și paralele discutate mai sus, strict vorbind, aparțin categoriei conductelor complexe. Totusi, in hidraulica sub conductă complexă, de regulă, ei înțeleg conectarea mai multor conducte simple conectate în serie și în paralel.
În figura 5.3, d este dat un exemplu de astfel de conductă complexă format din trei conducte 1 , 2 și 3. Conductă 1 incluse în serie cu privire la conducte 2 și 3. Conducte 2 și 3 pot fi considerate paralele, deoarece au un punct de ramificare comun (punctul M) și alimentarea cu lichid la același rezervor hidraulic.
Pentru conductele complexe, calculul este de obicei efectuat grafic. În acest caz, se recomandă următoarea secvență:
1) o conductă complexă este împărțită într-o serie de conducte simple;
2) pentru fiecare conductă simplă se construiește caracteristica acesteia;
3) prin adăugare grafică se obține o caracteristică a unei conducte complexe.
În figura 5.3, e prezintă o succesiune de construcții grafice la obținerea unei caracteristici rezumative () a unei conducte complexe. În primul rând, se adaugă caracteristicile conductelor și conform regulii de adăugare a caracteristicilor conductelor paralele, iar apoi caracteristica unei conexiuni paralele se adaugă la caracteristica conform regulii de adăugare a caracteristicilor conductelor conectate în serie și caracteristica conductelor conectate în serie. se obține întreaga conductă complexă.
Având un grafic construit în acest fel (vezi Figura 5.3, e) pentru o conductă complexă, este posibil pur și simplu prin debitul cunoscut Q 1 intrând în sistemul hidraulic, determinați înălțimea necesară H contra = pentru întreaga conductă complexă, costuri Q 2 și Q 3 în ramificații paralele, precum și pierderi de cap, și în fiecare conductă simplă.
5.4 Conducta alimentată cu pompă
După cum sa menționat deja, principala metodă de furnizare a fluidului în inginerie mecanică este pomparea forțată a acestuia de către o pompă. Cu pompa se numește dispozitiv hidraulic care transformă energia mecanică a antrenării în energia fluxului fluidului de lucru. În hidraulică, se numește o conductă în care mișcarea fluidului este asigurată de o pompă conductă alimentată cu pompă(Figura 5.4, A).
Scopul calculării unei conducte de pompare este de obicei de a determina înălțimea creată de pompă (capul pompei). Capul pompei Н n se numește energia mecanică totală transferată de pompă către o unitate de greutate a fluidului. Astfel, pentru a determina N n este necesar să se estimeze creșterea energiei specifice totale a lichidului atunci când acesta trece prin pompă, adică.
, (5.9)
Unde H în,H afară - energia specifică a lichidului, respectiv, la intrarea și la ieșirea pompei.
Luați în considerare funcționarea unei conducte deschise cu alimentare prin pompare (a se vedea Figura 5.4, A). Pompa pompează lichid din rezervorul inferior A cu presiune deasupra lichidului p 0 la alt rezervor B,în care presiunea R 3 . Înălțimea locației pompei în raport cu nivelul inferior al lichidului H 1 se numește cap de aspirație, iar conducta prin care intră lichidul în pompă este conducta de aspiratie, sau conducta de aspirare. Înălțimea locației secțiunii finale a conductei sau nivelul superior al lichidului N 2 se numește cap de refulare, iar conducta prin care se deplasează fluidul din pompă este cap de presiune, sau conducta de presiune hidraulica.
Să notăm ecuația lui Bernoulli pentru fluxul de fluid în conducta de aspirație, adică. pentru secțiuni transversale 0-0 și 1-1 :
, (5.10)
unde este pierderea de sarcină în conducta de aspirație.
Ecuația (5.10) este de bază pentru calcularea conductelor de aspirație. Presiune p 0 de obicei limitat (cel mai adesea presiunea atmosferică). Prin urmare, scopul calculării conductei de aspirație este de obicei de a determina presiunea în amonte de pompă. Trebuie să fie mai mare decât presiunea de vapori a lichidului. Acest lucru este necesar pentru a exclude apariția cavitației la admisia pompei. Din ecuația (5.10), puteți găsi energia specifică a lichidului la intrarea în pompă:
. (5.11)
Să scriem ecuația lui Bernoulli pentru fluxul de fluid în conducta de presiune, adică pentru secțiunile transversale 2-2 și 3-3:
, (5.12)
unde este pierderea de sarcină în conducta de presiune.
Partea stângă a acestei ecuații este energia specifică a fluidului la ieșirea pompei Hafară... Înlocuind în (5.9) părțile din dreapta ale dependențelor (5.11) pentru Hînși (5.12) pentru Hafară, primim
După cum rezultă din ecuația (5.13), înălțimea pompei H n asigură ridicarea lichidului la o înălțime (H 1+H 2), o creștere a presiunii cu R 0 inainte de p 3 și este cheltuită pentru depășirea rezistențelor din conductele de aspirație și refulare.
Dacă se află în partea dreaptă a ecuației (5.13) 
a desemna H st și înlocuiți 
pe KQ m
, apoi primim Hn=
H cr +
KQ m.
Să comparăm ultima expresie cu formula (5.2), care determină înălțimea necesară pentru conductă. Identitatea lor completă este evidentă:
acestea. pompa generează o înălțime egală cu înălțimea necesară a conductei.
Ecuația rezultată (5.14) vă permite să determinați analitic înălțimea pompei. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, metoda analitică este destul de complicată, prin urmare, o metodă grafică pentru calcularea unei conducte cu alimentare prin pompare a devenit larg răspândită.
Această metodă constă în trasarea în comun a caracteristicilor capului necesar al conductei (sau a caracteristicilor conductei) și caracteristicile pompei. Caracteristica pompei este înțeleasă ca dependența presiunii generate de pompă de debitul. Punctul de intersecție al acestor dependențe se numește punct de operare sistem hidraulic și este rezultatul soluției grafice a ecuației (5.14).
Figura 5.4, b este dat un exemplu de astfel de soluție grafică. Aici punctul A este punctul de operare dorit al sistemului hidraulic. Coordonatele sale determină presiunea H n generat de pompă și debit Qn fluid care vine de la pompă către sistemul hidraulic.
Dacă, dintr-un motiv oarecare, poziția punctului de operare pe grafic nu se potrivește proiectantului, atunci această poziție poate fi schimbată prin corectarea oricăror parametri ai conductei sau pompei.
7.5. Lovitură de apă în conductă
Ciocan de apa se numește un proces oscilator care are loc într-o conductă cu o schimbare bruscă a vitezei fluidului, de exemplu, atunci când fluxul se oprește din cauza închiderii rapide a unei supape (robinet).
Acest proces este foarte rapid și se caracterizează printr-o alternanță de creștere și scădere bruscă a presiunii, ceea ce poate duce la distrugerea sistemului hidraulic. Acest lucru se datorează faptului că energia cinetică a fluxului în mișcare, atunci când este oprită, se transformă în lucru pentru întinderea pereților conductelor și comprimarea lichidului. Cel mai mare pericol este creșterea inițială a presiunii.
Să urmărim etapele loviturii de berbec care au loc în conductă atunci când debitul este întrerupt rapid (Figura 7.5).
Lăsați la capătul țevii, de-a lungul căruia lichidul se mișcă cu o viteză vq, robinetul a fost închis instantaneu A. Apoi (vezi figura 7.5, A) viteza particulelor de lichid care lovesc robinetul va fi stinsă, iar energia lor cinetică va intra în lucrul de deformare a pereților conductei și a lichidului. În acest caz, pereții țevii sunt întinși, iar lichidul este comprimat. Presiunea din fluidul oprit crește cu Δ p bate Alte particule intră în particulele lichide decelerate din apropierea macaralei și, de asemenea, pierd viteză, drept urmare secțiunea transversală p-p se deplasează la dreapta cu o viteză numită s viteza undei de șoc, regiunea de tranziție în sine (secțiunea p-p),în care presiunea se modifică cu valoarea Δ p oud, numit unda de soc.
Când unda de șoc ajunge în rezervor, lichidul va fi oprit și comprimat în toată conducta, iar pereții conductei vor fi întinși. Creșterea presiunii de șoc Δ p bătăile se vor răspândi pe întreaga țeavă (vezi fig. 7.5, b).
Dar această stare nu este echilibru. Sub influența presiunii crescute ( R 0 + Δ p batai) particulele lichide se vor repezi din conductă în rezervor, iar această mișcare va începe din secțiunea direct adiacentă rezervorului. Acum secțiunea p-p se deplasează prin conductă în direcția opusă - față de macara - cu aceeași viteză cu lăsând o presiune în lichid p 0 (vezi figura 7.5, v).
Fluidul și pereții conductei revin la starea inițială corespunzătoare presiunii p 0 . Lucrul de deformare este complet transformat în energie cinetică, iar lichidul din țeavă capătă viteza inițială. , dar îndreptată în sens invers.
La această viteză, „coloana de lichid” (vezi figura 7.5, G) tinde să se rupă de robinet, rezultând o undă de șoc negativă (presiunea din lichid scade cu aceeași valoare Δ p batai). Limita dintre două stări de fluid este direcționată de la robinet la rezervor cu o viteză cu lăsând în urmă pereți de țeavă în contracție și lichid expandat (vezi figura 7.5, d). Energia cinetică a lichidului este din nou transferată lucrării de deformare, dar cu semnul opus.
Starea lichidului din conductă în momentul sosirii unei unde de șoc negativ la rezervor este prezentată în Figura 7.5, e. Ca și în cazul prezentat în Figura 7.5, b, nu este în echilibru, deoarece lichidul din conductă este sub presiune ( R 0 + Δ p batai), mai putin decat in rezervor. În figura 7.5, f arată procesul de egalizare a presiunii în conductă și rezervor, însoțit de apariția mișcării fluidului la o viteză .
Evident, de îndată ce unda de șoc reflectată din rezervor ajunge la robinet, va apărea o situație care a avut deja loc în momentul închiderii robinetului. Întregul ciclu de lovitură de ariete va fi repetat.
Studiile teoretice și experimentale ale loviturii de berbec în țevi au fost efectuate pentru prima dată de N.E. Jukovski. În experimentele sale, au fost înregistrate până la 12 cicluri complete cu o scădere treptată a Δ p bate În urma cercetărilor efectuate, N.E. Jukovsky a obținut dependențe analitice care fac posibilă estimarea presiunii de șoc Δ p bate Una dintre aceste formule, numită după N.E. Jukovski, are forma
unde viteza de propagare a undei de șoc cu este determinat de formula
,
Unde LA - modulul volumetric de elasticitate al lichidului; E - modulul de elasticitate al materialului peretelui conductei; dși δ sunt diametrul interior și, respectiv, grosimea peretelui conductei.
Formula (7.14) este valabilă pentru lovirea directă, când timpul de întrerupere a curgerii t închidere este mai mic decât faza loviturii de ariete. t 0:
Unde l- lungimea conductei.
Faza loviturii de ariete t 0 este timpul necesar pentru ca unda de șoc să se deplaseze de la robinet la rezervor și înapoi. La tînchis> t 0, presiunea de șoc este mai mică și se numește un astfel de ciocan de apă indirect.
Dacă este necesar, puteți folosi metodele cunoscute de „atenuare” a loviturii de apă. Cel mai eficient dintre acestea este creșterea timpului de răspuns al robinetelor sau al altor dispozitive care opresc fluxul de fluid. Un efect similar se obține prin instalarea acumulatorilor sau supapelor de siguranță în fața dispozitivelor care opresc fluxul de lichid. O scădere a vitezei de mișcare a fluidului într-o conductă din cauza creșterii diametrului interior al țevilor la un debit dat și o scădere a lungimii conductelor (o scădere a fazei loviturii de ariete) contribuie, de asemenea, la o scădere. în presiunea de șoc.
Calcul hidraulic al conductelor.
Distingeți conductele simple și complexe.
Conductă simplă- conductă secțiune constantă care include " n „Rezistența locală.
Conductă complexă- o combinație de conducte simple conectate în serie, paralel, ramificate.
Calculul hidraulic include determinarea unuia dintre următorii trei parametri având în vedere ceilalți doi:
1). A stabilit d, Q determina capul H potr =?
2). A stabilit H, d defini Q =?
3). A stabilit H, Q defini d =?
Calculul unei conducte simple.
Pentru deplasarea (transportarea) lichidelor și gazelor se folosesc conducte din diferite materiale: oțel, fontă, beton, plastic, azbociment etc. Conductele sunt sub presiune și fără presiune, scurte și lungi, simple și complexe.
Debitul conductelor sub presiune depinde în mod semnificativ de pierderea de sarcină de-a lungul lungimii și de rezistențele locale (articulații, fitinguri etc.).
Conducte de lungime mică și cu un număr mare de rezistențe locale, pierderile de sarcină în care depășesc 10% din pierderile de sarcină pe lungime (comunicații stații de pompare, laboratoare, conducte petroliere etc.), se numesc mic de statura.
LA lung includ conducte de lungime mare, în care pierderile de sarcină pentru a depăși rezistențele locale sunt nesemnificative (nu mai mult de 10% pierderi de sarcină pe lungime).
Conductele din conducte de unul sau mai multe diametre fără ramuri și fără distribuirea fluxului de-a lungul căii de mișcare a fluidului se numesc simplu.
Conductele dintr-o rețea de conducte de diferite diametre cu linii principale și cu ramificații (fundătură, inel) se numesc complex.
FORMULE DE BAZĂ PENTRU CALCULUL HIDRAULIC AL CONDUCTELOR
Calculul hidraulic al conductelor vă permite să rezolvați trei probleme principale:
1) determinați presiunea necesară pentru a trece un debit de apă cunoscut pentru un diametru dat de țeavă;
2) determinați debitul conductelor cu un diametru dat cu pierderi de presiune cunoscute;
3) determinați secțiunea transversală a conductelor la debitele de apă și pierderile de încărcare date.
Pierderea capuluiîn conductă sunt compuse din pierderi prin frecare de-a lungul lungimii și pierderi pentru a depăși rezistența locală, adică.
(1.104)
Pierderea de sarcină de-a lungul lungimii conductelor este determinată de formula Darcy-Weisbach:
Unde λ - coeficient de rezistență la frecare pe lungime l;
d p- diametrul interior calculat al conductelor, m;
υ - viteza medie de mișcare a fluidului, m/s;
R- raza hidraulică.
Dacă pentru o țeavă rotundă pentru a determina viteza de mișcare a fluidului
atunci pierderea de cap de-a lungul lungimii poate fi calculată prin formula
unde este rezistența specifică, adică rezistența de 1 m a conductei.
Rezistență pe toată lungimea l a conductei și apoi
Pierderea de sarcină pe unitatea de lungime a conductei se numește pantă hidraulică. i adică
(1.108)
Coeficient de rezistenta λ in timpul deplasarii apei in conducte noi si uzate din diverse materiale, este determinata de dependentele obtinute la VNII VODGEO de catre Dr. Tech. F. A. Shevelev:
pentru țevi noi de oțel
pentru țevi din fontă din oțel uzate
În calculele hidraulice ale conductelor de apă, rezistivitatea poate fi calculată folosind formula compilată ținând cont de creșterea coeficientului λ datorită creșterii rugozității pereților conductei în timpul funcționării lor ca urmare a coroziunii sau formării depunerilor:
(1.109)
Această formulă este valabilă atunci când viteza de mișcare a apei υ ≥ 1,2 m / s. La viteze mai mici se introduce un factor de corecție în valorile rezistivității K n asupra necuadratității dependenței pierderilor de cap de viteza medie de mișcare a fluidului. Atunci formulele (1.106) și (1.107) iau următoarea formă:
(1.110)
Valorile factorului de corecție K n variază de la 1 la 1,4 la schimbarea vitezei de la 1,2 la 0,2 m/s. Factorul de corecție este determinat de formulă
Pierderea de presiune pentru a depăși rezistențele locale este determinată de formulă
(1.111)
Prin analogie cu formula (1.106), putem scrie
La calcularea conductelor, pierderile locale pot fi exprimate sub formă de pierderi de cap prin frecare lungime echivalentă.în care h M=h M E adică sau 
,
Unde
Se încarcă...
