Гидравлический расчет напорных трубопроводов

Программа позволяет рассчитать потери напора водопровода на единицу длины трубопровода (так называемый "гидравлический уклон").
Определяет гидравлическое сопротивление стыковых соединений в напорных трубопроводах, учитывает из какого материала они изготовлены.
Программа "Гидравлический расчёт напорных трубопроводов" разработана на основании приложения 10 СНиП 2.04.02-84 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения".

При вводе следующих исходных данных:
Расчетный расход q, л/с
Наружный диаметр трубы D
Толщина стенки трубы s, м
Определяется Гидравлический уклон (внутренний диаметр, трубы D, скорость v, м/с, удельные потери 1000i).

При вводе данных:
Длина трубопровода L, м
Коэффициента, учитывающего потери напора на местные сопротивления
вычисляются Потери напора, м (в трубопроводе, на местные сопротивления, по длине, напор в начале трубопровода).

Расчет выполняется для следующих типов трубопроводов:
— новые стальные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием;
— новые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием;
— не новые стальные и не новые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием;
— асбестоцементные;
— железобетонные виброгидропрессованные;
— железобетонные центрифугированные;
— стальные и чугунные с внутренним пластмассовым или полимерцементным покрытием, нанесённым методом центрифугирования;
— стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесённым методом набрызга с последующим заглаживанием;
— стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесённым методом центрифугирования;
— стеклянные и пластмассовые;

Программа является свободно распространяемой.
Версия 5.1.0 от 22.06.2005
Автор: Таранов Владимир, НПФ "Водные технологии"

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра транспорта и хранения нефти и газа

По дисциплине: Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика

Тема: «Гидравлический расчет напорных трубопроводов»

Выполнил: студент гр. СТ-12 ___________ /Созинов П.С./

Проверил: доцент ___________ /Воронов В.А./

Поставленные задачи с.3

Начальные условия с.3

Теоретические сведения с.4

Расчетная часть с.5

Список использованной литературы с.8

построить в масштабе по координатам l (длина) и z (геодезическая отметка) профиль трасс;

определить диаметры участков трубопровода, рассчитать пьезометрические (H) и рабочие (h_p) напоры в заданных точках сети и построить пьезометрическую линию (ПЛ). Ось ординат должна быть общая для z, H и h_p;

определить высоту установки насоса над уровнем воды в зумпфе (высоту всасывания z_н) и мощность N_дв на валу центробежного насоса (мощность приводного двигателя).

рабочий напор h_зад = 17м, ниже которого не может быть фактический, полученный расчетом рабочий напор h_р;

коэффициент полезного действия (КПД) насоса η_н = 0,75;

частота вращения рабочего колеса n = 900об/мин;

вид труб: стальные старые;

коэффициент местных сопротивлений ζ_0-1 = 17.

предварительно определенный диаметр труб

;

число Рейнольдса для круглых труб

;

фактическая скорость жидкости

;

корректировка модуля расхода

;

потери напора по длине

;

полный гидростатический напор

;

напор в начале участка

;

;

мощность приводного двигателя (мощность на валу насоса)

,

Расчет участка 4-5.

Определяем фактическую скорость на участке 4-5 .

Вязкость воды при 20˚C ν = 1·10 -6 м 2 /с.

Определяем число Рейнольдса .

Для старых стальных труб Δ = 0,2мм, тогда 500d/Δ = 500·200/0,2 = 500000.

.

.

Рассчитываем потери напора на участке 4-5 .

Определяем полный гидростатический напор .

Напор в начале участка .

Рабочий напор в начале участка , h_р.4 ʹ _3-4 = 798,8л/с.

Определяем фактическую скорость на участке 3-4 .

Вязкость воды при 20˚C ν = 1·10 -6 м 2 /с.

Определяем число Рейнольдса .

Для старых стальных труб Δ = 0,2мм, тогда 500d/Δ = 500·250/0,2 = 625000.

.

.

Рассчитываем потери напора на участке 3-4 .

Определяем полный гидростатический напор .

Напор в начале участка .

Рабочий напор в начале участка , h_р.3 > h_р.4.

Расчет участка 2-3.

При расходе Q_2-3 = 60 > 50л/с ориентировочная скорость жидкости V_пр = 1,0м/с.

Рассчитываем диаметр .

Определяем ближайший диаметр труб d_2-3 = 300мм, а также расходную характеристику K ʹ _2-3 = 1288л/с.

Определяем фактическую скорость на участке 2-3 .

Вязкость воды при 20˚C ν = 1·10 -6 м 2 /с.

Определяем число Рейнольдса .

Для старых стальных труб Δ = 0,2мм, тогда 500d/Δ = 500·300/0,2 = 750000.

.

.

Рассчитываем потери напора на участке 2-3 .

Полный гидростатический напор .

Напор в начале участка .

Рабочий напор в начале участка , h_р.2 > h_р.3.

Расчет участка 1-2.

При расходе Q_1-2 = 96 > 50л/с ориентировочная скорость жидкости V_пр = 1,25м/с.

Рассчитываем диаметр .

Определяем ближайший диаметр труб d_1-2 = 350мм, а также расходную характеристику K ʹ _1-2 = 1933л/с.

Определяем фактическую скорость на участке 1-2 .

Вязкость воды при 20˚C ν = 1·10 -6 м 2 /с.

Определяем число Рейнольдса .

Для старых стальных труб Δ = 0,2мм, тогда 500d/Δ = 500·350/0,2 = 875000.

.

.

Рассчитываем потери напора на участке 1-2 .

Полный гидростатический напор .

Напор в начале участка .

Рабочий напор в начале участка , h_р.1 > h_р.2.

Расчет участка 0-1.

При расходе Q_0-1 = 96 > 50л/с ориентировочная скорость жидкости V_пр = 1,25м/с.

Рассчитываем диаметр .

Определяем ближайший диаметр труб d_0-1 = 350мм, а также расходную характеристику K ʹ _0-1 = 1933л/с.

Определяем фактическую скорость на участке 0-1 .

Вязкость воды при 20˚C ν = 1·10 -6 м 2 /с.

Определяем число Рейнольдса .

Для старых стальных труб Δ = 0,2мм, тогда 500d/Δ = 500·350/0,2 = 875000.

.

.

Рассчитываем потери напора на участке 0-1 .

Полный гидростатический напор .

Напор в начале участка .

Расчет ветви 2-6.

Определяем полный гидростатический напор в конце ветви .

Напор в начале ветви .

Допустимая потеря напора в ветви .

Определяем предварительное значение модуля расхода л/с.

Определяем значение модуля расхода л/с.

Диаметр труб на участке 2-6 d_2-6 = 150мм.

Определяем фактическую скорость жидкости на участке 2-6 .

Вязкость воды при 20˚C ν = 1·10 -6 м 2 /с.

Определяем число Рейнольдса .

Для старых стальных труб Δ = 0,2мм, тогда 500d/Δ = 500·150/0,2 = 375000.

.

.

Рассчитываем потери напора на участке 2-6 .

Определяем гидростатический напор .

Фактический напор в точке 6 .

Рабочий напор в точке 6 , h_р.6 > h_зад.

Определение приводной мощности насоса:

Определяем высоту установки насоса над уровнем воды в зумпфе Напор, создаваемый насосом

Мощность на валу насоса

Вт.

В соответствии с поставленными задачами и начальными условиями в пределах РГР выполнено:

построен в масштабе по координатам l (длина) и z (геодезическая отметка) профиль трасс;

определены диаметры участков трубопровода, рассчитаны пьезометрические (H) и рабочие (h_p) напоры в заданных точках сети и построена пьезометрическая линия (ПЛ);

определена высота установки насоса над уровнем воды в зумпфе (высота всасывания z_н) и мощность N_дв на валу центробежного насоса (мощность приводного двигателя).

Список использованной литературы:

СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ГИДРАВЛИКЕ И ГИДРОПРИВОДУ: Учеб. пособие. Издание второе, переработанное и дополненное / Б.С.Маховиков, В.И.Медведков, В.В.Шорников. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2010. 155 с.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольных заданий по курсу

Гидравлический расчет напорных трубопроводов

Общей задачей гидравлического расчета трубопроводов является определение одной из трех величин: расхода Q, напора Н или диаметра трубы d по двум другим заданным.

В данном методическом пособии рассматривается решение задач, связанных с движением несжимаемой жидкости по напорным трубопроводам. Поэтому, под расходом Q понимается объемный расход, измеряемый в м 3 /с. Объемный расход связан со средней скоростью движения жидкости и площадью поперечного сечения известным соотношением:

, (1)

где v – средняя скорость движения жидкости, м/с;

S – площадь поперечного сечения трубы, м 2 .

Под напором понимается высота столба, на которую поднимается жидкость под давлением р:

; (2)

ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

Гидравлический расчет трубопроводов производится на основе уравнения Бернулли. Для двух произвольных сечений 1 и 2 трубопровода имеем:

. (3)

В начальном сечении 1 имеем геометрическую высоту z₁, избыточное давление р₁ и скорость v₁, в конечном 2 — соответственно z₂, р₂ и v₂. В случае трубопроводов постоянного сечения v₁= v₂.

h – потери напора на участке между двумя этими сечениями, м.

Потери напора в длинных трубопроводах складываются из потерь напора на трение h_тр и потерь напора на местных сопротивлениях (запорная арматура, повороты, ответвления, изменения диаметра и др.) h_м:

. (4)

Потери напора на трение определяются формулой Дарси-Вейсбаха:

, (5)

где λ – коэффициент гидравлического трения;

l – длина участка трубопровода, м;

d – диаметр трубы, м.

При расчете длинных трубопроводов местные сопротивления удобно учитывать эквивалентными длинами l_экв прямых трубопроводов, соответствующими по величине потери напора данным местным сопротивлениям:

, (6)

где ζ – коэффициент местного сопротивления.

Таким образом, потери напора на местных сопротивлениях можно характеризовать как с помощью эквивалентной длины, так и с помощью коэффициентов местных сопротивлений. Следовательно, полные потери напора можно выразить как:

, м, (7)

где Σζ – сумма коэффициентов всех местных сопротивлений на данном участке;

l_Р =l + l_ЭКВ – расчетная длина трубопровода.

В Приложении 1 приведены значения эквивалентных длин или коэффициентов некоторых местных сопротивлений.

В целях упрощения техники подсчетов в расчет, производящийся на основе уравнения Бернулли, вводятся некоторые специфические понятия и определения, позволяющие значительно сократить математические выкладки за счет широкого использования готовых таблиц. В частности исключается вычисление гидравлических сопротивлений с помощью довольно сложных формул.

В формулу (7) вводятся гидравлический уклон

и гидравлический радиус , где Р – периметр трубы. В случае круглого сечения . После чего она принимает вид:

. (8)

Выражая из (8) скорость, получим известную формулу Шези:

, (9)

где — постоянная Шези.

Расход жидкости можно получить, умножив обе части выражения (9) на площадь поперечного сечения S:

(10)

Величина называется расходной характеристикой трубы и представляет собой расход жидкости через заданное сечение при гидравлическом уклоне, равном единице. Размерность расходной характеристики такая же, как и у расхода.

Для определения расхода формула (10) преобразуется к виду:

. (11)

При работе трубопровода в квадратичной зоне величина расходной характеристики стальных и чугунных труб зависит только от диаметра и шероховатости стенки и может быть определена для труб, бывших в эксплуатации по Приложению 2.

Если средняя скорость движения воды в трубе менее 1.2 м/с, то режим движения оказывается неквадратичным. В этом случае в расчеты следует вносить поправку на неквадратичность режима, определяя расходную характеристику по формуле:

, (12)

Численное значение коэффициента β зависит от скорости и определяется по Приложению 3.