НЕФТЬ-ГАЗ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
На главную >>


Теперь на нашем сайте можно за 5 минут создать свежий реферат или доклад

Скачать книгу целиком можно на сайте: www.nglib.ru.

Предложения в тексте с термином "Трубопровод"

В ней приведен материал по гидростатике, гидродинамике, гидравлическим сопротивлениям, истечению жидкости из отверстий, движению жидкости в напорных трубопроводах, безнапорному движению жидкости и движению жидкости в пористой среде.

Другим примером установившегося движения является движение жидкости в трубопроводе при ее перекачке центробежными насосами.

Так как рабочее колесо центробежного насоса практически вращается равномерно с постоянной угловой скоростью, подача жидкости в трубопровод будет происходить также непрерывно и равномерно, все время в одинаковых количествах, с постоянными скоростью и давлением.

Наоборот, при перекачке поршневыми насосами, когда поршень движется с переменной скоростью, имеет место неустановившееся движение, при котором скорости и давления в трубопроводе изменяются во времени.

Примером напорного движения является, например, движение жидкости в трубопроводе при ее перекачке насосами, истечении из резервуара или водонапорного бака; примером безнапорного движения может служить движение жидкости в открытых каналах и реках.

На последнем участке трубопровода имеет место постепенное уменьшение диаметра.

Из построения очевидно, что отрезки между горизонтальной прямой аа, соответствующей напорной линии при движении идеальной жидкости, и полученной напорной линией представляют собой потери напора на отдельных участках трубопровода.

Однако объемный и весовой способы пригодны лишь при сравнительно небольших значениях расхода жидкости, так как в противном случае размеры мерников получаются громоздкими и замеры затруднительны; кроме того, этими способами невозможно замерить расход в произвольном сечении, например, длинного трубопровода или канала без нарушения целостности последних.

Другим широко распространенным прибором для измерения расхода является расходомерная шайба (или диафрагма), обычно выполняемая в виде плоского кольца с круглым отверстием в центре, устанавливаемого между фланцами трубопровода (рис.

1 На принципе измерения скоростей вертушкой основан крыльчатый расходомер, применяемый для измерения расхода жидкости в напорных трубопроводах.

Дальнейшим развитием и усовершенствованием трубки Пито является трубка Прандтля, применяемая для измерения скорости течения жидкости в напорных трубопроводах.

Для измерения скоростей в действующих трубопроводах в процессе их эксплуатации весьма удобной является модификация трубки Прандтля, выполняемая в виде цилиндрического зонда.

При измерениях зонд вводится в трубопровод через сальниковое устройство, устанавливаемое на наружной поверхности верхней части трубы.

В насосах, применяемых для подъема и перемещения жидкостей пр трубопроводам, происходит обратный процесс.

Насосы применяются при транспорте нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, при бурении нефтяных скважин для подачи в них промывочных растворов, для нагнетания в нефтяные пласты воды при законтурном заводнении и т.

Рабочее колесо находится в неподвижной камере (кожухе) С, соединяемой всасывающим трубопроводом D, по которому в насос поступает жидкость, с местом ее забора — приемником Е и нагнетательным трубопроводом F, отводящим жидкость из насоса, с местом назначения — резервуаром G.

Камера насоса обычно выполняется в виде спиральной камеры (улитки) переменного сечения, которая переходит в нагнетательный патрубок, соединяющийся с нагнетательным трубопроводом.

Соединение всасывающего трубопровода D с камерой осуществляется через всасывающий патрубок /С, примыкающий к центральной части рабочего колеса.

Перед пуском насос и весь всасывающий трубопровод заливаются жидкостью.

При этом жидкость, заполняющая каналы рабочего колеса, образованные лопатками, перемещается от центра колеса к его периферии, поступает в спиральную камеру, окружающую колесо, и оттуда выбрасывается в нагнетательный трубопровод.

Одновременно в центральной части колеса, освобождающейся от жидкости, образуется вакуум; внешнее давление, действующее на свободную поверхность жидкости в приемнике, открывает обратный клапан, и жидкость из приемника по всасывающему трубопроводу поступает в насос.

Таким образом, во всей системе (по всасывающему трубопроводу, в насосе и по нагнетательному трубопроводу) создается непрерывное движение жидкости, которое вследствие равномерности работы насоса и постоянства его числа оборотов можно считать установившимся.

Той же цели — преобразованию кинетической энергии (скоростного напора) в энергию давления — служит и диффузор, конически расходящийся патрубок, обычно устанавливаемый в начале нагнетательного трубопровода, после спиральной камеры.

Манометрическим, или полным, напором насоса (обозначим его через Я) называется напор, развиваемый насосом для подъема жидкости, преодоления гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах и разности давлений на их концах.

расстояния (по вертикали) от насоса до поверхности жидкости в приемнике Е (высота всасывания) и от оси насоса до уровня жидкости в резервуаре G (высота нагнетания); /1Пв и hn — потери напора (определяемые как суммы линейных и местных потерь напора) соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводах; ри и р9 — давления на свободных поверхностях жидкости в приемнике и резервуаре.

объемный расход жидкости, подаваемой насосом в трубопровод, через Q.

93) указывалось, что для подъема жидкости по всасывающему трубопроводу, когда насос располагается выше уровня жидкости в приемнике, необходимо создать в насосе разрежение, т.

Получающаяся разность давлений и является основной причиной поступления жидкости по всасывающему трубопроводу из приемника в насос.

Составляя уравнение Бернулли для концевых сечений всасывающего трубопровода, для определения геометрической высоты всасывания получим "<~Р* *, _ =.

В случае же поршневых насосов, ввиду неустановившегося движения жидкости во всасывающем трубопроводе, обусловливаемого переменной скоростью поршня, при определении hB и рв необходимо дополнительно учитывать силы инерции.

Рассмотрим случай, когда решающее значение из действующих сил имеют силы внутреннего трения жидкости (например, при движении жидкости по горизонтальному трубопроводу).

уравнение Бернулли) равномерного движения потока жидкости, безразлично — напорного (случай движения в трубопроводе) или безнапорного (случай движения в открытом канале).

Значения эквивалентной шероховатости определяются на основании гидравлических испытаний трубопроводов и пересчета их результатов по соответствующим формулам.

Формула Кольбрука и Уайта принята в настоящее время за рубежом в качестве основной расчетной формулы для гидравлического расчета трубопроводов.

На практике формула Блазиуса получила широкое применение при расчетах трубопроводов для вязких жидкостей (нефтепроводы), где ввиду большой вязкости движение обычно характеризуется относительно небольшими значениями числа Рейнольдса.

Эти формулы используются для определения потерь напора в трубопроводах специального назначения (изготовляемых из особых материалов), к числу которых относятся, например, часто применяемые в водоснабжении и гидротехнике деревянные и асбоцементные трубы.

Коэффициент сопротивления для воды при ее движении в деревянных трубопроводах определяется по формуле

При расчетах асбоцементных трубопроводов принимают

Он может быть использован на практике для снижения потерь напора при движении жидкости в трубопроводах.

При движении в трубопроводах воды с добавками полимеров, по данным Ю.

Причиной последних, например, в трубопроводах являются различного рода конструктивные вставки (колена, j тройники, сужения и расширения трубопровода, задвижки, вентили и т.

), необходимость установки которых вызывается условиями сооружения и эксплуатации трубопровода (так, колено А — рис.

необходимости поворота трубопровода, тройник В — для присоединения к основному трубопроводу ответвления, задвижка С необходима для возможности изменения пропускной способности трубопровода и т.

В некоторых случаях оказывается удобным определять местные сопротивления по так называемой эквивалентной длине, понимая под последней такую длину прямого участка трубопровода данного диаметра, на которой потеря напора на трение по длине (линейная потеря) /гл-п равна (эквивалентна) потере напора /г„.

Диафрагмой называется пластинка с отверстием в центре, устанавливаемая в трубопроводе для измерения расхода жидкости (см.

82) где А,с — коэффициент сопротивления трубопровода со стыками; К — коэффициент сопротивления трубопровода без стыков.

Указанные исследования показали также, что сварные стыки без подкладных колец в трубопроводах больших диаметров при современном уровне выполнения сварочных работ практически не увеличивают гидравлических сопротивлений, и поэтому их влияние можно не учитывать при расчетах.

Всасывающая коробка устанавливается в начале всасывающего трубопровода насосных установок.

Поэтому, например, полная потеря напора в трубопроводе длиной L, диаметром d, имеющем п местных сопротивлений, будет т.

Если трубопровод состоит из нескольких участков длиной Lj, L2,.

Для упрощения подсчетов часто оказывается целесообразным выразить все скорости через какую-нибудь одну основную скорость на некотором основном участке трубопровода, который выбирается произвольно в зависимости от удобства решения и условий задачи.

Это имеет место, например, в обвязках устьев нефтяных и газовых скважин, манифольдах нефтепроводных насосных станций и некоторых сложных фасонных частях трубопроводов.

В качестве основной характеристики интерференции принимается так называемая длина влияния, под которой понимают длину прямого участка трубопровода после местного сопротивления, в пределах которого прекращается возмущающее влияние сопротивления на поток.

Установлено, что в общем случае длина влияния зависит от вида (геометрии) местного сопротивления, числа Рейнольдса, диаметра и относительной шероховатости трубопровода.

Установка состоит из центробежного насоса А, нагнетательной линии В, напорного резервуара С, снабженного сливной линией D, опытного участка трубопровода Е, приемного резервуара F и всасывающей линии G.

Во время проведения опытов жидкость насосом подается в напорный резервуар (в котором благодаря наличию сливной линии поддерживается постоянный уровень) и оттуда поступает в трубопровод Е.

Из трубопровода Е жидкость вытекает в приемный

Измерение расхода жидкости Q осуществляется при помощи водомера Вентури Н (в других случаях расход может быть замерен объемным или весовым способом, для чего между трубопроводом и приемным резервуаром вводится мерный бак).

При этом следует иметь в виду, что длина опытного участка трубопровода должна быть взята достаточно большой, так как при малой длине разность уровней в коленах ртутного манометра может оказаться незначительной и практически неощутимой; в подобных случаях вместо ртутного манометра необходимо применять дифференциальный водяной пьезометр.

При горизонтальном трубопроводе постоянного диаметра линейные потери напора на длине L между сечениями трубопровода / — 1 и 2 — 2, к которым присоединен дифференциальный манометр, определяются выражением

01 — Ра = (ррт — Pi) gh (где ррт — плотность ртути; р1 — плотность движущейся по трубопроводу жидкости; h — разность уровней ртути в манометре), получаем

Расход и напор измеряют нескольько раз при различных скоростях движения жидкости по трубопроводу.

Для определения коэффициентов местного сопротивления в трубопроводе на фланцах устанавливают исследуемое сопротивление (расширяющийся или суживающийся патрубок, диафрагма, задвижка и т.

Предварительно следует найти потерю напора в этом же трубопроводе, при той же самой скорости движения жидкости, но без местного сопротивления.

Поэтому, например, если жидкость находится в каком-либо сосуде (резервуаре, трубопроводе) и давление р в этом сосуде меньше упругости паров жидкости

Благодаря этому вода из водоема поднимается по всасывающей трубе в корпус, смешивается здесь с напорной водой и увлекается ею дальше по нагнетательному трубопроводу.

Коэффициент полезного действия эжектора определяется отношением работы веса воды, поступившей по всасывающему трубопроводу из водоема и поднятой эжектором на высоту Н, к работе веса рабочей (напорной) воды, подведенной из водопровода.

ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ § 66.

В современной технике применяются трубопроводы различного назначения, служащие для перемещения разнообразных жидкостей (вода, нефть, глинистые растворы и т.

Наряду с трубопроводами самых незначительных размеров (капилляры), используемыми в лабораторной технике и контрольно-измерительной аппаратуре, имеются трубопроводы протяжением в сотни километров (магистральные нефтепроводы) и диаметром в несколько метров (трубопроводы гидротехнических сооружений).

В зависимости от конфигурации различают простые и сложные трубопроводы.

Простым трубопроводом называется трубопровод, не имеющий разветвлений на пути движения жидкости от точки забора до точки потребления, сложным — трубопровод, представляющий собой сеть труб, состоящую из основной магистральной трубы и ряда отходящих от нее ответвлений.

Сложные трубопроводы делятся на следующие основные виды: а) параллельное соединение, когда к основной магистрали М подключены параллельно ей еще одна или несколько труб (рис.

160, а); б) разветвленные трубопроводы, в которых жидкость из магистрали М подается в боковые ответвления и обратно в магистраль не поступает (рис.

160, б); в) кольцевые трубопроводы, представляющие собой замкнутую сеть (кольцо), питаемую от основной магистрали М (рис.

В сложных трубопроводах различают: а) транзитный расход, т.

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ

Исходным уравнением для расчета трубопроводов является уравнение Бернулли (см.

Если при движении жидкости в трубопроводе имеет место турбулентный режим в доквадратичной области шероховатых труб (практически весьма часто встречающийся случай), когда X = = / (е, Re), для расчета могут быть использованы установленные выше зависимости для квадратичного закона сопротивления с введением в них поправочного коэффициента р — на «неквадратич-ность».

Тогда получим (6Л4) где К — действительный коэффициент гидравлического сопротивления рассматриваемого трубопровода; Я,кв — коэффициент гидравлического сопротивления того же трубопровода при квадратичном законе сопротивления.

15) удобное для расчета трубопроводов в доквадратичной области турбулентного режима.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПРИ РАСЧЕТЕ И ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРУБОПРОВОДОВ

В первоначальной и наиболее общей постановке задачи при проектировании трубопроводов обычно задаются расход жидкости и положения начального и конечного пунктов трубопровода; в случае сложного трубопровода задача соответственно усложняется заданием ряда расходных пунктов и расходов на отдельных участках.

Поэтому при решении исходят из требований оптимальности и технической целесообразности сооружения и эксплуатации трубопровода.

Однако уменьшение диаметра трубопровода приводит к увеличению потерь напора, а следовательно, и к увеличению мощности насосов и двигателей, их стоимости и эксплуатационных расходов.

Экономически наиболее выгодный диаметр должен соответствовать наименьшей полной стоимости трубопровода, зависящей от капитальных затрат на сооружение и прокладку самого трубопровода, расходов на сооружение насосных станций и эксплуатационных расходов.

Для более точного определения экономически наивыгоднейшего диаметра существует ряд методов, изучаемых в специальных курсах по проектированию и сооружению трубопроводов.

Составляют выражение для полной стоимости трубопровода, включая как капитальные затраты на его сооружение и прокладку, так и эксплуатационные расходы, выраженные в функции от диаметра трубопровода.

Помимо основной задачи, рассмотренной выше в общей постановке, при гидравлическом расчете трубопроводов могут встретиться также следующие частные задачи:

1) определение перепада напора, необходимого для пропуска заданного расхода жидкости по данному трубопроводу;

2) определение расхода жидкости по данному трубопроводу при заданном перепаде напора;

3) определение необходимого диаметра трубопровода для пропуска данного расхода при известном перепаде напора.

ЗАДАЧА О ПРОСТОМ ТРУБОПРОВОДЕ

162) имеются два резервуара: питающий А и расходующий В с установившейся разностью уровней Az = ZA — ZB, соединенные между собой простым трубопроводом длиной L постоянного диаметра d (в других случаях роль верхнего резервуара может выполнять насос, установленный в начале трубопровода и создающий там давление pgzA, где р — плотность жидкости;

8* 227 нижний резервуар также может отсутствовать, и жидкость может вытекать прямо в атмосферу через отверстие в конце трубопровода).

Полная потеря напора определяется как сумма потерь на трение по длине трубопровода h X L "2 ЙЛ.

При квадратичном законе сопротивления (^ не зависит от числа Рейнольдса) и большой длине трубопровода, когда местными

Если рассматриваемый трубопровод состоит из ряда отдельных участков 1, 2, 3,.

При таком последовательном соединении полная потеря напора на всем протяжении трубопровода, от начальной его точки А до конечной В, определяется как сумма потерь на участках

где vl — скорость в каком-нибудь произвольно выбираемом сечении трубопровода, а коэффициент сопротивления системы!

2 2 2 откуда, принимая во внимание, что в простом трубопроводе

22) и называют величину А коэффициентом пропускной способности трубопровода.

Для данного трубопровода коэффициент пропускной способности всегда имеет вполне определенное постоянное значение и при заданном напоре полностью определяет пропускаемый расход.

СЛОЖНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ

Расчет сложных трубопроводов не входит в содержание общего курса гидравлики и обычно изучается в специальных курсах водоснабжения или проектирования трубопроводов.

Поэтому здесь рассматриваются только простейшие примеры сложных трубопроводов и приводятся лишь основы их гидравлического расчета.

При этом для всех участков рассматриваемых трубопроводов определяют числа Рейнольдса, по ним уточняют значения коэффициентов гидравлического сопротивления К и находят соответствующие уточненные значения модулей расхода /С; местные сопротивления учитывают введением эквивалентных длин.

164) магистральный трубопровод в некоторой точке В разветвляется на несколько параллельных линий , труб 2, 3, 4,.

Пусть длины и диаметры отдель- / ных участков подобного трубопровода, в том числе и параллельно включенных линий, будут Llt L2, L----4 у

Рассматриваемый в целом трубопровод, изображенный на рис.

Изложенное позволяет наметить схемы гидравлического расчета и для других видов сложных трубопроводов.

Для простейшего разветвленного трубопровода (рис.

Кольцевые трубопроводы рассчитывают по такой же схеме, что и при параллельном соединении.

Задача усложняется, если в трубопроводе имеется несколько расходных пунктов, например в простейшем случае кольцевого трубопровода (рис.

Рассмотрим также трубопровод, на некотором участке которого имеется непрерывный путевой расход (рис.

Полагая по-прежнему, что движение жидкости происходит в квадратичной области турбулентного режима, для потери напора на элементарном участке трубопровода длиной dx у сечения С будем иметь / п ^ \ '.

Интегрируя далее это выражение в пределах от 0 до L, получаем расчетную формулу для определения потери напора на всем участке трубопровода длиной L, на котором имеет место непрерывный путевой расход,

Из нее следует, что потери напора в трубопроводе при непрерывном путевом расходе оказываются в 3 раза меньше той потери напора, которая имела бы место при отсутствии путевой раздачи и таком же расходе, полностью сосредоточенном в конце трубопровода.

В этом случае потеря напора при непрерывном путевом расходе будет в 2 раза меньше, чем при равном ему расходе сосредоточенном в конце трубопровода.

При гидравлическом расчете трубопроводов весьма широко используются графические методы расчета.

Применение графических методов значительно облегчает и упрощает решение некоторых сложных задач, а в отдельных случаях (например, при исследовании совместной работы нескольких центробежных насосов на один общий трубопровод) является практически единственно возможным приемом, позволяющим получить искомое решение

Предположим, что в простейшем случае мы имеем некоторый трубопровод диаметром d и длиной L.

На основании ранее изложенного для определения потери напора в таком трубопроводе можно воспользоваться выражением (6.

Как уже указывалось выше, для любого данного трубопровода величина В может быть легко вычислена и имеет постоянное значение.

Таким образом, потеря напора в данном трубопроводе представляет собой функцию только расхода жидкости

170), изменения потери напора в данном трубопроводе в зависимости от пропускаемого

Эта кривая называется характеристической кривой или гидравлической характеристикой трубопровода.

Рассмотрим построение характеристик для некоторых сложных трубопроводов.

В результате получим ряд точек а, Ь, с, принадлежащих новой кривой / -f Ч + Ш> которая и представит собой искомую суммарную характеристику всего рассматриваемого трубопровода.

В результате получим ряд точек а, Ь, с, определяющих суммарную характеристику // + /// + IV трубопровода при параллельном соединении.

Таким образом, для построения суммарной характеристики сложного трубопровода необходимо сложить характеристики отлнд ш ff

В общем случае, когда трубопровод состоит из ряда участков, соединенных между собой как последовательно, так и параллельно (рис.

173), суммарную характеристику всего трубопровода находят на основании предыдущего последовательным сложением предварительно построенных характеристик всех отдельных участков.

Отсюда следует, что, так как при малых расходах в любом трубопроводе имеет место ламинарный режим, характеристика трубопровода в общем случае должна была бы всегда.

СИФОННЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ

Сифонным трубопроводом (сифоном) называется такой самотечный трубопровод, часть которого располагается выше уровня жидкости в сосуде (резервуаре), из которого происходит подача жидкости.

Простейшая схема сифонного трубопровода может быть представлена в виде изогнутой, опрокинутой U-образной трубы, соединяющей два сосуда А и В (рис.

Сифонные трубопроводы имеют весьма широкое применение на практике.

В других случаях пуск осуществляется заполнением сифона жидкостью извне, например водой из водопровода, включением в сифонный трубопровод самоизливающейся фонтанирующей скважины и т.

Приведенный таким образом в действие сифон при надлежащей плотности стыков труб продолжает работать как трубопровод и обеспечивает бесперебойное перетекание жидкости из одного сосуда в другой.

Из предыдущего следует, что сифонный трубопровод представляет собой трубопровод, работающий под разрежением (вакуумом).

Поэтому для нормальной работы сифонного трубопровода необходимо, чтобы минимальное давление в нем, соответствующее наибольшему разрежению, не снижалось до такого давления, при котором начинается выделение паров жидкости, так как их наличие неизбежно повлекло бы за собой разрыв столба жидкости, а следовательно, и срыв работы всего сифонного устройства (выполнение этого условия является обязательным вообще для всех трубопроводов, находящихся под вакуумом, в частности, например, для всасывающих трубопроводов насосных установок).

Гидравлический расчет сифонных трубопроводов принципиально ничем не отличается от расчета обычных трубопроводов.

Так, для сифонного трубопровода, работающего по схеме, изображенной на рис.

174, так же как и в задаче о простом трубопроводе, составляется уравнение Бернулли для сечений а—а и b—b, совпадающих со свободными поверхностями жидкости в сосудах Л и В, , JU РА 4.

Если сифонный трубопровод представляет собой разветвленный трубопровод, питаемый из нескольких источников, гидравлический расчет производится на основании соображений, изложенных в § 70, о расчете разветвленных трубопроводов и также не представляет особых трудностей.

Поэтому при значительной длине сифонного трубопровода потери напора рекомендуется определять по специальным формулам как для двухфазной жидкости (смесь жидкости и пузырьков воздуха) или же увеличивать потери напора, вычисленные обычным путем, примерно на 15—20%.

Проверка давления в сифонных трубопроводах также осуществляется по обычным уравнениям гидравлики.

Обязательным является определение давления в наиболее высоко расположенной части сифонного трубопровода, где, как правило, имеет место наибольшее разрежение.

Теоретически для нормальной работы сифонного трубопровода, так же как и всасывающих трубопроводов насосных установок, необходимо, чтобы минимальное давление в нем было всегда больше упругости паров жидкости при данной температуре

Пусть, например, дан продольный профиль сифонного трубопровода одинакового по всей длине диаметра без местных сопротивлений (рис.

Так как в данном случае падение напора вдоль трубопровода происходит по прямой линии (i = const), соединим концы этих отрезков прямой ab, которая и представит собой пьезометрическую линию.

31), необходимое для нормальной работы сифонного трубопровода, будет удовлетворяться только в тех случаях, когда эта вторая прямая не пересечет профиль трубопровода.

кавитации может наблюдаться, например, в сифонных трубопроводах, где ее появление обусловливается геометрической конфигурацией и принципом действия самого трубопровода, основной своей частью находящегося под давлением, меньшим чем атмосферное; кавитация может иметь место также и при работе быстроходных гидравлических турбин, центробежных насосов и гребных винтов.

Как это следует из уравнения Бернулли, составленного без учета сопротивлений для двух крайних сечений суживающейся части такого трубопровода,

Под гидравлическим ударом понимают резкое увеличение давления в трубопроводах при внезапной остановке движущейся в них жидкости.

Гидравлический удар может иметь место, например, при быстром закрытии различных запорных приспособлений, устанавливаемых на трубопроводах (задвижка, кран), внезапной остановке насосов, перекачивающих жидкость, и т.

Особенно опасен гидравлический удар в длинных трубопроводах, в которых движутся значительные массы жидкости с большими скоростями.

Для выяснения явлений, происходящих при гидравлическом ударе, рассмотрим горизонтальный трубопровод постоянного диаметра, по которому со средней скоростью и движется жидкость.

Если быстро закрыть установленную на таком трубопроводе задвижку, то слой жидкости, находящийся непосредственно у задвижки, должен будет в момент ее закрытия остановиться, а давление — увеличиться (вследствие перехода кинетической энергии в потенциальную энергию давления).

Так как жидкость сжимаема, то остановка всей ее массы в трубопроводе не происходит мгновенно; граница объема, включающего в себя остановившуюся жидкость, перемещается вдоль трубопровода с некоторой скоростью с, называемой скоростью распространения волны давления.

Таким образом, постепенно повышенное давление, возникшее первоначально непосредственно у задвижки, распространяется по всему трубопроводу против течения жидкости со скоростью с.

Если давление в начале трубопровода сохраняется неизменным (как, например, в случае, когда трубопроводом забирается вода pj-&o из открытого бассейна с большой - ° ' площадью поверхности), то после достижения ударной волной начального сечения трубы в ней начнется обратное перемещение ударной волны с той же скоростью с, причем это будет уже волна понижения давления.

По достижении ударной волной сечения у задвижки давление здесь снижается и делается меньшим, чем первоначальное давление до удара; после этого начинается перемещение ударной волны, но уже волны понижения в направлении к началу трубопровода.

Циклы повышений и понижений давления будут чередоваться через промежутки времени, равные времени двойного пробега ударной волной участка трубопровода от задвижки до начала трубопровода.

Таким образом, при гидравлическом ударе жидкость, находящаяся в трубопроводе, будет совершать колебательные движения, которые в силу гидравлических сопротивлений, поглощающих первоначальную энергию жидкости на преодоление трения, будут затухающими.

Для борьбы с гидравлическим ударом применяются различного рода устройства, устанавливаемые на трубопроводах, увеличивающие время закрытия задвижек и кранов и тем самым смягчающие действие удара.

На магистральных трубопроводах устанавливаются также автоматически действующие предохранительные клапаны и воздушные колпаки, которые располагаются перед задаижками и играют роль своеобразных воздушных буферов, воспринимаю

ЩИ ЕсГТГаГм-ГбудГсечении трубопровода установить особый прибор - индикатор, можно получить диаграмму изменения давления в этом сечении при гидравлическом УДаРе;

В тех случаях, когда по трубопроводам перекачиваются продукты переработки нефти (бензин, керосин и т.

Гидравлический расчет начинают обычно с определения оптимального диаметра трубопровода, обеспечивающего заданный объем перекачки.

Для этого строят продольный профиль трассы трубопровода (рис.

179) и по известному диаметру d, кинематической вязкости перекачиваемой жидкости v и заданному расходу Q обычными методами находят суммарные потери напора по всей длине трубопровода.

Поэтому от сооружения этой станции следует отказаться, а необходимый напор получить за счет прокладки параллельного трубопровода на третьем участке.

Так, если принять диаметр лупинга равным диаметру основной трубы, будем иметь где /г„ и /1Л и Qo и <2Л — соответственно потери напора и расходы на участках трубопровода без лупинга и с лупингом.

Если при этом движение жидкости в трубопроводе происходит при турбулентном режиме в области гидравлически гладких труб и потери напора подсчитываются по формуле Блазиуса (4.

Рассмотрим теперь работу участка трубопровода за перевальной точкой.

Этот участок представляет собой самотечный трубопровод, для которого [см.

В той части этого участка (ml), где h < zt — z2, жидкость будет заполнять только^ часть сечения трубопровода; там же, где h = z1 — 22, трубопровод работает полным сечением (участок Is).

Во всех рассмотренных выше случаях движение жидкости в трубопроводах предполагалось изотермическим, Т; е.

Пусть в трубопровод поступает жидкость с температурой tH.

Изменение температуры жидкости вдоль трубопровода может быть^^^^^^ I определено по формуле В.

Knd здесь К — так называемый полный коэффициент теплопередачи от жидкости в окружающую среду, численно равный количеству тепла, проходящего через единицу поверхности трубопровода в единицу времени при перепаде температур 1°С; с — теплоемкость жидкости — количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы жидкости на 1°С; Q — объемный расход.

При этом для температуры в конце трубопровода будем иметь где L — полная длина трубопровода.

Составим выражение для потери напора на бесконечно малом участке трубопровода длиной dL, на котором изменением кинематической вязкости можно пренебречь, ~ dk

Учитывая при этом закон изменения температуры по длине трубопровода (6.

Этот метод был предложен для ламинарного режима, но дает достаточную для практических целей точность и при проведении расчетов в области турбулентного режима при условии существования неизотермического режима на всем протяжении трубопровода.

Транспортировка этих жидкостей (в дальнейшем сокращенно называемых просто газами) по трубопроводам, по сравнению с движением обычных капельных жидкостей, характеризуется рядом существенных особенностей, обусловливаемых различиями физических свойств капельных и газообразных жидкостей.

Для иллюстрации методики расчета газопроводов рассмотрим часто встречающийся случай движения газа по трубопроводу постоянного поперечного сечения.

При движении газа по такому трубопроводу вследствие неизбежных потерь напора давление газа, обычно превышающее атмосферное давление в начальном сечении, по длине трубопровода непрерывно снижается.

В случае установившегося движения массовое количество газа, проходящего через любое поперечное сечение трубопровода в единицу времени (массовый расход газа т), вследствие неразрывности движения остается неизменным; объемный же расход газа Q = — будет увеличиваться, а следовательно, будет возрастать по длине трубопровода и средняя скорость течения газа.

В общем случае вследствие расширения газа и явления теплообмена будет иметь место также и непрерывное изменение температуры газа по длине трубопровода.

При изотермическом процессе ввиду постоянства температуры будет сохранять постоянное значение по длине трубопровода также и абсолютная вязкость газа *.

В правую часть полученного выражения входят лишь такие величины, которые сохраняют постоянное значение по длине трубопровода; следовательно, постоянным по длине трубопровода будет и число Рейнольдса, а следовательно, и коэффициент гидравлического сопротивления К, являющийся функцией этого числа.

Подсчеты показывают, что второй и третий члены правой части этого уравнения в обычных на практике условиях движения газов (при горизонтальном расположении трубопровода и малых дозвуковых скоростях течения) оказываются малыми по сравнению с первым членом, учитывающим сопротивление движению, и поэтому ими можно пренебречь.

— давление и плотность газа в начале трубопровода.

37) и проинтегрируем это уравнение в пределах от рг до pz, где р2 — давление в конце трубопровода длиной L,

здесь pi и р2 — абсолютное давление в начале и конце трубопровода в эта; L — длина трубопровода в км; d — диаметр трубопровода в см; &!

Основное требование, предъявляемое к трубопроводам, предназначенным для перекачки сжиженных газов, сводится к тому, чтобы ни в одном сечении трубопровода давление не снижалось ниже давления насыщения сжиженных газов (т.

98), жидкость закипит, в трубопроводе образуются паровые пробки и его пропускная способность резко уменьшится.

Поэтому при гидравлическом расчете подобных трубопроводов в целях обеспечения надежности их работы обычно принимают минимальное давление в трубопроводе значительно большим (на 10—12 кгс/см2), чем давление насыщения,

В остальном же расчет ничем не отличается от расчета обычных трубопроводов для капельных жидкостей.

Равномерное движение обычно имеет место, например, в каналах гидростанций, ирригационных и осушительных каналах, трубопроводах, работаю

СДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В САМОТЕЧНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

К безнапорным (самотечным) трубопроводам относятся канализационные трубы, водосточные каналы (ливнеспуски), самотечные нефтепроводные и водопроводные трубы и т.

Наиболее распространенными формами сечений безнапорных трубопроводов являются: круглое (рис.

Гидравлические расчеты безнапорных трубопроводов выполняются аналогично расчетам открытых каналов, что естественно, поскольку безнапорный трубопровод представляет собой по существу также открытый канал; отличием трубопроводов от каналов в гидравлическом смысле является только отмеченное выше уменьшение гидравлического радиуса трубопроводов при заполнении его верхней части, в то время как гидравлический радиус каналов все время возрастает с увеличением наполнения.

Для упрощения расчетов значения характеристик трубопроводов (площади сечения, гидравлического радиуса и величин

Если обозначить через W0 и /С0 значения модуля скорости и модуля расхода при полном наполнении h0 трубопровода, а теми же буквами без индекса — их значения при некотором частичном наполнении ft, можно вычислить значения отношений -^г- = В "О rf L и -гг- = А в зависимости от -г- ; получающиеся при этом зави

Ло "о симости для трубопроводов круглого, овоидального и лоткового сечений представлены в виде графиков на рис.

Закон Дарси часто называют законом ламинарной фильтрации, так как согласно этому закону расход и скорость фильтрации линейно зависят от потери напора, что является первым признаком ламинарного режима и уже отмечалось ранее при рассмотрении движения жидкости в трубопроводах.

Статическое начальное напряжение сдвига необходимо для решения различных задач, в которых рассматриваются начальные (пусковые) стадии движения; примером подобной задачи может служит расчет процесса выталкивания насосами застывшей пара-финистой нефти из остановленного трубопровода.

Рассмотрим этот случай и определим разность напоров, необходимую для начала движения неньютоновской (бингамовской) жидкости, заполняющей горизонтальный цилиндрический трубопровод длиной / и диаметром d.

Давление в концевых сечениях трубопровода обозначим через pt и р2, плотность и удельный вес жидкости — через р и ^ и ее начальное напряжение сдвига — через т0.

Отсюда получим следующие выражения: для разности давлений на концах трубопровода

ДЯ^-Я,^-^, (с) жидкость в трубопроводе будет двигаться, причем в зависимости от приложенной разности напоров Нг—Я2 здесь могут иметь место три различных режима ее движения: структурный, ламинарный и турбулентный.

Выражение (с) является исходным при исследовании начальных стадий движения (например для расчета процесса выталкивания застывшей высокопарафинистой нефти из остановленного трубопровода); при этом, как уже указывалось, под т„ следует понимать статическое начальное напряжение сдвига т„ ; во всех же остальных случаях движения неньютоновских жидкостей по трубам т0 = т0.

В дальнейшем в трубопроводе начнет развиваться турбулентный режим, наиболее часто встречающийся в обычных условиях практики.

Движение жидкости в напорных трубопроводах 217 § 66.

Основные формулы для расчета трубопроводов.

Основные задачи при расчете и проектировании трубопроводов.

Задача о простом трубопроводе.

Сложные трубопроводы.

Сифонные трубопроводы.

Движение жидкости в самотечных трубопроводах.

Тонкостенные цилиндрические сосуды, подверженные внутреннему давлению, имеют весьма широкое распространение в технике (трубопроводы, котлы и различного рода емкости, заполненные жидкостью или газом).

32) имеется горизонтальный трубопровод внутренним диаметром D, заполненный жидкостью, находящейся под избыточным давлением р *.

Под влиянием этого давления стенки трубопровода испытывают действие разрывающего усилия, стремящегося разорвать трубопровод по его образующей.

Составим для участка трубопровода длиной L обычное для таких случаев уравнение прочности




Главный редактор проекта: Мавлютов Р.Р.
oglib@mail.ru