Определение диаметра трубопроводов

Так как в гидравлической системе циркулирует один и тот же расход, то магистральные трубопроводы принимаем одного и того же диаметра. Диаметр трубопроводов находим из условия пропуска расхода Q. Принимаем рекомендуемую скорость , вычисляя внутренний диаметр трубопровода:

Принимая средний режим работы трубопровода (Ϗ = 4), определяем толщину стенок трубопровода:

В соответствии с рекомендованными типоразмерами (ГОСТ 8734-75) принимаем бесшовные стальные трубы с размерами:

Наружный диаметр – 32 мм, толщина стенки – 4 мм, внутренний диаметр – 25 мм. Действительная скорость движения жидкости в трубопроводе:

• Определение потерь давления в гидросистеме

В качестве рабочей жидкости примем трансформаторное масло (, коэффициент кинематической вязкости)

Участок	, м	, м	Виды местных сопротивлений
3	8,9	0,024	Четыре резких поворота	4*32	138	3,32	12,22
			Три тройника на проход	3*2
			Два штуцера	2*2
14	9,5	0,024	Четыре резких поворота	4*32	138	3,32	12,82
			Три тройника на проход	3*2
			Два штуцера	2*2

Таблица 2

У	lпр., м	, м	Q/Qmax				Re	λ				Δpн-м, кПа	Δpм-н, кПа
Подающая линия: насос – гидромотор
3	12,22	0,024	1	2274	5	9,6*10-6	12534	0,032	16,21	896	11200	181,53
			0,8	1819	4		10027	0,033	16,93		7168	121,38
			0,6	1365	3		7520	0,035	17,97		4032	72,45
			0,4	910	2		5014	0,039	19,62		1792	35,16
			0,2	455	1		2507	0,045	23,01		448	10,31
			0	0
Отводящая линия: гидромотор – насос
4	12,82	0,024	1	2274	5	9,6*10-6	12534	0,032	17,00	896	11200		190,44
			0,8	1819	4		10027	0,033	17,76		7168		127,34
			0,6	1365	3		7520	0,035	18,85		4032		76,00
			0,4	910	2		5014	0,039	20,59		1792		36,89
			0,2	455	1		2507	0,045	24,14		448		10,81
			0	0

Перепад давления в гидромоторе

Учитывая обратимость объёмных гидромашин принимаем в качестве двигателя радиально-поршневую гидромашину, принятую в качестве насоса.

Т.к. полученное значение не превышает максимально допустимой частоты вращения, то по этому параметру гидромотор подходит.

Определим расчетный момент на валу гидромотора:

Для согласования выходных параметров гидромотора с параметрами на валу лебёдки подбираем редуктор.

Необходимое передаточное число редуктора

По справочнику выбираем редуктор с ближайшим меньшим передаточным числом. Принят цилиндрический горизонтальный одноступенчатый редуктор ЦУ-200 с передаточным числом i_p = 2.

Расчётная частота вращения вала лебёдки

Так как то условие по обеспечению заданного числа оборотов вала лебедки выполнено.

Расчётный момент на валу лебёдки

Так как ((), то условие по обеспечению заданного момента на валу лебедки выполнено.

Определяем КПД гидропривода.

Мощность, потребляемая насосом, определена выше:

кВт

КПД гидропривода

3. Пример расчёта трубопровода. Выбор насоса.

Произвести расчет трубопровода для перекачивания G = 5000 кг/ч смеси бензола (70%) и толуола (30%) при температуре 30 ⁰С из хранилища в трубчатый паровой подогреватель. Схема трубопровода представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема трубопровода

3.1. Проектирование трубопровода

Трубопровод соединяет хранилище 1 с трубчатым паровым подогревателем 7. Так как насос установлен у хранилища, то трубопровод напорный. В трубопровод включено 5 участков общей длины 31 м, три запорных вентиля (2, 3, 4), центробежный насос 5, измерительная диафрагма 6. Трубопровод имеет три поворота на 90⁰. Высота подъёма смеси 14 м.

3.2. Определение характеристик смеси

Поскольку в условии задачи не оговаривается изменение температуры, принимаем поток изотермическим, т.е. с сохранением температуры 30°С на всем протяжении. Состав смеси бензола и толуола позволяет определить плотность и вязкость смеси.

Плотность при 30 ⁰С: бензола ρ_б = 868,5 кг/м³ и плотность толуола ρ_т = 856,5 кг/м³, тогда плотность смеси: ρ_см = 0,7* ρ_б + 0,3* ρ_т = 0,7*868,5 + 0,3*856,5 = 864,9 кг/м³ [2, с.5…].

Вязкость при 30 ⁰С: бензола μ_б = 5,6*10^-4 Па*с и вязкость толуола μ_т = 5,22*10^-4 Па*с, тогда вязкость смеси: lg μ_см = 0,7*lg μ_б + 0,3*lg μ_т = 0,7*lg (5,6*10^-4) + 0,3*lg (5,22*10^-4) = — 3,261, а μ_см = 5,48*10^-4 Па*с [2, с.5 ].

3.3. Перевод массового расхода жидкости к объёмному

В расчетах используется объемный расход жидкости V_c, м³/с.

Перевод осуществляется по формуле:

V_c = G/(3600* ρ_см) (19)

V_c = 5000/(3600*864,9) = 1,61*10^-3 м³/с.

3.4. Определение ориентировочного диаметра трубопровода

По таблице [2, с.17] выбираем скорость движения в напорном трубопроводе w = 2 м/с.

Средний диаметр трубопровода можно определить по формуле:

d_ср = (4* V_c/π*w)^0,5 (20)

d_ср = (4*1,61*10^-3/3,14*2)^0,5 = 0,032 м.

3.5. Выбор стандартного диаметра трубопровода

Промышленность выпускает гостированный сортамент труб, среди которых необходимо выбрать трубы с диаметром наиболее близким к расчетному (пункт 3.4.). Обозначаются трубы d_н х δ, где d_н – наружный диаметр трубы, мм; δ – толщина стенки трубы, мм. При этом внутренний диаметр трубы d_вн = d_н – 2* δ.

Гостированные размеры труб по ГОСТ 8732-78 составляют следующий ряд, мм: 14х2; 18х2; 25х2; 32х2,5; 38х2,5; 45х3; 57х3; 76х3,5; 89х4,5; 108х4,5; 133х4; 159х4,5; 219х6; 272х7; 325х8; 377х10; 426х11; 465х13.

Согласно пункта 3.4. внутренний размер трубы 32 мм, тогда наружный размер d_н = 32 + 2*2,5 = 37 мм. Наиболее близкая по размерам труба 38х2,5 мм. Гостированный внутренний диаметр 33 мм, поэтому эквивалентный диаметр примем d_э = 0,033 м.

3.6. Уточнение скорости движения жидкости

Выразим из уравнения (20) скорость движения жидкости:

w = 4* V_c/(π* d_э²) = 4*1,61*10^-3/(3,14*(0,033)²) = 1,883 м/с.

3.7. Определение режима движения жидкости

Режим движения жидкости определим по уравнению Рейнольдса (формула (3)):

Re = W* d_э * ρ_см /μ_см = 1,883*0,033*864,9/5,48*10^-4 = 98073.

Режим движения развитый турбулентный.

3.8. Определение коэффициента гидравлического сопротивления

Примем среднее значение шероховатости l = 0,2 мм, тогда относительная шероховатость составит ε = l/ d_э = 0,2/33 = 6,06*10^-3.

Проверим условие Re ≥ 220*ε ^-1,125.

220*(6,06*10^-3)^-1,125 = 68729, т.е. меньше Re = 98073. Область движения автомодельная и коэффициент гидравлического сопротивления находится по формуле (14):

1/ λ^0,5 = 2*lg(3,7/ε) = 2*lg(3,7/6,06*10^-3) = -6,429. Откуда λ = 0,0242.

3.9. Нахождение коэффициентов местных сопротивлений

Согласно пункта 3.2. и с учетом того, что [2, с.520] коэффициенты местных сопротивлений следующие:

— вход в трубу ξ_тр = 0,5;

— вентиль нормальный ξ_вен = 4,7;

— колено 90 ⁰ ξ_кол = 1,1;

— выход из трубы ξ_втр = 1;

— измерительная диафрагма (при m = (d_э/D)² = 0,3, то ξ_д = 18,2)

∑ ξ_мс = ξ_тр + 3* ξ_вен + 3* ξ_кол + ξ_д + ξ_втр = 0,5 + 3*4,7 + 3*1,1 + 18,2 + 1 = 37,1.

Геометрическая высота подъема смеси 14 м.

3.10. Определение полной потери напора в трубопроводе

Сумма всех длин участков трубопровода 31 м, Р₁ = Р₂. Тогда полное гидравлическое сопротивление сети по формуле (18):

ΔР_сети = (1 + λ * I/ d_э + ∑ ξ_мс)* ρ*W² /2 + ρ*g*h_геом + (Р₂ – Р₁) = (1 + 0,0242*31/0,033 + 37,1)*864,9*1,883²/2 + 864,9*9,81*14 = 168327,4 Па.

Из соотношения ΔР_сети = ρ*g*h определим h_сети = ΔР_сети/ (ρ*g) = 168327,4/(864,9*9,81) = 19,84 м.

3.11. Построение характеристики трубопроводной сети

Будем считать, что характеристика сети представляет собой правильную параболу, выходящую из точки с координатами V_c = 0; h на которой известна точка с координатами V_c = 5,78 м³/ч и h_сети = 19,84 м. Найдем коэффициент параболы.

Общее уравнение параболы у = а*х² + b. Подставив значения имеем 19,84 = а*5,78² + 14. Тогда а = 0,1748.

Возьмем несколько значений объемной производительности и определим напор h_сети.

Данные сведем в таблицу.

Таблица – Зависимость напора сети от производительности насоса

Производительность, м3/ч	Напор сети, м
1	14,17
2	14,70
3	15,57
4	16,80
5	18,37
5,78	19,84
6	20,29
7	22,57
8	25,19
9	28,16
10	31,48

По полученным точкам строим характеристику сети (линия 1 на рисунке 2).

Рисунок 2 – Совмещение характеристик сети и насоса:

1 – характеристика сети; 2 – характеристика насоса; 3 — расчетная точка; 4 – рабочая точка.

Гидравлический расчет и определение диаметров оросительных трубопроводов

Для строительства закрытой оросительной сети используют асбестоцементные, пластмассовые и стальные трубы.

Предельно-допустимые скорости движения воды в асбестоцементных и пластмассовых трубах – 0,75-1,5 м/сек,

для стальных – 1,5-3 м/сек.

Расчет будем вести для поливных, распределительных и магистральных трубопроводов.

Определяем диаметр поливных трубопроводов по формуле:

d_п.т. = 1,13 х √( Q_п.т./V_п.т.), м

Q_п.т. – расход воды в поливном трубопроводе, м³/сек,

V_п.т. – скорость движения воды в поливном трубопроводе, м/сек; V_п.т. = 1,5

Q_п.т. = Q_м / η_п.т., м³/сек

Q_м – расход воды поливальной машиной, м³/сек

η_п.т. – КПД поливного трубопровода; η_п.т. = 0,98

в 1 м³ – 1000 л воды

Q_п.т. = Q_м / η_п.т. = 0,1\0,98 =0,1 м³\сек

1м³ =1000л

d_п.т. = 1,13 х √( Q_п.т./V_п.т.) = 1,13 х0,1\1,5 = 0,292 м =295 мм

трубы стальные

Далее, используя Приложение (Таблица 12), по ГОСТу 3101- 46 подбираем стандартный диаметр поливного трубопровода, близкий к расчетному.

d_{п.т. ГОСТ} = 275мм = 0,275м

Определяем скорость движения воды в поливном трубопроводе с диаметром, подобранным по ГОСТу:

V_п.т. = 1,27 х (Q_п.т./d²_{п.т. ГОСТ}), м/сек

V_п.т. = 1,27 х (Q_п.т./d²_{п.т. ГОСТ}) = 1,27 х0,1\0,076 = 1,71м\с

Определяем диаметр распределительного трубопровода по формуле:

d_р.т. = 1,13 х √( Q_р.т./V_р.т.), м

Q_р.т. – расход воды в поливном трубопроводе, м³/сек,

V_р.т. – скорость движения воды, м\с

d_р.т. = 1,13 0,21\1,5 = 0,423м = 423мм

Q_р.т. = Q_м х n/ η_р.т, м³\сек

n — число поливов трубопроводов, одновременно привязанного к распределительному трубопроводу. n = 0,97

Q_р.т. = 0,1х2\0,97 =0,21 м³\сек

Далее, используя Приложение (Таблица 12), по ГОСТу 4015 подбираем стандартный диаметр поливного трубопровода, близкий к расчетному.

D_{р.т. ГОСТ} = 456 мм= 0,456м

Проверяем скорость движения воды в распределительном трубопроводе:

V_р.т. = 1,27 х (Q_р.т \ d²_{р.т. ГОСТ})

V_р.т. = 1,2х 0,21\0,21 = 1,27 м\сек

Определяем диаметр магистрального трубопровода по формуле:

d _м.т. = 1,13 х √( Q_м.т./V_м.т.), м

Q_м.т. – расход воды в трубопроводе, м³/сек,

V_м.т. – скорость движения воды, м\с V_v.т. = 1,5 с\сек

Q_м.т. = Q_рт х n/ η, м³\сек

Q_м.т — расход воды в распределительном трубопроводе, м³\сек

n – число распределительных трубопроводов, одновременно привязанных к магистральному трубопроводу. n= 2

η_п.т. – КПД магистрального трубопровода; η_п.т. = 0,96

Q_м.т. = 0,21х2 \0,96 =0,437 м³\сек

d _м.т. = 1,130,44\1,5 = 0,609 м

Далее, используя Приложение (Таблица 12), по ГОСТу 40-15 подбираем стандартный диаметр поливного трубопровода, близкий к расчетному.

D_{м.т. ГОСТ} = 500 мм= 0,5м

V_м.т. = 1,27х (Q_м.т \ d²_{р.т. ГОСТ})

V_м.т. = 1,27х (Q_м.т \ d²_{р.т. ГОСТ}) = 1,27х 0,437\0,25 = 2,2м\сек

Определение полного напора и расчетного расхода закрытой оросительной сети

Подбор насосно – силового оборудования

Для подбора марки насоса необходимо знать полный напор закрытых оросителей и расчетный расход закрытой оросительной сети.

Полный напор закрытой оросительной сети:

Н_пол = Н_всл+ Н_нл, м

Н_всл –напор всасывающей линии, м

Н_нл -напор нагнетательной линии, м

Н_всл = h_г +h_тр +h_мс, м

h_г – геодезическая высота подъема воды от источника до подъема насоса

h_тр – потери напора воды на трение по длине всасывающей линии

h_мс – потери напора воды на преодолении местных сопротивлений во всасывающей линии

h_г =Н_он -Н_гв, м

Н_он =Н_нс+Н

Н – превышение оси насоса над поверхностью земли (0,5м)

Н_гв = Н_нс – h

h- расстояние от берега до горизонта воды (2м)

h_тр= (v²_bхl_b\2gхd_B)

v_b – скорость воды во всасывающем трубопроводе. v_b= 2м²

 -коэффициент трения. = 1\40

g – 9,81м\сек

d – диаметр всасывающего трубопровода

l_b– длина всасывающего трубопровода. l_b= 50м

h_тр= 1\40 х 4х50\2х9,81х0,5 = 0,5 м

h_мс= х (v²_b\2g)

 — коэффициент, учитывающий потери напора во всасывающем трубопроводе (сетка, колесо)

Н_нс= 73,5 м

Н_он = 73,5+0,5 =74 м

Н_гв= 74 –2 =72 м

h_г = 74 –72 =2 м

Н_всл = 2+0,5+1,3 =3,8 м

h_нл = h_г + h_дл + h_м + h_гид

h_г =Гидр -Нон

Гидр – отметка самого дальнего гидранта

h_г = 84 – 74 = 10 м

h_дл =  х( v²_мтLмт\2gd_мт) + х(v²_ртLрт\2gd_рт)+  х(v²_птL_пт\2gd_пт)

Для расчета используют диаметр трубопроводов, взятых по ГОСТу.

h_дл =1/40(2,2²х10/2х9,81х0,5) + 1/50 (1,28²х550/2х9,81х0,456) +1/40(1,4²х1925/2х9,81х0,275) = 0,12+2,01+26,08=28,2

h_м = 0,1h_дл

h_м – потери напора на местном сопротивлении

h_м = 0,1 * 28,2 ~2,8 м

h_гид — свободный напор на гидранте к которому подсоединяется дождевальная машина.

h_гид = 8 м

h_нл = 10+ 28,2 +2,8 +8 = 46,68 (м)

Нп = h_всл+h_н

Нп = 4,3 +46,68 = 51 м

Марку насоса подбирают по каталогу зная полный напор и расход.

Q_мт = 0,44 м3\сек = 440 л\сек

Из перечня насосов подходит насос марки 10Д –6А

Напор насоса 58-46 метров. Продуктивность от 105 до 161 л/сек. Данные показатели нас полностью удволетворяют. В количестве 4 штук.

2.4 Определение диаметра участка трубопровода

Условный диаметр участка трубопровода определяется по формуле:

где d_У – условный диаметр участка трубопровода, м;

– коэффициент при эквивалентной шероховатости, выбирается по таблице 6.2 в зависимости от абсолютной эквивалентной шероховатости цилиндрической стенки трубы k_э;

G_j – расход теплоносителя на j–том участке, кг/ч;

i_pj – удельные потери на j–том участке, Па/м.

На основании материалов гидравлических испытаний тепловых сетей и водопроводов рекомендуется в расчётах для условий нормальной эксплуатации водяных сетей принимать k_э = 0,5 ·10^–3 м.

Для участка 1-11

d_У =0,117(1911 /821,6 )=0,45 м

Для участка 2-10

d_У =0,117(1058,8 /992.2 )=0,40 м

Для участка 3-9

d_У =0,117(1928,5 /284,4 )=0,70 м

Для участка 4-8

d_У =0,117(1911 /289,9 )=0,60 м

Для участка 5-7

d_У =0,117(777,9 /278,4 )=0,40 м

2.5 Расчёт скорости теплоносителя

Скорость теплоносителя определяется по формуле:

где V – скорость теплоносителя, м/с;

d_j – наружный диаметр трубы на j–том участке, м;

ℓ_j – длина j–того участка, м.

Для участка 1-2

V=41911/(3,140,4560)=1,56 м/с

Для участка 2-3

V=41058,8/(3,140,4040)=1,67 м/с

Для участка 3-4

V=41928,5/(3,140,7075)=1,20 м/с

Для участка 4-5

V=41911/(3,140,6050)=1,28 м/с

Для участка 5-7

V=4777,9/(3,140,4090)=1,44 м/с

2.6 Гидравлический расчёт основной магистрали

подающего трубопровода в режиме водоразбора

Потери давления на j-м участке определяются по формуле:

,

где — потери давления на j-том участке, Па;

i_pj — удельные потери давления на j-м участке, Па/м;

l — длина участка, м.

Для участка 7-5

=821,690(1+0,2)3=266198,4 Па

Для участка 5-4

=992,220(1+0,2)3=71438,4 Па

Для участка 4-3

=284,450(1+0,2)3=51192 Па

Для участка 3-2

=289,930(1+0,2)3=31309,2 Па

Для участка 2-1

=278,440(1+0,2)3=40089,6 Па

Суммарные потери давления на главной магистрали подающего трубопровода определятся как:

где — суммарные потери давления на главной магистрали, Па.

=266198,4+71438,4+51192+31309,2+40089,6=460227,6 Па

Расход воды на участках подающего трубопровода с циркуляцией определяется по формуле:

где — расход воды на участках подающего трубопровода с циркуляцией, л/с;

q_h – укрупнённый показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение для одного человека, проживающего в здании, Вт;

К_cir — коэффициент, учитывающий работу циркуляционного насоса.

Для участка 1-11

=3,24(1+0)=3,24 л/с

Для участка 2-10

=2,96(1+0,57)=4,64 л/с

Для участка 3-9

=3,47(1+0)=3,47 л/с

Для участка 4-8

=3,24(1+0)=3,24 л/с

Для участка 5-7

=1,96(1+0,4)=2,74 л/с

Полное давление в узле магистрали определяется сложением требуемого давления в основании наиболее удалённого от повысительного насоса секционного узла и потерь давления на участке от этого секционного узла до рассматриваемой точки.

,

где — полное давление в узле магистрали, Па;

— требуемое давление, Па;

— потери давления в подающем трубопроводе в режиме водоразбора, Па;

Узел магистрали 1

=422523,7+177476,3=600000Па

Узел магистрали 2

= 314233,9+285766,1=600000Па

Узел магистрали 3

= 451529,9+148470,1=600000Па

Узел магистрали 4

= 422523,7+177476,3=600000Па

Узел магистрали 5

=286678+313322=600000Па

Результаты гидравлического расчёта основной магистрали подающего трубопровода горячего водоснабжения в режиме водоразбора заносятся в таблицу 3

Таблица 3

Уч.	qcir, л/с	Kcir	, л/с	dУ, мм	V, м/с	ip, Па/м	(1 + kl) kеxр	, Па	, Па	,Па
1-2	0,128	0	3,24	0,45	1,56	821,6	3,6	40089,6	177476,3	600000
2-3	0,25	0,57	4,46	0,40	1,67	992,2	3,6	31309,2	285766,1	600000
3-4	0,128	0	3,47	0,70	1,20	284,4	3,6	51192	148470,1	600000
4-5	0,128	0	3,24	0,60	1,28	289,9	3,6	71438,4	177476,3	600000
5-7	0,128	0,4	2,74	0,40	1,44	278,4	3,6	266198,4	313322	600000

Сумма потерь давления =460227,6 Па

Требуемое давления в основании диктующего

секционного узла основной магистрали = Па

3 Расчет трубопроводов гидросистемы

3.1 Определение диаметров всасывающего, напорного и сливного трубопроводов

Скорости в линиях принимаем:

• для всасывающего трубопровода =1,5 м/с;

• для сливного трубопровода =2 м/с;

• для напорного трубопровода =2,5 м/с (при р<6,3 МПа).

Зная расход Q (расход жидкости во всасывающей, напорной и сливной линиях), диаметр трубопровода определяется по формуле (17):

, (17)

где  – скорость движения рабочей жидкости.

Для всасывающей линии внутренний диаметр трубопровода равен:

d==32,34 мм

Принимаем d=32 мм

Для сливной линии:

Q_сл=Q_ном((F-f)/F)) (18)

F=D²/4=3,140,100²/4=0,00785м²

f=d²/4=3,140,050²/4=0,0019625 м²

Q_сл=73,9((0,00785-,0019625)/0,00785)=55,425 л/мин

Определяем диаметр трубы сливной линии:

d_сл==24,25 мм

Принимаем d=25 мм

Для напорной линии:

Q_н=Q_вс=73,9 л/мин (19)

d_н==25,05 мм

Принимаем d=25 мм

Толщину стенок трубопровода можно определить по формуле (20):

, (20)

где – максимальное давление в гидросистеме, равное давлению настройки предохранительного клапана

d – внутренний диаметр трубопровода;

=5 – коэффициент безопасности

–предел прочности на растяжение материала трубопровода, принимаем материал сталь, для которой =420 МПа.

Толщина стенок трубопровода напорной линии, при максимальном давлении:

_н==0,698 мм

Выбираем толщину трубопровода напорной линии 0,7 мм.

Толщина стенок трубопровода сливной линии, при максимальном давлении:

_сл==0,675 мм.

Выбираем толщину стенки всасывающего трубопровода 0,7 мм.

Толщину стенки во всасывающем трубопроводе принимаем конструктивно δ=0,7 мм

При определении диаметров трубопроводов, производим уточненный расчет скорости рабочей жидкости по формуле (21):

. (21)

Для всасывающей линии:

_вс==1,53м/с

Для напорной линии:

_н==2,51 м/с

Для сливной линии:

_сл==2,51 м/с

3.2 Определение общих потерь давления, давления и подачи насоса, уточнение выбора насоса

Коэффициенты сопротивления по длине трубопровода λ определяется в зависимости от режима движения жидкости и зоны сопротивления. Сначала определяется число Рейнольдса:

(22)

Для всасывающей линии:

Re_вс=1530 32/24=2040

Число Рейнольдса Re<2320, значит, режим движения ламинарный и коэффициент сопротивления λ определится по формуле:

(23)

λ_вс=75/2040=

Для напорной линии:

Re_н=2510 25/24=2615

Число Рейнольдса 2320<Re<4000, значит, режим движения переходный и коэффициент сопротивления λ определится как:

λ_н=2,7/2615^0,53=0,042

Для сливной линии:

Re_сл=2510 25/24=2615

Число Рейнольдса 2320<Re<4000, значит, режим движения переходный и коэффициент сопротивления λ определится как:

λ_сл=2,7/2615^0,53=0,042 (24)

При ламинарном режиме коэффициенты местных сопротивлений ξ_лрзависят от числа Рейнольдса и определяются по формуле:

_лр=b (25)

где b – поправочный коэффициент, учитывающий зависимость потерь в местном сопротивлении от числа Рейнольдса при ламинарном режиме.

Для всасывающей линии b_вс=1,05, для напорной линии b_н=1, для сливной линии поправочный коэффициент не учитывается.

Коэффициент местных сопротивлений ξ рассчитывается согласно схеме гидросистемы.

Таблица 6 – Коэффициент местного сопротивления

Участок	Расчетная формула	Значение	С учетом Рейнольдса
Всасывающий	вс=вх	0,5	0,51,05=0,525
Напорный	н=крест+крест+2пов+вх.ц крест– крестовое разветвление (0,1) крест– крестовое разветвление (3) пов– поворот трубопровода (0,2) вх– вход в гидроцилиндр (0,85)	0,1+3+ 2∙0,2+0,85= =4,35	4,35
Сливной	сл=вх+вх.в ф+6пов+вых вх–0,85 вход в фильтр пов– поворот трубопровода (0,2) вых– выход из трубы в резервуар (1)	0,5+6∙0,2+0,85+1=3,55	3,55

Площадь сечения трубопровода определяется по формуле (10):

• Для всасывающей линии: F_вс=3,140,032²/40,00080384 м²

• Для напорной линии: F_н=3,140,025²/40,000490625 м²

• Для сливной линии: F_сл=3,14∙0,025²/4=0,000490625 м²

Определение потерь давления в гидроаппаратах:

Для распределителя: р^н_расп=0,170 МПа

Для предохранительного клапана:

р_пр.кл=0,25(Q^н/Q_ном)²=0,25(73,9/100)²=0,137 MПа

р^н=0,170+0,137=0,307 МПа

Для распределителя: р^сл_расп=0,128 МПа

Для гидроклапана давления:

р_гидр.=p_от+∆p_ном(Q/Q_ном)²=0,25+0,6(55,425/125)²=0,368 МПа

∆p_обр.кл= p_от+∆p_ном(Q/Q_ном)²=0,15+0,25(55,425/125)²=0,199 МПа

∆p_ф=0,1(Q/Q_ном)²=0,1(55,425/100)²=0,03MПа

р^сл=0,128+0,368+0,199+0,03=0,725 МПа

Общие потери давления, состоящие из потерь во всасывающей, напорной и сливной, приведенной к напорной, линиях определяются по формуле:

(26)

Выражая скорости движения жидкости в трубопроводах, потери давления в аппаратах Σ, Σи расход жидкости в сливной линии Q_слчерез расход Q_нв напорной линии, можно получить:

(27)

где 

λ – коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода,

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений в соответствующей линии (вход и выход из трубы, внезапное расширение и сужение трубы, повороты, тройники и т. д.),

l_вс, l_н, l_сл– длины трубопроводов соответственно всасывающей, напорной и сливной линии,

d_вс, d_н, d_сл– диаметры соответственно всасывающей, напорной и сливной линии,

ρ – плотность жидкости,

Σр_н, Σр_сл – потери давления в гидроаппаратах, установленных в напорной и сливной линиях соответственно.

Используя для расчета потерь давления формулу (27), получаем:

∆p=0,639 МПа

В начале трубопровода гидросистемы необходимо иметь давление р для создания полезной нагрузки на гидродвигателе, а также для преодоления потерь давления Δр, начиная от всасывающей линии до конца сливной линии, то есть:

р_тр=р+р=3,119+0,639=3,758 МПа (28)

Насос работает на трубопровод. Поэтому должны соблюдаться условия материального и энергетического баланса, то есть, какая будет подача насоса, такой же расход будет в трубопроводе и какое давление будет создавать насос, такое же давление будет в начале напорного трубопровода.

Эти условия будут выполняться в точке пересечения характеристики насоса р_н=f₁(Q) с характеристикой трубопровода р_тр=f₂(Q).

Характеристику насоса (рис. 2) строим по двум точкам: первая точка (р_ном; Q_ном). Вторая точка: р=0, а расход жидкости определится по формуле (28):

Q_т=Vn_ном=5610^-31500=84 л/мин (29)

Характеристику трубопровода строим по нескольким точкам, меняя значение расхода жидкости в выражении (28).

Таблица 7 – Значение полного давления в трубопроводе в зависимости от расхода

Q,л/мин	10	20	30	40	50	60	70	80	84
Pтр	3,131	3,165	3,224	3,306	3,411	3,540	3,692	3,867	3,944

По точке пересечения характеристики трубопровода с характеристикой насоса – рабочей точке А находится действительная подача Q_н=80,2 л/мин, развиваемое им давление р_н=4,21 МПа и общие потери Δр=1,091 МПа в трубопроводах гидросистемы.

р_кл=4,211,15=4,842 МПа

р_клр_ном

4,84212,5

Предварительно выбранный насос удовлетворяет условиям давления в системе.

Зная действительную подачу Q_нпересчитываем потери давления в гидроаппаратуре:

1. В напорной линии:

р_распр=0,219 МПа при Q=80,2 л/мин

р_{пр. кл.}=0,161 МПа

2. В сливной линии:

р_распр=0,165 МПа при Q=80,2 л/мин

р_{гидрокл. давл.}=0,389 МПа

Для обратного клапана:

∆p_обр.кл=0,208 МПа

Для фильтра:

∆p_ф=0,06 МПа

Общая потеря давления в гидроаппаратуре:

р_га=р_i^н+р_i^сл ∙Q_сл/Q_н (30)

р_га=0,219+0,161+(0,165+0,389+0,208+0,06)0,75=0,38+0,6165=0,997 МПа

Сравнивая потери давления в гидроаппаратуре с общей потерей давления гидросистемы, получим, что оно составляет:

р_га/р=(0,99/1,091)100%=91,4% (31)

Таким образом, остальные 8,6 % общих потерь давления Δр состоят из потерь давления по длине на прямолинейных участках Δр_l и потерь давления в сопротивлениях типа повороты, расширения и т. д. Δр_мс.

Гидравлика | Определение диаметра трубопровода

На основании законов гидравлики диаметр трубопровода определяется однозначно, так как при заданном расходе площадь живого сечения, а следовательно, и диаметр трубопровода зависят от скорости движения жидкости. Скорость движения жидкости в трубопроводе может быть различной.

Однозначно определить диаметр трубопровода можно на основании экономических соображений. При относительно небольшом диаметре трубопровода стоимость самого трубопро-вода будет невысокой, но вследствие большого гидравлического сопротивления необходимы повышенные мощности для транспортирования жидкости, поэтому и эксплуатационные расходы также увеличатся. Если принять трубопровод большего диаметра, то первоначальные затраты увеличатся, а эксплуатационные затраты уменьшатся.

Если провести соответствующие расчеты первоначальных затрат, затрат на эксплуатацию и суммарных затрат как функций диаметра трубопровода, можно построить график (рис.13.2), на котором видно, что экономически выгодный диаметр будет при минимальных общих затратах. Рассмотренный метод определения диаметра трубопровода громоздок и применяется для дорогостоящих гидравлических систем с большой протяженностью трубопроводов.

Для упрощения расчетов вводится понятие экономически выгодной скорости движения жидкости, соответствующей экономически выгодному диаметру трубопровода. Эта скорость выбирается на основании практических данных соответствующих гидравлических систем.

Рис. 13.2. График расчета диаметра трубопровода

Например:

для водопроводных труб v_э = 1 м/с;

для нагнетательных трубопроводов систем смазки двигателей и гидроприводов станков v_э = 3…5 м/с;

для сливных трубопроводов v_э = 2 м/с.

В этом случае диаметр трубопровода определяется из соотношения

d= .

где Q —расход жидкости, м³/с.

Определение диаметра трубопровода и потерь давления

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ТРУБОПРОВОДА И ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ [c.57]

    При движении продукта по трубопроводу возникает сопротивление от трения его о стенки трубы и различные преграды. Это сопротивление, называемое гидравлическим сопротивлением трубопровода, тем больше, чем выше скорость потока н его плотность. Внутренний диаметр трубопровода может быть определен по заданной потере давления (напора) в трубопроводе по следующей упрощенной формуле  [c.9]

    Обычно основной задачей расчета является определение диаметра трубопровода и потери давления в нем. В случае большой [c.65]

    Из формул (7-1) и (7-1а) следует, что для определения диаметра трубопровода должна быть известна его производительность и выбрана скорость движения жидкости или газа. С увеличением скорости диаметр трубопровода уменьшается, но возрастает потеря давления и, следовательно, расход энергии для продвижения жидкости (газа). С уменьшением скорости расход энергии падает, но увеличивается диаметр трубопровода и повышается его стоимость. Существует некоторая оптимальная скорость, соответствующая. минимуму эксплуатационных расходов, т. е. сумме стоимости энергии и стоимости амортизации и ремонта. Однако определение оптимальной скорости сложно, и обычно ее выбирают на основе практических данных (табл. 7-1). [c.127]

    Основной задачей гидравлического расчета трубопроводов отработавшего и вторичного пара и конденсата является определение диаметров труб и потерь давления при заданных расходах или определение пропускной способности трубопроводов , известных диаметров при заданном располагаемом перепаде давлений. [c.111]

    Расчет системы пневмотранспорта сводится к определению расхода воздуха, диаметра трубопроводов, потерь давления в них и подбору побудителя таги. [c.158]

    Определение диаметров трубопроводов газообразного азота и линейных потерь на треш е надлежит производить по таблицам н номограммам с учетом пзменен1 я объемного веса газа в завие имости от давления при шероховатости стенок К = 0,1. [c.202]

    Определение расхода жидкости при перекачке ее по трубопроводу заданного диаметра, длины и профиля. Допустимый перепад давления или потеря напора задана. [c.59]

    Расчет водораспределительной системы включает в себя определение расхода воды и потерь напора в различных трубопроводах, а также вычисление результирующих остаточных давлений. Расчеты относительно большой водопроводной сети часто могут быть упрощены, если ряд трубопроводов с различными диаметрами заменить трубами эквивалентного диаметра. Эквивалентная труба — это воображаемый трубопровод, который заменяет часть реальной системы таким образом, что потери напора в двух системах идентичны для данного расхода воды. Например, трубы различных диаметров, соединенные последовательно, могут быть заменены эквивалентной трубой одного диаметра. Расчет проводят следующим образом исходя из принятого расчетного расхода воды определяют потери напора в пределах каждого участка трубопровода, а затем, используя сумму потерь напора на участках и величину расчетного расхода воды, по соответствующей номограмме находят эквивалентный диаметр трубы. При параллельно расположенных трубопроводах принимают некоторую величину потерь напора и исходя из нее вычисляют расход воды в каждой трубе. Затем по сумме расходов и принятым потерям напора определяют диаметр эквивалентной трубы. [c.95]

    Из формул (7-1) и (7-2) следует, что для определения диаметра трубопровода должен быть известен требуемый расход и выбрана скорость движения жидкости или газа. С увеличением скорости диаметр трубопровода, необходимый при данном расходе, уменьшается, но возрастает потеря давления и, следовательно, расход энергии на перемещение жидкости (газа). С уменьшением скорости расход энергии уменьшается, но увеличивается диаметр трубопровода и повышается его стоимость. Некоторая оптимальная скорость соответствует минимуму эксплуатационных расходов, т. е. сумме стоимости энергии, амортизации [c.186]

    Обычно расход перекачиваемой среды известен и, следовательно, расчет диаметра трубопровода требует определения единственной величины — т. Чем больше скорость, тем меньше потребный диаметр трубопровода, что снижает стоимость трубопровода, его монтажа и ремонта. Однако с увеличением скорости растут потери напора в трубопроводе, что ведет к увеличению перепада давления, требуемого для перемещения среды, и, следовательно, к росту затрат энергии на ее перемещение. [c.10]

    После определения внутреннего диаметра определяют потери давления при движении воздуха по трубопроводу, используя формулы, приведенные в подразделах 10,2 и 10,3, Обычно потери в трубопроводах при правильном выборе его параметров составляют не более 5,,, 10% рабочего давления. [c.292]

    При определении пропускной способности ПСК расчетные давления и рви>. должны приниматься такими, которые могут иметь место во входном и выходном патрубках клапана, т. е. с учетом потери давления в подводящем и сбросном трубопроводах при расходе газа У . Тогда будет равно давлению в контролируемой точке газопровода за вычетом потери в подводящем трубопроводе, рвых будет равно потере давления в сбросном трубопроводе. Особое значение учет потери имеет при установке ПСК на газопроводах низкого давления, где ее значение может приближаться к Рвх- Поэтому зачастую целесообразно диаметр сбросного трубопровода принимать больше диаметра выходного патрубка ПСК. [c.164]

    В общем случае определение диаметра трубопровода и скорости воздуха на участке с заданным перепадом давлений должно производиться методом подбора (путем последовательных приближений), чтобы суммарные потери давления на нем при заданном расходе воздуха равнялись этому перепаду. [c.44]

    При определении диаметра трубопроводов для транспортирования конденсата, воды, раствора и суспензий исходят из допускаемой потери напора на пути их движения. Обычно принимают следующие значения скорости движения жидкости по трубопроводу при принудительной подаче со=1,5…3,0 м/с при движении самотеком за счет перепада давления (о = 0,5… 0,75 м/с. [c.123]

    Определение перепада давления или