Трубопроводы служат руслами, по которым перекачиваются жидкости. Жидкость движется по трубопроводу потому, что её энергия в начале трубопровода больше, чем в конце. Этот перепад энергий создаётся, как правило, насосом, а иногда за счёт разности высот начала и конца трубы. В горной промышленности приходится иметь дело, главным образом, с такими трубопроводами, движение жидкости в которых обусловлено работой насосов.

При расчетах напорных трубопроводов основной задачей является либо определение пропускной способности (расхода), либо потери напора на том или ином участке, равно как и на всей длине, либо диаметра трубопровода на заданных расходе и потерях напора.

В практике трубопроводы делятся на короткие и длинные . К первым относятся все трубопроводы, в которых местные потери напора превышают 5…10% потерь напора по длине. При расчетах таких трубопроводов обязательно учитывают потери напора в местных сопротивлениях. К ним относят, к примеру, маслопроводы объемных передач.

Ко вторым относятся трубопроводы, в которых местные потери меньше 5…10% потерь напора по длине. Их расчет ведется без учета местных потерь. К таким трубопроводам относятся, например, магистральные водоводы, нефтепроводы.

Учитывая гидравлическую схему работы длинных трубопроводов, их можно разделить также на простые и сложные . Простыми называются последовательно соединенные трубопроводы одного или различных сечений, не имеющих никаких ответвлений. К сложным трубопроводам относятся системы труб с одним или несколькими ответвлениями, параллельными ветвями и т.д. К сложным относятся и так называемые кольцевые трубопроводы.

Классификация трубопроводов

1) По материалу стенок труб трубопроводы бывают стальные, чугунные, железобетонные, пластмассовые, асбестоцементные, резиновые шланги и т.д.

2) По роду перекачиваемой жидкости - водопроводы, нефтепроводы, маслопроводы и т.д.

3) По конфигурации:

а) простые - это трубопроводы, не имеющие ответвлений;

б) сложные - это трубопроводы, имеющие хотя бы одно ответвление.

Простой трубопровод постоянного сечения

Пусть простой трубопровод постоянного сечения расположен произвольно в пространстве (рисунок 69), имеет общую длину , диаметр d = сonst и содержит ряд местных сопротивлений, например, задвижку, фильтр и обратный клапан. В начальном сечении 1 - 1 геометрическая высота равна z 1 и избыточное давление p 1 , а в конечном сечении 2- 2 соответственно z 2 и р 2 .

Скорость потока в этих сечениях вследствие постоянства диаметра трубы одинакова и равна u.

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1- 1и 2- 2, считая a 1 = a 2 = 1 (как при турбулентном режиме) и исключая скоростные напоры вследствие равенства скоростей:

(91)

Пьезометрическую высоту, стоящую в левой части уравнения (91) назовем потребным напором

разность высот начала и конца трубопровода обозначим

Тогда уравнение (91):

(92)

Учитывая, что полные потери напора в виде степенной функции расхода можно записать в виде

равенство (92) можно записать:

(93)

где сопротивление трубопровода.

Формулы (92) и (93) являются основными для расчёта простых трубопроводов постоянного сечения.

Самотечный трубопровод

Самотечный трубопровод - это такой простой трубопровод постоянного сечения, движение жидкости по которому происходит лишь за счёт разности высот начала и конца трубопровода (рис. 70).

Рисунок 70 - Схема самотечного трубопровода

Для простого трубопровода постоянного сечения справедливо ранее полученное равенство (92):

(94)

В данном случае

Р 2 = Р атм,

Тогда равенство (94) примет вид:

или после сокращения

(95)

по этому равенству рассчитывается самотечный трубопровод, оно показывает, что весь имеющийся напор идёт на преодоление гидравлических сопротивлений h п.

Учитывая, что равенство (95) запишется:

откуда расход жидкости в самотечном трубопроводе:

где а - сопротивление трубопровода, рассчитывается по полученной выше по формуле:

Сифонный трубопровод

Сифонный трубопровод - это такой простой трубопровод постоянного сечения, часть которого расположена выше питающего его резервуара (рисунок 71).

Для того чтобы сифонный трубопровод начал работать, необходимо его заполнить жидкостью, удалив воздух. Этого можно достигнуть путем повышения временно уровня резервуара (или давления в начале трубы) выше наивысшей точки сифона (уровня z)или путем отсасывания воздуха из сифона в наивысшей точке, благодаря чему под атмосферным давлением на уровнях I - I и II - II трубопровод заполнится жидкостью. Наконец, можно запереть концы сифона и залить его жидкостью через верхнюю точку, где одновременно выпускают заполнявший трубу воздух. После сплошного заполнения сифона жидкостью он начинает работать как обыкновенная труба. Расчетом обычно определяют пропускную способность сифона и предельное значение высоты z.

Так как сифонный трубопровод - это простой трубопровод постоянного сечения, то для него справедлива формула (93):

(96)

Проанализируем эту формулу для сечений I - I и III - III (плоскость сравнения проходит по сечению III - III):

Тогда формула (96) примет вид:

или после сокращений

откуда найдётся расход Q по сифонному трубопроводу:

где а - сопротивление трубопровода, рассчитывается по полученной выше по формуле:

Для определения высоты z , на которую может подняться жидкость в сифонном трубопроводе, составим уравнение Бернулли для сечений I - I и II - II:

(97)

Если плоскость сравнения 0 - 0, совпадает с поверхностью жидкости в резервуаре 1, то z 1 = 0; Р 1 = Р а; u 1 » 0; a I = a II = 1 (принимаем режим движения жидкости турбулентным); z II = z; р II > p н.п. - давление в сечении II - II должно быть больше давления насыщенных паров жидкости p н.п. - давления, при котором жидкость закипает при данной температуре, иначе наблюдается явление кавитации - самовскипания жидкости в замкнутом объёме и образующиеся при этом пузырьки пара приводят к срыву работы сифонного трубопровода.

Предприятия и жилые дома потребляют большое количество воды. Эти цифровые показатели становятся не только свидетельством конкретной величины, указывающей расход.

Помимо этого они помогают определить диаметр трубного сортамента. Многие считают, что расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению невозможен, так, как эти понятия совершенно не связаны между собой.

Но, практика показала, что это не так. Пропускные возможности сети водоснабжения зависимы от многих показателей, и первыми в этом перечне будут диаметр трубного сортамента и давление в магистрали.

Выполнять расчет пропускной способности трубы в зависимости от ее диаметра рекомендуют еще на стадии проектирования строительства трубопровода. Полученные данные определяют ключевые параметры не только домашней, но и промышленной магистрали. Обо всем этом и пойдет далее речь.

Расчитаем пропускную способность трубы с помощью онлайн калькулятора

ВНИМАНИЕ! Чтобы правильно посчитать, необходимо обратить внимание, что 1кгс/см2 = 1 атмосфере; 10 метров водяного столба = 1кгс/см2 = 1атм; 5 метров водяного столба = 0.5 кгс/см2 и = 0.5 атм и т.д. Дробные числа в онлайн калькулятор вводятся через точку (Например: 3.5 а не 3,5)

Введите параметры для расчёта:

Какие факторы влияют на проходимость жидкости через трубопровод

Критерии, оказывающие влияние на описываемый показатель, составляют большой список. Вот некоторые из них.

1. Внутренний диаметр, который имеет трубопровод.
2. Скорость передвижения потока, которая зависит от давления в магистрали.
3. Материал, взятый для производства трубного сортамента.

Определение расхода воды на выходе магистрали выполняется по диаметру трубы, ведь эта характеристика совместно с другими влияет на пропускную способность системы. Так же рассчитывая количество расходуемой жидкости, нельзя сбрасывать со счетов толщину стенок, определение которой проводится, исходя из предполагаемого внутреннего напора.

Можно даже заявить, что на определение «трубной геометрии» не влияет только протяженность сети. А сечение, напор и другие факторы играют очень важную роль.

Помимо этого, некоторые параметры системы оказывают на показатель расхода не прямое, а косвенное влияние. Сюда относится вязкость и температура прокачиваемой среды.

Подведя небольшой итог, можно сказать, что определение пропускной способности позволяет точно установить оптимальный тип материала для строительства системы и сделать выбор технологии, применяемой для ее сборки. Иначе сеть не будет функционировать эффективно, и ей потребуются частые аварийные ремонты.

Расчет расхода воды по диаметру круглой трубы, зависит от его размера . Следовательно, что по большему сечению, за определенный промежуток времени будет выполнено движение значительного количества жидкости. Но, выполняя расчет и учитывая диаметр, нельзя сбрасывать со счетов давление.

Если рассмотреть этот расчет на конкретном примере, то получается, что через метровое трубное изделие сквозь отверстие в 1 см пройдет меньше жидкости за определенный временной период, чем через магистраль, достигающей в высоту пару десятков метров. Это закономерно, ведь самый высокий уровень расхода воды на участке достигнет самых больших показателей при максимальном давлении в сети и при самых высоких значениях ее объема.

Смотреть видео

Вычисления сечения по СНИП 2.04.01-85

Прежде всего, необходимо понимать, что расчет диаметра водопропускной трубы является сложным инженерным процессом. Для этого потребуются специальные знания. Но, выполняя бытовую постройку водопропускной магистрали, часто гидравлический расчет по сечению проводят самостоятельно.

Данный вид конструкторского вычисления скорости потока для водопропускной конструкции можно провести двумя способами. Первый – табличные данные. Но, обращаясь к таблицам необходимо знать не только точное количество кранов, но и емкостей для набора воды (ванны, раковины) и прочего.

Только при наличии этих сведений о водопропускной системе, можно воспользоваться таблицами, которые предоставляет СНИП 2.04.01-85. По ним и определяют объем воды по обхвату трубы. Вот одна из таких таблиц:

Внешний объем трубного сортамента (мм)

Примерное количество воды, которое получают в литрах за минуту

Примерное количество воды, исчисляемое в м3 за час

Если ориентироваться на нормы СНИП, то в них можно увидеть следующее – суточный объем потребляемой воды одним человеком не превышает 60 литров. Это при условии, что дом не оборудован водопроводом, а в ситуации с благоустроенным жильем, этот объем возрастает до 200 литров.

Однозначно, эти данные по объему, показывающие потребление, интересны, как информация, но специалисту по трубопроводу понадобятся определение совершенно других данных – это объем (в мм) и внутреннее давление в магистрали. В таблице это можно найти не всегда. И более точно узнать эти сведениям помогают формулы.

Смотреть видео

Уже понятно, что размеры сечения системы влияют на гидравлический расчет потребления. Для домашних расчетов применяется формула расхода воды, которая помогает получить результат, имея данные давления и диаметра трубного изделия. Вот эта формула:

Формула для вычисления по давлению и диаметру трубы: q = π×d²/4 ×V

В формуле: q показывает расход воды. Он исчисляется литрами. d – размер сечению трубы, он показывается в сантиметрах. А V в формуле – это обозначение скорости передвижения потока, она показывается в метрах на секунду.

Если сеть водоснабжения питается от водонапорной башни, без дополнительного влияния нагнетающего насоса, то скорость передвижения потока составляет приблизительно 0,7 – 1,9 м/с. Если подключают любое нагнетающее устройство, то в паспорте к нему имеется информация о коэффициенте создаваемого напора и скорости перемещения потока воды.

Данная формула не единственная. Есть еще и многие другие. Их без труда можно найти в сети интернета.

В дополнение к представленной формуле нужно заметить, что огромное значение на функциональность системы оказывают внутренние стенки трубных изделий. Так, например, пластиковые изделия отличаются гладкой поверхностью, нежели аналоги из стали.

По этим причинам, коэффициент сопротивления у пластика существенно меньше. Плюс ко всему, эти материалы не подвергаются влиянию коррозийных образований, что также оказывает положительное действие на пропускные возможности сети водоснабжения.

Определение потери напора

Расчет прохода воды производят не только по диаметру трубы, он вычисляется по падению давления . Вычислить потери можно посредством специальных формул. Какие формулы использовать, каждый будет решать самостоятельно. Чтобы рассчитать нужные величины, можно использовать различные варианты. Единственного универсального решения этого вопроса нет.

Но прежде всего, необходимо помнить, что внутренний просвет прохода пластиковой и металлопластиковой конструкции не поменяется через двадцать лет службы. А внутренний просвет прохода металлической конструкции со временем станет меньше.

А это повлечет за собою потери некоторых параметров. Соответственно, скорость воды в трубе в таких конструкциях является разной, ведь по диаметру новая и старая сеть в некоторых ситуациях будут заметно отличаться. Так же будет отличаться и величина сопротивления в магистрали.

Так же перед тем, как рассчитать необходимые параметры прохода жидкости, нужно принять к сведению, что потери скорости потока водопровода связанны с количеством поворотов, фитингов, переходов объема, с наличием запорной арматуры и силой трения. Причем, все это при вычисления скорости потока должны проводиться после тщательной подготовки и измерений.

Расчет расхода воды простыми методами провести нелегко. Но, при малейших затруднениях всегда можно обратиться за помощью к специалистам или воспользоваться онлайн калькулятором. Тогда можно рассчитывать на то, что проложенная сеть водопровода или отопления будет работать с максимальной эффективностью.

Видео – как посчитать расход воды

Определение диаметров самотечных трубопроводов

Вода от оголовка транспортируется по двум самотечным линиям. Диаметр самотечных линий должен быть таким, чтобы скорость движения воды по ним не была меньше скорости движения воды в реке с целью наименьшего отложения ила. Для этого в паводок при повышенной мутности весь расход пропускаем по одной самотечной линии, со скоростью Vпав = 1,31 м/с.

Диаметр самотечного трубопровода определяем по формуле:

dс.тр.=v(4*Qр/рV)=??4*0,4/3,14*1,31?=0,62м

принимаем стальные трубы диаметром dс.тр=700 мм, со скоростью V=0567м/с, по таблице Шевелева, в межень весь расход 0,22 мі/с будет пропускаться по двум самотечным линиям, со скоростью V=0,283 м/с, по СНИП.

Потери напора при движении воды в самотечных линиях определяем по формуле:

??=і*?+?(ж*VІ)/2g+?р, где

і - гидравлический уклон или потери напора на единицу длины трубопровода (определяется по таблице Шевелева),

Расчетная длина самотечного трубопровода, м,

ж - коэффициент сопротивления, принимаемый в зависимости от местного препятствия (определяется по справочнику Курганова А.Н. и Федорова Н.Ф. «Справочник по гидравлическим расчетам систем ВК»).

Для случая выключения одной линии на ремонт или промывку.

Для случая работы двух линий.

В результате подсчета потерь напора определяем отметки уровня воды колодца. Применим следующие значения:

Для суживающего перехода - ж=0,25

Для двух сварных отводов с углом 45є - ж =0,45

Для тройника в прямом направлении трубы - ж=0,1

Для задвижки - ж=50

Для выхода из трубы (излива) в камеру водоприемника - ж=1

Следовательно - ?ж=51,8

Таким образом, считаем потери напора при движении воды по одной самотечной линии:

По длине і*?

Значит потери напора по длине будут равны:

0,00061 *120м=0,0732

Потери напора через решетки?р=0,1 и сумма? составляет:

H=0,0732*51,8*(0,8І/2*9,81) +0,1=0,227

Нашли потери напора при движении всего расхода воды по одной самотечной линии.

Определяем потери напора воды при пропуске расхода по двум самотечным линиям.

2)По длине і*?

По таблицам Шевелева для расхода равного 800 мі/ч.

По этому расходу определяем по таблице Шевелева:

d=700 мм, следовательно, і=0,00061 (1000 і=0,61), со скоростью V=0,567м/с.

По расходу:

По этому расходу, который мы пропускаем по двум стальным трубам диаметром 700 мм по таблице Шевелева 1000 і =0,178, следовательно, і=0,000178 со скоростью V=0,286 м/с, значит потери по длине:

??= і*?=0,00061 *120м=0,0732

Сумма?ж=51,8

H=51,8*0,4І/2*9,81+0,0732+0,1=0,596

Получим потери напора по двум самотечным трубопроводам.

Автоматизация установки для приготовления сиропа

Диаметр трубопроводов можно определить по расходу продукта: D =, м, (5) где Qп - расход продукта, м3/c; W - скорость продукта (жидкости), м/с; D - внутренний диаметр трубопровода, м...

Анализ результатов газогидродинамических исследований скважин, подключенных к УКПГ-14 Оренбургского НГКМ

Для нахождения оптимального диаметра нефтепровода в соответствии с таблицей 3 для пропускной способности 4,5 млн.т/год выбираем три конкурирующих диаметра, по которым возможна перекачка заданнго объема нефти: D1 = 377 мм, D2 = 426 мм, D3 = 529 мм...

Гидравлический привод манипулятора

Для этого зададимся скоростями потока жидкости: в напорном трубопроводе - 3,8 м/с; в сливном трубопроводе - 1,5 м/с; во всасывающем трубопроводе - 1 м/с. , м где, - величина потока жидкости через трубу, [м3/с]; - скорость потока жидкости, [м/с]...

Гидравлический расчет объемного гидропривода механизма подачи круглопильного станка

Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле, где Q - наибольший расход на расчетном участке гидролинии, м3/с; V - допускаемая скорость движения жидкости, м/с. Для напорной линии: принимаем dн-р = 16 мм Для исполнительной линии...

Гидроцилиндр с односторонним штоком

Скорости в линиях принимаем: для всасывающего трубопровода =1,6 м/с; для сливного трубопровода =2 м/с; для напорного трубопровода =3,2 м/с (при р<6,3 МПа). Зная расход Q (расход жидкости во всасывающей, напорной и сливной линиях)...

Конструирование выпарной установки

Определяем диаметр штуцера на вход сырого раствора. Определяем диаметр штуцера d1, м d1 = где V - объёмный расход сырого раствора, м/с; w - скорость движения сырого раствора, w = 1 м/с . d1 = V = где G0 - количество исходного раствора...

Насосная установка

Заданная технологическая схема содержит емкости, расположенные на различных отметках высот...

Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок

Примем следующие значения скоростей движения потоков : · скорость движения греющего пара щгп=20 м/с; · скорость конденсата щк=0...

Проект строительства котельной мощностью 4 МВт

Где Gсет - расход сетевой воды, кг/с; v - удельный объем воды, v = 0.001м3/кг; Vв - скорость воды в трубопроводе, принимаем 1 м/с · Диаметр трубопровода сетевой воды Принимаем трубу стандартного диаметра 200 мм. · Диаметр трубопровода прямой воды...

Промышленная котельная с паровыми котлами

К основным трубопроводам в паровой теплогенерирующей установке относят паропроводы насыщенного пара в пределах котельной и водопроводы питательной воды. Диаметр трубопроводов рассчитывается по формуле: , м (1.36) где...

Расчет гидравлического привода для трактора ЛТ-154

Диаметр трубопровода определяется по формуле: где QС -расход в гидросистеме, м3/с; VЖ- скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с; В соответствии с рекомендациями принимаем скорости течения жидкости: -для всасывающей гидролинии VВ=0,5...2м/с...

Расчет гидропривода вращательного движения

Для соединения элементов гидросистемы применяют трубопроводы, внутренний диаметр которых определяется диаметром присоединительной резьбы гидравлических устройств или условным подходом, т.е...

Расчёт и проектирование водозаборного сооружения из поверхностного источника водоснабжения (река)

2=2Dр - не менее двух диаметров раструба; Dр =1,3 - 2 d - всасывающей трубы; Dр =1,5*0,6=0,9м, ?2=2Dр=2*0,9=1,8; ?1=0,8D - не менее 0,5 м; ?1=0,8*(0,9)=0,72 Все параметры рассматриваются как рекомендуемые минимальные. Диаметр всасывающего трубопровода...

Функциональная схема автоматизации

Диаметр трубопроводов можно определить по расходу продукта: D =, м, (5) автоматизация технологический регулируемый параметр где Qп - расход продукта, м3/c; W - скорость продукта (жидкости), м/с; D - внутренний диаметр трубопровода, м...

Экскаватор траншейный цепной ЭТЦ-250

Рассчитаем диаметры трубопроводов из условия обеспечения допустимых эксплуатационных скоростей: - всасывающие - сливные - нагнетательные По расчетным диаметрам выбираем выбирается наиболее близкий к нему гостированный диаметр стальных...

Гидравлические характеристики коллекторов определяются их наибольшей пропускной способностью при заданном уклоне и площади живого сечения потока. Для проектирования бытовых водоотводящих сетей принимается безнапорный режим движения жидкости с частичным (0,5-0,8) наполнением труб. Следует иметь в виду, что в сетях, предназначенных для транспортировки дождевых вод, расчетные расходы наблюдаются не чаще одного раза в несколько лет. Следовательно, водоотводящие сети работают в безнапорном режиме при частичном заполнении. Этот режим обладает рядом преимуществ перед напорным. В бытовых и производственно-бытовых сетях необходимо обеспечивать некоторый резерв живого сечения трубопровода. Через свободную от воды верхнюю часть сечения трубы осуществляется вентиляция разветвленной водоотводящей сети. При этом из трубопровода непрерывно удаляются образующиеся в воде газы, которые вызывают коррозию трубопроводов и сооружений на них, осложняют эксплуатацию водоотводящих сетей и т.п.

В сточных водах также содержатся нерастворенные примеси органического и минерального происхождения. Первые имеют небольшую плотность и хорошо транспортируются потоком воды. Вторые (песок, бой стекла, шлаки и др.) имеют значительную плотность и транспортируются лишь при определенных скоростях турбулентного режима движения жидкости. Поэтому важнейшим условием проектирования водоотводящих сетей является обеспечение в трубопроводах при расчетных расходах необходимых скоростей движения жидкости, исключающих образование плотных несмываемых отложений. Для проведения гидравлических расчетов гофрированных двухслойных труб КОРСИС могут использоваться гидравлические формулы, номограммы и таблицы в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» и СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования». Расчет самотечных трубопроводов заключается в определении их диаметра, уклона и параметров работы - наполнения и скорости. Обычно исходным для расчета является расход, который определяется в первую очередь.

Где q - расчетный расход; ; - площадь живого сечения; v - скорость; С - коэффициент Шези; ; - гидравлический радиус; ; - смоченный периметр; i = hl /L - уклон лотка; hl - падение лотка на длине L .

В формуле Шези принято, что гидравлический уклон L равен уклону лотка i , так как движение воды равномерное.
Для определения коэффициента Шези рекомендуется формула Н. Н. Павловского (при 0,1

где y - показатель степени, определяемый по формуле:

Где n - коэффициент шероховатости, зависящий от состояния стенок трубопровода.

Для приблизительных расчетов Н. Н. Павловский рекомендовал следующие формулы:

При y = 1/6 формула для С (коєфициента Шези) известна как формула Маннинга, справедливая для турбулентного режима жидкости.

Известно, что максимальный расход воды в трубах наблюдается при наполнении h/d=0,95, поэтому наполнение больше этого значения принимать нецелесообразно. Расчетные наполнения рекомендуется принимать даже меньше этого значения по следующим причинам. Во-первых, при определении расчетных расходов не учитывается колебание значений в пределах часа суток, когда может наблюдаться максимальный расход. Данное колебание может быть как в меньшую, так и в большую сторону. Во-вторых, вследствие неравномерности движения воды, наполнение отдельных участков трубопровода может бать больше расчетного. В целях исключения подтопления при расчетных условиях наполнение в трубопроводах бытовой водоотводящей сети рекомендуется принимать не более 0,8. Рекомендуемые максимальные значения степени наполнения приведены в Таблице.

В трубопроводах ливневой канализации и водостоках полных раздельных систем водоотведения, а также в общесплавных трубопроводах при расчетных условиях наполнение рекомендуется принимать равным 1, т.е. полным. Это объясняется тем, что расчетные условия в этих трубопроводах наблюдаются весьма редко. Таким образом, значительную часть времени эти трубопроводы будут работать при частичном наполнении. Расход сточных вод в водоотводящих сетях изменяется в широких пределах от определенного минимального до известного максимального, который принимается за расчетный. Обеспечить возможность транспортированиявсех примесей потоком во всем диапазоне расходов, в том числе и при минимальном, не представляется возможным, так как это потребувало бы прокладки трубопроводов с большими уклонами, а это привело бы к их значительным заглублениям.

В настоящее время расчет трубопроводов производится на условии поддержания труб в чистом состоянии при максимальном расчетном расходе. Таким образом, при минимальных рас ходах в трубопроводах допускаются отложения, но при достижении расчетного расхода трубопроводы должны самоочищаться. Здесь вводится понятие скорости самоочистки - минимальной скорости, которая должна обеспечиваться в водоотводящих сетях при расчетном расходе.

Если в формулу Шези подставить минимальную скорость, то можно получить минимальный уклон, при котором трубопровод самоочищается. Минимальные диаметры и уклоны водоотводящей сети приведены в Таблице.

Содержащиеся в сточных водах песок и другие минеральные примеси являются абразивними материалами, истирающими стенки трубопроводов. При этом интенсивность истирания пропорциональна скорости потока. Поэтому на основании многолетнего опыта эксплуатации водоотводящих сетей установлены максимально допустимые скорости, равные 4 м/с для неметаллических труб и 8 м/с - для металлических труб.

Для определения минимального уклона можно использовать следующую формулу:

где d - диаметр трубопровода, мм; - коэффициент, равный:

1 при d = 500 мм,
1,1 при d = 600-800 мм,
1,3 при d = 1000-1200 мм.

Расчет трубопроводов по формулам чрезвычайно сложен. Методы решения различных задач по расчету трубопроводов изложены в специальной литературе При проектировании водоотводящих сетей требуется выполнять расчеты большого числа отдельных участков трубопроводов с различными условиями проектирования. Их расчет производится с применением тех или иных упрощающих приемов, при которых используются разработанные таблицы, графики, диаграммы.

На рисунке приведены кривые изменения скоростей v и расходов q в трубах круглого сечения в зависимости от степени их наполнения. По оси ординат отложены степени наполнения h/d , а по оси абсцисс - соответствующие этим наполнениям скорости v и расходы q, выраженные в долях от скорости и расхода при полном наполнении. Диаметр самотечного трубопровода может быть определен по номограмме в зависимости от скорости течения жидкости, уклона трубопровода и величины расчетного рас хода стоков. Номограммы представляют собой графическое отображение формулы КолбрукаУайта. При условии, что температура воды составляет 10°С, а шероховатость трубопровода -0,00025 м. Наполнение трубы - это соотношение уровня воды (Н) к внутреннему диаметру трубы (Di).

При движении нефти, давление в ней падает, причем, чем выше скорость движения, тем больше потери давления на единицу длины трубопровода. Если абсолютное давление нефти P при этом достигает значения равного ДНП при данной температуре P S , то в данном месте потока наблюдается интенсивное парообразование и выделение газов, что может привести к кавитационным процессам или нарушению сплошности потока. Течение жидкости в описанном случае может быть самотечным расслоенным или иметь более сложную (пробковую) структуру, в которой порции жидкости чередуются с парогазовыми пузырями.

Самотечное расслоенное течение является разновидностью безнапорного течения, при котором жидкость движется неполным сечением под действием силы тяжести, причём остальная часть сечения трубы занята парами этой жидкости. Участки, на которых возникают указанные течения, называются самотечными. При этом давление в парогазовой полости самотечного участка остаётся практически постоянным и равным ДНП нефти. Стационарные самотечные участки могут существовать только на нисходящих участках трубопровода. Начало каждого самотечного участка, которое всегда совпадает с одной из вершин профиля, называется перевальной точкой, причём таких точек может быть несколько. Однако отметим, что не всегда самая высокая точка трассы является перевальной (см. рис. 5.3).

Рис. 5.3. Перевальной точка и расчетная длина нефтепровода

Из рис. 5.3. видно, что причиной появления самотечных участков может быть снижение расхода в трубопроводе, обусловленное снижением давления в начальном сечении с p ” н до p н (переход на пониженный режим перекачки). Однако при возврате к прежнему давлению не удаётся достичь прежнего значения расхода, так как образовавшиеся парогазовые скопления создают дополнительное сопротивление, а процесс их растворения продолжается длительное время. Таким образом, возврат к прежнему расходу будет осуществлён в течение достаточно продолжительного периода времени.

Растворения парогазового скопления происходит, если скорость потока достаточна для отрыва и уноса парогазовых пузырьков из нижней части газовой полости вниз по течению, при этом по мере удаления от самотечного участка давление жидкости возрастает и пузырьки схлопываются, вызывая кавитацию. Это может привести к значительной вибрации трубопровода и сопровождается повышенным уровнем шума. При дальнейшем увеличении скорости потока до определённого значения скопление страгивается с места и выносится потоком целиком (единой пробкой) и может достичь резервуара на конечном пункте нефтепровода. Сопровождающий это явление гидравлический удар приводит к повреждению резервуаров и их оборудования.

Наличие самотечных участков приводит к увеличению давления в начале трубопровода, а значит требует более высоких затрат энергии на перекачку. Если продлить линию гидравлического уклона за самотечным участком до начального сечения, то можно определить p ’ н , которое необходимо для перекачки нефти с тем же расходом по трубопроводу тех же длины и диаметра, но без самотечных участков. Из рис. 2.3. видно, что p ’ н < p н .

Перекачку с той же производительностью, но без самотечных участков можно организовать при увеличении давления в конце трубопровода до p Ф . Разница полезного и требуемого давления может быть использована, например, для привода небольшой электростанции (проект такой электростанции разработан для нефтепровода Тихорецк–Новороссийск в районе нефтебазы «Грушовая» ).

При появлении самотечного участка между промежуточными НПС, участки МН до и после перевальной точки перестают быть гидравлически связанными. Если по какой-либо причине производительность участка после перевальной точки возрастет, а на начальном участке будет сохраняться на прежнем уровне, давление на всасывании перекачивающей станции следующей за перевальной точкой начнет снижаться и может достигнуть нижнего допустимого предела.

Повышенное содержание в нефти сернистых соединений может вызвать ускоренное протекание коррозионных процессов на внутренней поверхности стенки трубы над свободной поверхностью жидкости.

При гидравлическом расчете трубопровода с самотечными участками уравнение (5.11) преобразуется к следующему виду

, (5.15)

где L р – расчётная длина МН, за которую принимается расстояние от начального пункта до ближайшей перевальной точки, м;

z ’ =(z П –z Н ) – разность геодезических отметок перевальной точки и начального пункта, м;

p y =(P s –P a ) – упругость паров нефти, которая может быть как положительной, так и отрицательной, Па. Однако как правило для нефтей (при p y <0) согласно третьим членом в уравнении (5.15) пренебрегают.

Рассмотрим течение жидкости за перевальной точкой (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Течение жидкости за перевальной точкой

Линия гидравлического уклона на самотечном участке проходит параллельно профилю трубопровода на расстоянии p y /( g ), откуда следует, что гидравлический уклон на самотечном участке равен тангенсу угла наклона профиля трубопровода к горизонту i =tgα п .

Так как согласно уравнению (5.1)

то скорость движения жидкости на самотечном участке w больше скорости течения жидкости на заполненных участках трубопровода w 0 поскольку при том же расходе площадь S , занятая жидкостью на самотечном участке меньше площади полного сечения трубы S 0 . Отношение указанных площадей

называется степенью заполнения сечения трубопровода, которую в зависимости от отношения гидравлического уклона полностью заполненного участка к гидравлическому уклону самотечного участка

можно определить по одной из следующих аппроксимационных зависимостей, приведённых в таблице 5.3 .

Таблица 5.3

Протяжённость самотечного участка можно определить графически или выразив из уравнения Бернулли для участка AK (см. рис. 5.4)

Геодезическую отметку конца самотечного участка z A можно определить, зная z П и координаты ближайшей точки трассы x и z x , из простых геометрических соотношений

Подставляя уравнение (5.17) в (5.16) и выражая l с.у. получим

. (5.18)

Для нахождения перевальной точки достаточно определить избыточное давление в каждой вершине профиля, начиная с конца: если p <p y , то вершина является началом самотечного участка, с учётом этого находятся избыточные давления в следующих вершинах. Ближайшая к началу нефтепровода вершина, являющаяся началом самотечного участка, и будет перевальной точкой.