Расчет гидравлических сетей

Большинство расчетов в инженерной практике проводят для приближенных начальных условий. Например, трубопровод принимается длинным, и это дает возможность существенно упростить расчеты.

Расчетная зависимость для длинного трубопровода

или , (116)

где .

Отсюда

, (117)

здесь К – модуль расхода, величина, которая имеется в справочной литературе, л/с.

При расчетах и проектировании гидравлических сетей достаточно часто бывают неизвестными две величины, например, напор и диаметр трубы. И поэтому значение диаметра необходимо выбрать априори. Для этого существуют практические рекомендации, связанные с выбором так называемой экономичной скорости движения. И тут необходимо четко представить себе, что увеличение скорости (при постоянном расходе) позволяет уменьшить диаметр трубы, что ведет к уменьшению капитальных затрат, однако при этом вырастают эксплуатационные расходы, связанные с увеличением расхода энергии на определение сопротивлений по длине, которые зависят от размера диаметра трубы в пятой степени. Например, при уменьшении диаметра в два раза падение напора по длине вырастает в тридцать два раза. Поэтому экономичную скорость принимают из условий минимизации суммы капитальных и эксплуатационных затрат. Рекомендации по выбору экономичной скорости приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Рекомендуемые значения скорости жидкости в трубах

d, м	0,10	0,20	0,25	0,30
м/с	0,75	0,90	1,10	1,30

При параллельном соединении труб потери напора в каждой линии в общих узловых точках одинаковы. Распределение расходов по линиям зависят от соотношения их сопротивлений. Поэтому для определения расходов в каждой линии необходимо решить систему уравнений

Q₁ + Q₂ = Q.

(118)

.

При расчетах гидравлических сетей расходы в точках разветвления (в узловых точках) и в концевых сечениях называются узловыми. Расходы на отдельных участках называются линейными.

Как правило, при расчетах гидравлических сетей задается вид сети, величины расходов и свободных напоров в концевых сечениях, а определить необходимо диаметры труб на всех участках, и напоры в каждой узловой точке. В этом случае в сети выделяют две совокупности труб – основную магистраль и ответвления. Основная магистраль – это последовательная совокупность труб, соединяющих одно из концевых сечений сети с начальным, она выбирается по максимальному расходу и максимальному сопротивлению по отношению к остальным вариантам ответвлений. В случае, когда эти признаки не достаточно явные, основную магистраль можно выбрать по максимальному значению свободного напора в концевом сечении. Оставшиеся после выбора основной магистрали участки являются ответвлениями.

Магистраль разделяют на простые участки, в которых определяют линейные расходы. Затем, задаваясь значениями экономичной скорости (табл. 3) рассчитывают диаметры труб на линейных участках

, м. (119)

Полученное значение диаметра d_i увеличивают до ближайшего большего значения из сортамента, после чего рассчитывают потери напора на соответствующем участке магистрали. При этом следует учитывать, что общий напор, который должен создавать насос необходимо увеличивать на величину свободного напора в концевом сечении магистрали

. (120)

Расчет ответвления начинают с определения потери напора на последнем участке (от концевого сечения до узловой точки). Для этого определяют напор в узловой точке, от которого отнимают величину свободного напора в концевом сечении этого ответвления

. (121)

Знание величины потери напора на участке дает возможность определить значение квадрата модуля расхода на этом участке

. (122)

По значению модуля расхода и задаваясь значением шероховатости материала трубы с помощью таблиц (4, 5) определяют диаметр трубы данного участка ответвления.

Таблица 4 - Абсолютная шероховатость внутренней поверхности труб

Характеристика труб	Высота выступов шероховатости , мм
Цельнотянутые трубы Латунные, медные, мельхиоровые новые Стальные новые Стальные оцинкованные новые Стальные водопроводные б/у Сварные трубы Стальные новые Стальные б/у Чугунные трубы Новые без покрытия Б/у	0,0015…0,0020 0,0200…0,0500 0,0700…0,1500 1,2000…1,5000   0,0400…0,1000 1,000…1,5000   0,2000…0,5000 1,0000…1,5000

Таблица 5 - Модуль расхода, К² (л²/с²)

На последнем этапе расчета по найденным величинам диаметра трубы и модуля расхода уточняется значение действительной потери напора в ответвлении.