Глава 3. РОЗРАХУНОК ТРУБОПРОВІДНИХ КОМУНІКАЦІЙ

Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Розрізняють два режими течії рідини по трубах: ламінарний і турбулентний. Ламінарним (від лат. la­mina – шар) називається такий режим течії, при якому рідина в потоці рухається окремими струминками або вествами й їхні траєкторії не перетинаються. Турбулентним (від лат. turbulentus – безладний) нази­вається такий режим течії, при якому шарувата течія порушується, траєкторії руху шарів хаотичні й перемішуються. Критерієм оцінки переходу одного режиму течії в інший служить число Рейнольдса:

vd

Rе = --- ,
n

де v – середня швидкість руху рідини в трубі; d – внутрішній діаметр труби; n – коефіцієнт кінематичної грузькості.

При гідравлічних розрахунках трубопроводів перекачування нафтопродуктів на складах ПММ можна вважати, що при значеннях Re>2000 режим течії ламінарний. При значеннях числа 2000<Re<3000 режим течії переходить від ламінарного до турбулентного. При значеннях Re> 3000 виявляється турбулентний режим.

Втрати енергії при прямуванні рідини по трубопроводу пов'язані з витра­тою енергії на подолання гідравлічного тертя (hг) і так званих місцевих опорів (hм). Місцеві опори пов'язані з втратою енергії на зміну швидкості й напрямку руху потоку рідини. Втрати енергії на переміщення рідини оцінюються зменшенням напору. У такий спосіб загальні витрати енергії

h = hг + hм .

Втрати напору на подолання гідравлічного тертя визначаються формулою Дарсі–Вейсбаха:

l v2

h = l---- ,

d 2g

де l – коефіцієнт гідравлічного тертя, що залежить як від режиму

течії, який характеризується числом Рейнольдса, і від шорсткості

внутрішньої поверхні труби; l – довжина розглядуваної ділянки тру­бопроводу.

При значеннях Re<2000 коефіцієнт визначається за формулою Стокса:

l = 64/Re .

При значеннях Re>2000 розрізняють три зони течії. Першу називають зоною гідравлічно–гладких труб. У цій зоні ко­ефіцієнт залежить тільки від числа Рейнольдса і розраховується за формулою Блазіуса:

0,3164

l= ––––––––– .

Rе–0,25

Ця формула придатна для розрахунків у діапазоні значень числа Рейнольдса від Re = 2000 до

Rе1 = ––––––– ,

e 1,143

де e = 2е/ d – відносна шорсткість внутрішньої поверхні;

e – абсолютна шорсткість.

Другу зону називають зоною змішаного тертя, в якій коефіцієнт l= f(Rе,e). Межу цієї зони визначають перехідні числа Re1 і Re2. При значеннях Re1< Re < Re2 коефіцієнт визначають за формулою Альтшу­ля:
,

665 – 765 lge
а Re2= ––––––––––––––– ,
lge

де a = 0,46k; k – " еквівалентна шорсткість" труб.

Третю зону – називають зоною квадратичного опору. В цій зоні Re > Re2, а коефіцієнт l залежить тільки від параметра e і визначається за формулою Нікурадзе:

l = –––––––––––– ,

(1,74 +2lg e)2

Значення абсолютної й "еквівалентної" шорсткості для найбіль­ш поширених труб на складах ПММ наведені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Абсолютна і " еквівалентна" шорсткість для деяких труб

Т р у б и Значення шорсткості, м
е 10–3 k 10–3
Нові сталеві суцільнотягнені Сталеві суцільнотягнені, які знаходились у ко– роткочасній експлуатації (із незначною корозією) Старі сталеві Нові чавунні Азбоцементні 0,05–0,15     0,2–0,3 0,2 – 0,5 0,3 0,3 – 0,8   0,02–0,07     0,2 – 0,5 до 1,0 0,25 0,3

 

Для гнучких прогумованих шлангів коефіцієнт l підраховується за формулою:

l = 0,013 + 0,917 Re–0,41.

Для гофрованих шлангів, що мають усередині дротову спіраль,

 

 

ко­ефіцієнт гідравлічного опоруl рекомендується визначати за формулою:

6 e2
lш = l + ––––– ,

t d

де l – коефіцієнт гідравлічного опору, який розраховують за формулою для ламінарного та турбулентного режимів; e – височінь виступів дро­тової спіралі над внутрішньою поверхнею шланга;

t – крок дротової спіралі.

Втрату тиску в трубопроводі, віднесену до одиниці його довжини, називають гідравлічним ухилом, тобто

i = hг / l ,

де i – гідравлічний ухил. Знаючи гідравлічний ухил, втрати тис­ку в трубопроводі можна визначити за формулою.

hг = il.

Втрати енергії на подолання місцевого опору підраховують за формулою Вейсбаха:

v2

hм =j x ---,

2g

де j– поправковий коефіцієнт (для турбулентного режиму течії j = 1, а для ламінарного – визначається за графіком на рис. 3.1);
x – безрозмірний коефіцієнт місцевого опору, визначений експе-риментальним шляхом.

При наявності в магістралі кількох місцевих опорів (повороти, крани, фільтри звуження і поширення – табл. 3.2) значення ко­ефіцієнтів складаються. Загальні втрати тиску визначають за формулою

,

де Dz – різниця нівелірних позначок між кінцевим і початковим пе­ретинами трубопроводу довжиною l.

 

Рис. 3.1. Графік визначення поправкового коефіцієнта для ламінарного режиму течії

 

Таблиця 3.2

Значення коефіцієнтів для найбільш поширених

місцевих опорів (турбулентний режим)