Zależność ciśnienia od średnicy. Obliczenia hydrauliczne rurociągów

Obliczanie strat ciśnienia wody w rurociągu Jest to bardzo proste do wykonania, wtedy szczegółowo rozważymy opcje obliczeń.

Dla obliczenia hydrauliczne rurociągu, możesz skorzystać z kalkulatora obliczeń rurociągu hydraulicznego.

Czy masz szczęście, że tuż obok domu wywiercono studnię? Niesamowity! Teraz możesz zadbać o siebie i swój dom lub domek czysta woda, które nie będą zależne od centralnego zaopatrzenia w wodę. A to oznacza brak sezonowych przerw w dostawie wody i brak biegania z wiadrami i umywalkami. Wystarczy zamontować pompę i gotowe! W tym artykule Ci pomożemy obliczyć stratę ciśnienia wody w rurociągu, a dzięki tym danym możesz bezpiecznie kupić pompę i wreszcie cieszyć się wodą ze studni.

Ze szkolnych lekcji fizyki wiadomo, że woda przepływająca rurami i tak napotyka opór. Wielkość tego oporu zależy od prędkości przepływu, średnicy rury i gładkości jej wewnętrznej powierzchni. Im mniejsze natężenie przepływu i tym niższy opór większa średnica i gładkość rury. Gładkość rury zależy od materiału, z jakiego jest wykonany. Rury wykonane z polimerów są gładsze od rur stalowych, nie rdzewieją i, co ważne, są tańsze od innych materiałów, bez utraty jakości. Woda będzie napotykać opór nawet przy całkowitym ruchu rura pozioma. Jednak im dłuższa sama rura, tym mniejsza będzie utrata ciśnienia. No cóż, zacznijmy kalkulować.

Strata ciśnienia na prostych odcinkach rury.

Aby obliczyć straty ciśnienia wody na prostych odcinkach rur, należy skorzystać z gotowej tabeli przedstawionej poniżej. Wartości w tej tabeli dotyczą rur wykonanych z polipropylenu, polietylenu i innych słów rozpoczynających się od „poli” (polimerów). Jeśli zamierzasz zainstalować rury stalowe, to należy pomnożyć wartości podane w tabeli przez współczynnik 1,5.

Dane podano dla 100 metrów rurociągu, straty podano w metrach słupa wody.

Konsumpcja			Średnica wewnętrzna rury, mm

Jak korzystać ze stołu: Na przykład w poziomym zaopatrzeniu w wodę o średnicy rury 50 mm i natężeniu przepływu 7 m 3 / h straty wyniosą 2,1 metra słupa wody w przypadku rury polimerowej i 3,15 (2,1 * 1,5) w przypadku rury stalowej rura. Jak widać, wszystko jest dość proste i jasne.

Straty ciśnienia spowodowane lokalnymi oporami.

Niestety rury są absolutnie proste tylko w bajkach. W prawdziwym życiu zawsze istnieją różne kolana, amortyzatory i zawory, których nie można zignorować przy obliczaniu strat ciśnienia wody w rurociągu. W tabeli przedstawiono wartości strat ciśnienia w najczęściej spotykanych oporach lokalnych: kolanie 90 stopni, kolanie zaokrąglonym i zaworze.

Straty podaje się w centymetrach wody na jednostkę lokalnego oporu.

Prędkość przepływu, m/s	Łokieć 90 stopni	Zaokrąglone kolano	Zawór

Aby określić v - natężenie przepływu konieczne jest podzielenie Q - przepływu wody (w m 3 / s) przez S - pole przekroju poprzecznego (w m 2).

Te. przy średnicy rury 50 mm (π * R 2 = 3,14 * (50/2) 2 = 1962,5 mm 2 ; S = 1962,5/1 000 000 = 0,0019625 m 2) i przepływie wody 7 m 3 /h (Q=7 /3600=0,00194 m 3 /s) natężenie przepływu
v=Q/S=0,00194/0,0019625=0,989 m/s

Jak widać z powyższych danych, strata ciśnienia przy lokalnych oporach całkiem nieznaczne. Główne straty nadal występują na poziomych odcinkach rur, dlatego aby je zmniejszyć, należy dokładnie rozważyć wybór materiału rury i jej średnicę. Przypomnijmy, że aby zminimalizować straty należy wybierać rury wykonane z polimerów o maksymalnej średnicy i gładkości wewnętrznej powierzchni samej rury.

Obliczanie strat ciśnienia wody w rurociągu Jest to bardzo proste do wykonania, wtedy szczegółowo rozważymy opcje obliczeń.

Do obliczeń rurociągów hydraulicznych można użyć kalkulatora obliczeń rurociągów hydraulicznych.

Czy masz szczęście, że tuż obok domu wywiercono studnię? Niesamowity! Teraz możesz zaopatrzyć siebie i swój dom lub domek w czystą wodę, która nie będzie zależna od centralnego zaopatrzenia w wodę. A to oznacza brak sezonowych przerw w dostawie wody i brak biegania z wiadrami i umywalkami. Wystarczy zamontować pompę i gotowe! W tym artykule Ci pomożemy obliczyć stratę ciśnienia wody w rurociągu, a dzięki tym danym możesz bezpiecznie kupić pompę i wreszcie cieszyć się wodą ze studni.

Ze szkolnych lekcji fizyki wiadomo, że woda przepływająca rurami i tak napotyka opór. Wielkość tego oporu zależy od prędkości przepływu, średnicy rury i gładkości jej wewnętrznej powierzchni. Im niższa prędkość przepływu oraz im większa średnica i gładkość rury, tym niższy opór. Gładkość rury zależy od materiału, z jakiego jest wykonany. Rury wykonane z polimerów są gładsze od rur stalowych, nie rdzewieją i co ważne, są tańsze od innych materiałów, bez utraty jakości. Woda będzie napotykać opór nawet w całkowicie poziomej rurze. Jednak im dłuższa sama rura, tym mniejsza będzie utrata ciśnienia. No cóż, zacznijmy kalkulować.

Strata ciśnienia na prostych odcinkach rury.

Aby obliczyć straty ciśnienia wody na prostych odcinkach rur, należy skorzystać z gotowej tabeli przedstawionej poniżej. Wartości w tej tabeli dotyczą rur wykonanych z polipropylenu, polietylenu i innych słów rozpoczynających się od „poli” (polimerów). Jeśli zamierzasz instalować rury stalowe, należy pomnożyć wartości podane w tabeli przez współczynnik 1,5.

Dane podano dla 100 metrów rurociągu, straty podano w metrach słupa wody.

Średnica wewnętrzna rury, mm

Jak korzystać ze stołu: Na przykład w poziomym zaopatrzeniu w wodę o średnicy rury 50 mm i natężeniu przepływu 7 m 3 / h straty wyniosą 2,1 metra słupa wody w przypadku rury polimerowej i 3,15 (2,1 * 1,5) w przypadku rury stalowej rura. Jak widać, wszystko jest dość proste i jasne.

Straty ciśnienia spowodowane lokalnymi oporami.

Niestety rury są absolutnie proste tylko w bajkach. W prawdziwym życiu zawsze istnieją różne kolana, amortyzatory i zawory, których nie można zignorować przy obliczaniu strat ciśnienia wody w rurociągu. W tabeli przedstawiono wartości strat ciśnienia w najczęściej spotykanych oporach lokalnych: kolanie 90 stopni, kolanie zaokrąglonym i zaworze.

Straty podaje się w centymetrach wody na jednostkę lokalnego oporu.

Aby określić v - natężenie przepływu konieczne jest podzielenie Q - przepływu wody (w m 3 / s) przez S - pole przekroju poprzecznego (w m 2).

Te. przy średnicy rury 50 mm (π * R 2 = 3,14 * (50/2) 2 = 1962,5 mm 2 ; S = 1962,5/1 000 000 = 0,0019625 m 2) i przepływie wody 7 m 3 /h (Q=7 /3600=0,00194 m 3 /s) natężenie przepływu

Jak widać z powyższych danych, strata ciśnienia przy lokalnych oporach całkiem nieznaczne. Główne straty nadal występują na poziomych odcinkach rur, dlatego aby je zmniejszyć, należy dokładnie rozważyć wybór materiału rury i jej średnicę. Przypomnijmy, że aby zminimalizować straty należy wybierać rury wykonane z polimerów o maksymalnej średnicy i gładkości wewnętrznej powierzchni samej rury.

Obliczanie i dobór rurociągów. Optymalna średnica rurociągu

Rurociągi do transportu różnych cieczy stanowią integralną część jednostek i instalacji, w których realizowane są procesy robocze związane z różnymi obszarami zastosowań. Przy wyborze rur i ich konfiguracji wielka wartość ma koszt zarówno samych rur, jak i armatura rurociągowa. Ostateczny koszt tłoczenie medium rurociągiem w dużej mierze zależy od wymiarów rur (średnica i długość). Obliczanie tych wartości odbywa się za pomocą specjalnie opracowanych wzorów specyficznych dla niektórych rodzajów operacji.

Rura to wydrążony cylinder wykonany z metalu, drewna lub innego materiału, służący do transportu mediów ciekłych, gazowych i ziarnistych. Transportowanym medium może być woda, gaz ziemny, para wodna, produkty naftowe itp. Rury są używane wszędzie, od różnych gałęzi przemysłu po użytku domowego.

Do produkcji rur najbardziej różne materiały, takie jak stal, żeliwo, miedź, cement, tworzywa sztuczne, takie jak tworzywo ABS, polichlorek winylu, chlorowany polichlorek winylu, polibuten, polietylen itp.

Głównymi wskaźnikami wymiarowymi rury są jej średnica (zewnętrzna, wewnętrzna itp.) I grubość ścianki mierzona w milimetrach lub calach. Stosowana jest również wartość taka jak średnica nominalna lub otwór nominalny - wartość nominalna średnicy wewnętrznej rury, mierzona również w milimetrach (oznaczana jako DN) lub calach (oznaczana jako DN). Wartości średnic nominalnych są ustandaryzowane i stanowią główne kryterium przy doborze rur i złączek.

Zgodność między wartościami średnicy nominalnej w mm i calach:

Rura o przekroju kołowym jest preferowana w porównaniu z innymi przekrojami geometrycznymi z wielu powodów:

• Okrąg ma minimalny stosunek obwodu do powierzchni, a po nałożeniu na rurę oznacza to, że przy równej przepustowości zużycie materiału na rury jest okrągły kształt będzie minimalny w porównaniu do rur o innych kształtach. Oznacza to również minimalne możliwe koszty izolacji i powłoka ochronna;
• Z hydrodynamicznego punktu widzenia najkorzystniejszy jest przekrój kołowy do przemieszczania ośrodka ciekłego lub gazowego. Ponadto, ze względu na minimalną możliwą powierzchnię wewnętrzną rury na jednostkę jej długości, tarcie pomiędzy poruszającym się medium a rurą jest zminimalizowane.
• Okrągły kształt jest najbardziej odporny na naciski wewnętrzne i zewnętrzne;
• Proces wytwarzania rur okrągłych jest dość prosty i łatwy do wdrożenia.

Rury mogą znacznie różnić się średnicą i konfiguracją w zależności od ich przeznaczenia i zastosowania. Zatem główne rurociągi do transportu wody lub produktów naftowych mogą przy dość prostej konfiguracji osiągnąć prawie pół metra średnicy, a wężownice grzewcze, które są również rurami, mają małą średnicę złożony kształt z wieloma zakrętami.

Nie można sobie wyobrazić żadnej branży bez sieci rurociągów. Obliczenia każdej takiej sieci obejmują wybór materiału rury, sporządzenie specyfikacji zawierającej dane dotyczące grubości, rozmiaru rur, trasy itp. Surowce, półprodukty i/lub gotowy produkt przechodzą przez etapy produkcyjne, przemieszczając się pomiędzy różnymi urządzeniami i instalacjami, które połączone są za pomocą rurociągów i armatury. Prawidłowe obliczenie, dobór i montaż systemu rurociągów są niezbędne do niezawodnej realizacji całego procesu, zapewnienia bezpiecznego pompowania mediów, a także do uszczelnienia instalacji i zapobiegania wyciekom tłoczonej substancji do atmosfery.

Nie ma jednego wzoru ani reguły, którą można zastosować przy wyborze rurociągu dla każdego możliwego zastosowania i środowiska operacyjnego. W każdym oddzielny obszar Podczas korzystania z rurociągów istnieje wiele czynników, które wymagają rozważenia i mogą mieć znaczący wpływ na wymagania dotyczące rurociągu. Na przykład podczas pracy z osadem rurociąg duży rozmiar nie tylko zwiększy koszty instalacji, ale także spowoduje trudności operacyjne.

Zazwyczaj rury dobiera się po optymalizacji kosztów materiałów i eksploatacji. Im większa średnica rurociągu, czyli im wyższa inwestycja początkowa, tym niższy będzie spadek ciśnienia, a co za tym idzie, niższe koszty eksploatacji. I odwrotnie, mały rozmiar rurociągu obniży pierwotne koszty samych rur i złączek, ale wzrost prędkości pociągnie za sobą wzrost strat, co doprowadzi do konieczności wydatkowania dodatkowej energii na pompowanie medium. Ograniczenia prędkości ustalone dla różnych zastosowań opierają się na optymalnych warunkach projektowych. Wymiary rurociągów oblicza się na podstawie tych norm, biorąc pod uwagę obszary zastosowań.

Projekt rurociągu

Przy projektowaniu rurociągów za podstawę przyjmuje się następujące podstawowe parametry projektowe:

• wymagana wydajność;
• punkty wejścia i wyjścia z rurociągu;
• skład ośrodka, w tym lepkość i ciężar właściwy;
• warunki topograficzne trasy rurociągu;
• maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze;
• obliczenia hydrauliczne;
• średnica rurociągu, grubość ścianki, granica plastyczności materiału ściany na rozciąganie;
• ilość przepompownie, odległość między nimi i pobór mocy.

Niezawodność rurociągu

Niezawodność w projektowaniu rurociągów zapewnia się poprzez przestrzeganie odpowiednich norm projektowych. Kluczowym czynnikiem zapewniającym bezpieczeństwo jest także szkolenie personelu długoterminowy obsługę rurociągu oraz jego szczelność i niezawodność. Ciągłe lub okresowe monitorowanie pracy rurociągów można prowadzić poprzez systemy monitorowania, rozliczania, sterowania, regulacji i automatyki, osobiste urządzenia monitorujące produkcję i urządzenia zabezpieczające.

Dodatkowa powłoka rurociągu

Na zewnątrz większości rur nakładana jest powłoka odporna na korozję, aby zapobiec szkodliwym skutkom korozji środowisko zewnętrzne. W przypadku pompowania środowiska korozyjne można nałożyć również powłokę ochronną powierzchnia wewnętrzna kobza Wszystkie nowe rury przeznaczone do transportu cieczy niebezpiecznych przed oddaniem do użytku poddawane są kontroli pod kątem uszkodzeń i nieszczelności.

Podstawowe zasady obliczania przepływu w rurociągu

Charakter przepływu medium w rurociągu i podczas opływania przeszkód może się znacznie różnić w zależności od cieczy. Jednym z ważnych wskaźników jest lepkość medium, charakteryzująca się takim parametrem jak współczynnik lepkości. Irlandzki inżynier-fizyk Osborne Reynolds przeprowadził w 1880 roku serię eksperymentów, na podstawie wyników których udało mu się wyprowadzić bezwymiarową wielkość charakteryzującą naturę przepływu lepkiego płynu, zwaną kryterium Reynoldsa i oznaczoną Re.

v - prędkość przepływu;

L jest charakterystyczną długością elementu przepływowego;

μ – współczynnik lepkości dynamicznej.

Oznacza to, że kryterium Reynoldsa charakteryzuje stosunek sił bezwładności do sił tarcia lepkiego w przepływie płynu. Zmiana wartości tego kryterium odzwierciedla zmianę stosunku tego rodzaju sił, co z kolei wpływa na charakter przepływu płynu. W związku z tym zwyczajowo rozróżnia się trzy tryby przepływu w zależności od wartości kryterium Reynoldsa. w Re<2300 наблюдается так называемый ламинарный поток, при котором жидкость движется тонкими слоями, почти не смешивающимися друг с другом, при этом наблюдается постепенное увеличение скорости потока по направлению от стенок трубы к ее центру. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к дестабилизации такой структуры потока, и значениям 23004000 obserwuje się już reżim stabilny, charakteryzujący się losową zmianą prędkości i kierunku przepływu w każdym pojedynczym punkcie, co w sumie wyrównuje natężenia przepływu w całej objętości. Reżim ten nazywa się burzliwym. Liczba Reynoldsa zależy od ciśnienia zadanego przez pompę, lepkości medium w temperaturze roboczej, a także od wielkości i kształtu przekroju rury, przez którą przepływa strumień.

Kryterium Reynoldsa jest kryterium podobieństwa przepływu lepkiego płynu. Oznacza to, że za jego pomocą można symulować rzeczywisty proces w zmniejszonym rozmiarze, wygodnym do nauki. Jest to niezwykle ważne, ponieważ często niezwykle trudne, a czasem nawet niemożliwe, jest badanie natury przepływów płynów w rzeczywistych urządzeniach ze względu na ich duże rozmiary.

Obliczenia rurociągu. Obliczanie średnicy rurociągu

Jeżeli rurociąg nie jest izolowany termicznie, to znaczy możliwa jest wymiana ciepła pomiędzy przemieszczanym płynem a otoczeniem, wówczas charakter przepływu w nim może zmieniać się nawet przy stałej prędkości (przepływ). Jest to możliwe, jeżeli tłoczone medium na wlocie ma odpowiednio wysoką temperaturę i przepływa w sposób turbulentny. Na długości rury temperatura transportowanego medium będzie spadać na skutek strat ciepła do otoczenia, co może prowadzić do zmiany reżimu przepływu na laminarny lub przejściowy. Temperaturę, w której następuje zmiana reżimu, nazywa się temperaturą krytyczną. Wartość lepkości cieczy zależy bezpośrednio od temperatury, dlatego w takich przypadkach stosuje się parametr taki jak lepkość krytyczna, odpowiadający punktowi zmiany reżimu przepływu przy wartości krytycznej kryterium Reynoldsa:

ν cr – krytyczna lepkość kinematyczna;

Re cr – wartość krytyczna kryterium Reynoldsa;

D – średnica rury;

v – prędkość przepływu;

Innym ważnym czynnikiem jest tarcie występujące pomiędzy ściankami rury a poruszającym się przepływem. W tym przypadku współczynnik tarcia w dużej mierze zależy od chropowatości ścianek rury. Zależność współczynnika tarcia, kryterium Reynoldsa i chropowatości ustala wykres Moody'ego, który pozwala wyznaczyć jeden z parametrów znając dwa pozostałe.

Do obliczenia współczynnika tarcia przepływu turbulentnego stosuje się również wzór Colebrooka-White'a. Na podstawie tego wzoru można skonstruować wykresy, z których wyznaczany jest współczynnik tarcia.

k – współczynnik chropowatości rury;

Istnieją również inne wzory na przybliżone obliczanie strat tarcia podczas przepływu cieczy pod ciśnieniem w rurach. Jednym z najczęściej stosowanych równań w tym przypadku jest równanie Darcy’ego-Weisbacha. Opiera się na danych empirycznych i jest stosowany głównie w modelowaniu systemów. Straty na tarciu są funkcją prędkości płynu i oporu rury na ruch płynu, wyrażoną wartością chropowatości ścian rurociągu.

L – długość odcinka rury;

d – średnica rury;

v – prędkość przepływu;

Stratę ciśnienia wody na skutek tarcia oblicza się za pomocą wzoru Hazena-Williamsa.

L – długość odcinka rury;

C – współczynnik chropowatości Heisena-Williamsa;

D – średnica rury.

Ciśnienie robocze rurociągu to najwyższe nadciśnienie, które zapewnia określony tryb pracy rurociągu. Decyzję o wielkości rurociągu i liczbie przepompowni podejmuje się zwykle na podstawie ciśnienia roboczego rurociągu, wydajności pompy i kosztów. Maksymalne i minimalne ciśnienie w rurociągu oraz właściwości czynnika roboczego decydują o odległości pomiędzy przepompowniami i wymaganej mocy.

Ciśnienie nominalne PN to wartość nominalna odpowiadająca maksymalnemu ciśnieniu czynnika roboczego w temperaturze 20°C, przy którym możliwa jest długotrwała praca rurociągu o podanych wymiarach.

Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się nośność rury, a co za tym idzie dopuszczalne nadciśnienie. Wartość pe,zul pokazuje maksymalne ciśnienie (gp) w instalacji rurowej wraz ze wzrostem temperatury roboczej.

Wykres dopuszczalnego nadciśnienia:

Obliczanie spadku ciśnienia w rurociągu

Spadek ciśnienia w rurociągu oblicza się ze wzoru:

Δp – spadek ciśnienia na przekroju rury;

L – długość odcinka rury;

d – średnica rury;

ρ – gęstość pompowanego medium;

v – prędkość przepływu.

Transportowane media robocze

Najczęściej rury służą do transportu wody, ale można nimi również transportować osady, zawiesiny, parę wodną itp. W przemyśle naftowym rurociągi służą do transportu szerokiej gamy węglowodorów i ich mieszanin, które znacznie różnią się właściwościami chemicznymi i fizycznymi. Ropę naftową można transportować na większe odległości ze złóż lądowych lub platform wiertniczych na morzu do terminali, punktów pośrednich i rafinerii.

Rurociągi przesyłają również:

• produkty naftowe takie jak benzyna, paliwo lotnicze, nafta, olej napędowy, olej opałowy itp.;
• surowce petrochemiczne: benzen, styren, propylen itp.;
• węglowodory aromatyczne: ksylen, toluen, kumen itp.;
• skroplone paliwa naftowe, takie jak skroplony gaz ziemny, skroplony gaz ropopochodny, propan (gazy o standardowej temperaturze i ciśnieniu, ale skroplone pod ciśnieniem);
• dwutlenek węgla, ciekły amoniak (transportowany w postaci cieczy pod ciśnieniem);
• bitumy i paliwa lepkie są zbyt lepkie, aby można je było transportować rurociągami, dlatego frakcje destylowane ropy naftowej wykorzystuje się do rozcieńczenia tych surowców i uzyskania mieszaniny, którą można transportować rurociągiem;
• wodór (na małe odległości).

Jakość transportowanego medium

Właściwości fizyczne i parametry transportowanych mediów w dużej mierze determinują parametry projektowe i eksploatacyjne rurociągu. Ciężar właściwy, ściśliwość, temperatura, lepkość, temperatura krzepnięcia i ciśnienie pary to główne parametry środowiska pracy, które należy wziąć pod uwagę.

Ciężar właściwy cieczy to jej ciężar na jednostkę objętości. Wiele gazów transportowanych jest rurociągami pod podwyższonym ciśnieniem, a po osiągnięciu określonego ciśnienia niektóre gazy można nawet skroplić. Dlatego stopień kompresji medium jest parametrem krytycznym przy projektowaniu rurociągów i określaniu przepustowości.

Temperatura ma pośredni i bezpośredni wpływ na wydajność rurociągu. Wyraża się to tym, że ciecz zwiększa swoją objętość wraz ze wzrostem temperatury, pod warunkiem, że ciśnienie pozostaje stałe. Niższe temperatury mogą również mieć wpływ zarówno na wydajność, jak i ogólną wydajność systemu. Zwykle, gdy temperatura płynu spada, towarzyszy temu wzrost jego lepkości, co powoduje powstanie dodatkowego oporu tarcia na wewnętrznej ściance rury, co wymaga większej energii do przepompowania tej samej ilości płynu. Media bardzo lepkie są wrażliwe na zmiany temperatur pracy. Lepkość jest oporem przepływu medium i jest mierzona w centistokesach cSt. Lepkość determinuje nie tylko wybór pompy, ale także odległość pomiędzy przepompowniami.

Gdy tylko temperatura płynu spadnie poniżej temperatury krzepnięcia, działanie rurociągu staje się niemożliwe i podejmuje się kilka opcji przywrócenia jego działania:

• ogrzewanie medium lub rur izolacyjnych w celu utrzymania temperatury roboczej medium powyżej jego punktu płynnego;
• zmiana składu chemicznego medium przed wejściem do rurociągu;
• rozcieńczenie transportowanego medium wodą.

Rodzaje głównych rur

Rury główne wykonywane są jako spawane lub bez szwu. Rury stalowe bez szwu produkowane są bez spoin wzdłużnych w kształtownikach stalowych poddawanych obróbce cieplnej w celu uzyskania pożądanego rozmiaru i właściwości. Rury spawane produkowane są w kilku procesach produkcyjnych. Obydwa typy różnią się między sobą liczbą szwów wzdłużnych w rurze oraz rodzajem użytego sprzętu spawalniczego. Spawana rura stalowa jest najczęściej stosowanym typem w zastosowaniach petrochemicznych.

Każdy odcinek rury jest zespawany ze sobą, tworząc rurociąg. Również w głównych rurociągach, w zależności od zastosowania, stosuje się rury wykonane z włókna szklanego, różnych tworzyw sztucznych, cementu azbestowego itp.

Do łączenia prostych odcinków rur, a także do przejść pomiędzy odcinkami rurociągów o różnych średnicach stosuje się specjalnie produkowane elementy łączące (kolana, kolana, zawory).

Do montażu poszczególnych części rurociągów i kształtek służą specjalne przyłącza.

Spawane - połączenie trwałe, stosowane dla wszystkich ciśnień i temperatur;

Kołnierz – złącze rozłączne stosowane przy wysokich ciśnieniach i temperaturach;

Gwintowane – połączenie rozłączne stosowane przy średnich ciśnieniach i temperaturach;

Sprzęgło to rozłączne połączenie stosowane przy niskich ciśnieniach i temperaturach.

Zmienność owalności i grubości rur bez szwu nie powinna być większa niż dopuszczalne odchylenie średnicy i grubości ścianki.

Rozszerzalność temperaturowa rurociągu

W przypadku rurociągu pod ciśnieniem cała jego powierzchnia wewnętrzna poddawana jest równomiernie rozłożonemu obciążeniu, co powoduje powstawanie wzdłużnych sił wewnętrznych w rurze oraz dodatkowe obciążenia na podporach końcowych. Wahania temperatury wpływają również na rurociąg, powodując zmiany jego wymiarów. Siły działające w nieruchomym rurociągu podczas wahań temperatury mogą przekroczyć dopuszczalną wartość i doprowadzić do nadmiernych naprężeń, które są niebezpieczne dla wytrzymałości rurociągu zarówno w materiale rury, jak i w połączeniach kołnierzowych. Wahania temperatury tłoczonego medium powodują również naprężenia temperaturowe w rurociągu, które mogą przenosić się na armaturę, przepompownię itp. Może to prowadzić do rozszczelnienia złączy rurociągu, awarii armatury lub innych elementów.

Obliczanie wymiarów rurociągów przy zmianach temperatury

Obliczanie zmian wymiarów liniowych rurociągu przy zmianach temperatury odbywa się za pomocą wzoru:

a – współczynnik rozszerzalności cieplnej, mm/(m°C) (patrz tabela poniżej);

L – długość rurociągu (odległość pomiędzy stałymi podporami), m;

Δt – różnica pomiędzy max. i min. temperatura pompowanego medium, °C.

Tabela rozszerzalności liniowej rur wykonanych z różnych materiałów

Podane liczby reprezentują wartości średnie dla wymienionych materiałów i przy obliczaniu rurociągu wykonanego z innych materiałów nie należy przyjmować danych z tej tabeli jako podstawy. Przy obliczaniu rurociągu zaleca się stosowanie współczynnika wydłużenia liniowego wskazanego przez producenta rury w załączonej specyfikacji technicznej lub karcie katalogowej.

Wydłużenie termiczne rurociągów eliminuje się zarówno poprzez zastosowanie specjalnych odcinków kompensacyjnych rurociągu, jak i za pomocą kompensatorów, które mogą składać się z części elastycznych lub ruchomych.

Sekcje kompensacyjne składają się z elastycznych prostych części rurociągu, ustawionych prostopadle do siebie i zabezpieczonych kolankami. Podczas wydłużania termicznego wzrost jednej części jest kompensowany przez odkształcenie zginające drugiej części w płaszczyźnie lub przez odkształcenie zginające i skręcające w przestrzeni. Jeżeli sam rurociąg kompensuje rozszerzalność cieplną, nazywa się to samokompensacją.

Kompensacja następuje również dzięki elastycznym zagięciom. Część wydłużenia jest kompensowana przez elastyczność zakrętów, druga część jest eliminowana ze względu na elastyczne właściwości materiału obszaru znajdującego się za zakrętem. Kompensatory instaluje się tam, gdzie nie ma możliwości zastosowania odcinków kompensacyjnych lub gdy samokompensacja rurociągu jest niewystarczająca.

Zgodnie z ich konstrukcją i zasadą działania kompensatory są czterech typów: w kształcie litery U, soczewkowe, faliste, dławnicowe. W praktyce często stosuje się dylatacje płaskie w kształcie litery L, Z lub U. W przypadku kompensatorów przestrzennych reprezentują one zazwyczaj 2 płaskie, wzajemnie prostopadłe przekroje i posiadają jedno wspólne ramię. Kompensatory elastyczne wykonuje się z rur lub elastycznych podkładek lub mieszków.

Określenie optymalnej wielkości średnicy rurociągu

Optymalna średnica rurociągu można znaleźć na podstawie obliczeń techniczno-ekonomicznych. Wymiary rurociągu, w tym wielkość i funkcjonalność poszczególnych elementów, a także warunki, w jakich rurociąg musi być eksploatowany, determinują zdolność transportową systemu. Większe rozmiary rur są odpowiednie dla większych przepływów masowych, pod warunkiem, że inne elementy systemu zostaną odpowiednio dobrane i zwymiarowane dla tych warunków. Zazwyczaj im dłuższy jest odcinek głównego rurociągu pomiędzy przepompowniami, tym większy jest wymagany spadek ciśnienia w rurociągu. Ponadto zmiany właściwości fizycznych pompowanego medium (lepkość itp.) mogą również mieć duży wpływ na ciśnienie w rurociągu.

Optymalny rozmiar to najmniejszy odpowiedni rozmiar rury dla konkretnego zastosowania, który jest opłacalny w całym okresie eksploatacji systemu.

Wzór do obliczania wydajności rury:

Q – natężenie przepływu tłoczonej cieczy;

d – średnica rurociągu;

v – prędkość przepływu.

W praktyce do obliczenia optymalnej średnicy rurociągu wykorzystuje się wartości optymalnych prędkości pompowanego medium, zaczerpnięte z materiałów referencyjnych opracowanych na podstawie danych eksperymentalnych:

Stąd otrzymujemy wzór na obliczenie optymalnej średnicy rury:

Q – zadany przepływ tłoczonej cieczy;

d – optymalna średnica rurociągu;

v – optymalne natężenie przepływu.

Przy dużych przepływach zwykle stosuje się rury o mniejszej średnicy, co oznacza obniżone koszty zakupu rurociągu, jego konserwacji i montażu (oznaczone K 1). Wraz ze wzrostem prędkości wzrasta strata ciśnienia spowodowana tarciem i lokalnym oporem, co prowadzi do wzrostu kosztu pompowania cieczy (oznaczonego przez K 2).

W przypadku rurociągów o dużych średnicach koszty K 1 będą wyższe, a koszty eksploatacyjne K 2 niższe. Jeśli dodamy wartości K 1 i K 2, otrzymamy całkowite koszty minimalne K i optymalną średnicę rurociągu. Koszty K 1 i K 2 w tym przypadku podane są w tym samym okresie.

Obliczanie (wzór) kosztów inwestycyjnych rurociągu

m – masa rurociągu, t;

KM – współczynnik zwiększający koszt prac instalacyjnych, np. 1,8;

n – żywotność, lata.

Wskazane koszty eksploatacyjne związane ze zużyciem energii to:

n DN – liczba dni roboczych w roku;

S E – koszt za kWh energii, rub/kW * godz.

Wzory do wyznaczania wymiarów rurociągów

Przykład ogólnych wzorów określania wymiarów rur bez uwzględnienia ewentualnych dodatkowych czynników oddziaływania, takich jak erozja, zawiesiny stałe itp.:

d – średnica wewnętrzna rury;

hf – utrata ciśnienia na skutek tarcia;

L – długość rurociągu, stopy;

f – współczynnik tarcia;

V – prędkość przepływu.

T – temperatura, K

P – ciśnienie lb/in² (abs);

n – współczynnik chropowatości;

v – prędkość przepływu;

L – długość lub średnica rury.

Vg – objętość właściwa pary nasyconej;

x – jakość pary;

Optymalne natężenia przepływu dla różnych systemów rurociągów

Optymalny rozmiar rury dobierany jest na podstawie minimalnego kosztu przepompowania medium rurociągiem oraz kosztu rur. Należy jednak wziąć pod uwagę również ograniczenia prędkości. Czasami rozmiar rurociągu musi odpowiadać wymaganiom procesu. Często również rozmiar rurociągu jest powiązany ze spadkiem ciśnienia. We wstępnych obliczeniach projektowych, gdzie nie uwzględnia się strat ciśnienia, o wielkości rurociągu technologicznego decyduje dopuszczalna prędkość.

Jeżeli nastąpi zmiana kierunku przepływu w rurociągu, prowadzi to do znacznego wzrostu lokalnych ciśnień na powierzchni prostopadle do kierunku przepływu. Ten typ wzrostu jest funkcją prędkości płynu, gęstości i ciśnienia początkowego. Ponieważ prędkość jest odwrotnie proporcjonalna do średnicy, płyny przepływające z dużą prędkością wymagają szczególnej uwagi przy wyborze rozmiaru i konfiguracji rurociągu. Optymalny rozmiar rury, np. dla kwasu siarkowego, ogranicza prędkość medium do wartości, przy której nie jest dozwolona erozja ścianek kolanek rury, zapobiegając w ten sposób uszkodzeniu konstrukcji rury.

Grawitacyjny przepływ płynu

Obliczanie wymiarów rurociągu w przypadku przepływu grawitacyjnego jest dość skomplikowane. Charakter ruchu przy tej formie przepływu w rurze może być jednofazowy (pełna rura) i dwufazowy (częściowe wypełnienie). Przepływ dwufazowy powstaje, gdy w rurze znajdują się jednocześnie ciecz i gaz.

W zależności od stosunku cieczy do gazu, a także ich prędkości, reżim przepływu dwufazowego może zmieniać się od musującego do rozproszonego.

Siłę napędową cieczy poruszającej się grawitacyjnie zapewnia różnica wysokości punktu początkowego i końcowego, a warunkiem wstępnym jest to, aby punkt początkowy znajdował się nad punktem końcowym. Innymi słowy, różnica wysokości określa różnicę energii potencjalnej cieczy w tych pozycjach. Parametr ten jest również brany pod uwagę przy wyborze rurociągu. Ponadto na wielkość siły napędowej wpływają wartości ciśnienia w punktach początkowym i końcowym. Wzrost spadku ciśnienia pociąga za sobą wzrost natężenia przepływu płynu, co z kolei umożliwia dobór rurociągu o mniejszej średnicy i odwrotnie.

Jeśli punkt końcowy jest podłączony do układu ciśnieniowego, takiego jak kolumna destylacyjna, konieczne jest odjęcie ciśnienia równoważnego od istniejącej różnicy wysokości w celu oszacowania rzeczywistej wytworzonej efektywnej różnicy ciśnień. Ponadto, jeśli w punkcie początkowym rurociągu panuje próżnia, przy wyborze rurociągu należy również wziąć pod uwagę jej wpływ na całkowitą różnicę ciśnień. Ostateczny dobór rur odbywa się na podstawie różnicy ciśnień, biorąc pod uwagę wszystkie powyższe czynniki i nie opiera się wyłącznie na różnicy wysokości między punktem początkowym i końcowym.

Przepływ gorącego płynu

Zakłady przetwórcze zazwyczaj borykają się z różnymi wyzwaniami podczas obsługi gorących lub wrzących mediów. Główną przyczyną jest odparowanie części strumienia gorącej cieczy, czyli przemiana fazowa cieczy w parę wewnątrz rurociągu lub urządzenia. Typowym przykładem jest zjawisko kawitacji pompy odśrodkowej, któremu towarzyszy punktowe wrzenie cieczy, a następnie powstawanie pęcherzyków pary (kawitacja parowa) lub uwalnianie rozpuszczonych gazów do pęcherzyków (kawitacja gazowa).

Większe rurociągi są preferowane ze względu na zmniejszone natężenie przepływu w porównaniu z mniejszymi rurociągami przy stałym przepływie, co skutkuje wyższym NPSH na linii ssawnej pompy. Przyczyną kawitacji na skutek utraty ciśnienia mogą być także punkty nagłej zmiany kierunku przepływu lub zmniejszenia rozmiaru rurociągu. Powstała mieszanina parowo-gazowa stwarza przeszkodę w przepływie i może spowodować uszkodzenie rurociągu, co sprawia, że ​​zjawisko kawitacji podczas eksploatacji rurociągu jest wyjątkowo niepożądane.

Rurociąg obejściowy dla sprzętu/instrumentów

Urządzenia i urządzenia, szczególnie te, które mogą powodować znaczne spadki ciśnienia, czyli wymienniki ciepła, zawory regulacyjne itp., wyposażane są w rurociągi obejściowe (aby proces nie był przerywany nawet podczas prac obsługi technicznej). Rurociągi takie zazwyczaj posiadają 2 zawory odcinające zamontowane w ciągu instalacyjnym oraz zawór regulujący przepływ równolegle do tej instalacji.

Podczas normalnej pracy przepływ płynu przechodzący przez główne elementy aparatu ulega dodatkowemu spadkowi ciśnienia. W związku z tym obliczane jest ciśnienie tłoczenia wytworzone przez podłączony sprzęt, taki jak pompa odśrodkowa. Pompę dobiera się na podstawie całkowitego spadku ciśnienia w instalacji. Podczas ruchu rurociągiem obejściowym nie występuje ten dodatkowy spadek ciśnienia, natomiast pracująca pompa zapewnia przepływ o tej samej sile, zgodnie ze swoją charakterystyką pracy. Aby uniknąć różnic w charakterystyce przepływu pomiędzy aparatem a przewodem obejściowym, zaleca się zastosowanie mniejszego przewodu obejściowego z zaworem regulacyjnym w celu wytworzenia ciśnienia odpowiadającego instalacji głównej.

Linia pobierania próbek

Zwykle nie duża liczba Próbkę cieczy pobiera się do analizy w celu określenia jej składu. Pobieranie próbek można wykonać na każdym etapie procesu w celu określenia składu surowca, półproduktu, produktu gotowego lub po prostu transportowanej substancji, takiej jak ścieki, chłodziwo itp. Rozmiar odcinka rurociągu, z którego pobierane jest próbkowanie, zazwyczaj zależy od rodzaju analizowanego płynu i lokalizacji punktu pobierania próbek.

Na przykład w przypadku gazów pracujących pod wysokim ciśnieniem do pobrania wymaganej liczby próbek wystarczą małe rurociągi z zaworami. Zwiększenie średnicy linii próbkowania zmniejszy proporcję mediów pobieranych do analizy, ale takie pobieranie próbek staje się trudniejsze do kontrolowania. Jednakże mała linia pobierania próbek nie nadaje się dobrze do analizy różnych zawiesin, w których cząstki stałe mogą zatykać ścieżkę przepływu. Zatem wielkość linii próbkowania do analizy zawiesiny zależy w dużej mierze od wielkości cząstek stałych i właściwości ośrodka. Podobne wnioski dotyczą lepkich cieczy.

Przy wyborze rozmiaru rurociągu próbkującego zwykle bierze się pod uwagę:

• charakterystyka cieczy przeznaczonej do pobierania próbek;
• utrata środowiska pracy podczas selekcji;
• wymogi bezpieczeństwa podczas selekcji;
• łatwość obsługi;
• lokalizacja punktu poboru próbek.

Cyrkulacja chłodziwa

W przypadku przewodów z obiegiem chłodziwa preferowane są duże prędkości. Dzieje się tak głównie dlatego, że chłodziwo w wieży chłodniczej jest wystawione na działanie promieni słonecznych, co stwarza warunki do tworzenia się warstwy glonów. Część tej objętości zawierającej glony przedostaje się do krążącego chłodziwa. Przy niskim przepływie glony zaczynają rosnąć w rurociągach, co po pewnym czasie utrudnia cyrkulację chłodziwa lub przedostawanie się do wymiennika ciepła. W takim przypadku zaleca się wysoki stopień cyrkulacji, aby uniknąć tworzenia się zatorów w rurociągu przez glony. Zwykle w przemyśle chemicznym stosuje się silnie krążący płyn chłodzący, który wymaga rur o dużych średnicach i długościach do zasilania różnych wymienników ciepła.

Przepełnienie zbiornika

Zbiorniki wyposaża się w rury przelewowe z następujących powodów:

• unikanie utraty płynu (nadmiar płynu trafia do innego zbiornika, zamiast wylewać się z pierwotnego zbiornika);
• zapobieganie wyciekaniu niepożądanych cieczy na zewnątrz zbiornika;
• utrzymywanie poziomu cieczy w zbiornikach.

We wszystkich powyższych przypadkach rury przelewowe są zaprojektowane tak, aby pomieścić maksymalny dopuszczalny przepływ płynu do zbiornika, niezależnie od wyjściowego natężenia przepływu płynu. Pozostałe zasady doboru rur są podobne jak przy doborze rurociągów do cieczy grawitacyjnych, czyli zgodnie z dostępnością dostępnej wysokości pionowej pomiędzy punktem początkowym i końcowym rurociągu przelewowego.

Najwyższy punkt rury przelewowej, będący jednocześnie jej punktem początkowym, znajduje się w miejscu podłączenia do zbiornika (rury przelewowej zbiornika) zwykle prawie na samej górze, a najniższy punkt końcowy może znajdować się w pobliżu rynny spustowej niemal na wysokości ziemia. Jednakże linia przelewowa może kończyć się na większej wysokości. W takim przypadku dostępna różnica ciśnień będzie niższa.

Przepływ osadu

W przypadku górnictwa rudę wydobywa się zazwyczaj z niedostępnych obszarów. W takich miejscach z reguły nie ma połączeń kolejowych ani drogowych. W takich sytuacjach za najwłaściwszy uważa się transport hydrauliczny mediów zawierających cząstki stałe, także w przypadku zakładów przetwórstwa górniczego położonych w wystarczającej odległości. Rurociągi do szlamu są wykorzystywane w różnych zastosowaniach przemysłowych do transportu ciał stałych w postaci rozdrobnionej wraz z cieczami. Rurociągi takie okazały się najbardziej opłacalne w porównaniu z innymi metodami transportu mediów stałych w dużych ilościach. Ponadto ich zalety obejmują wystarczające bezpieczeństwo ze względu na brak kilku rodzajów transportu i przyjazność dla środowiska.

Zawiesiny i mieszaniny zawiesin w cieczach przechowuje się w stanie okresowego mieszania w celu zachowania jednorodności. W przeciwnym razie zachodzi proces separacji, w którym zawieszone cząstki, w zależności od ich właściwości fizycznych, unoszą się na powierzchnię cieczy lub osiadają na dnie. Mieszanie odbywa się za pomocą urządzeń takich jak zbiornik z mieszadłem, natomiast w rurociągach osiąga się to poprzez utrzymywanie warunków przepływu turbulentnego.

Zmniejszanie natężenia przepływu podczas transportu cząstek zawieszonych w cieczy nie jest pożądane, ponieważ proces rozdzielania faz może rozpocząć się w przepływie. Może to prowadzić do zatkania rurociągu i zmian stężenia transportowanej substancji stałej w strumieniu. Intensywne mieszanie objętości przepływu ułatwia reżim przepływu turbulentnego.

Z drugiej strony nadmierne zmniejszenie rozmiaru rurociągu również często prowadzi do zablokowania. Dlatego wybór rozmiaru rurociągu jest ważnym i odpowiedzialnym krokiem, który wymaga wstępnej analizy i obliczeń. Każdy przypadek należy rozpatrywać indywidualnie, ponieważ różne zawiesiny zachowują się inaczej przy różnych prędkościach płynu.

Naprawa rurociągu

W trakcie eksploatacji rurociągu mogą wystąpić w nim różnego rodzaju nieszczelności, wymagające natychmiastowej eliminacji dla utrzymania sprawności systemu. Naprawę głównego rurociągu można przeprowadzić na kilka sposobów. Może to obejmować wymianę całego odcinka rury lub jej niewielkiej części, która przecieka, lub nałożenie łatki na istniejącą rurę. Ale przed wybraniem jakiejkolwiek metody naprawy należy przeprowadzić dokładne badanie przyczyny wycieku. W niektórych przypadkach może być konieczna nie tylko naprawa, ale także zmiana przebiegu rury, aby zapobiec powtarzającym się uszkodzeniom.

Pierwszym etapem prac naprawczych jest określenie lokalizacji odcinka rury wymagającej interwencji. Następnie, w zależności od rodzaju rurociągu, ustala się wykaz niezbędnego sprzętu i środków niezbędnych do usunięcia wycieku, a także zbiera się niezbędne dokumenty i pozwolenia, jeżeli odcinek rury przeznaczony do naprawy znajduje się na terenie innego właściciela . Ponieważ większość rur znajduje się pod ziemią, może zaistnieć konieczność usunięcia części rury. Następnie sprawdza się stan ogólny powłoki rurociągu, po czym część powłoki usuwa się w celu przeprowadzenia prac naprawczych bezpośrednio na rurze. Po naprawie można przeprowadzić różne środki kontrolne: badania ultradźwiękowe, wykrywanie wad kolorów, wykrywanie wad cząstek magnetycznych itp.

Choć niektóre naprawy wymagają całkowitego wyłączenia rurociągu, często wystarczy jedynie chwilowa przerwa w pracach, aby odizolować naprawiany obszar lub przygotować obejście. Jednak w większości przypadków prace naprawcze przeprowadza się po całkowitym odłączeniu rurociągu. Odcięcie odcinka rurociągu można wykonać za pomocą zatyczek lub zaworów odcinających. Następnie instalowany jest niezbędny sprzęt i bezpośrednio przeprowadzane są naprawy. Prace naprawcze przeprowadzane są na uszkodzonym obszarze, wolnym od środowiska i bez ciśnienia. Po zakończeniu naprawy korki są otwierane i przywracana jest integralność rurociągu.

Przykłady problemów z rozwiązaniami obliczeń i doboru rurociągów

Zadanie nr 1. Określenie minimalnej średnicy rurociągu

Stan : schorzenie: W instalacji petrochemicznej paraksylen C 6 H 4 (CH 3) 2 pompowany jest w temperaturze T = 30 ° C z wydajnością Q = 20 m 3 / godzinę wzdłuż odcinka rury stalowej o długości L = 30 m -ksylen ma gęstość ρ = 858 kg/m 3 i lepkość μ = 0,6 cP. Przyjmuje się, że bezwzględna chropowatość ε stali wynosi 50 µm.

Dane początkowe: Q=20 m 3 /godzinę; L=30 m; ρ=858 kg/m 3 ; μ=0,6 cP; ε=50 µm; Δp=0,01 mPa; ΔH=1,188 m.

Zadanie: Określ minimalną średnicę rury, przy której spadek ciśnienia na tym odcinku nie przekroczy Δp=0,01 mPa (ΔH=1,188 m słupa P-ksylenu).

Rozwiązanie: Prędkość przepływu v i średnica rury d są nieznane, dlatego nie można obliczyć ani liczby Reynoldsa Re, ani względnej chropowatości ɛ/d. Należy przyjąć wartość współczynnika tarcia λ i obliczyć odpowiednią wartość d, korzystając z równania straty energii i równania ciągłości. Z wartości d zostanie wówczas obliczona liczba Reynoldsa Re i chropowatość względna ɛ/d. Następnie korzystając z diagramu Moody’ego otrzymamy nową wartość f. Zatem metodą kolejnych iteracji zostanie wyznaczona pożądana wartość średnicy d.

Korzystając z postaci niwelowania ciągłości v=Q/F i wzoru na powierzchnię przepływu F=(π d²)/4, przekształcamy równanie Darcy’ego – Weisbacha w następujący sposób:

Wyraźmy teraz wartość liczby Reynoldsa w postaci średnicy d:

Wykonajmy podobne czynności ze względną szorstkością:

W pierwszym etapie iteracji należy wybrać wartość współczynnika tarcia. Przyjmijmy średnią wartość λ = 0,03. Następnie przeprowadzamy kolejne obliczenia d, Re i ε/d:

d = 0,0238 5 √ (λ) = 0,0118 m

Re = 10120/d = 857627

ε/d = 0,00005/d = 0,00424

Znając te wartości, przeprowadziliśmy operację odwrotną i wyznaczyliśmy z diagramu Moody'ego wartość współczynnika tarcia λ, która będzie równa 0,017. Następnie ponownie znajdziemy d, Re i ε/d, ale dla nowej wartości λ:

d = 0,0238 5 √ λ = 0,0105 m

Re = 10120/d = 963809

ε/d = 0,00005/d = 0,00476

Korzystając ponownie z diagramu Moody'ego, otrzymujemy udoskonaloną wartość λ równą 0,0172. Otrzymana wartość różni się od wcześniej wybranej jedynie o [(0,0172-0,017)/0,0172]·100 = 1,16%, zatem nie ma potrzeby wykonywania nowego etapu iteracji, a znalezione wcześniej wartości są prawidłowe. Wynika z tego, że minimalna średnica rury wynosi 0,0105 m.

Zadanie nr 2. Wybór optymalnego rozwiązania ekonomicznego na podstawie danych wstępnych

Stan : schorzenie: W celu realizacji procesu technologicznego zaproponowano dwie opcje rurociągów o różnych średnicach. Opcja pierwsza polega na zastosowaniu rur o większej średnicy, co oznacza duże koszty inwestycyjne C k1 = 200 000 rubli, jednak roczne koszty będą mniejsze i wyniosą C e1 = 30 000 rubli. W przypadku drugiej opcji wybrano rury o mniejszej średnicy, co zmniejsza koszty inwestycyjne C k2 = 160 000 rubli, ale zwiększa koszt rocznego utrzymania do C e2 = 36 000 rubli. Obie opcje są zaprojektowane na n = 10 lat eksploatacji.

Dane początkowe: C k1 = 200 000 rubli; C e1 = 30 000 rubli; C k2 = 160 000 pocierać; C e2 = 35 000 rubli; n = 10 lat.

Zadanie: Należy określić najbardziej opłacalne rozwiązanie.

Rozwiązanie: Oczywiście druga opcja jest bardziej opłacalna ze względu na niższe koszty kapitału, ale w pierwszym przypadku istnieje korzyść ze względu na niższe koszty operacyjne. Skorzystajmy ze wzoru, aby określić okres zwrotu dodatkowych kosztów kapitałowych wynikających z oszczędności na utrzymaniu:

Wynika z tego, że przy okresie użytkowania do 8 lat korzyść ekonomiczna będzie po stronie drugiej opcji ze względu na niższe koszty kapitału, jednak całkowite koszty całkowite obu projektów będą równe w 8 roku eksploatacji, i wtedy pierwsza opcja będzie bardziej opłacalna.

Ponieważ planuje się eksploatację gazociągu przez 10 lat, należy preferować opcję pierwszą.

Zadanie nr 3. Dobór i obliczenie optymalnej średnicy rurociągu

Stan : schorzenie: Zaprojektowano dwie linie technologiczne, w których krąży nielepka ciecz z natężeniem przepływu Q 1 = 20 m 3 / godzinę i Q 2 = 30 m 3 / godzinę. Aby uprościć montaż i konserwację rurociągów, zdecydowano się zastosować w obu rurociągach rury o tej samej średnicy.

Dane początkowe: Q 1 = 20 m 3 /godzinę; Q 2 = 30 m 3 / godzinę.

Zadanie: Konieczne jest określenie średnicy rury d odpowiedniej dla warunków problemu.

Rozwiązanie: Ponieważ nie określono żadnych dodatkowych wymagań dla rurociągu, głównym kryterium zgodności będzie zdolność pompowania cieczy przy określonych natężeniach przepływu. Skorzystajmy z danych tabelarycznych w celu uzyskania optymalnych prędkości dla nielepkiej cieczy w rurociągu ciśnieniowym. Zakres ten będzie wynosił 1,5 – 3 m/s.

Wynika z tego, że możliwe jest wyznaczenie zakresów średnic optymalnych odpowiadających wartościom prędkości optymalnych dla różnych natężeń przepływu oraz ustalenie obszaru ich przecięcia. Średnice rur w tym obszarze będą oczywiście spełniać wymagania dotyczące zastosowania dla wymienionych przypadków przepływu.

Wyznaczmy zakres optymalnych średnic dla przypadku Q 1 = 20 m 3 /godz., korzystając ze wzoru na przepływ i wyrażając z niego średnicę rury:

Zastąpmy minimalne i maksymalne wartości optymalnej prędkości:

Oznacza to, że dla linii o natężeniu przepływu 20 m 3 / godzinę odpowiednie są rury o średnicy od 49 do 69 mm.

Określmy zakres optymalnych średnic dla przypadku Q 2 = 30 m 3 / godzinę:

W sumie stwierdzamy, że dla pierwszego przypadku zakres optymalnych średnic wynosi 49-69 mm, a dla drugiego 59-84 mm. Przecięcie tych dwóch zakresów da zbiór pożądanych wartości. Stwierdziliśmy, że rury o średnicy od 59 do 69 mm można zastosować w dwóch liniach.

Zadanie nr 4. Określ reżim przepływu wody w rurze

Stan : schorzenie: Biorąc pod uwagę rurociąg o średnicy 0,2 m, którym przepływa woda z szybkością 90 m 3 /godz. Temperatura wody wynosi t = 20 °C, przy której lepkość dynamiczna wynosi 1,10 -3 Pa·s, a gęstość wynosi 998 kg/m3.

Dane początkowe: d = 0,2 m; Q = 90 m 3 /godzinę; μ = 1,10 -3; ρ = 998 kg/m3.

Zadanie: Konieczne jest ustalenie trybu przepływu wody w rurze.

Rozwiązanie: Reżim przepływu można określić na podstawie wartości kryterium Reynoldsa (Re), do obliczenia którego należy najpierw określić prędkość przepływu wody w rurze (v). Wartość v można obliczyć z równania przepływu dla rury okrągłej:

Korzystając ze znalezionej wartości prędkości przepływu, obliczamy dla niej wartość kryterium Reynoldsa:

Wartość krytyczna kryterium Reynoldsa Re cr dla przypadku rur okrągłych wynosi 2300. Uzyskana wartość kryterium jest większa od wartości krytycznej (159680 > 2300), dlatego reżim przepływu jest turbulentny.

Zadanie nr 5. Wyznaczanie wartości kryterium Reynoldsa

Stan : schorzenie: Woda przepływa po pochyłej rynnie o profilu prostokątnym o szerokości w = 500 mm i wysokości h = 300 mm, nie dochodząc do górnej krawędzi rynny a = 50 mm. Zużycie wody w tym przypadku wynosi Q = 200 m 3 /godzinę. Do obliczeń należy przyjąć gęstość wody równą ρ = 1000 kg/m 3 oraz lepkość dynamiczną μ = 1,10 -3 Pa·s.

Dane początkowe: szer = 500 mm; h = 300 mm; l = 5000 mm; a = 50 mm; Q = 200 m 3 /godzinę; ρ = 1000 kg/m 3 ; μ = 1,10 -3 Pa·s.

Zadanie: Wyznacz wartość kryterium Reynoldsa.

Rozwiązanie: Od w w tym przypadku Jeżeli płyn przepływa przez prostokątny kanał zamiast przez okrągłą rurę, to do dalszych obliczeń konieczne jest znalezienie równoważnej średnicy kanału. Generalnie oblicza się to ze wzoru:

Ff – pole przekroju przepływu cieczy;

Oczywiście szerokość przepływu cieczy pokrywa się z szerokością kanału w, natomiast wysokość przepływu cieczy będzie równa h-a mm. W tym przypadku otrzymujemy:

Teraz możliwe staje się określenie zastępczej średnicy przepływu płynu:

Korzystając z wcześniej znalezionych wartości, możliwe staje się wykorzystanie wzoru do obliczenia kryterium Reynoldsa:

Zadanie nr 6. Obliczanie i określanie wielkości strat ciśnienia w rurociągu

Stan : schorzenie: Pompa dostarcza wodę okrągłym rurociągiem, którego konfigurację pokazano na rysunku, do odbiorcy końcowego. Zużycie wody wynosi Q = 7 m 3 /godzinę. Średnica rury wynosi d = 50 mm, a chropowatość bezwzględna Δ = 0,2 mm. Do obliczeń należy przyjąć gęstość wody równą ρ = 1000 kg/m 3 oraz lepkość dynamiczną μ = 1,10 -3 Pa·s.

Dane początkowe: Q = 7 m 3 /godzinę; d = 120 mm; Δ = 0,2 mm; ρ = 1000 kg/m 3 ; μ = 1,10 -3 Pa·s.

Rozwiązanie: Najpierw znajdźmy natężenie przepływu w rurociągu, dla którego skorzystamy ze wzoru na przepływ płynu:

Znaleziona prędkość pozwala wyznaczyć wartość kryterium Reynoldsa dla zadanego przepływu:

Całkowita wielkość straty ciśnienia jest sumą strat tarcia podczas przepływu cieczy przez rurę (H t) i strat ciśnienia w lokalnych oporach (H ms).

Straty na skutek tarcia można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

L – całkowita długość rurociągu;

Znajdźmy wartość ciśnienia prędkości przepływu:

Aby wyznaczyć wartość współczynnika tarcia, należy wybrać właściwy wzór obliczeniowy, który zależy od wartości kryterium Reynoldsa. Aby to zrobić, wartość względnej chropowatości rury znajdujemy za pomocą wzoru:

10/e = 10/0,004 = 2500

Znaleziona wcześniej wartość kryterium Reynoldsa mieści się w przedziale 10/e< Re < 560/e, следовательно, необходимо воспользоваться следующей расчетной формулой:

λ = 0,11·(e+68/Re) 0,25 = 0,11·(0,004+68/50000) 0,25 = 0,03

Teraz możliwe staje się określenie wielkości utraty ciśnienia na skutek tarcia:

Całkowite straty ciśnienia w lokalnych oporach są sumą strat ciśnienia w każdym z lokalnych oporów, którymi w tym zadaniu są dwa zwoje i jeden normalny zawór. Można je obliczyć korzystając ze wzoru:

gdzie ζ jest lokalnym współczynnikiem oporu.

Ponieważ wśród tabelarycznych wartości współczynników ciśnienia nie ma żadnych dla rur o średnicy 50 mm, dlatego aby je określić, konieczne będzie skorzystanie z metody obliczeń przybliżonych. Współczynnik oporu (ζ) dla zwykłego zaworu dla rury o średnicy 40 mm wynosi 4,9, a dla rury o średnicy 80 mm – 4. Wyobraźmy sobie w uproszczeniu, że wartości pośrednie pomiędzy tymi wartościami leżą na linii prostej, czyli ich zmianę opisuje wzór ζ = a d+b, gdzie a i b są współczynnikami równania prostej. Utwórzmy i rozwiążmy układ równań:

Wynikowe równanie wygląda następująco:

W przypadku współczynnika oporu dla kolanka 90° rury o średnicy 50 mm takie przybliżone obliczenia nie są konieczne, gdyż współczynnik 1,1 odpowiada średnicy 50 mm.

Obliczmy całkowite straty w lokalnych rezystancjach:

Zatem całkowita strata ciśnienia będzie wynosić:

Zadanie nr 7. Wyznaczanie zmian oporów hydraulicznych całego rurociągu

Stan : schorzenie: Podczas remontu głównego rurociągu, którym pompowana jest woda z prędkością v 1 = 2 m/s, o średnicy wewnętrznej d 1 = 0,5 m, okazało się, że odcinek rury o długości L = 25 m. ze względu na brak rury umożliwiającej wymianę tej samej średnicy w miejscu uszkodzonego odcinka, zamontowano rurę o średnicy wewnętrznej d 2 = 0,45 m, przy chropowatości bezwzględnej rury o średnicy 0,5 m wynosi Δ 1 = 0,45 mm, a dla rur o średnicy 0,45 m - Δ2 = 0,2 mm. Do obliczeń należy przyjąć gęstość wody równą ρ = 1000 kg/m 3 oraz lepkość dynamiczną μ = 1,10 -3 Pa·s.

Zadanie: Konieczne jest określenie, jak zmieni się opór hydrauliczny całego rurociągu.

Rozwiązanie: Ponieważ pozostała część rurociągu nie została zmieniona, po naprawie nie zmieniła się również wartość jego oporu hydraulicznego, dlatego do rozwiązania problemu wystarczy porównanie oporów hydraulicznych wymienianego i wymienianego odcinka rury.

Obliczmy opór hydrauliczny wymienianego odcinka rury (H 1). Ponieważ nie ma na nim źródeł lokalnego oporu, wystarczy znaleźć wartość strat tarcia (H t1):

λ 1 – współczynnik oporu hydraulicznego wymienianej sekcji;

g – przyspieszenie swobodnego spadania.

Aby znaleźć λ, należy najpierw określić względną chropowatość (e 1) rury i kryterium Reynoldsa (Re 1):

Wybierzmy wzór obliczeniowy dla λ 1:

560/e 1 = 560/0,0009 = 622222

Ponieważ znaleziona wartość Re 1 > 560/e 1, to λ 1 należy wyznaczyć korzystając ze wzoru:

Teraz możliwe staje się znalezienie spadku ciśnienia na wymienionym odcinku rury:

Obliczmy opór hydrauliczny odcinka rury, który zastąpił uszkodzony (H 2). W tym przypadku na odcinku oprócz spadku ciśnienia na skutek tarcia (H t2) powstaje również spadek ciśnienia na skutek lokalnego oporu (H m c2), jakim jest gwałtowne zwężenie rurociągu na wejściu do wymienionego przekroju i ostre rozwinięcie przy wyjściu z niego.

Najpierw określamy wielkość spadku ciśnienia na skutek tarcia w wymienianym odcinku rury. Ponieważ średnica zmniejszyła się, ale natężenie przepływu pozostało takie samo, konieczne jest znalezienie nowej wartości prędkości przepływu v 2. Wymaganą wartość można znaleźć na podstawie równości kosztów obliczonych dla miejsca wymienionego i wymienionego:

Kryterium Reynoldsa dotyczące przepływu wody w zastępowanym odcinku:

Znajdźmy teraz chropowatość względną odcinka rury o średnicy 450 mm i wybierzmy wzór na obliczenie współczynnika tarcia:

560/e2 = 560/0,00044 = 1272727

Otrzymana wartość Re 2 mieści się w przedziale od 10/e 1 do 560/e 1 (22 727< 1 111 500 < 1 272 727), поэтому для расчета λ 2 будет использоваться следующая формула:

Straty ciśnienia w oporach lokalnych będą składać się ze strat na wejściu do wymienianego odcinka (ostre zwężenie kanału) i na wyjściu z niego (ostre poszerzenie kanału). Znajdźmy stosunek powierzchni rury zastępczej do rury oryginalnej:

Korzystając z wartości tabeli, dobieramy lokalne współczynniki oporu: dla ostrego zwężenia ζ рс = 0,1; dla ostrej ekspansji ζ рр = 0,04. Korzystając z tych danych, obliczamy całkowitą stratę ciśnienia w lokalnych oporach:

Wynika z tego, że całkowity spadek ciśnienia w wymienianej sekcji jest równy:

Znając straty ciśnienia w wymienianych i wymienianych odcinkach rur, określamy wielkość zmiany strat:

∆H = 0,317-0,194 = 0,123 m

Stwierdzamy, że po wymianie odcinka rurociągu jego całkowity spadek ciśnienia wzrósł o 0,123 m.

Obliczanie i dobór rurociągów

Rurociągi do transportu różnych cieczy stanowią integralną część jednostek i instalacji, w których realizowane są procesy robocze związane z różnymi obszarami zastosowań. Przy wyborze rur i konfiguracji rurociągów ogromne znaczenie ma zarówno koszt samych rur, jak i armatury rurociągowej. Ostateczny koszt przepompowania czynnika rurociągiem w dużej mierze zależy od wymiarów rur (średnica i długość). Obliczanie tych wartości odbywa się za pomocą specjalnie opracowanych wzorów specyficznych dla niektórych rodzajów operacji

W tej części zastosujemy prawo zachowania energii do przepływu cieczy lub gazu w rurach. Ruch cieczy przez rury jest często spotykany w technologii i życiu codziennym. Rurociągi dostarczają wodę na terenie miasta do domów i miejsc konsumpcji. W samochodach olej do smarowania, paliwo do silników itp. przepływają rurami. W przyrodzie często występuje ruch cieczy przez rury. Dość powiedzieć, że krążenie krwi zwierząt i ludzi to przepływ krwi przez rurki - naczynia krwionośne. W pewnym stopniu przepływ wody w rzekach jest również rodzajem przepływu cieczy przez rury. Koryto rzeki jest rodzajem rury, przez którą przepływa woda.

Jak wiadomo, nieruchoma ciecz w naczyniu, zgodnie z prawem Pascala, przenosi ciśnienie zewnętrzne we wszystkich kierunkach i do wszystkich punktów objętości bez zmiany. Jednakże, gdy płyn przepływa bez tarcia przez rurę, której pole przekroju poprzecznego wynosi różne obszary jest inne, ciśnienie wzdłuż rury nie jest takie samo. Dowiedzmy się, dlaczego ciśnienie w poruszającym się płynie zależy od pola przekroju poprzecznego rury. Ale najpierw spójrzmy na jeden ważna cecha jakikolwiek przepływ płynu.

Załóżmy, że ciecz przepływa przez poziomą rurę, której przekrój wynosi różne miejsca różne, na przykład wzdłuż rury, której część pokazano na rysunku 207.

Gdybyśmy narysowali w myślach kilka odcinków rury, których pola są odpowiednio równe, i zmierzyli ilość cieczy przepływającej przez każdy z nich w określonym czasie, odkrylibyśmy, że przez każdy z nich przepływa ta sama ilość cieczy. sekcja. Oznacza to, że cała ciecz przechodząca przez pierwszą sekcję w tym samym czasie przechodzi przez trzecią sekcję, chociaż jej powierzchnia jest znacznie mniejsza niż pierwsza. Gdyby tak nie było i np. w czasie przez odcinek o powierzchni przeszło mniej cieczy niż przez odcinek o powierzchni, to nadmiar cieczy musiałby się gdzieś zgromadzić. Ale ciecz wypełnia całą rurę i nie ma gdzie się gromadzić.

W jaki sposób ciecz, która przepłynęła przez szeroki odcinek, może „przecisnąć się” przez wąski odcinek w tym samym czasie? Oczywiście, aby tak się stało, przy przechodzeniu wąskich odcinków rury prędkość ruchu musi być większa i dokładnie tyle razy, ile jest mniejsze pole przekroju poprzecznego.

Rzeczywiście, rozważmy pewien odcinek poruszającej się kolumny cieczy, który w początkowym momencie pokrywa się z jednym z odcinków rury (ryc. 208). Z biegiem czasu obszar ten przesunie się na odległość równą prędkości przepływu płynu. Objętość V cieczy przepływającej przez odcinek rury jest równa iloczynowi pola tego odcinka i długości

Objętość przepływu cieczy w jednostce czasu -

Objętość cieczy przepływającej w jednostce czasu przez przekrój rury jest równa iloczynowi pola przekroju poprzecznego rury i prędkości przepływu.

Jak właśnie widzieliśmy, objętość ta musi być taka sama w różnych odcinkach rury. Dlatego im mniejszy przekrój rury, tym większa prędkość ruchu.

Ile cieczy przechodzi przez jeden odcinek rury w określonym czasie, taka sama ilość musi przejść przez taki odcinek

w tym samym czasie przez dowolną inną sekcję.

Jednocześnie wierzymy, że dana masa cieczy ma zawsze tę samą objętość, że nie może się ściskać i zmniejszać swojej objętości (o cieczy mówi się, że jest nieściśliwa). Wiadomo na przykład, że w wąskich miejscach rzeki prędkość przepływu wody jest większa niż w szerokich. Jeśli oznaczymy prędkość przepływu płynu w sekcjach według obszarów, możemy napisać:

Z tego widać, że gdy ciecz przepływa z odcinka rury większy obszar przekroju poprzecznego do przekroju o mniejszym przekroju, prędkość przepływu wzrasta, tzn. ciecz porusza się z przyspieszeniem. A to, zgodnie z drugim prawem Newtona, oznacza, że ​​na ciecz działa siła. Co to za moc?

Siła ta może być jedynie różnicą sił nacisku w szerokim i wąskim odcinku rury. Zatem w szerokim przekroju ciśnienie płynu musi być większe niż w wąskim odcinku rury.

Wynika to również z prawa zachowania energii. Rzeczywiście, jeśli prędkość ruchu płynu w wąskich miejscach rury wzrasta, wówczas wzrasta również jej energia kinetyczna. A ponieważ założyliśmy, że płyn przepływa bez tarcia, ten wzrost energii kinetycznej musi być kompensowany przez spadek energii potencjalnej, ponieważ energia całkowita musi pozostać stała. O jakim rodzaju energii potencjalnej tutaj mówimy? o czym mówimy? Jeśli rura jest pozioma, wówczas energia potencjalna interakcji z Ziemią we wszystkich częściach rury jest taka sama i nie może się zmienić. Oznacza to, że pozostaje tylko energia potencjalna oddziaływania sprężystego. Siła nacisku, która wymusza przepływ cieczy przez rurę, jest sprężystą siłą ściskającą cieczy. Kiedy mówimy, że ciecz jest nieściśliwa, mamy na myśli tylko to, że nie można jej ścisnąć tak bardzo, że jej objętość zmienia się zauważalnie, ale bardzo mała kompresja powodując pojawienie się siły sprężyste nieuchronnie występują. Siły te wytwarzają ciśnienie płynu. To właśnie kompresja cieczy zmniejsza się w wąskich częściach rury, kompensując wzrost prędkości. Dlatego w wąskich obszarach rur ciśnienie płynu powinno być niższe niż w szerokich obszarach.

Takie prawo odkrył petersburski akademik Daniil Bernoulli:

Ciśnienie przepływającego płynu jest większe w tych odcinkach przepływu, w których prędkość jego ruchu jest mniejsza, oraz

wręcz przeciwnie, na tych odcinkach, na których prędkość jest większa, ciśnienie jest mniejsze.

Choć może się to wydawać dziwne, ale kiedy ciecz „przeciska się” przez nią wąskie obszary rura, jej kompresja nie wzrasta, ale maleje. I doświadczenie to dobrze potwierdza.

Jeżeli rura, przez którą przepływa ciecz, będzie wyposażona w wlutowane w nią otwarte rurki - manometry (ryc. 209), wówczas będzie można obserwować rozkład ciśnienia wzdłuż rury. W wąskich obszarach rury wysokość słupa cieczy w rurze ciśnieniowej jest mniejsza niż w szerokich obszarach. Oznacza to, że w tych miejscach występuje mniejsze ciśnienie. Im mniejszy przekrój rury, tym większa prędkość przepływu i niższe ciśnienie. Można oczywiście wybrać sekcję, w której ciśnienie jest równe zewnętrznemu ciśnienie atmosferyczne(wysokość poziomu cieczy na manometrze będzie wówczas wynosić zero). A jeśli weźmiemy jeszcze mniejszą sekcję, wówczas ciśnienie płynu w niej będzie mniejsze niż atmosferyczne.

Ten przepływ płynu można wykorzystać do wypompowania powietrza. Na tej zasadzie działa tak zwana pompa wodna. Rysunek 210 pokazuje schemat takiej pompy. Strumień wody przepuszcza się przez rurkę A z wąskim otworem na końcu. Ciśnienie wody na otworze rury jest niższe niż ciśnienie atmosferyczne. Dlatego

gaz z pompowanej objętości jest zasysany rurą B do końca rury A i usuwany wraz z wodą.

Wszystko, co powiedziano na temat przepływu cieczy w rurach, odnosi się również do przepływu gazu. Jeśli prędkość przepływu gazu nie jest zbyt duża i gaz nie jest ściśnięty tak bardzo, że zmienia się jego objętość, a dodatkowo pominie się tarcie, to prawo Bernoulliego obowiązuje również dla przepływów gazu. W wąskich odcinkach rur, gdzie gaz przepływa szybciej, jego ciśnienie jest mniejsze niż w szerokich odcinkach i może być niższe od ciśnienia atmosferycznego. W niektórych przypadkach nie wymaga nawet rur.

Możesz przeprowadzić prosty eksperyment. Jeśli dmuchasz na kartkę papieru wzdłuż jej powierzchni, jak pokazano na rysunku 211, zobaczysz, że papier zacznie się unosić. Dzieje się tak na skutek spadku ciśnienia w strumieniu powietrza nad papierem.

To samo zjawisko ma miejsce, gdy leci samolot. Przeciwprąd powietrza napływa na wypukłą górną powierzchnię skrzydła lecącego samolotu, w wyniku czego następuje spadek ciśnienia. Ciśnienie nad skrzydłem jest mniejsze niż ciśnienie pod skrzydłem. To właśnie powoduje uniesienie skrzydła.

Ćwiczenie 62

1. Dopuszczalna prędkość przepływu oleju przez rury wynosi 2 m/s. Jaka objętość oleju przepływa przez rurę o średnicy 1 m w ciągu 1 godziny?

2. Zmierz ilość wypływającej wody kran z wodą Do określony czas Określ prędkość przepływu wody, mierząc średnicę rury przed kranem.

3. Jaka powinna być średnica rurociągu, którym woda powinna przepływać na godzinę? Dopuszczalna prędkość przepływu wody wynosi 2,5 m/s.

W przedsiębiorstwach, a także ogólnie w mieszkaniach i domach zużywa się dużą ilość wody. Liczby są ogromne, ale czy mogą powiedzieć coś innego niż fakt pewnego wydatku? Tak, mogą. Mianowicie przepływ wody może pomóc w obliczeniu średnicy rury. Są to z pozoru niezwiązane ze sobą parametry, jednak w rzeczywistości związek jest oczywisty.

Mimo wszystko przepustowość system zaopatrzenia w wodę zależy od wielu czynników. Znaczące miejsce na tej liście zajmuje średnica rur, a także ciśnienie w układzie. Przyjrzyjmy się temu zagadnieniu głębiej.

Czynniki wpływające na przepływ wody przez rurę

Przepływ wody przez okrągłą rurę z otworem zależy od wielkości tego otworu. Zatem im jest większy, tym więcej wody przejdzie przez rurę w określonym czasie. Nie zapominaj jednak o presji. W końcu możesz podać przykład. Metrowa kolumna przepchnie wodę przez centymetrowy otwór w znacznie krótszym czasie w jednostce czasu niż kolumna o wysokości kilkudziesięciu metrów. To oczywiste. Dlatego przepływ wody osiągnie maksimum przy maksymalnym wewnętrznym przekroju produktu, a także przy maksymalnym ciśnieniu.

Obliczanie średnicy

Jeśli chcesz uzyskać określony przepływ wody na wylocie sieci wodociągowej, nie możesz obejść się bez obliczenia średnicy rury. Przecież ten wskaźnik wraz z innymi wpływa na wskaźnik przepustowości.

Istnieją oczywiście specjalne tabele dostępne w Internecie oraz w literaturze specjalistycznej, które pozwalają ominąć obliczenia, skupiając się na określonych parametrach. Nie należy jednak oczekiwać dużej dokładności takich danych; błąd będzie nadal obecny, nawet jeśli zostaną wzięte pod uwagę wszystkie czynniki. Dlatego najlepszym sposobem na uzyskanie dokładnych wyników jest wykonanie własnych obliczeń.

Aby to zrobić, będziesz potrzebować następujących danych:

• Zużycie wody.
• Strata ciśnienia od punktu źródłowego do punktu zużycia.

Zużycia wody nie trzeba obliczać – istnieje standard cyfrowy. Możesz wziąć dane na mikserze, który stwierdza, że ​​​​zużywa się około 0,25 litra na sekundę. Liczbę tę można wykorzystać do obliczeń.

Ważnym parametrem pozwalającym uzyskać dokładne dane jest strata ciśnienia w danym obszarze. Jak wiadomo, ciśnienie w standardowych pionach wodociągowych wynosi od 1 do 0,6 atmosfery. Przeciętny– 1,5-3 atm. Parametr zależy od liczby pięter w domu. Ale to nie znaczy, że im wyższy dom, tym wyższe ciśnienie w systemie. Bardzo wysokie budynki(więcej niż 16 pięter) czasami system jest podzielony na piętra w celu normalizacji ciśnienia.

Jeśli chodzi o utratę ciśnienia, wartość tę można obliczyć za pomocą manometrów w punkcie źródła i przed punktem zużycia.

Jeśli jednak wiedza i cierpliwość do samoobliczenie nie wystarczy, wówczas można skorzystać z danych tabelarycznych. I nawet jeśli zawierają pewne błędy, dane będą wystarczająco dokładne pewne warunki. Wtedy bardzo łatwo i szybko będzie określić średnicę rury na podstawie przepływu wody. Oznacza to, że instalacja wodociągowa zostanie poprawnie wyliczona, co pozwoli uzyskać taką ilość cieczy, która zaspokoi Państwa potrzeby.

Ruch płynu przez rury.
Zależność ciśnienia płynu od natężenia jego przepływu

Stacjonarny przepływ płynu. Równanie ciągłości

Rozważmy przypadek, gdy nielepki płyn przepływa przez poziomą cylindryczną rurę o zmiennym przekroju.

Nazywa się przepływ płynu stacjonarny, jeżeli w każdym punkcie przestrzeni zajmowanej przez ciecz jej prędkość nie zmienia się w czasie. Przy stałym przepływie równe objętości cieczy przepływają przez dowolny przekrój rury w równych odstępach czasu.

Płyny są praktycznie nieściśliwy, czyli możemy założyć, że dana masa cieczy ma zawsze stałą objętość. Dlatego te same objętości cieczy przepływają różne sekcje rura oznacza, że ​​prędkość przepływu cieczy zależy od przekroju rury.

Niech prędkości stacjonarnego przepływu płynu przez odcinki rur S1 i S2 będą równe odpowiednio v1 i v2. Objętość cieczy przepływającej w czasie t przez odcinek S1 jest równa V1=S1v1t, a objętość cieczy przepływającej przez odcinek S2 w tym samym czasie jest równa V2=S2v2t. Z równości V1=V2 wynika, że

Nazywa się relację (1). równanie ciągłości. Z tego wynika, że

Stąd, w stacjonarnym przepływie płynu prędkość ruchu jego cząstek przez różne przekroje rury jest odwrotnie proporcjonalna do powierzchni tych odcinków.

Ciśnienie w poruszającym się płynie. Prawo Bernoulliego

Wzrost prędkości przepływu cieczy przy przejściu z odcinka rury o większym przekroju do odcinka rury o mniejszym przekroju oznacza, że ​​ciecz przemieszcza się z przyspieszeniem.

Zgodnie z drugim prawem Newtona przyspieszenie jest spowodowane siłą. Siła ta w tym przypadku jest różnicą sił ciśnienia działających na przepływającą ciecz w szerokiej i wąskiej części rury. Dlatego w szerszej części rury ciśnienie płynu musi być większe niż w wąskiej części. Można to bezpośrednio zaobserwować poprzez doświadczenie. Na ryc. Pokazano, że w odcinkach o różnych przekrojach S1 i S2 do rury, przez którą przepływa ciecz, wprowadzane są rurki manometryczne.

Z obserwacji wynika, że ​​poziom cieczy w rurze ciśnieniowej na odcinku S1 rury jest wyższy niż na odcinku S2. W rezultacie ciśnienie w płynie przepływającym przez przekrój o większej powierzchni S1 jest wyższe niż ciśnienie w płynie przepływającym przez przekrój o mniejszej powierzchni S2. Stąd, podczas stacjonarnego przepływu płynu, w miejscach, gdzie prędkość przepływu jest mniejsza, ciśnienie w cieczy jest wyższe i odwrotnie, gdzie prędkość przepływu jest większa, ciśnienie w cieczy jest mniejsze. Bernoulli jako pierwszy doszedł do tego wniosku i dlatego nazwano to prawo Prawo Bernoulliego.

Podział rozwiązywania problemów:

ZADANIE 1. Woda przepływa poziomą rurą o zmiennym przekroju. Prędkość przepływu w szerszej części rury wynosi 20 cm/s. Określ prędkość przepływu wody w wąskiej części rury, której średnica jest 1,5 razy mniejsza niż średnica szerszej części.

ZADANIE 2. Ciecz przepływa poziomą rurą o przekroju 20 cm2. W jednym miejscu rura posiada zwężenie o przekroju 12 cm2. Różnica poziomów cieczy w rurkach manometrycznych zainstalowanych w szerokiej i wąskiej części rury wynosi 8 cm. Wyznacz objętościowe natężenie przepływu cieczy w czasie 1 s.

ZADANIE 3. Na tłok strzykawki, umieszczony poziomo, przykładana jest siła 15 N. Określ prędkość wypływu wody z końcówki strzykawki, jeśli powierzchnia tłoka wynosi 12 cm2.