Гидравлический расчет простого трубопровода

Основные уравнения для гидравлического расчета трубопроводов.

1. Объемный расход:

Q=W*S, м³/с (5.1)

где W – линейная скорость потока, м/с; S – площадь поперечного сечения трубы, м².

Для трубопроводов круглого сечения, т.к. S = p*d²/4 = 0,785*d², формула (5.1) примет вид:

Q=0.785*d²*W, м³/с (5.2)

2. Массовый расход:

G=W*S* _, кг/с (5.3)

где r – плотность, кг/м³.

3. При движении жидкости по трубопроводу различают два вида потерь напора:

h_П=h_ТР+h_М,

где h_тр – потеря напора за счет преодоления сил трения по длине трубопровода; h_м – потеря напора за счет местных сопротивлений.

4. Потеря напора на преодоление трения по длине трубопровода круглого сечения h_тр прилюбом установившемся режиме течения определяется по формуле Дарси-Вейсбаха:

(5.4)

5. Потери давления на преодоление сил трения:

(5.5)

6. В наклонном трубопроводе:

(5.6)

здесь «+» – когда сумма DZ участков подъема больше суммы DZ участков спуска и “-“, когда наоборот.

В формулах использованы обозначения:

L – длина трубопровода, м; d – внутренний диаметр трубопровода, м; W – средняя скорость потока, м/с; ρ - плотность жидкости, кг/м³; Q - объемный расход жидкости, м³/с; DZ – разность геодезических отметок начала и конца трубопровода, м; g - ускорение силы тяжести, м/с²; - коэффициент гидравлического сопротивления.

Коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенки трубы:

l = Ұ(Re, e),

где e = , D- абсолютная эквивалентная шероховатость, мм.

(5.7)

Для ламинарного режима течения, Re< Re_кр (2300):

(5.8)

При турбулентном режиме течения различают три зоны сопротивления.

1. Зона гидравлически гладких труб :

, формула Блазиуса. (5.9)

2. Зона смешанного трения :

формула Альтшуля. (5.10)

3. Зона квадратичного закона сопротивления :

формула Шифринсона. (5.11)

ЗАДАЧА 5.1

На дожимной насосной станции (ДНС) в сепараторе первой ступени поддерживают давление 0.6 МПа. Длина сборного коллектора, идущего от АГЗУ до ДНС, 10 км и (внутренний) диаметр его 0.3 м, абсолютная эквивалентная шероховатость Δ=0.11мм. Сборный коллектор горизонтальный. Объем перекачиваемой нефти 3800 т/сутки, ее плотность 800 кг/м³, кинематическая вязкость 1* 10^-4 м²/с. Определить необходимое начальное давление в трубопроводе.

Дано: P_к = 0.6 МПа; d = 0.3 м; ρ_н = 800 кг/м³; ν = 1* 10^-4 м²/с; l = 10 км; Q = 3800 т/сутки; мм

Найти: Р_н =?

Решение:

W = = = = 0.78 м/с;

Rе = = = 2340 > 2320;

т.к. , то

ΔP = = = 0.35 МПа;

P_н = Р_к + ΔP = 0.6 + 0.35 = 0.95 МПа;

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

ЗАДАЧА 5.1

На ДНС в сепараторе первой ступени поддерживается определенное давление. Известна длина сборного коллектора, идущего от «Спутника» до ДНС, его внутренний диаметр, абсолютная эквивалентная шероховатость (Δ), разность геодезических отметок начала и конца трубопровода, количество перекачиваемой нефти, ее плотность, кинематическая вязкость.

Определить необходимый начальный напор. Задания по вариантам приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1