Трубопроводы различного назначения и конструкций широко используются в различных технических системах и машинах, в том числе, и военного назначения. Поэтому изучение закономерностей перетекания жидкости по трубопроводам имеет важное значение в общем комплексе расчета и проектирования технических систем и машин.
Трубопроводы могут бытьпростыми исложными. Трубопровод называют простым, если он не имеет ответвлений. Простые трубопроводы могут быть соединены так, что они образуютпоследовательноесоединение, параллельноесоединение илиразветвленныйтрубопровод.
Схемы сложных трубопроводов:
а– разветвленный; б – параллельный; в – кольцевой
– разветвленные, в которых жидкость из основной магистрали подается в боковые ответвления и обратно в магистраль не поступает;
– параллельные, в которых к основной магистрали подключены параллельные ей еще один или несколько участков труб;
– кольцевые, представляющие собой замкнутую сеть, питаемую от одной или нескольких магистралей.
Трубопровод первого вида является примером тупиковой или разомкнутой сети. Эта схема имеет ряд недостатков. Например, диаметры труб неравномерны по длине, так как в начальных участках, где расход жидкости больше, диаметры должны быть больше, чем в конечных. Кроме того, при выходе из строя какого-либо участка трубопровода все следующие за ним потребители отключаются от источника питания.
Трубопроводы параллельные и особенно кольцевые избавлены от последнего недостатка. Поэтому сети водопроводов, особенно в городах, как правило, выполняются кольцевыми.
Внутренний (расчетный) диаметр трубопровода при заданном расходе жидкости и скорости ее протекания в трубопроводе определяют по формуле:
где Q — расход жидкости, мг/ч;
υ— скорость течения продукта в трубопроводе, м/сек;
γ— удельный вес продукта при заданных параметрах, кг/м3 (принимается по справочникам).
Скорости движения различных газов и жидкостей, определенные расчетами и подтвержденные многочисленными практическими опытами, принимают следующие:
для воды и маловязких жидкостей (спирт, ацетон, бензин, слабые растворы кислот и щелочей) —от 15 до 30 м/сек;
для сжатого воздуха и насыщенного пара — от 20 до 40 м/сек;
для перегретого пара и газов высокого давления — от 30 до 60 м/сек.
Из вышеприведенной формулы следует, что чем выше скорость течения продукта, тем меньше должно быть проходное сечение трубопровода, а значит тем ниже будут затраты на его сооружение.
При движении продукта по трубопроводу возникает сопротивление от трения его о стенки трубы и различные преграды. Это сопротивление, называемое гидравлическим сопротивлением трубопровода, тем больше, чем выше скорость потока и его плотность. Внутренний диаметр трубопровода может быть определен по заданной потере давления (напора) в трубопроводе по следующей упрощенной формуле:
18)
