Особенности расчета различных видов трубопроводов

Рассмотренные схемы водоснабжения (варианты А, Б, В, Г) имеют свои отличительные особенности, но в состав каждой из них входят четыре участка (или этапа) водоснабжения, расчет которых производят аналогично:

1- водозаборная линия (самотечная линия, дюкер, сифон);

2 – всасывающая линия;

3 – водовод;

4 – разводящая сеть.

Движение жидкости в напорных трубопроводах обусловлено разностью напоров в начальном и конечном живых сечениях трубы. Разность напоров может быть создана с помощью насоса (всасывающая линия, водовод), за счет разности уровней воды в источнике водоснабжения и сборном колодце (водозаборная линия), а также за счет уровня воды в водонапорной башне (разводящая сеть).

Различают напорные трубопроводы: простые и сложные. Трубопровод без ответвлений, из труб одного диаметра и материала называют простым (водозаборная и всасывающая линии, водовод в варианте А). Остальные трубопроводы относят к сложным (водоводы в вариантах Б, В и Г, разводящая сеть). Они бывают с последовательным (водовод варианта В, Г), параллельным соединением труб (водоводы вариантов Б и Г), а также с непрерывной и транзитной раздачей жидкости.

Кроме того, в зависимости от соотношения между местными потерями и потерями по длине трубопроводы подразделяют на гидравлически короткие и длинные. Если местные потери напора составляют более 5¸10% от потерь напора по длине, трубопроводы называют короткими (водозаборные и всасывающие линии), если - менее 5¸10%, то трубопроводы называют длинными (водоводы, разводящая сеть).

При гидравлическом расчете различных видов напорных трубопроводов важно уметь правильно определять потери напора.

Основные формулы для расчета потерь напора при движении жидкости в трубах следующие [1]:

· потери по длине потока (2.1)

· местные потери , (2.2)

где l - коэффициент гидравлического трения;

– длина рассматриваемого участка трубопровода;

d – диаметр трубопровода;

V – средняя скорость потока;

-коэффициент местного гидравлического сопротивления;

g – ускорение свободного падения.

Если трубопровод гидравлически короткий, общую потерю напора в нем находят путем суммирования потерь напора по длине трубопровода и местных потерь напора, то есть с использованием принципа наложения потерь:

. (2.3)

При расчете длинных трубопроводов местные потери не учитывают вообще или учитывают, суммарно увеличивая сопротивление по длине на 5¸10%

. (2.4)

Расчет простых трубопроводов производят с использованием зависимостей (2.1), (2.2), (2.3). В определении потерь напора в сложных трубопроводах есть свои особенности. Например, при последовательном соединении труб разного диаметра общую потерю напора находят сложением потерь на всех участках трубопровода

. (2.5)

При параллельном соединении труб общая потеря напора во всем соединении равна потере напора в любой ветви (нитке) этого соединения

. (2.6)

Гидравлический расчет напорных трубопроводов может быть существенно облегчен использованием специальных таблиц, например, «Таблиц для гидравлического расчета водопроводных труб» Ф.А. и А.Ф. Шевелевых [2].

В основу Таблиц [2] положены формулы для определения потерь напора и коэффициента гидравлического трения при турбулентном движении жидкости. Составлены Таблицы применительно к размерам труб, изготавливаемых согласно ГОСТ из различных материалов.

В зависимости от расхода воды и внутреннего диаметра трубы в Таблицах представлены значения средних скоростей потока и гидравлические уклоны. В табл. 2.1 в качестве примера дан фрагмент Таблиц Шевелевых, позволяющий получить представление о работе с ними.

Значения гидравлических уклонов для сокращения (удобства) записи в Таблицах увеличены в 1000 раз. Поэтому при использовании в расчетах табличные значения гидравлических уклонов необходимо уменьшать в 1000 раз.

Таблица 2.1

Q, л/с	d1, мм	d2, мм	d3, мм
V1	1000 i1	V2	1000 i2	V3	1000 i3
Q1	…	…	…	…	…	…
Q2	…	…	…	…	…	…
Q3	1,69	85,0	1,25	52,8	0,89	22,4
Q4	…	…	…	…	…	…
:	:	:	:	:	:	:
Qn	…	…	…	…	…	…

Наиболее широко Таблицы Шевелевых используют для подбора диаметров участков водопроводной сети в зависимости от расхода и скорости течения на участке. Скорости в домашней расчетно-графической работе заданы интервально, например V = 1,2 … 1,5 м/с. Необходимо в таблице для заданного материала труб отыскать свое (заданное) значение расхода воды на рассматриваемом участке сети. А далее в строке, соответствующей этому значению расхода, выбирают значение скорости, входящее в заданный интервал, см. табл. 2.1. Выписывают значения гидравлического уклона и диаметра трубы, соответствующие выбранной скорости.

Так при Q=Q₃ ® V=1,25 м/с; 1000 i=52,8; d=d₂ , мм.

Если таблица не содержит точного значения заданного расхода, то для определения значений скорости и уклона необходимо воспользоваться методом интерполяции.

При расчете разводящей сети возникает необходимость в подборе диаметров труб по заданному расходу и среднему гидравлическому уклону для магистрального направления. Тогда в строке, соответствующей заданному значению расхода, выбирают табличное значение уклона i_T, ближайшее к заданному, но в то же время, если магистраль состоит из нескольких участков:

- несколько меньше i_ср - на начальных по направлению воды участках;

- несколько больше i_ср - на конечных участках.

Если магистральное направление состоит из одного участка, из таблицы выбирают значение гидравлического уклона i_T наиболее близкое, но меньшее среднего i_ср. После чего выписывают значение диаметра d, соответствующее выбранному табличному уклону i_T.