คุณสมบัติของการคำนวณไฮดรอลิกของท่อยาว การคำนวณและการเลือกท่อ เส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่เหมาะสมที่สุด สื่อการทำงานที่ขนส่ง

การขนส่งทางท่อสำหรับการเคลื่อนย้ายผลิตภัณฑ์ของเหลว ก๊าซ ของแข็งและสารผสมต่าง ๆ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคส่วนต่าง ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ เมื่อไม่นานมานี้ ท่อส่งน้ำใช้เพื่อเคลื่อนย้ายน้ำ น้ำมัน และผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเป็นหลัก ปัจจุบัน ขอบเขตของการใช้ท่อได้ขยายออกไปอย่างมาก: การระบายน้ำ (ท่อระบายน้ำ) และการชลประทาน (สปริงเกอร์), ยา (หลอดเลือดเทียม), วิศวกรรมพลังงานความร้อน, อุตสาหกรรมแปรรูปอาหาร ฯลฯ การขนส่งของเหลวผ่านท่อนั้นประหยัดมากและสามารถทำได้ สามารถปรับเปลี่ยนได้ทั้งเชิงปริมาณและคุณภาพได้อย่างง่ายดาย

นอกจากท่อที่มีขนาดเล็กที่สุด (เส้นเลือดฝอย) ที่ใช้ในเทคโนโลยีห้องปฏิบัติการและอุปกรณ์ควบคุมแล้ว ยังใช้ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายเมตร (ท่อร้อยสายน้ำสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำ) และความยาวหลายพันกิโลเมตร (ท่อส่งน้ำและน้ำมันหลัก)

ไปป์ไลน์ทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองประเภท: ง่ายและซับซ้อน ไปป์ไลน์ง่ายๆ ไม่มีกิ่งก้านตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของของเหลวตั้งแต่จุดรวบรวมจนถึงจุดบริโภค (รูปที่ 1, ก)ตามกฎแล้วท่อดังกล่าวทำจากท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน แต่สามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันโดยหมุนได้ทุกมุมและในระนาบใดก็ได้

ข้าว. 1. ไปป์ไลน์: เอ -เรียบง่าย; 6- ยาก

ไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนมีอย่างน้อยหนึ่งสาขาหรือทางแยกของท่อ (รูปที่ 1, ข)ตามกฎแล้วไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนประกอบด้วยไปป์หลัก (หลัก) และสาขา (ส่วน) จำนวนหนึ่งที่ขยายออกไป เพื่อกระจายของเหลวให้กับผู้บริโภคอย่างมีเหตุผล แต่ละส่วนของท่อสามารถรวมเข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายได้

ท่อไฮดรอลิกแบบสั้นและแบบยาวแบบไฮดรอลิกขึ้นอยู่กับขนาดของการสูญเสียแรงดันและการออกแบบและการคำนวณมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ

ท่อที่มีความยาวสั้นนั้นถือว่าสั้นโดยตามกฎแล้วจะมีความต้านทานในพื้นที่จำนวนมากซึ่งการสูญเสียในพื้นที่จะอยู่ที่ประมาณ 5... 10% ของการสูญเสียแรงดันเนื่องจากการเสียดสีตามความยาว (รูปที่ 2 ).

ข้าว. 2. ท่อสั้น

ในทางกลับกัน การสูญเสียแรงดันเนื่องจากการต้านทานในพื้นที่นั้นมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับการสูญเสียตามความยาวซึ่งไม่ได้นำมาพิจารณาหรือนำมาพิจารณาที่ความยาวเท่ากัน

ด้วยระบบไฮดรอลิก การคำนวณท่ออย่างง่ายมีการใช้ความสัมพันธ์ในการคำนวณพื้นฐานต่อไปนี้: สมการเบอร์นูลลี, สมการการไหลคงที่, สมการดาร์ซี-ไวส์บาค ซึ่งสามารถแปลงเป็นนิพจน์ใดนิพจน์หนึ่งต่อไปนี้:

ที่ไหน กับ -ค่าสัมประสิทธิ์ Chezy ขึ้นอยู่กับความหยาบและรัศมีไฮดรอลิกของท่อ

• สมการการไหลของของไหล:

ที่ไหน ถึง-ลักษณะการไหลของท่อ

ค่าของลักษณะการไหลที่คำนวณโดยใช้สูตรด้านบนสำหรับท่อทุกประเภทที่ผลิตโดยอุตสาหกรรมสรุปไว้ในตารางพิเศษที่เรียกว่าตาราง Shevelev

ด้วยการแนะนำแนวคิดเรื่องแรงดันที่มีอยู่และรวมการสูญเสียทั้งหมดเข้าด้วยกัน เราจะได้สมการการคำนวณของเบอร์นูลลีอีกรูปแบบหนึ่ง:

ที่ไหน - แรงดันท่อที่มีอยู่ Ʃ ชม. w คือการสูญเสียแรงดันทั้งหมดในท่อ

หากพื้นที่หน้าตัดของตัวป้อนและตัวรับของท่อมีขนาดใหญ่พอเมื่อเทียบกับหน้าตัดของท่อ (เช่นเมื่อจ่ายน้ำจากอ่างเก็บน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำ) แสดงว่าแรงดันความเร็วในส่วนเหล่านี้จะถูกละเลย จากนั้นสมการก่อนหน้าจะถูกทำให้ง่ายขึ้น:

ฮ= é ชม.ว

จากสมการนี้จะเป็นไปตามว่าแรงดันที่มีอยู่ทั้งหมดถูกใช้ไปกับการเอาชนะความต้านทานไฮดรอลิก สมการนี้ใช้ได้โดยไม่คำนึงถึงขนาดของตัวป้อนและตัวรับ หากท่อยาวและแรงกดดันด้านความเร็วที่ทางเข้าและทางออกมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับการสูญเสียแรงดันอันเนื่องมาจากแรงเสียดทานตามความยาว

ข้าว. 3. การรั่วไหลของของไหล: เอ -ฟรี; ข -น้ำท่วม

ในกรณีนี้อาจเกิดขึ้นได้สองกรณี: ของเหลวไหลออกภายใต้ระดับและสู่ชั้นบรรยากาศ (รูปที่ 3)

เมื่อไหลต่ำกว่าระดับ สมการของเบอร์นูลลีจะลดลงเป็นรูปแบบ:

และเมื่อหมดสิ้นสู่ชั้นบรรยากาศ-

เมื่อเปรียบเทียบสองสมการก่อนหน้านี้ เห็นได้ชัดว่าสมการทั้งสองเหมือนกัน อย่างไรก็ตาม ต้องจำไว้ว่าในกรณีของการไหลต่ำกว่าระดับ หน่วยในวงเล็บแสดงถึงค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียในท้องถิ่นที่ทางออกของการไหลที่ต่ำกว่าระดับ และในกรณีของการไหลลงสู่ชั้นบรรยากาศ ให้คำนึงถึง พลังงานจลน์ที่เหลืออยู่ในการไหลเมื่อออกจากท่อ

ดังนั้นสำหรับท่อที่มีความยาวอย่างง่าย ลและมีเส้นผ่านศูนย์กลางคงที่ งในโหมดปั่นป่วน สมการของเบอร์นูลลีจะอยู่ในรูปแบบ:

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานแรงเสียดทาน λ และการต่อต้านในท้องถิ่น ξ จะถูกเลือกโดยขึ้นอยู่กับการพึ่งพาที่กล่าวถึงข้างต้น ในกรณีนี้ สามารถใช้ค่าสัมประสิทธิ์ที่ได้รับโดยวิธีการวิเคราะห์ วิธีกราฟิก หรือตามข้อมูลแบบตารางได้

แทนที่ค่าของปริมาณคงที่ลงในสูตรก่อนหน้าและคำนวณปัจจัยเชิงตัวเลขเราจะได้สมการการคำนวณประเภทใหม่:

การคำนวณไฮดรอลิกของไปป์ไลน์ธรรมดามักจะลงมาเพื่อกำหนดค่าหนึ่งในสามค่าโดยมีค่าอื่น ๆ ที่กำหนด:

• ความดัน ชมตามอัตราการไหลที่ทราบ วีของเหลวเส้นผ่านศูนย์กลาง งและความยาวท่อ ล;
• การบริโภค วีของเหลวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ทราบ ง, ความยาว ลท่อและแรงดัน ยังไม่มีข้อความ;
• เส้นผ่านศูนย์กลาง งท่อตามอัตราการไหลที่กำหนด วีของเหลวและความดัน ชม.

เมื่อคำนวณไปป์ไลน์จะใช้สองวิธี:

1) เสร็จสมบูรณ์โดยคำนึงถึงความต้านทานของไปป์ไลน์ทั้งหมด

2) ลดลงโดยใช้ลักษณะการไหลและปัจจัยแก้ไขสำหรับความต้านทานเฉพาะที่

ไปป์ไลน์เรียกว่าง่ายหากไม่มีสาขา ไปป์ไลน์แบบธรรมดาเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม เส้นขนาน หรือแบบแยกแขนง ไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนประกอบด้วยการเชื่อมต่อหรือสาขาทั้งแบบอนุกรมและแบบขนาน

ของเหลวเคลื่อนที่ผ่านท่อถ้าพลังงานที่จุดเริ่มต้นของท่อมากกว่าจุดสิ้นสุด ระดับพลังงานที่แตกต่างกันนี้สามารถเกิดขึ้นได้จากการทำงานของปั๊ม หรือโดยความแตกต่างของระดับของเหลวในส่วนเริ่มต้นและส่วนสุดท้ายของท่อ หรือโดยแรงดันแก๊ส (ในระบบนิวแมติก)

การคำนวณทางไฮดรอลิกเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นการกำหนดพารามิเตอร์ของการเคลื่อนที่ของของไหลสำหรับโครงร่างท่อที่กำหนดโดยมีองค์ประกอบโครงสร้างที่รู้จักหรือกำหนดขนาดของไปป์ไลน์ที่ให้พารามิเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่ของของไหล

ไปป์ไลน์อย่างง่ายของหน้าตัดคงที่:

พิจารณาไปป์ไลน์ที่มีความยาวอย่างง่าย ล, เส้นผ่านศูนย์กลางคงที่ งซึ่งมีแนวต้านในพื้นที่จำนวนหนึ่ง ความเร็วการไหลในส่วนเริ่มต้นและส่วนสิ้นสุดจะเท่ากัน

สมการของเบอร์นูลลีสำหรับส่วนที่ 1 และ 2 มีรูปแบบดังนี้

.

แนะนำสัญกรณ์:

× - แรงกดดันที่ต้องการ (มี)

× - แรงดันคงที่

× - การสูญเสียแรงดัน

, (1.52)

ความดันที่ต้องการคือผลรวมของความดันสถิต (ความสูงทางเรขาคณิตที่ของเหลวเพิ่มขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่และความสูงเพียโซเมตริกที่ปลายท่อ) และผลรวมของการสูญเสียแรงดันทั้งหมดในท่อ

การสูญเสียส่วนหัวหมายถึงผลรวมของการสูญเสียทั้งหมดในความต้านทานเฉพาะที่และการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับแรงเสียดทานระหว่างการเคลื่อนที่ของของไหล

, (1.53)

โดยที่ความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของตัวกลางผ่านไปป์ไลน์คือ ถาม- การไหลของของเหลวตามปริมาตร ส- พื้นที่หน้าตัดของท่อ

เมื่อวิเคราะห์ระบบจะใช้กราฟของการพึ่งพาแรงดันที่ต้องการกับอัตราการไหล [ ชมการบริโภค =ฉ(ถาม)] ซึ่งเรียกว่า เส้นโค้งแรงดันที่ต้องการหรือกราฟของการขึ้นต่อกันของการสูญเสียแรงดันรวมต่อการไหล [ ช=ฉ(ถาม)] ซึ่งเรียกว่า ลักษณะของท่อ. ลักษณะของท่อคือกราฟแรงดันที่ต้องการซึ่งเลื่อนไปที่จุดเริ่มต้น

ท่อกาลักน้ำ:

ท่อกาลักน้ำ (กาลักน้ำ) เป็นท่อสั้นที่การเคลื่อนที่เกิดขึ้นโดยแรงโน้มถ่วงตลอดความยาวรวมถึงส่วนที่อยู่เหนือระดับของเหลวของแหล่งจ่าย

การเคลื่อนที่ของของเหลวในกาลักน้ำเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของความดันบรรยากาศเมื่อมีสุญญากาศที่จุดสูงสุดของท่อ ดังนั้นในการยกของเหลวให้สูงหรือเทลงในถังรับจึงจำเป็นต้องสร้างสุญญากาศ (สุญญากาศ) ในกาลักน้ำ เพื่อจุดประสงค์นี้กาลักน้ำจะถูกเติมล่วงหน้าด้วยของเหลวที่ถูกถ่ายหรือสูบอากาศออกโดยใช้ปั๊มสุญญากาศ

การคำนวณไฮดรอลิกของกาลักน้ำประกอบด้วยการกำหนดอัตราการไหลของของเหลวและระดับความสูงสูงสุดของท่อเหนือระดับของเหลวในถังจ่ายซึ่งรับประกันอัตราการไหลนี้

อัตราการไหลของของเหลวที่เทโดยกาลักน้ำเท่ากับ:

ที่ไหน ส- พื้นที่หน้าตัดของท่อ ชม- ความแตกต่างของระดับของเหลวในถัง ล- ค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียแรงเสียดทาน ลและ ง- ความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อกาลักน้ำตามลำดับ

ความสูงที่อนุญาตของจุดสูงสุดของกาลักน้ำนั้นพิจารณาจากสมการเบอร์นูลลีซึ่งเขียนไว้สำหรับจุดที่ตั้งอยู่บนพื้นผิวว่างของถังจ่ายและในส่วนระยะไกลที่สุดของกาลักน้ำ

เมื่อความเร็วการเคลื่อนที่ของพื้นผิวอิสระของของเหลวในแหล่งจ่ายใกล้กับศูนย์และค่าสัมประสิทธิ์พลังงานจลน์เท่ากับความสามัคคีเราจะได้

.

การเชื่อมต่อท่ออย่างง่าย

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมไปป์ไลน์ธรรมดาหลายเส้นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่าง ๆ ให้ไปป์ไลน์ธรรมดาที่มีหน้าตัดแปรผัน

ข้าว. 1.5. การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของท่อ

เอ - แผนภาพไปป์ไลน์; b - ลักษณะของไปป์ไลน์

เมื่อจ่ายของเหลวผ่านท่อดังกล่าว อัตราการไหลของท่อที่ต่อแบบอนุกรมทั้งหมดจะเท่ากัน การสูญเสียแรงดันทั้งหมดระหว่างส่วนเริ่มต้นและส่วนสุดท้ายจะเท่ากับผลรวมของการสูญเสียแรงดันในท่อทั้งหมดที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม สำหรับท่อส่งตามรูป 1.5 เราได้สมการต่อไปนี้:

สมการเหล่านี้กำหนดกฎสำหรับการสร้างคุณลักษณะของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของท่อ เมื่อพิจารณาถึงคุณลักษณะที่ทราบของไปป์ไลน์ 1, 2 และ 3 เพื่อให้ได้ลักษณะของการเชื่อมต่อแบบอนุกรม (ส่วนระหว่างส่วนต่างๆ เอ็นและ ถึง) คุณควรบวกการสูญเสียแรงดันที่อัตราการไหลเท่ากัน เช่น เพิ่มพิกัดของเส้นโค้งทั้งสามเส้นด้วยค่าเดียวกันที่เลือกบนแกน abscissa

ในส่วนเริ่มต้นและส่วนสุดท้ายของไปป์ไลน์ที่กำลังพิจารณา ความเร็วของของไหลจะแตกต่างกัน ดังนั้นการแสดงออกของแรงดันที่ต้องการสำหรับทั้งท่อจะต้องมีความแตกต่างของแรงกดดันด้านความเร็วในส่วนที่รุนแรง

.

การเชื่อมต่อแบบขนานไปป์ไลน์ธรรมดาหลายอันแสดงไว้ในรูปที่ 1 1.6.

ข้าว. 1.6. การเชื่อมต่อท่อแบบขนาน

เอ - แผนภาพไปป์ไลน์; ข- ลักษณะของท่อ

ให้เราแสดงถึงความกดดันทั้งหมดที่จุดต่างๆ เอ็นและ ถึงตามลำดับผ่าน ชมเอ็น และ ชม K อัตราการไหลในสายหลัก (ก่อนแยกและหลังรวม) - ถามและในท่อคู่ขนานผ่าน ถาม 1 , ถาม 2 และ ถาม 3; การสูญเสียแรงดันทั้งหมดในท่อเหล่านี้ผ่าน S ชม. 1, ส ชม. 2 และส ชม. 3 .

อัตราการไหลในสายหลักสัมพันธ์กับอัตราการไหลในท่อคู่ขนานโดยสมการที่ชัดเจนดังต่อไปนี้

การสูญเสียแรงดันในแต่ละท่อคือความแตกต่างของแรงดันที่จุดต่างๆ เอ็นและ ถึง

จากนี้ไปการสูญเสียแรงดันในท่อคู่ขนานจะเท่ากัน

.

การใช้สมการที่เกี่ยวข้องกับอัตราการไหลในท่อหลักและท่อคู่ขนาน ความเท่าเทียมกันของการสูญเสียแรงดันในท่อ ตลอดจนความสัมพันธ์ในการคำนวณท่อธรรมดา เราได้รับสมการจำนวนหนึ่งที่เพียงพอที่จะกำหนดความต้านทานของเส้นคู่ขนานและอัตราการไหลในท่อเหล่านั้น

จากที่กล่าวมาข้างต้นกฎสำหรับการสร้างลักษณะของการเชื่อมต่อแบบขนานของไปป์ไลน์หลาย ๆ อันมีดังนี้: ลักษณะรวมนั้นได้มาจากการเพิ่ม abscissas ของคุณสมบัติของแต่ละไปป์ไลน์ ( ถาม ฉัน ) ที่มีลำดับเดียวกัน (ส ชม.).

ความสัมพันธ์ที่ระบุไว้สำหรับท่อคู่ขนานยังใช้ได้ในกรณีที่ท่อไม่มาบรรจบกันที่จุดหนึ่ง แต่จ่ายของเหลวไปยังสถานที่ต่าง ๆ แต่มีแรงกดดันเท่ากันและระดับเท่ากัน หากไม่ตรงตามเงื่อนไขสุดท้าย ไปป์ไลน์ที่เป็นปัญหาจะไม่สามารถอ่านแบบขนานได้ แต่ควรจัดประเภทเป็นแบบแยกสาขา

การเชื่อมต่อแบบแยกสาขา- นี่คือชุดของไปป์ไลน์ธรรมดาหลายอันที่มีหน้าตัดร่วมกันหนึ่งอัน - สถานที่ที่ท่อแตกแขนง (หรือเชื่อมต่อ) ลองพิจารณาไปป์ไลน์หลักซึ่ง ณ จุด M แบ่งออกเป็นหลายท่อที่มีขนาดแตกต่างกัน ความต้านทานในท้องถิ่น ระดับและแรงกดดันที่จุดสิ้นสุด ลองหาความเชื่อมโยงระหว่างความดัน ณ จุดหนึ่งกัน มและอัตราการไหลในสาขา โดยพิจารณาจากทิศทางการไหลในสาขาที่กำหนด

ข้าว. 1.7. ไปป์ไลน์แบบแยกสาขา

เอ - แผนภาพไปป์ไลน์; ข- เส้นโค้งแรงดันที่ต้องการ

ให้เราเขียนโดยละเลยความกดดันแบบไดนามิกสมการเบอร์นูลลีสำหรับแต่ละสาขาเริ่มต้นที่จุด ม

เช่นเดียวกับท่อคู่ขนาน

ดังนั้นเราจึงได้ระบบสมการสี่สมการที่เพียงพอที่จะหาปริมาณที่ไม่ทราบได้: ถาม 1 ,ถาม 2 ,ถาม 3 และ ชมม.

การสร้างเส้นโค้งแรงดันที่ต้องการสำหรับท่อแยกจะดำเนินการโดยการเพิ่มเส้นโค้งแรงดันที่ต้องการสำหรับกิ่งก้านตามกฎสำหรับการเพิ่มลักษณะของท่อคู่ขนาน - การเพิ่ม abscissas ( ถาม) ที่มีลำดับเดียวกัน ( ชมม) จากกราฟ (รูปที่ 1.7, b) เห็นได้ชัดว่าเงื่อนไขในการจ่ายของเหลวให้กับทุกสาขาคือความดันที่จุดสาขาเกินแรงดันคงที่สูงสุดในสาขา

ไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนประกอบด้วยไปป์ไลน์ธรรมดาที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานหรือมีสาขา

เมื่อคำนวณไปป์ไลน์ที่ซับซ้อน พวกมันจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนง่าย ๆ ส่วนที่มีกิ่งก้านและไปป์ไลน์แบบขนานและไปจากจุดสิ้นสุดของไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนไปยังจุดเริ่มต้นนั่นคือ เทียบกับการไหล ให้คำนวณตามลำดับโดยใช้สมการข้างต้น

สำหรับท่อส่งวงแหวนที่ซับซ้อน (ระบบของวงจรปิดที่อยู่ติดกันซึ่งมีการถอนของเหลวที่จุดสำคัญหรือการกระจายอย่างต่อเนื่องในส่วนที่แยกจากกัน) จะใช้เงื่อนไขพื้นฐานสองประการ:

ยอดคงเหลือของค่าใช้จ่ายเช่น ความเท่าเทียมกันของการไหลเข้าและการไหลของของไหลสำหรับแต่ละจุดสำคัญ

ความสมดุลของความดัน เช่น ความเท่าเทียมกันกับศูนย์ของผลรวมพีชคณิตของการสูญเสียแรงดันสำหรับแต่ละวงจรเมื่อคำนวณในทิศทางตามเข็มนาฬิกา การสูญเสียส่วนหัวจะถือเป็นค่าบวกหากทิศทางการนับตรงกับทิศทางการเคลื่อนที่ของของไหล และเป็นค่าลบหากทิศทางการนับอยู่ตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของของไหล

ท่อส่งของเหลวที่ถูกสูบ

ในวิศวกรรมเครื่องกล วิธีการหลักคือการบังคับจ่ายของเหลวด้วยปั๊ม ให้เราพิจารณาการทำงานร่วมกันของปั๊มกับท่อและหลักการคำนวณของระบบดังกล่าว

ข้าว. 1.8. ท่อป้อนปั๊ม

ท่อส่งป้อนของปั๊มสามารถเปิดได้ โดยที่ของเหลวถูกสูบจากภาชนะหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่ง หรือปิดซึ่งมีของเหลวไหลเวียนในปริมาณเท่ากัน

ในรูป 1.8, กท่อเปิดจะถูกนำเสนอโดยของเหลวจะถูกสูบโดยปั๊มจากอ่างเก็บน้ำด้านล่างด้วยแรงดัน พี 0 ไปยังถังแรงดันอื่น พี 3. ความสูงของแกนปั๊มสัมพันธ์กับระดับล่าง z 1 เรียกว่าลิฟต์ดูดแบบเรขาคณิต และท่อที่ของเหลวเข้าสู่ปั๊มเรียกว่าท่อดูด (สายดูด) ความสูงของระดับของเหลวบน z 2 เรียกว่าความสูงทางเรขาคณิตและท่อที่ของเหลวเคลื่อนที่จากปั๊มเรียกว่าเส้นแรงดัน (เส้นระบาย)

ให้เราเขียนสมการเบอร์นูลลีสำหรับการไหลของของไหลในท่อดูดนั่นคือ สำหรับส่วนที่ 0 และ 1

.

สมการนี้เป็นสมการหลักในการคำนวณท่อดูด แสดงให้เห็นว่ากระบวนการดูดซึมคือ การเพิ่มขึ้นของของเหลวสู่ความสูง z 1 การให้พลังงานจลน์แก่มันและการเอาชนะความต้านทานไฮดรอลิกทั้งหมดเกิดขึ้นจากการใช้แรงดัน (โดยใช้ปั๊ม) พี 0 . เนื่องจากแรงดันนี้มักจะมีจำกัดมาก จึงต้องใช้จ่ายในลักษณะที่มีแรงดันสำรองเหลืออยู่ก่อนเข้าปั๊ม พี 1 จำเป็นสำหรับการทำงานปกติที่ไม่ใช่โพรงอากาศ

สมการของเบอร์นูลลีสำหรับการเคลื่อนที่ของของไหลผ่านท่อแรงดัน เช่น สำหรับส่วนที่ 2 และ 3

.

ด้านซ้ายของสมการแสดงถึงพลังงานของของไหลที่ออกจากปั๊มต่อหน่วยน้ำหนัก

พลังงานการไหลก่อนเข้าปั๊มสามารถคำนวณได้จากสมการท่อดูด

.

พลังงานที่เพิ่มขึ้นตามแต่ละหน่วยของน้ำหนักของเหลวในปั๊มเรียกว่าแรงดันที่สร้างโดยปั๊ม ชมเรา. มันก็เท่าเทียมกัน

โดยที่ระดับของเหลวในถังจ่ายและถังรับต่างกันอยู่ที่ไหน

การเปรียบเทียบสูตรผลลัพธ์กับการพึ่งพาเพื่อกำหนดความดันที่ต้องการช่วยให้เราสามารถกำหนดกฎ: ด้วยการไหลของของเหลวอย่างต่อเนื่องในท่อปั๊มจะพัฒนาแรงดันเท่ากับที่ต้องการ

กฎนี้เป็นพื้นฐานสำหรับวิธีการคำนวณท่อที่ป้อนโดยปั๊มซึ่งประกอบด้วยการกำหนดจุดตัดของลักษณะปั๊มและเส้นโค้งของความดันท่อที่ต้องการ จุดนี้เรียกว่า จุดปฏิบัติการ.

สำหรับไปป์ไลน์แบบปิด (รูปที่ 1.8, ข) ความสูงทางเรขาคณิตของของเหลวที่เพิ่มขึ้นเป็นศูนย์ ( ดีซ= 0) ดังนั้นด้วยความเร็วเท่ากันที่ทางเข้าและทางออกของปั๊ม ( วี 1 =ว 2)

,

เหล่านั้น. ความเท่าเทียมกันเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างแรงดันที่ต้องการและแรงดันที่สร้างโดยปั๊ม

ท่อแบบปิดจะต้องมีถังขยายหรือถังชดเชยเชื่อมต่อกับส่วนใดส่วนหนึ่งของท่อ ซึ่งส่วนใหญ่มักจะอยู่ที่ด้านดูดของปั๊มซึ่งมีแรงดันน้อยที่สุด ทำหน้าที่ชดเชยการรั่วไหลและป้องกันความผันผวนของแรงดันในระบบที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

หากมีถังขยายต่ออยู่ตามรูปที่ 1 1.8, ขความดันที่ทางเข้าปั๊มถูกกำหนดจากนิพจน์:

ท่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ ของโรงงานเคมี ด้วยความช่วยเหลือ สารต่างๆ จะถูกถ่ายโอนระหว่างอุปกรณ์แต่ละชิ้น โดยทั่วไปแล้ว ท่อหลายท่อจะเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างระบบท่อเดียว

ท่อคือระบบของท่อที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันโดยใช้องค์ประกอบเชื่อมต่อที่ใช้สำหรับขนส่งสารเคมีและวัสดุอื่นๆ ในโรงงานเคมี มักใช้ท่อปิดในการเคลื่อนย้ายสาร หากเรากำลังพูดถึงการติดตั้งส่วนที่ปิดและแยกก็หมายถึงระบบท่อหรือเครือข่ายด้วย

ระบบท่อส่งแบบปิดอาจรวมถึง:

1. ท่อ.
2. องค์ประกอบการเชื่อมต่อท่อ
3. ซีลผนึกที่เชื่อมต่อส่วนที่ถอดได้สองส่วนของท่อ

องค์ประกอบข้างต้นทั้งหมดผลิตแยกกันและเชื่อมต่อเข้ากับระบบไปป์ไลน์เดียว นอกจากนี้ท่อสามารถติดตั้งระบบทำความร้อนและฉนวนที่จำเป็นที่ทำจากวัสดุต่างๆ

การเลือกขนาดท่อและวัสดุสำหรับการผลิตนั้นดำเนินการบนพื้นฐานของข้อกำหนดทางเทคโนโลยีและการออกแบบในแต่ละกรณี แต่เพื่อกำหนดขนาดของท่อให้เป็นมาตรฐานจึงมีการจำแนกประเภทและการรวมเข้าด้วยกัน เกณฑ์หลักคือแรงดันที่อนุญาตให้ใช้งานท่อได้

ขนาดที่กำหนด DN

เส้นผ่านศูนย์กลางแบบมีเงื่อนไข DN (เส้นผ่านศูนย์กลางระบุ) เป็นพารามิเตอร์ที่ใช้ในระบบท่อเป็นคุณลักษณะการกำหนดลักษณะโดยอาศัยความช่วยเหลือในการปรับเปลี่ยนชิ้นส่วนท่อ เช่น ท่อ ข้อต่อ ข้อต่อ และอื่นๆ

เส้นผ่านศูนย์กลางระบุเป็นค่าไร้มิติ แต่มีตัวเลขประมาณเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ ตัวอย่างการกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางระบุ: DN 125

นอกจากนี้เส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุไม่ได้ระบุไว้ในภาพวาดและไม่ได้แทนที่เส้นผ่านศูนย์กลางจริงของท่อ สอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางที่ชัดเจนของบางส่วนของท่อ (รูปที่ 1.1) หากเราพูดถึงค่าตัวเลขของการเปลี่ยนแบบมีเงื่อนไขพวกเขาจะถูกเลือกในลักษณะที่ปริมาณงานของไปป์ไลน์เพิ่มขึ้นในช่วงจาก 60 ถึง 100% เมื่อย้ายจากข้อความที่มีเงื่อนไขหนึ่งไปยังอีกข้อความหนึ่ง

เส้นผ่านศูนย์กลางระบุทั่วไป:

3, 4, 5, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000.

ขนาดของข้อความระบุเหล่านี้ถูกกำหนดโดยคาดหวังว่าจะไม่มีปัญหาในการประกอบชิ้นส่วนให้เข้ากัน การกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางระบุจะขึ้นอยู่กับค่าของเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของไปป์ไลน์ โดยเลือกค่าของเส้นผ่านศูนย์กลางระบุที่ใกล้กับเส้นผ่านศูนย์กลางใสของท่อมากที่สุด

แรงดันที่กำหนด PN

ความดันที่กำหนด PN คือค่าที่สอดคล้องกับความดันสูงสุดของตัวกลางที่ถูกสูบที่ 20 °C ซึ่งสามารถทำงานได้ในระยะยาวของท่อตามขนาดที่ระบุ

ความดันที่กำหนดเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ

เช่นเดียวกับเส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุ ความดันระบุจะถูกปรับเทียบตามประสบการณ์การปฏิบัติงานและประสบการณ์สะสม (ตาราง 1.1)

แรงดันที่ระบุสำหรับไปป์ไลน์หนึ่งๆ จะถูกเลือกตามแรงดันที่สร้างขึ้นจริงในท่อนั้น โดยการเลือกค่าที่สูงกว่าที่ใกล้ที่สุด ในกรณีนี้ข้อต่อและข้อต่อในไปป์ไลน์นี้จะต้องสอดคล้องกับระดับแรงดันเดียวกันด้วย ความหนาของผนังท่อคำนวณตามแรงดันที่ระบุและต้องมั่นใจในความสามารถในการทำงานของท่อที่ค่าความดันเท่ากับแรงดันระบุ (ตารางที่ 1.1)

แรงดันใช้งานส่วนเกินที่อนุญาต p e,zul

แรงดันที่ระบุจะใช้เฉพาะกับอุณหภูมิการทำงานที่ 20°C เท่านั้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความสามารถในการรับน้ำหนักของท่อจะลดลง ในเวลาเดียวกัน แรงดันส่วนเกินที่อนุญาตจะลดลงตามลำดับ ค่า p e,zul แสดงแรงดันส่วนเกินสูงสุดที่สามารถมีได้ในระบบท่อเมื่ออุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้น (รูปที่ 1.2)

วัสดุท่อ

เมื่อเลือกวัสดุที่จะใช้สำหรับการผลิตท่อจะต้องคำนึงถึงตัวบ่งชี้เช่นลักษณะของตัวกลางที่จะขนส่งผ่านท่อและแรงดันใช้งานที่คาดหวังในระบบนี้ นอกจากนี้ยังควรคำนึงถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดผลกระทบจากการกัดกร่อนจากตัวกลางที่ถูกสูบบนวัสดุของผนังท่อ

ระบบท่อและโรงงานเคมีเกือบทั้งหมดทำจากเหล็ก สำหรับการใช้งานทั่วไปในกรณีที่ไม่มีภาระทางกลสูงและมีผลกระทบต่อการกัดกร่อน จะใช้เหล็กหล่อสีเทาหรือเหล็กโครงสร้างที่ไม่เจือสำหรับการผลิตท่อ

ในกรณีที่มีแรงกดดันในการทำงานสูงขึ้นและไม่มีภาระที่มีฤทธิ์กัดกร่อน จะใช้ท่อที่ทำจากเหล็กนิรภัยหรือใช้เหล็กหล่อ

หากผลกระทบจากการกัดกร่อนของสิ่งแวดล้อมมีมากหรือมีความต้องการความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์สูง ท่อก็จะทำจากสแตนเลส

หากท่อต้องทนต่อน้ำทะเลก็จะใช้โลหะผสมทองแดง - นิกเกิลในการผลิต สามารถใช้อะลูมิเนียมอัลลอยด์และโลหะ เช่น แทนทาลัมหรือเซอร์โคเนียมได้

พลาสติกหลายประเภทเริ่มแพร่หลายมากขึ้นในฐานะวัสดุท่อส่ง เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง น้ำหนักเบา และง่ายต่อการแปรรูป วัสดุนี้เหมาะสำหรับท่อบำบัดน้ำเสีย

อุปกรณ์ท่อ

ท่อที่ทำจากวัสดุพลาสติกที่เหมาะสำหรับการเชื่อมจะถูกประกอบที่สถานที่ติดตั้ง วัสดุดังกล่าว ได้แก่ เหล็ก อลูมิเนียม เทอร์โมพลาสติก ทองแดง ฯลฯ ในการเชื่อมต่อส่วนตรงของท่อ มีการใช้องค์ประกอบรูปทรงที่ผลิตขึ้นเป็นพิเศษ เช่น ข้อศอก โค้ง วาล์ว และการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง (รูปที่ 1.3) อุปกรณ์เหล่านี้สามารถเป็นส่วนหนึ่งของไปป์ไลน์ใดก็ได้

การเชื่อมต่อท่อ

การเชื่อมต่อพิเศษใช้สำหรับติดตั้งแต่ละส่วนของท่อและข้อต่อ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์และอุปกรณ์ที่จำเป็นเข้ากับไปป์ไลน์

การเชื่อมต่อถูกเลือก (รูปที่ 1.4) ขึ้นอยู่กับ:

1. วัสดุที่ใช้ในการผลิตท่อและอุปกรณ์ เกณฑ์การคัดเลือกหลักคือความเป็นไปได้ในการเชื่อม
2. สภาวะการทำงาน: แรงดันต่ำหรือสูง ตลอดจนอุณหภูมิต่ำหรือสูง
3. ข้อกำหนดการผลิตที่ใช้กับระบบท่อ
4. การมีการเชื่อมต่อที่ถอดออกได้หรือถาวรในระบบไปป์ไลน์

การขยายตัวเชิงเส้นของท่อและอุปกรณ์

รูปทรงเรขาคณิตของวัตถุสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทั้งโดยการบังคับและโดยการเปลี่ยนอุณหภูมิ ปรากฏการณ์ทางกายภาพเหล่านี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าท่อซึ่งติดตั้งในสถานะไม่โหลดและไม่มีการสัมผัสกับอุณหภูมิจะเกิดการขยายตัวหรือการหดตัวเชิงเส้นระหว่างการทำงานภายใต้ความกดดันหรือการสัมผัสกับอุณหภูมิซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการทำงาน

เมื่อไม่สามารถชดเชยการขยายตัวได้ ระบบท่อก็จะมีการเสียรูป ในกรณีนี้อาจเกิดความเสียหายต่อซีลหน้าแปลนและสถานที่ที่ท่อเชื่อมต่อถึงกัน

การขยายตัวเชิงเส้นด้วยความร้อน

เมื่อวางท่อสิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงความยาวที่เป็นไปได้อันเป็นผลมาจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นหรือที่เรียกว่าการขยายตัวเชิงเส้นทางความร้อนซึ่งแสดงถึงΔL ค่านี้ขึ้นอยู่กับความยาวของท่อซึ่งกำหนดไว้ L o และความแตกต่างของอุณหภูมิ Δϑ =ϑ2-ϑ1 (รูปที่ 1.5)

ในสูตรข้างต้น a คือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเนื่องจากความร้อนของวัสดุที่กำหนด ตัวบ่งชี้นี้เท่ากับการขยายตัวเชิงเส้นของท่อยาว 1 ม. โดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1°C

องค์ประกอบการชดเชยการขยายท่อ

ท่อโค้งงอ

ด้วยการโค้งพิเศษที่เชื่อมเข้ากับท่อทำให้สามารถชดเชยการขยายตัวเชิงเส้นตามธรรมชาติของท่อได้ เพื่อจุดประสงค์นี้ จะใช้การชดเชยการโค้งงอรูปตัวยู รูปตัว Z และมุม รวมถึงตัวชดเชยพิณ (รูปที่ 1.6)

พวกเขารับรู้การขยายตัวเชิงเส้นของท่อเนื่องจากการเสียรูปของตัวเอง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้สามารถทำได้โดยมีข้อจำกัดบางประการเท่านั้น ท่อแรงดันสูงใช้ข้อศอกในมุมต่างๆ เพื่อรองรับการขยายตัว เนื่องจากแรงดันที่กระทำในส่วนโค้งดังกล่าว อาจเกิดการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นได้

ข้อต่อขยายท่อลูกฟูก

อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยท่อลูกฟูกโลหะผนังบางซึ่งเรียกว่าเครื่องเป่าลมและทอดยาวไปในทิศทางของท่อ (รูปที่ 1.7)

อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการติดตั้งในไปป์ไลน์ พรีโหลดถูกใช้เป็นตัวชดเชยการขยายตัวแบบพิเศษ

หากเราพูดถึงข้อต่อการขยายแนวแกน พวกมันสามารถชดเชยเฉพาะการขยายตัวเชิงเส้นที่เกิดขึ้นตามแนวแกนของท่อเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการเคลื่อนที่ด้านข้างและการปนเปื้อนภายใน ให้ใช้แหวนนำภายใน เพื่อป้องกันท่อจากความเสียหายภายนอกตามกฎแล้วจะใช้การบุแบบพิเศษ ข้อต่อขยายที่ไม่มีวงแหวนนำภายในจะดูดซับการเคลื่อนไหวด้านข้างรวมถึงการสั่นสะเทือนที่อาจมาจากปั๊ม

ฉนวนท่อ

หากตัวกลางอุณหภูมิสูงเคลื่อนที่ผ่านท่อ จะต้องหุ้มฉนวนเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียความร้อน เมื่อตัวกลางที่มีอุณหภูมิต่ำเคลื่อนที่ผ่านท่อ ฉนวนจะถูกใช้เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนจากสภาพแวดล้อมภายนอก ฉนวนในกรณีเช่นนี้ดำเนินการโดยใช้วัสดุฉนวนพิเศษที่วางอยู่รอบท่อ

มักใช้วัสดุต่อไปนี้:

1. ที่อุณหภูมิต่ำถึง 100°C จะใช้โฟมแข็ง เช่น โพลีสไตรีนหรือโพลียูรีเทน
2. ที่อุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 600°C จะใช้เคสที่มีรูปทรงหรือเส้นใยแร่ เช่น สโตนวูลหรือสักหลาดแก้ว
3. ที่อุณหภูมิสูงประมาณ 1200°C - เซรามิกไฟเบอร์ เช่น อลูมินา

ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระบุต่ำกว่า DN 80 และความหนาของชั้นฉนวนน้อยกว่า 50 มม. มักจะหุ้มฉนวนโดยใช้อุปกรณ์ฉนวน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้วางเปลือกสองอันไว้รอบท่อและยึดด้วยเทปโลหะ จากนั้นปิดด้วยปลอกดีบุก (รูปที่ 1.8)

ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระบุมากกว่า DN 80 จะต้องติดตั้งฉนวนกันความร้อนที่มีโครงด้านล่าง (รูปที่ 1.9) โครงนี้ประกอบด้วยวงแหวนจับยึด สเปเซอร์ และแผ่นโลหะที่ทำจากเหล็กเหนียวชุบสังกะสีหรือแผ่นสแตนเลส ช่องว่างระหว่างท่อและท่อโลหะเต็มไปด้วยวัสดุฉนวน

ความหนาของฉนวนคำนวณโดยการกำหนดต้นทุนการผลิตตลอดจนการสูญเสียที่เกิดขึ้นเนื่องจากการสูญเสียความร้อนและมีตั้งแต่ 50 ถึง 250 มม.

ต้องใช้ฉนวนกันความร้อนตลอดความยาวของระบบท่อรวมถึงบริเวณโค้งและข้อศอก สิ่งสำคัญมากคือต้องแน่ใจว่าไม่มีพื้นที่ที่ไม่มีการป้องกันซึ่งอาจทำให้สูญเสียความร้อนได้ การเชื่อมต่อและข้อต่อหน้าแปลนจะต้องติดตั้งองค์ประกอบฉนวนที่มีรูปร่าง (รูปที่ 1.10) ช่วยให้เข้าถึงจุดเชื่อมต่อได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง โดยไม่จำเป็นต้องถอดวัสดุฉนวนออกจากระบบท่อทั้งหมดในกรณีที่เกิดการรั่วไหล

หากเลือกฉนวนของระบบท่ออย่างถูกต้อง ปัญหาต่างๆ มากมายจะหมดไป เช่น

1. หลีกเลี่ยงอุณหภูมิที่ลดลงอย่างมากในตัวกลางที่ไหลและเป็นผลให้ประหยัดพลังงาน
2. ป้องกันไม่ให้อุณหภูมิในระบบท่อส่งก๊าซลดลงต่ำกว่าจุดน้ำค้าง ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะกำจัดการควบแน่นซึ่งอาจนำไปสู่ความเสียหายจากการกัดกร่อนอย่างมีนัยสำคัญ
3. หลีกเลี่ยงการควบแน่นในท่อไอน้ำ

5 การคำนวณไฮดรอลิกของท่อ

5.1 ไปป์ไลน์ธรรมดาของหน้าตัดคงที่

ไปป์ไลน์เรียกว่า เรียบง่าย,ถ้าไม่มีสาขา. ไปป์ไลน์แบบธรรมดาสามารถสร้างการเชื่อมต่อได้: แบบอนุกรม, แบบขนานหรือแบบแยกแขนง ไปป์ไลน์ก็ได้ ซับซ้อน,ที่มีทั้งการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานหรือสาขา

ของเหลวเคลื่อนที่ผ่านท่อเนื่องจากพลังงานที่จุดเริ่มต้นของท่อมากกว่าจุดสิ้นสุด ความแตกต่าง (ความแตกต่าง) ของระดับพลังงานนี้สามารถสร้างขึ้นได้ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง: โดยการทำงานของปั๊ม เนื่องจากความแตกต่างของระดับของเหลว หรือโดยแรงดันแก๊ส ในวิศวกรรมเครื่องกล เราต้องจัดการกับท่อเป็นหลัก ซึ่งก็คือการเคลื่อนที่ของของไหลซึ่งเกิดจากการทำงานของปั๊ม

เมื่อคำนวณไปป์ไลน์แบบไฮดรอลิกมักจะถูกกำหนดโดยมัน แรงกดดันที่ต้องการชมปริมาณการใช้ - ค่าตัวเลขเท่ากับความสูงเพียโซเมตริกในส่วนเริ่มต้นของไปป์ไลน์ หากได้รับแรงกดดันที่ต้องการก็มักจะเรียกว่า ความดันที่มีอยู่ชมแสดง ในกรณีนี้การคำนวณทางไฮดรอลิกสามารถกำหนดอัตราการไหลได้ ถาม ของเหลวในท่อหรือเส้นผ่านศูนย์กลาง ง. ค่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อถูกเลือกจากช่วงที่กำหนดตาม GOST 16516-80

ปล่อยให้ไปป์ไลน์ธรรมดาที่มีพื้นที่การไหลคงที่ตั้งอยู่ในพื้นที่โดยพลการ (รูปที่ 5.1, ก), มีความยาวรวม ลและเส้นผ่านศูนย์กลาง ง และมีความต้านทานไฮดรอลิกเฉพาะที่ I และ II จำนวนหนึ่ง

ให้เราเขียนสมการเบอร์นูลลีเป็นค่าตั้งต้น 1-1 และสุดท้าย 2-2 ส่วนของไปป์ไลน์นี้ โดยสมมติว่าสัมประสิทธิ์โบลิทาร์ในส่วนเหล่านี้จะเท่ากัน (α 1 =α 2) หลังจากที่เราลดแรงกดดันด้านความเร็วลงแล้ว

ที่ไหน z 1 , z 2 - พิกัดจุดศูนย์ถ่วงของส่วนเริ่มต้นและส่วนสุดท้ายตามลำดับ

พี 1 , พี 2 - ความดันในส่วนเริ่มต้นและส่วนสุดท้ายของท่อตามลำดับ

การสูญเสียแรงดันทั้งหมดในท่อ

ดังนั้นแรงกดดันที่ต้องการ

, (5.1)

ดังที่เห็นได้จากสูตรผลลัพธ์ ความดันที่ต้องการคือผลรวมของความสูงทางเรขาคณิตทั้งหมด ∆z = z 2 – z 1 , ซึ่งของเหลวจะเพิ่มขึ้นขณะเคลื่อนที่ผ่านท่อ ความสูงของเพียโซเมตริกในส่วนสุดท้ายของท่อ และปริมาณการสูญเสียแรงดันไฮดรอลิกที่เกิดขึ้นเมื่อของเหลวเคลื่อนที่เข้าไป

ในระบบชลศาสตร์ เป็นเรื่องปกติที่จะต้องเข้าใจถึงผลรวมของแรงดันสถิตของท่อ .

จากนั้นจึงแสดงการสูญเสียทั้งหมดเป็นฟังก์ชันกำลังของอัตราการไหล ถาม, เราได้รับ

ที่ไหน ที -ค่าขึ้นอยู่กับระบบการไหลของของเหลวในไปป์ไลน์

K คือความต้านทานของท่อ

ภายใต้สภาวะการไหลของของไหลแบบราบเรียบและความต้านทานเฉพาะเชิงเส้น (ระบุความยาวที่เท่ากัน ล eq) การสูญเสียทั้งหมด

,

ที่ไหน ลคำนวณ = ล + ล eq - ความยาวไปป์ไลน์โดยประมาณ

ดังนั้นในโหมดลามินาร์ เสื้อ = 1, .

ในการไหลของของเหลวที่ปั่นป่วน

.

เมื่อแทนที่ความเร็วของเหลวเฉลี่ยด้วยอัตราการไหลในสูตรนี้ เราจะได้การสูญเสียแรงดันทั้งหมด

. (5.3)

จากนั้นภายใต้สภาวะที่วุ่นวาย และเลขชี้กำลัง ม= 2. ควรจำไว้ว่าในกรณีทั่วไป ค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียแรงเสียดทานตามความยาวยังเป็นฟังก์ชันของอัตราการไหลด้วย ถาม.

ด้วยการทำเช่นเดียวกันในแต่ละกรณี หลังจากการแปลงพีชคณิตและการคำนวณอย่างง่าย คุณจะได้รับสูตรที่กำหนดการพึ่งพาเชิงวิเคราะห์ของแรงกดดันที่ต้องการสำหรับไปป์ไลน์อย่างง่ายที่กำหนดกับอัตราการไหลในนั้น ตัวอย่างของการขึ้นต่อกันดังกล่าวในรูปแบบกราฟิกแสดงในรูปที่ 5.1 ข, วี.

การวิเคราะห์สูตรที่ให้ไว้ข้างต้นแสดงให้เห็นว่าวิธีแก้ปัญหาในการกำหนดแรงดันที่ต้องการ ชมการบริโภคตามปริมาณที่ทราบ ถาม ของเหลวในท่อและเส้นผ่านศูนย์กลาง ง ไม่ใช่เรื่องยาก เนื่องจากสามารถประเมินระบบการไหลของของไหลในท่อได้โดยการเปรียบเทียบค่าวิกฤตเสมอ อีกครั้งถึงพี= 2300 ด้วยมูลค่าจริงซึ่งสำหรับท่อกลมสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร

หลังจากกำหนดรูปแบบการไหลแล้ว คุณสามารถคำนวณการสูญเสียแรงดัน จากนั้นจึงคำนวณแรงดันที่ต้องการโดยใช้สูตร (5.2)

หากมีค่า ถาม หรือ ง ไม่เป็นที่รู้จัก ในกรณีส่วนใหญ่จะประเมินระบบการไหลได้ยาก ดังนั้นจึงเลือกสูตรที่สมเหตุสมผลซึ่งกำหนดการสูญเสียแรงดันในท่อ ในสถานการณ์เช่นนี้ ขอแนะนำให้ใช้วิธีประมาณค่าต่อเนื่อง ซึ่งโดยปกติต้องใช้งานคำนวณค่อนข้างมาก หรือวิธีกราฟิก ในการประยุกต์ซึ่งจำเป็นต้องสร้างสิ่งที่เรียกว่าคุณลักษณะของ แรงดันท่อที่ต้องการ

5.2. การสร้างลักษณะของแรงดันที่ต้องการของไปป์ไลน์แบบธรรมดา

การแสดงกราฟิกในพิกัด น-ถาม การพึ่งพาเชิงวิเคราะห์ (5.2) ที่ได้รับสำหรับไปป์ไลน์ที่กำหนดเรียกว่าในระบบไฮดรอลิกส์ ลักษณะของแรงดันที่ต้องการในรูปที่ 5.1 ข, คมีการกำหนดลักษณะที่เป็นไปได้หลายประการของแรงดันที่ต้องการ (เชิงเส้น - สำหรับสภาวะการไหลแบบราบเรียบและความต้านทานเฉพาะเชิงเส้นเส้นโค้ง - สำหรับสภาวะการไหลแบบปั่นป่วนหรือการมีความต้านทานในพื้นที่กำลังสองในท่อ)

ดังที่เห็นในกราฟคือค่าของความดันสถิต เอ็นเซนต์ อาจเป็นค่าบวกก็ได้ (ของเหลวถูกจ่ายไปที่ความสูงที่แน่นอน Δ z หรือมีแรงกดดันมากเกินไปในส่วนสุดท้าย พี 2) และค่าลบ (เมื่อของเหลวไหลลงหรือเมื่อเคลื่อนเข้าไปในโพรงที่มีการทำให้บริสุทธิ์)

ความชันของลักษณะของแรงดันที่ต้องการขึ้นอยู่กับความต้านทานของท่อและเพิ่มขึ้นตามความยาวท่อที่เพิ่มขึ้นและลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อและยังขึ้นอยู่กับจำนวนและลักษณะของความต้านทานไฮดรอลิกในท้องถิ่นด้วย นอกจากนี้ ในระบบการไหลแบบราบเรียบ ปริมาณที่พิจารณาจะเป็นสัดส่วนกับความหนืดของของเหลวด้วย จุดตัดของคุณลักษณะความดันที่ต้องการกับแกนแอบซิสซา (จุดที่ กในรูปที่ 5.1 ข, วี) กำหนดการไหลของของไหลในท่อเมื่อเคลื่อนที่ด้วยแรงโน้มถ่วง

การพึ่งพาแบบกราฟิกของแรงดันที่ต้องการนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อกำหนดการไหล ถาม เมื่อคำนวณไปป์ไลน์ทั้งแบบง่ายและซับซ้อน ดังนั้นให้เราพิจารณาวิธีการสร้างการพึ่งพาดังกล่าว (รูปที่ 5.2, ก). ประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้

ขั้นตอนที่ 1การใช้สูตร (5.4) เรากำหนดค่าของโฟลว์วิกฤต ถาม kr สอดคล้องกัน อีกครั้งถึงพี=2300 และทำเครื่องหมายบนแกนค่าใช้จ่าย (แกน x) แน่นอนว่าค่าใช้จ่ายทั้งหมดจะอยู่ทางซ้ายมือ ถาม kr จะมีรูปแบบการไหลแบบราบเรียบในไปป์ไลน์และสำหรับอัตราการไหลที่อยู่ทางด้านขวา ถาม cr, - วุ่นวาย

ขั้นตอนที่ 2เราคำนวณค่าความดันที่ต้องการ เอช 1และ เอช 2ที่อัตราการไหลในท่อเท่ากับ ถาม kr ตามสมมุติฐานว่า ฮ 1 -ผลการคำนวณสำหรับระบบการไหลแบบลามินาร์ และ ยังไม่มีข้อความ 2 -เมื่อเกิดความวุ่นวาย

ขั้นตอนที่ 3เราสร้างคุณลักษณะของแรงดันที่ต้องการสำหรับระบบการไหลแบบราบเรียบ (สำหรับอัตราการไหลน้อยกว่า ถามเครดิต) . หากความต้านทานภายในที่ติดตั้งในไปป์ไลน์มีการพึ่งพาเชิงเส้นของการสูญเสียจากการไหล ดังนั้นลักษณะของแรงดันที่ต้องการจะมีรูปแบบเชิงเส้น

ขั้นตอนที่ 4เราสร้างคุณลักษณะของแรงดันที่ต้องการสำหรับระบบการไหลแบบปั่นป่วน (สำหรับอัตราการไหลที่มีขนาดใหญ่ ถามถึงพี). ในทุกกรณี จะได้ลักษณะเส้นโค้งใกล้กับพาราโบลาระดับที่สอง

เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะของแรงดันที่ต้องการสำหรับท่อที่กำหนด จึงเป็นไปได้ โดยขึ้นอยู่กับค่าที่ทราบของแรงดันที่มีอยู่ ชมแสดงค้นหาอัตราการไหลที่ต้องการ คิวx (ดูรูปที่ 5.2, ก).

หากคุณต้องการค้นหาเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ ง, แล้วให้ค่าหลายค่า งจำเป็นต้องสร้างการพึ่งพาแรงดันที่ต้องการ ชมการบริโภคจากเส้นผ่านศูนย์กลาง ง (รูปที่ 5.2, ข). ต่อไปด้วยค่า ยังไม่มีข้อความโดยเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่าที่ใกล้ที่สุดจากช่วงมาตรฐาน งเซนต์ .

ในบางกรณีในทางปฏิบัติ เมื่อคำนวณระบบไฮดรอลิก แทนที่จะใช้คุณลักษณะแรงดันที่ต้องการ จะใช้คุณลักษณะของไปป์ไลน์ ลักษณะท่อ- นี่คือการขึ้นอยู่กับการสูญเสียแรงดันทั้งหมดในท่อกับอัตราการไหล การแสดงออกเชิงวิเคราะห์ของการพึ่งพานี้มีรูปแบบ

การเปรียบเทียบสูตร (5.5) และ (5.2) ช่วยให้สามารถสรุปได้ว่าลักษณะของท่อแตกต่างจากลักษณะของแรงดันที่ต้องการในกรณีที่ไม่มีแรงดันคงที่ ชมยืนที่ ชมเซนต์ = 0 การพึ่งพาทั้งสองนี้เกิดขึ้นพร้อมกัน

5.3 การเชื่อมต่อท่อธรรมดา

วิธีการคำนวณเชิงวิเคราะห์และเชิงกราฟิก

พิจารณาวิธีคำนวณการเชื่อมต่อของไปป์ไลน์แบบง่าย

ให้เรามี การเชื่อมต่อแบบอนุกรมไปป์ไลน์ง่ายๆ หลายอัน ( 1 , 2 และ 3 ในรูปที่ 5.3 ก) ความยาวต่างกัน เส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน โดยมีชุดความต้านทานเฉพาะที่ต่างกัน เนื่องจากท่อเหล่านี้เชื่อมต่อแบบอนุกรม แต่ละท่อจึงมีการไหลของของไหลเท่ากัน ถาม. การสูญเสียส่วนหัวทั้งหมดสำหรับการเชื่อมต่อทั้งหมด (ระหว่างจุด มและ เอ็น) ประกอบด้วยการสูญเสียแรงดันในแต่ละท่อธรรมดา ( , , ), เช่น. สำหรับการเชื่อมต่อแบบอนุกรม ระบบสมการต่อไปนี้ใช้ได้:

(5.6)

การสูญเสียแรงดันในแต่ละไปป์ไลน์สามารถกำหนดได้จากค่าของอัตราการไหลที่สอดคล้องกัน:

ระบบสมการ (5.6) เสริมด้วยการพึ่งพา (5.7) เป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณเชิงวิเคราะห์ของระบบไฮดรอลิกที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของท่อ

หากใช้วิธีการคำนวณแบบกราฟิก ก็ไม่จำเป็นต้องสร้างคุณลักษณะสรุปของการเชื่อมต่อ

ในรูปที่ 5.3 ขแสดงวิธีการรับคุณสมบัติสรุปของการเชื่อมต่อแบบอนุกรม เพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้ลักษณะของไปป์ไลน์แบบธรรมดา 1 , 2 และ 3

ในการสร้างจุดที่มีลักษณะเฉพาะของการเชื่อมต่อแบบอนุกรม จำเป็นต้องบวกการสูญเสียแรงดันในท่อเดิมด้วยอัตราการไหลเดียวกันตาม (5.6) เพื่อจุดประสงค์นี้ เส้นแนวตั้งจะถูกวาดบนกราฟ (ที่อัตราการไหลตามอำเภอใจ ถาม" ). ตามแนวตั้งนี้ ส่วนต่างๆ (การสูญเสียความดัน และ) ที่ได้รับจากจุดตัดของแนวตั้งที่มีลักษณะเริ่มต้นของท่อจะถูกรวมเข้าด้วยกัน ประเด็นที่ได้รับจึงได้ กจะอยู่ในลักษณะสรุปของการเชื่อมต่อ ดังนั้นลักษณะรวมของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของไปป์ไลน์ธรรมดาหลาย ๆ เส้นจึงได้มาโดยการเพิ่มพิกัดของจุดของลักษณะเริ่มต้นที่อัตราการไหลที่กำหนด

ขนานเรียกว่าการเชื่อมต่อท่อที่มีจุดร่วมสองจุด (จุดสาขา และจุดปิด) ตัวอย่างของการเชื่อมต่อแบบขนานของสามไปป์ไลน์ธรรมดาแสดงในรูปที่ 5.3 วี.แน่นอนว่าเป็นรายจ่าย ถาม ของไหลในระบบไฮดรอลิกก่อนการแตกแขนง (จุดที่ ม)และหลังปิด (จุดที่ เอ็น) เท่ากันและเท่ากับจำนวนค่าใช้จ่าย ถาม 1 , ถาม 2 และ ถาม 3 ในสาขาคู่ขนาน

ถ้าเรากำหนดความดันรวมที่จุด ม และ เอ็นผ่าน เอ็นม และ เอช เอ็น, ดังนั้นสำหรับแต่ละท่อ การสูญเสียแรงดันจะเท่ากับความแตกต่างของแรงกดดันเหล่านี้:

; ; ,

นั่นคือในท่อคู่ขนานการสูญเสียแรงดันจะเท่ากันเสมอ นี่คือคำอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยการเชื่อมต่อดังกล่าวแม้จะมีความต้านทานไฮดรอลิกที่แตกต่างกันของท่อธรรมดาแต่ละท่อ แต่ต้นทุนก็ตาม ถาม 1 , ถาม 2 และ ถาม 3 กระจายระหว่างกันเพื่อให้ขาดทุนเท่ากัน

ดังนั้นระบบสมการสำหรับการเชื่อมต่อแบบขนานจึงมีรูปแบบ

(5.8)

การสูญเสียแรงดันในแต่ละท่อที่รวมอยู่ในการเชื่อมต่อสามารถกำหนดได้โดยใช้สูตรของแบบฟอร์ม (5.7) ดังนั้นระบบสมการ (5.8) เสริมด้วยสูตร (5.7) จึงเป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณเชิงวิเคราะห์ของระบบไฮดรอลิกที่มีการเชื่อมต่อแบบขนานของท่อ

ในรูปที่ 5.3 ชแสดงวิธีการรับคุณลักษณะสรุปของการเชื่อมต่อแบบขนาน เพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้ลักษณะของไปป์ไลน์แบบธรรมดา 1 , 2 และ 3 ซึ่งสร้างขึ้นตามการพึ่งพา (5.7)

เพื่อให้ได้จุดที่มีลักษณะรวมของการเชื่อมต่อแบบขนาน จำเป็นต้องเพิ่มอัตราการไหลในท่อเดิมด้วยการสูญเสียแรงดันเท่ากันตาม (5.8) เพื่อจุดประสงค์นี้ เส้นแนวนอนโดยพลการจะถูกวาดบนกราฟ (โดยมีการสูญเสียโดยพลการ) ตามเส้นแนวนอนนี้ ส่วนต่างๆ (ค่าใช้จ่าย) จะถูกสรุปเป็นกราฟิก ถาม 1 , ถาม 2 และ ถาม 3) ได้มาจากจุดตัดของเส้นแนวนอนที่มีลักษณะเริ่มต้นของท่อ ประเด็นที่ได้รับจึงได้ ในอยู่ในลักษณะสรุปของการเชื่อมต่อ ดังนั้นลักษณะรวมของการเชื่อมต่อแบบขนานของท่อจึงได้มาโดยการเพิ่มจุดตัดของจุดของลักษณะดั้งเดิมสำหรับการสูญเสียที่กำหนด

โดยใช้วิธีการที่คล้ายกัน คุณลักษณะสรุปจะถูกสร้างขึ้นสำหรับไปป์ไลน์แบบแยกสาขา การเชื่อมต่อแบบแยกสาขาคือการรวมท่อหลายท่อที่มีจุดร่วมจุดเดียว (จุดที่ท่อแตกหรือบรรจบกัน)

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานที่กล่าวถึงข้างต้นโดยเคร่งครัดจัดอยู่ในประเภทของไปป์ไลน์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตามในระบบไฮดรอลิกส์ด้านล่าง ไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนตามกฎแล้วพวกเขาเข้าใจการเชื่อมต่อของไปป์ไลน์ง่าย ๆ หลายเส้นที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนาน

ในรูปที่ 5.3 งให้ตัวอย่างของไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยไปป์ไลน์สามท่อ 1 , 2 และ 3. ไปป์ไลน์ 1 ต่ออนุกรมกันตามท่อ 2 และ 3. ไปป์ไลน์ 2 และ 3 ถือได้ว่าขนานกัน เนื่องจากมีจุดแตกแขนงร่วมกัน (จุดที่ ม) และจ่ายของเหลวให้กับถังไฮดรอลิกเดียวกัน

สำหรับไปป์ไลน์ที่ซับซ้อน การคำนวณมักจะดำเนินการแบบกราฟิก แนะนำให้ใช้ลำดับต่อไปนี้:

1) ไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนแบ่งออกเป็นไปป์ไลน์ธรรมดาจำนวนหนึ่ง

2) สำหรับแต่ละไปป์ไลน์แบบง่าย ๆ จะมีการสร้างคุณลักษณะ

3) โดยการเพิ่มกราฟิกจะได้ลักษณะของไปป์ไลน์ที่ซับซ้อน

ในรูปที่ 5.3 จแสดงลำดับของโครงสร้างกราฟิกเมื่อได้รับคุณสมบัติสรุป () ของไปป์ไลน์ที่ซับซ้อน ขั้นแรกให้เพิ่มลักษณะของไปป์ไลน์ตามกฎสำหรับการเพิ่มลักษณะของไปป์ไลน์แบบขนาน จากนั้นจึงเพิ่มลักษณะของการเชื่อมต่อแบบขนานที่มีลักษณะตามกฎสำหรับการเพิ่มลักษณะของไปป์ไลน์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและคุณลักษณะ ของไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนทั้งหมดได้มา

มีกราฟที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้ (ดูรูปที่ 5.3, จ) สำหรับไปป์ไลน์ที่ซับซ้อน คุณสามารถใช้อัตราการไหลที่ทราบได้ ถาม 1 เข้าสู่ระบบไฮดรอลิกกำหนดแรงดันที่ต้องการ ชมปริมาณการใช้ = สำหรับไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนทั้งหมด ต้นทุน ถาม 2 และ ถาม 3 ในกิ่งขนาน เช่นเดียวกับการสูญเสียแรงดัน และในแต่ละไปป์ไลน์ธรรมดา

5.4 ท่อป้อนปั๊ม

ตามที่ระบุไว้แล้ววิธีการหลักในการจ่ายของไหลในวิศวกรรมเครื่องกลคือการบังคับฉีดโดยปั๊ม ปั๊มเรียกว่าอุปกรณ์ไฮดรอลิกที่แปลงพลังงานกลของไดรฟ์เป็นพลังงานของการไหลของของไหลทำงาน ในระบบไฮดรอลิกส์เรียกว่าไปป์ไลน์ที่ปั๊มรับประกันการเคลื่อนที่ของของไหล ท่อพร้อมแหล่งจ่ายปั๊ม(รูปที่ 5.4, ก).

วัตถุประสงค์ของการคำนวณท่อสูบมักจะเพื่อกำหนดแรงดันที่เกิดจากปั๊ม (หัวปั๊ม) หัวปั๊ม N n คือพลังงานกลทั้งหมดที่ปั๊มถ่ายโอนไปยังหน่วยน้ำหนักของของเหลว ดังนั้นเพื่อกำหนด เอ็น n มีความจำเป็นต้องประมาณการเพิ่มขึ้นของพลังงานจำเพาะรวมของของเหลวเมื่อไหลผ่านปั๊มเช่น

, (5.9)

ที่ไหน เอ็น อิน,ไม่ออก -พลังงานจำเพาะของของเหลวที่ทางเข้าและทางออกของปั๊มตามลำดับ

พิจารณาการทำงานของท่อเปิดที่มีการจ่ายปั๊ม (ดูรูปที่ 5.4 ก). ปั๊มสูบของเหลวจากอ่างเก็บน้ำด้านล่าง กด้วยแรงดันเหนือของเหลว พี 0 ไปยังถังอื่น บีซึ่งความกดดัน ร 3 . ความสูงของปั๊มสัมพันธ์กับระดับของเหลวด้านล่าง ชม 1 เรียกว่าลิฟต์ดูดและท่อที่ของเหลวเข้าสู่ปั๊มคือ ท่อดูด,หรือสายดูดไฮดรอลิก ความสูงของส่วนสุดท้ายของท่อหรือระดับของเหลวด้านบน เอ็น 2 เรียกว่าความสูงในการปล่อยและท่อที่ของเหลวเคลื่อนที่จากปั๊ม ความดัน,หรือ สายฉีดไฮดรอลิก

ให้เราเขียนสมการเบอร์นูลลีสำหรับการไหลของของไหลในท่อดูด เช่น สำหรับส่วนต่างๆ 0-0 และ 1-1 :

, (5.10)

การสูญเสียแรงดันในท่อดูดอยู่ที่ไหน

สมการ (5.10) เป็นสมการหลักในการคำนวณท่อดูด ความดัน พี 0 มักจะจำกัด (โดยปกติคือความดันบรรยากาศ) ดังนั้นจุดประสงค์ในการคำนวณท่อดูดมักจะคือเพื่อกำหนดแรงดันที่ด้านหน้าปั๊ม จะต้องสูงกว่าความดันไออิ่มตัวของของเหลว นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการเกิดโพรงอากาศที่ทางเข้าปั๊ม จากสมการ (5.10) คุณสามารถหาพลังงานจำเพาะของของเหลวได้ที่ทางเข้าปั๊ม:

. (5.11)

ให้เราเขียนสมการเบอร์นูลลีสำหรับการไหลของของไหลในท่อแรงดัน เช่น สำหรับส่วนต่างๆ 2-2 และ 3-3:

, (5.12)

การสูญเสียแรงดันในท่อแรงดันอยู่ที่ไหน

ด้านซ้ายของสมการนี้แสดงถึงพลังงานจำเพาะของของไหลที่ออกจากปั๊ม ชมออก. การแทนที่ทางด้านขวามือของการขึ้นต่อกัน (5.11) เป็น (5.9) สำหรับ ชมป้อนข้อมูลและ (5.12) สำหรับ ชมออก, เราได้รับ

จากสมการ (5.13) ดังต่อไปนี้ แรงดันปั๊ม ชม n ทำให้แน่ใจว่าของเหลวจะสูงขึ้น (ฮ1+ชม 2) เพิ่มแรงกดดันจาก ร 0 ก่อน พี 3 และใช้ในการเอาชนะความต้านทานในท่อดูดและท่อแรงดัน

ถ้าอยู่ทางด้านขวาของสมการ (5.13) กำหนด ชม st และแทนที่ บน เคคิว ม แล้วเราก็ได้ ชมn= Hcr + เคคิว ม.

ลองเปรียบเทียบนิพจน์สุดท้ายกับสูตร (5.2) ซึ่งกำหนดแรงดันที่ต้องการสำหรับไปป์ไลน์ ตัวตนที่สมบูรณ์ของพวกเขาชัดเจน:

เหล่านั้น. ปั๊มสร้างแรงดันเท่ากับแรงดันที่ต้องการของท่อ

สมการผลลัพธ์ (5.14) ทำให้คุณสามารถวิเคราะห์แรงดันปั๊มได้ อย่างไรก็ตามในกรณีส่วนใหญ่ วิธีการวิเคราะห์ค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นวิธีการคำนวณแบบกราฟิกสำหรับการคำนวณไปป์ไลน์ที่มีการจ่ายปั๊มจึงแพร่หลายมากขึ้น

วิธีนี้ประกอบด้วยการวางแผนร่วมกันบนกราฟลักษณะของความดันท่อที่ต้องการ (หรือลักษณะของท่อ) และลักษณะเฉพาะของปั๊ม คุณลักษณะของปั๊มหมายถึงการขึ้นอยู่กับแรงดันที่สร้างโดยปั๊มกับอัตราการไหล จุดตัดของการพึ่งพาเหล่านี้เรียกว่า จุดปฏิบัติการระบบไฮดรอลิกและเป็นผลจากการแก้สมการกราฟิก (5.14)

ในรูปที่ 5.4 ขมีการให้ตัวอย่างของโซลูชันแบบกราฟิกดังกล่าว นี่คือจุด A และมีจุดปฏิบัติการของระบบไฮดรอลิกที่ต้องการ พิกัดของมันกำหนดความดัน ชม n สร้างขึ้นโดยปั๊มและอัตราการไหล ถามn ของไหลที่ไหลจากปั๊มเข้าสู่ระบบไฮดรอลิก

หากตำแหน่งของจุดปฏิบัติการบนกราฟไม่เหมาะกับผู้ออกแบบด้วยเหตุผลบางประการตำแหน่งนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการปรับพารามิเตอร์ของไปป์ไลน์หรือปั๊ม

7.5. ค้อนน้ำในท่อ

ค้อนน้ำเป็นกระบวนการสั่นที่เกิดขึ้นในท่อเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความเร็วของของเหลวอย่างกะทันหัน เช่น เมื่อการไหลหยุดเนื่องจากการปิดวาล์ว (ก๊อกน้ำ) อย่างรวดเร็ว

กระบวนการนี้รวดเร็วมากและมีลักษณะเฉพาะด้วยการสลับการเพิ่มและลดแรงดันอย่างรวดเร็วซึ่งอาจนำไปสู่การทำลายระบบไฮดรอลิก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเมื่อหยุดพลังงานจลน์ของกระแสเคลื่อนที่จะถูกแปลงเป็นงานในการยืดผนังท่อและบีบอัดของเหลว อันตรายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือแรงดันไฟกระชากเริ่มต้น

ให้เราติดตามระยะของการกระแทกไฮดรอลิกที่เกิดขึ้นในท่อเมื่อการไหลถูกปิดกั้นอย่างรวดเร็ว (รูปที่ 7.5)

ปล่อยให้ที่ปลายท่อซึ่งของเหลวเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว วีคิว, ก๊อกน้ำจะปิดทันที ก.จากนั้น (ดูรูปที่ 7.5, ก) ความเร็วของอนุภาคของเหลวที่ชนกับก๊อกน้ำจะถูกดับลงและพลังงานจลน์ของพวกมันจะถูกถ่ายโอนไปยังการทำงานของผนังท่อและของเหลวที่เสียรูป ในกรณีนี้ผนังท่อจะยืดออกและของเหลวถูกบีบอัด ความดันในของเหลวที่ถูกหยุดจะเพิ่มขึ้น Δ พีตี อนุภาคอื่นๆ จะวิ่งเข้าไปในอนุภาคที่ถูกยับยั้งของของเหลวที่ก๊อกน้ำ และยังสูญเสียความเร็ว ส่งผลให้เกิดหน้าตัด หน้าเคลื่อนที่ไปทางขวาด้วยความเร็ว c เรียกว่า ความเร็วคลื่นกระแทก,ขอบเขตการเปลี่ยนแปลงนั้นเอง (มาตรา พี-พี)ซึ่งความดันเปลี่ยนแปลงตามจำนวน Δ พีอู๊ดถูกเรียกว่า คลื่นกระแทก

เมื่อคลื่นกระแทกมาถึงอ่างเก็บน้ำ ของเหลวจะถูกหยุดและอัดแน่นทั่วทั้งท่อ และผนังของท่อจะถูกยืดออก แรงดันช็อกเพิ่มขึ้น Δ พีแรงกระแทกจะกระจายไปทั่วท่อ (ดูรูปที่ 7.5 ข).

แต่สภาวะนี้ไม่สมดุล ภายใต้อิทธิพลของแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น ( ร 0 + Δ พีเอาชนะ) อนุภาคของเหลวจะพุ่งจากท่อเข้าสู่ถังและการเคลื่อนไหวนี้จะเริ่มจากส่วนที่อยู่ติดกับถังโดยตรง ตอนนี้ส่วน หน้าเคลื่อนที่ไปตามท่อไปในทิศทางตรงกันข้าม - ไปที่ก๊อก - ด้วยความเร็วเท่ากัน กับโดยทิ้งแรงดันในของเหลวไว้ พี 0 (ดูรูปที่ 7.5, วี).

ผนังของเหลวและท่อจะกลับสู่สถานะเริ่มต้นที่สอดคล้องกับความดัน พี 0 . งานเปลี่ยนรูปจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์โดยสมบูรณ์ และของเหลวในท่อจะได้ความเร็วเดิม , แต่มุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

ด้วยความเร็วนี้ "คอลัมน์ของเหลว" (ดูรูปที่ 7.5 ช) มีแนวโน้มที่จะหลุดออกจากก๊อกน้ำทำให้เกิดคลื่นกระแทกเป็นลบ (ความดันในของเหลวลดลงตามค่าเดิม Δ พีอุด) มีการกำหนดขอบเขตระหว่างสองสถานะของของเหลว จากการแตะสู่รถถังด้วยความเร็ว กับทิ้งผนังท่ออัดและของเหลวขยายตัวไว้ (ดูรูปที่ 7.5 ง). พลังงานจลน์ของของเหลวจะเปลี่ยนเป็นงานของการเสียรูปอีกครั้ง แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม

สถานะของของเหลวในท่อ ณ ขณะที่คลื่นกระแทกเชิงลบมาถึงถัง ดังแสดงในรูปที่ 7.5 จ.เช่นเดียวกับกรณีที่แสดงในรูปที่ 7.5 ข, ไม่อยู่ในภาวะสมดุลเนื่องจากของเหลวในท่ออยู่ภายใต้ความดัน ( ร 0 + Δ พีตี) น้อยกว่าในถัง ในรูปที่ 7.5 และแสดงกระบวนการปรับความดันในท่อและถังให้เท่ากัน ควบคู่ไปกับการเกิดการเคลื่อนที่ของของไหลด้วยความเร็ว .

เห็นได้ชัดว่าทันทีที่คลื่นกระแทกที่สะท้อนจากถังไปถึงก๊อกน้ำ จะเกิดสถานการณ์ขึ้นเมื่อปิดก๊อกน้ำแล้ว วงจรค้อนน้ำทั้งหมดจะเกิดซ้ำ

การศึกษาเชิงทฤษฎีและทดลองเกี่ยวกับการกระแทกไฮดรอลิกในท่อได้ดำเนินการโดย N.E. Zhukovsky ในการทดลองของเขา มีการบันทึกรอบที่สมบูรณ์สูงสุด 12 รอบโดยมีค่า Δ ลดลงทีละน้อย พีตี จากผลการวิจัย N.E. Zhukovsky ได้รับการพึ่งพาเชิงวิเคราะห์ซึ่งทำให้สามารถประมาณแรงดันกระแทก Δ พีตี หนึ่งในสูตรเหล่านี้ซึ่งตั้งชื่อตาม N.E. Zhukovsky มีรูปแบบ

ความเร็วการแพร่กระจายคลื่นกระแทกอยู่ที่ไหน กับกำหนดโดยสูตร

,

ที่ไหน ถึง -โมดูลัสปริมาตรของความยืดหยุ่นของของเหลว อี -โมดูลัสความยืดหยุ่นของวัสดุผนังท่อ งและ δ คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายในและความหนาของผนังท่อตามลำดับ

สูตร (7.14) ใช้ได้กับค้อนน้ำโดยตรง เมื่อเวลาปิดการไหล t ปิดน้อยกว่าเฟสค้อนน้ำ ที 0:

ที่ไหน ล- ความยาวท่อ

เฟสค้อนน้ำ ที 0 คือเวลาที่คลื่นกระแทกเคลื่อนจากก๊อกน้ำไปยังถังและย้อนกลับ ที่ ทีปิด > ที 0 แรงดันกระแทกน้อยกว่าและเรียกว่าค้อนน้ำ ทางอ้อม.

หากจำเป็น คุณสามารถใช้วิธีการ "บรรเทา" ค้อนน้ำที่เป็นที่รู้จักได้ วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการเพิ่มเวลาตอบสนองของก๊อกหรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่จะปิดการไหลของของเหลว ผลที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นได้โดยการติดตั้งตัวสะสมไฮดรอลิกหรือวาล์วนิรภัยที่ด้านหน้าอุปกรณ์ที่ขัดขวางการไหลของของไหล การลดความเร็วการเคลื่อนที่ของของไหลในท่อโดยการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อตามอัตราการไหลที่กำหนด และลดความยาวของท่อ (ลดเฟสการกระแทกของไฮดรอลิก) ยังช่วยลดแรงดันกระแทกอีกด้วย

การคำนวณท่อไฮดรอลิกมักจะลงมาเพื่อกำหนดปริมาณหนึ่งในสามปริมาณโดยให้ปริมาณอื่น ๆ :

1) แรงกดดัน เอ็น ตามอัตราการไหลที่ทราบ ถาม ของเหลวเส้นผ่านศูนย์กลาง ง และความยาวท่อ ล ;

2) การบริโภค ถาม ของเหลวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ทราบ ง , ความยาว ล ท่อและแรงดัน เอ็น ;

3) เส้นผ่านศูนย์กลาง ง ท่อตามอัตราการไหลที่กำหนด ถาม ของเหลวและความดัน เอ็น .

เมื่อคำนวณไปป์ไลน์สามารถใช้ได้สองวิธี:

วิธี ก - เสร็จสมบูรณ์โดยคำนึงถึงความต้านทานของท่อทั้งหมด

วิธี ใน - ลดลงโดยใช้ลักษณะการไหลและปัจจัยแก้ไขสำหรับความต้านทานเฉพาะที่

ลองพิจารณาสามตัวเลือกในการคำนวณไปป์ไลน์อย่างง่ายโดยใช้วิธีเต็มและวิธีลด

ภารกิจที่ 1ให้ไว้: ความยาว ล ท่อเส้นผ่านศูนย์กลาง ง , เครื่องหมาย geodetic ในการเริ่มต้น ซี 1 และสุดท้าย ซี 2 คะแนนและการบริโภค ถาม . จำเป็นต้องกำหนดความสูง เอ็นบี อ่างเก็บน้ำหรือแรงดัน เอ็น เอ็น สร้างขึ้นโดยปั๊ม

เพื่อการคำนวณที่สมบูรณ์ (วิธี ก ) เราใช้สมการ (6):

ราคาต่อรอง ล และ x เราพบว่าคำนึงถึงระบอบการเคลื่อนที่ของของไหลซึ่งกำหนดโดยเลขเรย์โนลด์ส และยังขึ้นอยู่กับความหยาบด้วย ดี ท่อ

เพื่อลดการคำนวณ (วิธี ใน ) เราใช้สมการ (3):

.

ลักษณะการไหล ถึง กำหนดจากโต๊ะสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด

ความสูงของหอหรือแรงดันปั๊มจะเท่ากับ:

ภารกิจที่ 2ให้ไว้: ความยาว ล ท่อเส้นผ่านศูนย์กลาง ง , ความสูงของอ่างเก็บน้ำ เอ็นบี หรือแรงดันปั๊ม เอ็น เอ็น , เครื่องหมาย geodetic ในการเริ่มต้น ซี 1 และสุดท้าย ซี 2 คะแนน จำเป็นต้องกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลาง ง ไปป์ไลน์

วิธี ก . จากสมการ (6) เราพบว่า

. (9)

ที่นี่เป็นไปไม่ได้ที่จะคำนวณอัตราการไหลโดยตรงเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์ ล และ x เป็นฟังก์ชันของเลขเรย์โนลด์ส และปรากฎว่าไม่สามารถกำหนดได้ในเงื่อนไขของปัญหานี้ เนื่องจากมันเกี่ยวข้องกับอัตราการไหลที่ไม่ทราบและต้องการ ถาม . ดังนั้น การแก้ปัญหาจึงทำโดยวิธีการประมาณค่าต่อเนื่อง โดยสมมติว่าในการประมาณค่าแรกมีกฎความต้านทานกำลังสอง ซึ่งค่าสัมประสิทธิ์จะเท่ากับ ล และ x ไม่ต้องพึ่ง อีกครั้ง .

วิธี ใน . การคำนวณดำเนินการโดยใช้สมการ (2):

ลักษณะการไหลถูกกำหนดจากตารางตามเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด

หัวใช้ได้ เอ็น ถูกกำหนดจากความสัมพันธ์ (3):

Н = Н ข + z 1 – z 2.

การบริโภคโดยคำนึงถึงการสำรอง 10% สำหรับการสูญเสียในท้องถิ่นจะเป็น:

. (10)

ภารกิจที่ 3ให้ไว้: ความสูงของหอเก็บน้ำ เอ็นบี หรือแรงดันปั๊ม เอ็น เอ็น , การบริโภค ถาม , ความยาว ล ไปป์ไลน์, เครื่องหมายระดับความสูงทางภูมิศาสตร์ ซี 1 และ ซี 2 . จำเป็นต้องกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลาง ง ไปป์ไลน์

วิธี ก . การแก้ปัญหาเชิงวิเคราะห์นั้นเกี่ยวข้องกับปัญหาที่สำคัญ เนื่องจากในกรณีนี้ ไม่เพียงแต่ไม่ทราบจำนวนเท่านั้น อีกครั้ง , ซึ่งรวมถึงค่าของเส้นผ่านศูนย์กลางด้วย แต่สมการ (6) หรือ (7) นั้นสัมพันธ์กับเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องการกลายเป็นสมการกำลังสูงที่ไม่สามารถลดให้อยู่ในรูปลอการิทึมได้ ในเรื่องนี้ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยวิธีการประมาณต่อเนื่องโดยสมมติว่ามีกฎความต้านทานกำลังสองซึ่งจะมีอัตราการไหล ถาม เป็นฟังก์ชันของเส้นผ่านศูนย์กลาง

สมการ (9) สามารถลดลงได้ในรูปแบบ:

. (11)

ถามภายใต้ความกดดันอย่างต่อเนื่อง เอ็น ช่วงเส้นผ่านศูนย์กลาง วัน 1 , วันที่ 2 , วันที่ 3 ฯลฯ สามารถคำนวณอัตราการไหลที่สอดคล้องกันจำนวนหนึ่งได้ คำถามที่ 1 , คำถามที่ 2 , คำถามที่ 3 ฯลฯ และสร้างกราฟ ถาม = ฉ(ง) (รูปที่ 3) เมื่อใช้กราฟ คุณสามารถกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่สอดคล้องกับอัตราการไหลที่กำหนดได้ ถาม .

วิธี ใน . โดยคำนึงถึงสิ่งนั้น และกำหนดชุดของค่าต่างๆ ง เรากำหนดค่าที่สอดคล้องกันของลักษณะการบริโภค ถึง และสร้างกราฟให้คล้ายกับกราฟที่แสดงในรูปที่ 3

เราคำนวณโดยใช้สูตร ลักษณะการไหลและกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางจากกราฟ ที่นี่ Н = Н ข + z 1 – z 2 .

คุณสามารถใช้ค่าเดียวกันได้ ถึง , กำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่ต้องการโดยใช้ตารางของ Shevelev

บางครั้งเมื่อมีการแก้ไขปัญหาภายใต้การพิจารณาจะมีการแนะนำเงื่อนไขเพิ่มเติม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเงื่อนไขดังกล่าวรวมถึงการได้รับต้นทุนน้ำประปาที่ต่ำที่สุด เนื่องจากขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อยังกำหนดปริมาณการสูญเสียแรงดันด้วย ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเล็กลง การสูญเสียแรงดันก็จะยิ่งมากขึ้น และในทางกลับกัน ดังนั้นการออกแบบจึงขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจซึ่งขึ้นอยู่กับเงินทุนและต้นทุนการดำเนินงาน

ขนาดท่อที่เล็กลงต้องใช้ต้นทุนทุนในการก่อสร้างท่อที่ต่ำกว่า ต้นทุนของท่อดังกล่าว ต้นทุนการขุดร่องลึก และการวางท่อจะลดลง อย่างไรก็ตาม การลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อส่งผลให้สูญเสียแรงดันเพิ่มขึ้น ซึ่งต้องใช้กำลังของปั๊มและมอเตอร์ไฟฟ้ามากขึ้น เช่น การใช้ไฟฟ้ามากขึ้น ส่งผลให้ต้นทุนอุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงานเพิ่มขึ้น

การกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่มีความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจมักเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนที่สอดคล้องกับต้นทุนเงินทุนและต้นทุนการดำเนินงานที่เหมาะสมที่สุด การตัดสินใจสามารถทำได้แบบกราฟิกหรือโดยการคำนวณ

ในการกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของไปป์ไลน์คุณสามารถใช้สูตรที่เสนอโดย V. S. Yablonsky เขาพบว่าเส้นผ่านศูนย์กลางที่ได้เปรียบทางเศรษฐกิจมากที่สุดนั้นสอดคล้องกับอัตราการไหลของของไหลประมาณ โวลต์ = 1 เมตร/วินาที และเมื่อแก้สมการที่รู้จักกันดีสำหรับการไหลของของไหลสัมพันธ์กับเส้นผ่านศูนย์กลางแล้วได้รับ:

(12)

ที่ไหน ดีอี - เส้นผ่านศูนย์กลาง, ม.; ถาม - การไหลของของไหล m 3 /s

ในระบบชลศาสตร์วิศวกรรมเครื่องกล มักจำเป็นต้องพิจารณาท่อสั้นแบบไฮดรอลิก เช่น ท่อส่งกำลังไฮดรอลิก ระบบไฟฟ้าของรถยนต์หรือรถแทรกเตอร์ ระบบหล่อลื่นของเครื่องจักรงานโลหะ ท่อดูดของปั๊ม เป็นต้น ในระบบดังกล่าว ความหนืด ของของเหลวที่สูบเข้าไปอาจเกินความหนืดของน้ำได้มาก ในกรณีเหล่านี้ การสูญเสียในพื้นที่จะเทียบได้กับการสูญเสียแรงดันตามความยาวของท่อ และไม่สามารถละเลยได้

หลักการคำนวณท่อไฮดรอลิกแบบสั้นนั้นสัมพันธ์กับการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียในพื้นที่จำนวนมากและผลรวม การคำนวณเหล่านี้ไม่ได้กล่าวถึงในคู่มือนี้