Понятие о гидравлическом расчете трубопровода насосной установки

При переустройстве оросительных или водоснабженческих сооружений в хозяйствах часто возникают вопросы, связанные с гидравлическим расчетом трубопроводов, и машинист насосной установки должен уметь разрешить их.

Различают сопротивления, связанные с преодолением шероховатости стенок трубопровода при движении водного потока в нем (гидравлические сопротивления по длине трубопровода), и местные гидравлические сопротивления в виде внезапного увеличения или сужения сечения трубопровода, его поворотов, различных тройников, крестовин и пр.

Потери напора на трение, то есть напор, затрачиваемый на преодоление гидравлических сопротивлений по длине трубопровода l диаметром d, определяется по формуле:

 (2 - 29)

где s₀ - удельное сопротивление;
l - длина трубопровода, м;
Q - расход, м³/сек.

Величины удельных сопротивлений s₀  для ряда диаметров стальных и асбестоцементных труб приводятся в таблице 3.
Таблица 3 Расчетные значения удельных сопротивлений S₀ для стальных и асбестоцементных труб

Удельные сопротивления для стальных труб вычислены по формуле Ф. А. Шевелева с коэффициентом шероховатости n = 0,012 и при скорости в трубопроводе v  1,2 м/сек, а для асбестоцементных - по сокращенной формуле Н. Н. Павловского при n = 0,011.

Потери напора на преодоление местных сопротивлений определяются по формуле:

              (2 - 30)

где   - сумма коэффициентов местных сопротивлений, принимается по таблице на стр. 55;
v - скорость жидкости в трубе, м/сек;
g - 9,8 м²/сек - ускорение силы тяжести.

Полные или суммарные потери напора в трубопроводе определяются выражением:

 (2 - 31)

Величину расхода Q, проходящего через сечение трубопровода площадью F, определяют по уравнению (2-4): Q = F_v.
Площадь сечения трубопровода F вычисляют по уравнению площади круга:

                                           (2 - 32)

При вычислении диаметра трубы можно пользоваться формулой:

                                      (2 - 33)

В этих выражениях: d - диаметр труб, м; Q - заданный расход, м³/сек и v - принятая скорость воды в трубе, м/сек.

В системе трубопроводов насосной установки (рис. 21) имеются два участка,

Рис. 21. Схема оборудования насосной установки с центробежным насосом:
1 - насос; 2 - двигатель; 3 - передача; 4 - всасывающий трубопровод; 5 - приемный резервуар; 6 - напорный трубопровод; 7- напорный резервуар;
8 - задвижка; 9 - обратный клапан.

подлежащие гидравлическому расчету; поэтому, пользуясь вышеприведенными зависимостями, рассчитывают отдельно полные потери во всасывающем трубопроводе (от входа и до насоса) - h_wв и полные потери напора в напорном трубопроводе (от насоса до бака) - h_wн. Затем эти потери суммиру­ют (S_hw = h_wв + h_wн) и по уравнению (2-12) находят величину полного напора насосной установки H в м.

Для уменьшения и предотвращения потерь в трубопроводах часто используется термоусадочная трубка, благодаря которой можно уменьшить утечки воды из системы. Термоусадочную трубку различных диаметров можно приобрести на сайте http://polymerpro.ru/catalog/termousazhivaemye-iz.

В этом уравнении H_г - геометрическая высота подъема воды насосной установки в м, которая определяется согласно рисунку 21 как разность отметок уровней в напорном и водоприемном резервуарах.

Длина всасывающего трубопровода в насосных установках обычно не превышает 30-40 м; допустимые скорости v_доп принимают:
при d_тр до 250 мм -v_доп = 1 - 1,25 м/сек;
d_тр = 250 мм и более - v_доп = 1,2-1,5 м/сек.
Напорные трубопроводы могут иметь разную длину и их диаметр обычно определяют технико-экономическим расчетом.      

Для ориентировочных расчетов можно пользоваться следующими допустимыми скоростями:
при l трубопровода до 100 м - v_доп= 1,5-2,75 м/сек
«l»      100-300 м - vдоп= 1,25-1,50
«l»      более 300 м - vдоп= 0,8 - 1,25

Пользуясь вышеприведенными формулами, можно определить, например, и расположение оси насоса по отношению к уровню воды в источнике при допустимой вакуумметрической высоте всасывания насоса.

Пример. Требуется определить отметку оси насоса при следующих данных (рис. 21): производительность насоса - 120 л/сек;
диаметр всасывающего патрубка - 250 мм; длина всасывающей линии l=40 м и ее диаметр d=350 мм.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания (по каталогу насосов) равна 4,8 м. Отметка уровня воды в приемном резервуаре 102 м. На всасывающей линии установлены один приемный клапан с сеткой, три колена по 90° и один сужающийся переход.

Решение. Геометрическую высоту всасывания насоса определяем по формуле (2-27):

где h_wв определяем из формулы (2-31).

Значения Sо для d=350 мм находим по таблице 3, и потери напора по длине согласно формуле (2-29) окажутся равными  h_wдл = 0,4078 ?40 ? 0,1202 = 0,23 м.

Согласно таблице для определения z:
S_z = 1_{zпр.клап} + 3_zкол + 1_zпер = 1,6+3,0,5+1?0,1 = 7,6.

Потери напора на преодолении местных сопротивлений находим по формуле (2-30):

Полные потери напора во всасывающей линии:
h_wв = h_wдл + h_wм = 0,23 + 0,56 = 0,79 м.

Следовательно, геометрическая высота всасывания насоса
Н_г.в = 4,8 - 0,79 - 0,3 = 3,71 м.
Таким образом, отметка оси насоса должна быть не более
102 + 3,71 = 105,71 м.