6.3. Гидравлические характеристики трубопроводов

Гидравлической характеристикой трубопровода называется зависимость напора, который необходимо создать в трубопроводе для пропуска по нему определенного расхода, т.е. Н=f(Q).

Рассмотрим некоторые особенности этой характеристики.

1. Представим себе горизонтальный трубопровод длиной l и диаметром d, питаемый, например, от насоса с постоянным расходом Q (рис.6.2).

рис. 6.2

Составив уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, получим, что напор в сечении 1-1 тратится на преодоление линейных потерь h_л.п, т.е. Н = h_л.п.. тогда формулу (6.2) представим в виде

. (6.3)

Обозначим . Для конкретного трубопровода это будет постоянная величина, тогда выражение (6.3) примет вид

. (6.4)

Такая явно квадратичная зависимость свойственна только турбулентному режиму движения (рис.6.3).

рис. 6.3

Из рис. 6.3 видно, что, например, для пропуска расхода Q_i в трубопроводе необходимо создать напор Н_i.

2.Допустим, что насос подает жидкость в трубопровод с преодолением статического напора Н_ст (рис.6.4).

рис. 6.4

Сначала характеристика совпадает с линией ОН (ординатой). Дальнейшее увеличение напора расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений h_п, которые увеличиваются с увеличением расхода Q. Таким образом, аналитическое выражение такой характеристики будет иметь вид

. (6.5)

3. мы имеем, например, семейство характеристик 1,2,3 (рис.6.5). Простой анализ позволяет сделать вывод, что они принадлежат трубопроводам различного диаметра, т.е. d₁>d₂>d₃. Таким образом, например, трубопровод 1 может пропустить больший расход при меньшем напоре, чем трубопроводы 2 и 3.

Рис. 6.5 Рис. 6.6

4. Гидравлическую характеристику трубопровода определенного диаметра можно изменить, например, с помощью задвижки. В выражении Н=ВQ² изменяется коэффициент В. Задвижкой в этом случае вводится дополнительное сопротивление, эквивалентное определенной длине трубопровода (рис.6.6).

5. Примем, что насос подает жидкость в трубопровод с верхнего бака в нижний (рис.6.7), т.е. имеет место «отрицательного» статического напора. В этом случае напор Н` без насоса обеспечит расход в трубопроводе Q`. Для увеличения расхода подключается насос.

Рис. 6.7

6. гидравлическая сеть состоит из нескольких трубопроводов различного диаметра и длины, соединенных последовательно (рис.6.8).

Рис. 6.8

Очевидно, что ;;

. (6.6)

Суммарную характеристику можно получить по выражению (6.6) или построением характеристик отдельных ее участков 1,2 и 3 с последующим графическим их сложением (рис.6.9).

Рис. 6.9

7. гидравлическая сеть состоит из нескольких трубопроводов различного диаметра и длины, соединенных параллельно (рис. 6.10).

Рис. 6.10

Очевидно, что . В точках А и В напор одинаков для трубопровода с расходомQ₁ и Q₂. следовательно, падение напора в каждой ветке одинаково, т.е. Н=Н₁=Н₂ или

. (6.7)

Суммарную характеристику получают построением характеристик отдельных ее участков с последующим графическим их сложением (рис.6.11).

Рис. 6.11