5.2.2 Гидравлические потери и гидравлические режимы перекачки

Потери энергии, т.е. уменьшение гидравлического напора, можно наблюдать в движущейся жидкости не только на сравнительно длинных участках, но и на достаточно коротких. В соответствии с этим гидравлические потери энергии делятся на два типа: потери на трение по длине трубопроводов h_тр и местные потери h_м, вызванные такими элементами трубопроводов, в которых вследствие изменения размеров или конфигурации русла происходит изменение скорости потока, отрыв потока от стенок русла и возникновение вихреобразования. Источником потерь во всех случаях является вязкость жидкости.

Доля потерь на местных сопротивлениях в общей величине гидравлических потерь невелика, в связи с тем, что по нормам проектирования расстояния между линейными задвижками составляют 15…20 км, а повороты и изгибы трубопровода плавные. Согласно [1–3, 25–27] с учетом многолетнего опыта эксплуатации трубопроводов с достаточной для практических расчетов точностью можно принять, что потери напора на местные сопротивления составляют 1…3% (в среднем 2%) от линейных потерь, т.е. величину гидравлических потерь в магистральном трубопроводе можно записать как 1,02h_тр.

Потери напора на трение по длине в трубопроводе определяют по формуле Дарси-Вейсбаха

, (5.5)

где  – коэффициент гидравлического сопротивления или коэффициент Дарси;

L_р – расчетная длина нефтепровода, м.

Коэффициент гидравлического сопротивления, а, следовательно, и потери напора по длине существенным образом зависят от так называемого режима течения жидкости, который определяется числом Рейнольдса, которое характеризует соотношение сил инерции и вязкости в потоке и вычисляется по формуле

, (5.6)

При значениях Re<2040 согласно [2, 14] (в классической гидравлике для воды Re<2320 [9, 10]) имеет место ламинарный режим – слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления, при этом для вычисления  используется формула Стокса (см. табл. 5.1).

При значениях Re=2040–2800 имеет место переходный турбулентный режим течения – неустойчивое движение жидкости, характеризующееся возникновением вихрей в потоке, при этом  определяют по формуле, представленной в таблице 5.1 [7] или по формуле Гинзбурга [9, 23]. Однако в связи с неустойчивостью переходного турбулентного режима течения проектировать трубопроводы в нём не рекомендуется.

Таблица 5.1