Расчет длинных трубопроводов

При расчете длинных трубопроводов местные потери напора незначительны в сравнении с потерями напора по длине, и ими можно пренебречь.

Длинными трубопроводами являются магистральные водоводы и другие трубопроводы большой протяженности. При их расчетах для получения оптимальных потерь напора по длине среднюю скорость V принимают в пределах 0,7 1,5 м/с. Такое допущение приводит к тому, что скоростной напор изменяется в пределах до 0,11 м. Такие значения скоростного напора позволяют исключить его из полного напора Н, и он будет равен

, (5.18)

где z - геометрическая высота; - гидравлические потери в водоводе; - геометрическая высота наивысшего расположения водоразбора.

В длинных водоводах гидравлические потери определяются потерями по длине, поэтому принимается .

При расчете водоводов вводится полный свободный напор

, (5.19)

где - свободный напор излива, зависящий от этажности здания или сооружения, куда подается вода; обычно рекомендуется принимать не менее 10 м.

Потери напора по длине трубопровода вычисляются, как правило, по водопроводной формуле

,

где - удельное сопротивление.

При использовании формулы Шези

, .

В табл. 5.3 приведены значения А для стальных труб при эквивалентной шероховатости мм и для чугунных труб при мм. Коэффициент гидравлического трения определялся по формуле для квадратичной области сопротивления.

Для вычисления удельного сопротивления в неквадратичной области сопротивления при определении вводится поправка . Удельное сопротивление с учетом поправки на неквадратичность сопротивления

, (5.20)

где А - удельное сопротивление трубопровода для квадратичной зоны сопротивления (табл. 5.3); - поправка на неквадратичность сопротивления.

Значения поправки на неквадратичность для воды в зависимости от средней скорости потока в трубе при и 1 мм приведены в табл. 5.4.

При определении удельного сопротивления и . Коэффициент Шези .

Гидравлический радиус ( - площадь сечения трубы; - периметр живого сечения). .

В табл. 4.1 гл. 4 приведены значения коэффициента шероховатости и эквивалентной шероховатости для различных труб.

Значения модуля расхода К и удельного расхода А для различных труб приведены в литературе [4, 5, 6].

Таблица 5.3 - Значения А и предельных расходов Q, л/с

Диаметр, мм	Стальные трубы	Чугунные трубы
Пределы изменения Q, л/с	А, с2/л6	Пределы изменения Q, л/с	А, с2/л6
верхний	нижний	верхний	нижний
	9,3	13,4		6,6	10,6
	13,4	19,0		10,6	16,8
	19,0	25,0		16,8	28,3
	25,0	33,4		-	-	-
	33,4	53,0		28,3	51,2
	53,0	82,0		51,2	82,2
	82,0			82,2
	ИЗО
			-	-	-	-
			-	-	-	-
			-	-	-	-

Таблица 5.4 - Значения поправки

Скорость, м/с		Скорость, м/с
мм	мм	мм	мм
0,1	1,67	1,14	1,0	1,14	1,005
0,2	1,45	1,08	1,5	1,1	1,01
0,3	1,35	1,05	2,0	1,08	1,005
0,4	1,28	1,04	3,0	1,05	1,0
0,5	1,24	1,03	4,0	1,04	1,0

Следует обратить внимание на то, что при заданном расходе и длине водовода потери напора зависят от диаметра трубы и при увеличении диаметра потери напора уменьшаются, и наоборот. Для выбора наивыгоднейшего диаметра рассматривают функции двух экономических факторов, которые учитывают:

• эксплуатационные затраты на создание потребного напора ;

• капитальные затраты на строительство и стоимость водовода .

Если первый вид затрат уменьшается с увеличением диаметра, то второй увеличивается. В результате учета этих факторов ( и ) определяется оптимальное значение экономически наивыгоднейшего диаметра [1, 4]. Значения экономических диаметров при пропуске через них различных расходов приведены в табл. 5.3.