Меняется ли коэффициент лямбда в процессе эксплуатации трубопроводов если да то в какую сторону
При проектировании напорных трубопроводов следует учитывать, что их пропускная способность в период эксплуатации снижается – в некоторых случаях (например, для трубопроводов водоснабжения) до 50% расчетной и даже ниже. Вследствие коррозии и инкрустации (образование отложений в трубах) шероховатость труб увеличивается, что в первом приближении можно оценить по формуле:
где 0 – шероховатость, мм, для новых труб
(в начале эксплуатации);
– абсолютная шероховатость, мм, через t лет эксплуатации; α – коэффициент, характеризующий быстроту возрастания шероховатости (табл. 9.1), мм/год. Значение коэффициента α зависит от материала труб и свойств жидкости [8].
Значение коэффициента α
Характеристика природных вод
Слабоминерализованные воды, воды с незначительным
содержанием органических веществ и растворенного
Слабоминерализованные воды, воды содержащие
органические вещества и растворенное железо в
количестве меньше 3 мг/л
Воды с cодержанием железа более 30 мг/л, но с малым
содержанием хлоридов и сульфатов
Воды с большим содержанием хлоридов и сульфатов
(больше 500-700 мг/л), воды с большим содержанием
Воды со значительной карбонатной и малой постоянной
жесткостью, сильно минерализованные
9.3. Неустановившееся движение жидкости в трубопроводах
9.3.1. Общие сведения о неустановившемся режиме движения
жидкости в трубопроводах
Основным уравнением для неустановившегося движения является уравнение Бернулли, дополненное так называемым инерционным членом. Для элементарной струйки peaльной жидкости уравнение имеет вид:
z 1 +p 1 / r g+ u 1 2 /(2g)= z 2 + p 2 / r g + u 2 2 /(2g)+h w +h i
где h i – инерционный напор , который соответствует жидкости, расходуемый на преодоление сил инерции.
Уравнение Бернулли для потока имеет аналогичный вид:
z 1 +p 1 / r g+ a 1 v 1 2 /(2g)= z 2 + p 2 / r g + a 2 v 2 2 /(2g)+h w +h i
где a 1 и a 2 – коэффициенты кинетической энергии,
коэффициенты Кориолиса. Потери напора h w , определяются так же, как при установившемся движении.
Инерционный напор для трубы переменного по длине сечения вычисляется по формуле:
h i =1/g òd v/ d t dl,
где v=f(l,t) , т.е. для того чтобы вычислить интеграл, надо знать закон изменения скорости по длине трубы и по времени.
Для прямолинейной цилиндрической трубы, сечение которой остается постоянным по всей ее длине трубы, сечение которой зависит только от времени. В этом случае частную производную можно заменить на полную:
h i =1/g ò dv/dt dl,
но dv/dt не зависит от длины трубы, поэтому:
h i =1/g × dv/dt ò dl=1/g × dv/dt(l 2 -l 1 )= L/g × dv/dt
Примером неустановившегося напорного движения может служить гидравлический удар [8].
9.3.2. Гидравлический удар
резервуара. Скорость перемещения этого фронта называется скоростью распространение ударной волны c . Описанный процесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не дойдет до резервуара. Этим заканчивается первый этап гидравлического удара, в конце этого этапа вся жидкость в трубе неподвижна, сжата и находится под давлением p+Δp . Некоторый дополнительный объем жидкости из резервуара поступит в трубу.
Второй этап. Начало второго этапа совпадает с окончанием первого. Сжатая жидкость расширяясь, начнет двигаться в сторону резервуара. Сначала придут в движение слои жидкости вблизи резервуара, а затем и более отдаленные, т.е. фронт спада давления n–n начнет повышаться от резервуара к задвижке. К концу фазы вся жидкость в трубе движется со скоростью v в сторону резервуара давление в трубе восстанавливается до первоначального.
Третий этап. Начало третьего этапа характеризуется тем, что жидкость в трубе движется в сторону резервуара со скоростью v . У задвижки возникает слой жидкости, в котором давление на Δр меньше первоначальною. Теперь фронт n-n пониженного давления перемешается в сторону резервуара слева от него давление р , скорость направлена влево, справа жидкость неподвижна, давление в ней на Δρ ниже нормального, Третий этап заканчивается приходом фронта n–n к резервуару .
Четвертый этап. Начало четвертого этапа характеризуется тем, что давление у входа в трубу со стороны резервуара р, а со стороны трубы меньше на Δp , т.е. р–Δp . Такое неуравновешенное состояние приведет к тому, что жидкость из резервуара начнет втекать в трубу со скоростью v и в ней будет повышаться до р.
Фронт первоначального давления n–n теперь перемещается в сторону задвижки. Скорость перемещения слоя равна скорости распространения ударной волны. К концу четвертого этапа скорость во всей трубе равна v , а давление р. Так как задвижка закрыта, то, начиная с конца четвертой этапа, процесс гидравлического удара начнет повторяться. Часть энергии жидкости при гидравлическом ударе переходит в теплоту, поэтому амплитуда колебаний давления с течением времени затухает и процесс приостанавливается [8].
На рис. 9.9 дана диаграмма изменения давления в трубе после быстрого закрытия задвижки без учета потерь энергии. В момент закрытия давление у задвижки 3 подскакивает на Δp по сравнению с обычным, равным ρ gH , т.е. давление которое установится во всей горизонтальной трубе после медленного закрытия задвижки. На диаграмме от точки В отложен отрезок Δр вверх от точки А. Это
повышение давление затем будет распространяться по трубе от задвижки к резервуару со скоростью с. На этом заканчивается первый этап гидравлическою удара.
На временной диаграмме (рис. 9.9) левый верхний заштрихованный прямоугольник показывает дополнительное давление +Δр и его продолжительность у задвижки, последняя равна времени пробега двойной длины трубы со скоростью распространения ударной волны с.
Затем в начале третьего этапа давление у задвижки падает на – Δр от точки В до точки Е и волна пониженного давления движется по трубе от задвижки к резервуару. На диаграмме – линия EF.
В начале четвертого этапа давление в начале трубы восстанавливается до нормы (отрезок F Ά) и давление ρ gH распространяется от резервуара к задвижке (линия АВ).
На временном графике заштрихован прямоугольник с давлением Δр . Продолжительность пребывания пониженного давления у задвижки равна интервалу от 21/с до 41/с. В дальнейшем процесс снова повторяется. Диаграмма давлений на рис. 9.9 описывает своеобразную восьмерку BKDABEFAB [8].
Рассмотрим слой жидкости от задвижки до сечения n-n длиной Δl и площадью поперечного сечения w (рис. 9.9). Остановившаяся масса жидкости ( m ) в этом объеме потеряла количество движения за время Δt , в течение которого фронт повышенного давления передвинулся от
задвижки влево на расстояние Δl :
Импульс силы за тот же промежуток времени равен ΔpwΔt . Справа от сечения n–n давление p + Δp. слева от него – р. Произведение Δρw есть сила, остановившая объем жидкости w Δl за время Δt. Приравняв импульс силы к количеству движения получим:
)5 Г 15 02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ ВОМ СЕзготовле- служивав трубо- дартного тво по ескому ных ви и нес) Чугаев Р,Р. Гидравт, 1982, с, 672,ика, Л,: Энергои г О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Опытное производснию, ремонту и техничнию систем специальпроводного транспортаоборудования(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ МЕНЯЮЩЕМСЯ В Изобретение может быть использовано в разных областях гидродинамики и гидравлики,Известен способ определения коэффициента гидравлического сопротивления А, основанный на предварительном определении числа Рейнольдса Ве и относительной эквивалентной шероховатости Кс,Известен также способ определения А, основанный на предварительном определении диаметра О и эквивалентной шероховатости Кс трубопровода.Известен экспериментальный способ определения коэффициента гидравлического сопротивления, выбранный в качестве прототипа, косорый основан на измерении удельных потерь напора ) и расхода жидкости 0 для данного трубопроводаЛ цО )8 Ог ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖИЧЕНИИ ТРУБОПРОВОДА(57) Сущность изобретения: измеряют расход и удельные потери напора. В трубопроводе создают турбулентный режимдвижения как в области гидравлического сопротивления функции от шероховатости,трубы и критерия Рейнольдса, так и в области гидравлического сопротивления функции от шероховатости трубы, Определяютсоотношение расхода и удельных потерь напора для обеих областей, Затем находятрасход, для к-рого соблюдается заданноесоотношение и коэффициент гидравлического сопротивления функцией от шероховатости трубы. 1 табл,Недостатком данного способа, при значительных отложениях в трубопроводе в процессе эксплуатации, является большая ъ погрешность в определении А из-за изменения живого сечения трубопровода, попытки же повысить точность определения А наталкиваются на определенные трудности при измерении диаметра (например, вскрытие трубопровода при каждом измерении).Цель изобретения - повышение точности определения А без непосредственного измерения диаметра трубопровода,Поставленная цель достигается тем, что в трубопроводе создают турбулентный режимдвижения как в области А= 1(Ве, К,),так и в области Л= (К), при этом с помощью измерений расхода С) и удельных потерь напораопределяют соотношение О/4 по отдельности для обеих областей, затем находят расход, для которого соблюдается условие:)3 )1 (2а коэффициент гидравлического сопротивления в области Л = 1(Кг) определяют из соотношения:,(О (Ьугде Л -"-коэффицй(ент( гидравлического сопротйвления;К, - относительная эквивалентная ше-. роховатость трубопровода;,Ве - число Рейнольдса;1 - удельные потери напора в области Л = 1(Кг) ПрИ раСХОдЕ О 1;2,13 - удельные потери напора в обла- СтИ Л = т(ВЕ,Кг) ПрИ раСХОдЕ 02 И ОЗ СООтВЕтственно.Способ реализуется следующим образом,Выбирают испытуемый участок трубопровода определенной длины, для определения удельных потерь напора устанавливают датчики разности давления, а для измерения расхода жидкости по направлению течения за исследуемым участком размещают расходомер, В трубопроводе создают турбулентный режим движения в области Л= =1(Ве, К и с помощью расхода 0 и удельных потерь напора определяют соотношение 02/Й 2, а потом создают область течения Л = 1(К), и аналогично определяют 01/41. затем экспериментально находят расход Оз (01Оз02), при котором создается условие:Оз 01 02В этом случае коэффициент гидравлического сопротивления определяют из соотношенияДля подтверждения вышеизложенного были проведены исследования на лабораторном стенде, который включал в себя насос, задвижку для регулирования расхода, датчики давления и трубопровод,В качестве испытуемых труб были взяты трубы 2 х 2,8 ГОСТ 3262-75; 65 х 4,0 ГОСТ 3262-75; 150 х 40 ГОСТ 3262-75, бывшие в эксплуатации и со значительными отложениями. Вышеописанным методом определяликоэффициент гидравлического сопротивления и сравнивали со значениями1 т 9 О8 02в режиме Л = 1(Кг), где О= Оу,Надо отметить. что предложенное техническое решение после определения Л в10области Л = 1(К,) позволяет определить характеризующие параметры трубопроводовсо значительными отложениями, в частности внутренний диаметр трубопровода215л 9и относительную эквивалентную шероховвтость трубопровода120 К,:3,7 10 2(В таблице приведены результаты определения технического состояния испытуемых труб,Как видно из таблицы, условие О = Оудает погрешность до 150 при определениикоэффициента гидравлического сопротивления и 43( при определении шероховатости трубопровода,Преимущество предложенного способапо сравнению с прототипом заключается вповышении точности определения Лбезвскрытия трубопровода, Вместе в тем становится возможным контролировать техническое состояние трубопровода, в частностиживое сечение трубопровода, шероховатость и толщину отложений в процессе эксплуатации,Формула изобретенияСпособ определения коэффициентагидравлического сопротивления при меняющемся в процессе эксплуатации живом сечении трубопровода путем измерениярасхода 0 и удельных потерь напора 1, о т. л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения коэффициентагидравлического сопротивлений Л, без непосредственного измерения диаметра, втрубопроводе создают турбулентный режим движения как в области Л = (йе, Кг), таки в области Л = 1(К). определяют соотношение О/4 отдельно для обеих областей, затем находят расход, для которогособлюдается условие5513 41 42а коэффициент гидравлического сопротив, ления в области Л = (К) определяют из соотношения1784751 5 Составитель Т,ГвинджиТехред М,Моргентал Корректор О Редакт вецк Заказ 4354 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, РаушПодписноениям и открытиям при ГКая наб 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, Югде Кг- относительная эквивалентная шероховатость трубопровода; Ве - число Рейнольдса;- удельные потери напора в областиЛ = (К,) при расходе Ос:2, 1 з - удельные потери напора в обла сти А = 1(йе, Кг) при расходе 02 и Оэ соответственно.
Заявка
ОПЫТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ, РЕМОНТУ И ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ СИСТЕМ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА И НЕСТАНДАРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
При проектировании напорных трубопроводов следует учитывать, что их пропускная способность в период эксплуатации снижается – в некоторых случаях (например, для трубопроводов водоснабжения) до 50% расчетной и даже ниже. Вследствие коррозии и инкрустации (образование отложений в трубах) шероховатость труб увеличивается, что в первом приближении можно оценить по формуле:
где 0 – шероховатость, мм, для новых труб
(в начале эксплуатации);
– абсолютная шероховатость, мм, через t лет эксплуатации; α – коэффициент, характеризующий быстроту возрастания шероховатости (табл. 9.1), мм/год. Значение коэффициента α зависит от материала труб и свойств жидкости [8].
Значение коэффициента α
Характеристика природных вод
Слабоминерализованные воды, воды с незначительным
содержанием органических веществ и растворенного
Слабоминерализованные воды, воды содержащие
органические вещества и растворенное железо в
количестве меньше 3 мг/л
Воды с cодержанием железа более 30 мг/л, но с малым
содержанием хлоридов и сульфатов
Воды с большим содержанием хлоридов и сульфатов
(больше 500-700 мг/л), воды с большим содержанием
Воды со значительной карбонатной и малой постоянной
жесткостью, сильно минерализованные
9.3. Неустановившееся движение жидкости в трубопроводах
9.3.1. Общие сведения о неустановившемся режиме движения
жидкости в трубопроводах
Основным уравнением для неустановившегося движения является уравнение Бернулли, дополненное так называемым инерционным членом. Для элементарной струйки peaльной жидкости уравнение имеет вид:
z 1 +p 1 / r g+ u 1 2 /(2g)= z 2 + p 2 / r g + u 2 2 /(2g)+h w +h i
где h i – инерционный напор , который соответствует жидкости, расходуемый на преодоление сил инерции.
Уравнение Бернулли для потока имеет аналогичный вид:
z 1 +p 1 / r g+ a 1 v 1 2 /(2g)= z 2 + p 2 / r g + a 2 v 2 2 /(2g)+h w +h i
где a 1 и a 2 – коэффициенты кинетической энергии,
коэффициенты Кориолиса. Потери напора h w , определяются так же, как при установившемся движении.
Инерционный напор для трубы переменного по длине сечения вычисляется по формуле:
h i =1/g òd v/ d t dl,
где v=f(l,t) , т.е. для того чтобы вычислить интеграл, надо знать закон изменения скорости по длине трубы и по времени.
Для прямолинейной цилиндрической трубы, сечение которой остается постоянным по всей ее длине трубы, сечение которой зависит только от времени. В этом случае частную производную можно заменить на полную:
h i =1/g ò dv/dt dl,
но dv/dt не зависит от длины трубы, поэтому:
h i =1/g × dv/dt ò dl=1/g × dv/dt(l 2 -l 1 )= L/g × dv/dt
Примером неустановившегося напорного движения может служить гидравлический удар [8].
9.3.2. Гидравлический удар
резервуара. Скорость перемещения этого фронта называется скоростью распространение ударной волны c . Описанный процесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не дойдет до резервуара. Этим заканчивается первый этап гидравлического удара, в конце этого этапа вся жидкость в трубе неподвижна, сжата и находится под давлением p+Δp . Некоторый дополнительный объем жидкости из резервуара поступит в трубу.
Второй этап. Начало второго этапа совпадает с окончанием первого. Сжатая жидкость расширяясь, начнет двигаться в сторону резервуара. Сначала придут в движение слои жидкости вблизи резервуара, а затем и более отдаленные, т.е. фронт спада давления n–n начнет повышаться от резервуара к задвижке. К концу фазы вся жидкость в трубе движется со скоростью v в сторону резервуара давление в трубе восстанавливается до первоначального.
Третий этап. Начало третьего этапа характеризуется тем, что жидкость в трубе движется в сторону резервуара со скоростью v . У задвижки возникает слой жидкости, в котором давление на Δр меньше первоначальною. Теперь фронт n-n пониженного давления перемешается в сторону резервуара слева от него давление р , скорость направлена влево, справа жидкость неподвижна, давление в ней на Δρ ниже нормального, Третий этап заканчивается приходом фронта n–n к резервуару .
Четвертый этап. Начало четвертого этапа характеризуется тем, что давление у входа в трубу со стороны резервуара р, а со стороны трубы меньше на Δp , т.е. р–Δp . Такое неуравновешенное состояние приведет к тому, что жидкость из резервуара начнет втекать в трубу со скоростью v и в ней будет повышаться до р.
Фронт первоначального давления n–n теперь перемещается в сторону задвижки. Скорость перемещения слоя равна скорости распространения ударной волны. К концу четвертого этапа скорость во всей трубе равна v , а давление р. Так как задвижка закрыта, то, начиная с конца четвертой этапа, процесс гидравлического удара начнет повторяться. Часть энергии жидкости при гидравлическом ударе переходит в теплоту, поэтому амплитуда колебаний давления с течением времени затухает и процесс приостанавливается [8].
На рис. 9.9 дана диаграмма изменения давления в трубе после быстрого закрытия задвижки без учета потерь энергии. В момент закрытия давление у задвижки 3 подскакивает на Δp по сравнению с обычным, равным ρ gH , т.е. давление которое установится во всей горизонтальной трубе после медленного закрытия задвижки. На диаграмме от точки В отложен отрезок Δр вверх от точки А. Это
повышение давление затем будет распространяться по трубе от задвижки к резервуару со скоростью с. На этом заканчивается первый этап гидравлическою удара.
На временной диаграмме (рис. 9.9) левый верхний заштрихованный прямоугольник показывает дополнительное давление +Δр и его продолжительность у задвижки, последняя равна времени пробега двойной длины трубы со скоростью распространения ударной волны с.
Затем в начале третьего этапа давление у задвижки падает на – Δр от точки В до точки Е и волна пониженного давления движется по трубе от задвижки к резервуару. На диаграмме – линия EF.
В начале четвертого этапа давление в начале трубы восстанавливается до нормы (отрезок F Ά) и давление ρ gH распространяется от резервуара к задвижке (линия АВ).
На временном графике заштрихован прямоугольник с давлением Δр . Продолжительность пребывания пониженного давления у задвижки равна интервалу от 21/с до 41/с. В дальнейшем процесс снова повторяется. Диаграмма давлений на рис. 9.9 описывает своеобразную восьмерку BKDABEFAB [8].
Рассмотрим слой жидкости от задвижки до сечения n-n длиной Δl и площадью поперечного сечения w (рис. 9.9). Остановившаяся масса жидкости ( m ) в этом объеме потеряла количество движения за время Δt , в течение которого фронт повышенного давления передвинулся от
задвижки влево на расстояние Δl :
Импульс силы за тот же промежуток времени равен ΔpwΔt . Справа от сечения n–n давление p + Δp. слева от него – р. Произведение Δρw есть сила, остановившая объем жидкости w Δl за время Δt. Приравняв импульс силы к количеству движения получим:
)5 Г 15 02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ ВОМ СЕзготовле- служивав трубо- дартного тво по ескому ных ви и нес) Чугаев Р,Р. Гидравт, 1982, с, 672,ика, Л,: Энергои г О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Опытное производснию, ремонту и техничнию систем специальпроводного транспортаоборудования(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ МЕНЯЮЩЕМСЯ В Изобретение может быть использовано в разных областях гидродинамики и гидравлики,Известен способ определения коэффициента гидравлического сопротивления А, основанный на предварительном определении числа Рейнольдса Ве и относительной эквивалентной шероховатости Кс,Известен также способ определения А, основанный на предварительном определении диаметра О и эквивалентной шероховатости Кс трубопровода.Известен экспериментальный способ определения коэффициента гидравлического сопротивления, выбранный в качестве прототипа, косорый основан на измерении удельных потерь напора ) и расхода жидкости 0 для данного трубопроводаЛ цО )8 Ог ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖИЧЕНИИ ТРУБОПРОВОДА(57) Сущность изобретения: измеряют расход и удельные потери напора. В трубопроводе создают турбулентный режимдвижения как в области гидравлического сопротивления функции от шероховатости,трубы и критерия Рейнольдса, так и в области гидравлического сопротивления функции от шероховатости трубы, Определяютсоотношение расхода и удельных потерь напора для обеих областей, Затем находятрасход, для к-рого соблюдается заданноесоотношение и коэффициент гидравлического сопротивления функцией от шероховатости трубы. 1 табл,Недостатком данного способа, при значительных отложениях в трубопроводе в процессе эксплуатации, является большая ъ погрешность в определении А из-за изменения живого сечения трубопровода, попытки же повысить точность определения А наталкиваются на определенные трудности при измерении диаметра (например, вскрытие трубопровода при каждом измерении).Цель изобретения - повышение точности определения А без непосредственного измерения диаметра трубопровода,Поставленная цель достигается тем, что в трубопроводе создают турбулентный режимдвижения как в области А= 1(Ве, К,),так и в области Л= (К), при этом с помощью измерений расхода С) и удельных потерь напораопределяют соотношение О/4 по отдельности для обеих областей, затем находят расход, для которого соблюдается условие:)3 )1 (2а коэффициент гидравлического сопротивления в области Л = 1(Кг) определяют из соотношения:,(О (Ьугде Л -"-коэффицй(ент( гидравлического сопротйвления;К, - относительная эквивалентная ше-. роховатость трубопровода;,Ве - число Рейнольдса;1 - удельные потери напора в области Л = 1(Кг) ПрИ раСХОдЕ О 1;2,13 - удельные потери напора в обла- СтИ Л = т(ВЕ,Кг) ПрИ раСХОдЕ 02 И ОЗ СООтВЕтственно.Способ реализуется следующим образом,Выбирают испытуемый участок трубопровода определенной длины, для определения удельных потерь напора устанавливают датчики разности давления, а для измерения расхода жидкости по направлению течения за исследуемым участком размещают расходомер, В трубопроводе создают турбулентный режим движения в области Л= =1(Ве, К и с помощью расхода 0 и удельных потерь напора определяют соотношение 02/Й 2, а потом создают область течения Л = 1(К), и аналогично определяют 01/41. затем экспериментально находят расход Оз (01Оз02), при котором создается условие:Оз 01 02В этом случае коэффициент гидравлического сопротивления определяют из соотношенияДля подтверждения вышеизложенного были проведены исследования на лабораторном стенде, который включал в себя насос, задвижку для регулирования расхода, датчики давления и трубопровод,В качестве испытуемых труб были взяты трубы 2 х 2,8 ГОСТ 3262-75; 65 х 4,0 ГОСТ 3262-75; 150 х 40 ГОСТ 3262-75, бывшие в эксплуатации и со значительными отложениями. Вышеописанным методом определяликоэффициент гидравлического сопротивления и сравнивали со значениями1 т 9 О8 02в режиме Л = 1(Кг), где О= Оу,Надо отметить. что предложенное техническое решение после определения Л в10области Л = 1(К,) позволяет определить характеризующие параметры трубопроводовсо значительными отложениями, в частности внутренний диаметр трубопровода215л 9и относительную эквивалентную шероховвтость трубопровода120 К,:3,7 10 2(В таблице приведены результаты определения технического состояния испытуемых труб,Как видно из таблицы, условие О = Оудает погрешность до 150 при определениикоэффициента гидравлического сопротивления и 43( при определении шероховатости трубопровода,Преимущество предложенного способапо сравнению с прототипом заключается вповышении точности определения Лбезвскрытия трубопровода, Вместе в тем становится возможным контролировать техническое состояние трубопровода, в частностиживое сечение трубопровода, шероховатость и толщину отложений в процессе эксплуатации,Формула изобретенияСпособ определения коэффициентагидравлического сопротивления при меняющемся в процессе эксплуатации живом сечении трубопровода путем измерениярасхода 0 и удельных потерь напора 1, о т. л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения коэффициентагидравлического сопротивлений Л, без непосредственного измерения диаметра, втрубопроводе создают турбулентный режим движения как в области Л = (йе, Кг), таки в области Л = 1(К). определяют соотношение О/4 отдельно для обеих областей, затем находят расход, для которогособлюдается условие5513 41 42а коэффициент гидравлического сопротив, ления в области Л = (К) определяют из соотношения1784751 5 Составитель Т,ГвинджиТехред М,Моргентал Корректор О Редакт вецк Заказ 4354 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, РаушПодписноениям и открытиям при ГКая наб 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, Югде Кг- относительная эквивалентная шероховатость трубопровода; Ве - число Рейнольдса;- удельные потери напора в областиЛ = (К,) при расходе Ос:2, 1 з - удельные потери напора в обла сти А = 1(йе, Кг) при расходе 02 и Оэ соответственно.
Заявка
ОПЫТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ, РЕМОНТУ И ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ СИСТЕМ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА И НЕСТАНДАРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Изменение пропускной способности трубопроводов в процессе их эксплуатации
Изменение пропускной способности трубопроводов в процессе их эксплуатации. При проектировании напорного трубопровода Растопить управлением пропускной способностью Сокращение-в некоторых случаях (например: сантехника Водоснабжение) до 50%, даже lower. As итог Коррозия и эффекты инкрустации (отложения в трубах Шероховатость трубы увеличивается. Это первое приближение Можно вывести формулу [1]. КТ = ко + Т, (5. 26 103.
Важнейшим фактором, влияющим на работу трубопроводных систем, независимо от назначения (водоснабжение, теплоснабжение, технологические трубопроводы), является образование отложений различной природы. Людмила Фирмаль
Где k0-абсолютная шероховатость новой трубы мм（ операция чхали ; КТ-абсолютная шероховатость после t лет эксплуатации, мм Приложение; а-коэффициент, характеризующий темп прироста Шероховатость, мм / год. Таблица 5. 6 Коррозийный Влияние свойств минеральной воды, мм /год* Слабая низкая минерализация коррозия Вода; незначительная вода Органическое вещество и раса Железо. Смотрите также: Где k0-абсолютная шероховатость новой трубы мм（ операция чхали ; КТ-абсолютная шероховатость после t лет эксплуатации, мм Приложение; а-коэффициент, характеризующий темп прироста Шероховатость, мм / год. Таблица 5. 6 Коррозийный Влияние свойств минеральной воды, мм /год* Слабая низкая минерализация коррозия Вода; незначительная вода Органическое вещество и раса Железо.
В действительных условиях эксплуатации сопротивление трубопроводов в большинстве случаев возрастает, что ведет к увеличению потерь энергии и при данном перепаде напоров (давлений) к уменьшению расхода, то есть к уменьшению пропускной способности. Людмила Фирмаль
Высокое органическое Общества. 0. 40-0. 60. (0. 51 Значительный карбонат и очень сильная вода Низкая постоянн жесткость, с плотом Остаток, превышающий 2000 мг / л; много Минерализация и коррозия 0. 6-1 Другие * Средние значения указаны в скобках. Величина коэффициента а зависит от материала трубы. Свойства флюидов. Внутри таблицы. 5. 6 показывает значение a. d. Альтшулу и А. Г. Ка1мерштейн) > физические Химические свойства транспортируемой воды[1]. Значение коэффициента а Формулы воздуха (5. 26) Дов приведенной в приложении 31.
Образовательный сайт для студентов и школьников
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
При проектировании напорных трубопроводов следует учитывать, что их пропускная способность в период эксплуатации снижается – в некоторых случаях (например, для трубопроводов водоснабжения) до 50% расчетной и даже ниже. Вследствие коррозии и инкрустации (образование отложений в трубах) шероховатость труб увеличивается, что в первом приближении можно оценить по формуле:
где 0 – шероховатость, мм, для новых труб
(в начале эксплуатации);
– абсолютная шероховатость, мм, через t лет эксплуатации; α – коэффициент, характеризующий быстроту возрастания шероховатости (табл. 9.1), мм/год. Значение коэффициента α зависит от материала труб и свойств жидкости [8].
Значение коэффициента α
Характеристика природных вод
Слабоминерализованные воды, воды с незначительным
содержанием органических веществ и растворенного
Слабоминерализованные воды, воды содержащие
органические вещества и растворенное железо в
количестве меньше 3 мг/л
Воды с cодержанием железа более 30 мг/л, но с малым
содержанием хлоридов и сульфатов
Воды с большим содержанием хлоридов и сульфатов
(больше 500-700 мг/л), воды с большим содержанием
Воды со значительной карбонатной и малой постоянной
жесткостью, сильно минерализованные
9.3. Неустановившееся движение жидкости в трубопроводах
9.3.1. Общие сведения о неустановившемся режиме движения
жидкости в трубопроводах
Основным уравнением для неустановившегося движения является уравнение Бернулли, дополненное так называемым инерционным членом. Для элементарной струйки peaльной жидкости уравнение имеет вид:
z 1 +p 1 / r g+ u 1 2 /(2g)= z 2 + p 2 / r g + u 2 2 /(2g)+h w +h i
где h i – инерционный напор , который соответствует жидкости, расходуемый на преодоление сил инерции.
Уравнение Бернулли для потока имеет аналогичный вид:
z 1 +p 1 / r g+ a 1 v 1 2 /(2g)= z 2 + p 2 / r g + a 2 v 2 2 /(2g)+h w +h i
где a 1 и a 2 – коэффициенты кинетической энергии,
коэффициенты Кориолиса. Потери напора h w , определяются так же, как при установившемся движении.
Инерционный напор для трубы переменного по длине сечения вычисляется по формуле:
h i =1/g òd v/ d t dl,
где v=f(l,t) , т.е. для того чтобы вычислить интеграл, надо знать закон изменения скорости по длине трубы и по времени.
Для прямолинейной цилиндрической трубы, сечение которой остается постоянным по всей ее длине трубы, сечение которой зависит только от времени. В этом случае частную производную можно заменить на полную:
h i =1/g ò dv/dt dl,
но dv/dt не зависит от длины трубы, поэтому:
h i =1/g × dv/dt ò dl=1/g × dv/dt(l 2 -l 1 )= L/g × dv/dt
Примером неустановившегося напорного движения может служить гидравлический удар [8].
9.3.2. Гидравлический удар
Изменение давления в водоводах, вызванное резким увеличением или уменьшением скорости движения жидкости, называется гидравлическим ударом. Гидравлический удар в 1898 г. подробно описал выдающийся русский ученый Η. Ε. Жуковский.
Если во время движения жидкости по длинному трубопроводу 2 из резервуара 1 в атмосферу быстро закрыть задвижку 3 (рис. 9.9), то
вследствие инерции жидкость некоторое время будет двигаться в прежнем направлении, создавая у задвижки зону повышенного давления. Повышенное давление иногда много раз превышает первоначальное давление (давление до закрытия задвижки). При резком закрытии задвижек возникшее повышенное давление может привести к разрушению трубопровода в наиболее слабых местах.
Ударное давление Δρ определяется разностью давлений при неустановившемся и установившемся режимах. Если Δρ>0 то удар называется положительным, при Δρ
Первый этап. Допустим, что задвижка 3 (рис. 9.9) мгновенно закрылась и слой жидкости, находящийся у задвижки остановился, а вся жидкость в трубе 2 продолжает двигаться с прежней скоростью v . Через некоторое время начнут останавливаться и другие слои жидкости слева от задвижки, т.е. фронт остановившейся жидкости будет перемещаться от задвижки к резервуару 1. Обозначим этот фронт сечением n–n. В остановившемся объеме между задвижкой сечением возникает дополнительное давление Δρ. Итак,
слева от сечения n–n жидкость движется вправо со скоростью v и в трубе будет прежнее давление р ; справа от сечения n–n; жидкость неподвижна и давление
равно p+Δp . Фронт Рис. 9 Рис .9. . Диаграмма 9.9 изменения давления в трубе сжатия быстро после быстрого закрытия задвижки
резервуара. Скорость перемещения этого фронта называется скоростью распространение ударной волны c . Описанный процесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не дойдет до резервуара. Этим заканчивается первый этап гидравлического удара, в конце этого этапа вся жидкость в трубе неподвижна, сжата и находится под давлением p+Δp . Некоторый дополнительный объем жидкости из резервуара поступит в трубу.
Второй этап. Начало второго этапа совпадает с окончанием первого. Сжатая жидкость расширяясь, начнет двигаться в сторону резервуара. Сначала придут в движение слои жидкости вблизи резервуара, а затем и более отдаленные, т.е. фронт спада давления n–n начнет повышаться от резервуара к задвижке. К концу фазы вся жидкость в трубе движется со скоростью v в сторону резервуара давление в трубе восстанавливается до первоначального.
Третий этап. Начало третьего этапа характеризуется тем, что жидкость в трубе движется в сторону резервуара со скоростью v . У задвижки возникает слой жидкости, в котором давление на Δр меньше первоначальною. Теперь фронт n-n пониженного давления перемешается в сторону резервуара слева от него давление р , скорость направлена влево, справа жидкость неподвижна, давление в ней на Δρ ниже нормального, Третий этап заканчивается приходом фронта n–n к резервуару .
Четвертый этап. Начало четвертого этапа характеризуется тем, что давление у входа в трубу со стороны резервуара р, а со стороны трубы меньше на Δp , т.е. р–Δp . Такое неуравновешенное состояние приведет к тому, что жидкость из резервуара начнет втекать в трубу со скоростью v и в ней будет повышаться до р.
Фронт первоначального давления n–n теперь перемещается в сторону задвижки. Скорость перемещения слоя равна скорости распространения ударной волны. К концу четвертого этапа скорость во всей трубе равна v , а давление р. Так как задвижка закрыта, то, начиная с конца четвертой этапа, процесс гидравлического удара начнет повторяться. Часть энергии жидкости при гидравлическом ударе переходит в теплоту, поэтому амплитуда колебаний давления с течением времени затухает и процесс приостанавливается [8].
На рис. 9.9 дана диаграмма изменения давления в трубе после быстрого закрытия задвижки без учета потерь энергии. В момент закрытия давление у задвижки 3 подскакивает на Δp по сравнению с обычным, равным ρ gH , т.е. давление которое установится во всей горизонтальной трубе после медленного закрытия задвижки. На диаграмме от точки В отложен отрезок Δр вверх от точки А. Это
повышение давление затем будет распространяться по трубе от задвижки к резервуару со скоростью с. На этом заканчивается первый этап гидравлическою удара.
На временной диаграмме (рис. 9.9) левый верхний заштрихованный прямоугольник показывает дополнительное давление +Δр и его продолжительность у задвижки, последняя равна времени пробега двойной длины трубы со скоростью распространения ударной волны с.
Затем в начале третьего этапа давление у задвижки падает на – Δр от точки В до точки Е и волна пониженного давления движется по трубе от задвижки к резервуару. На диаграмме – линия EF.
В начале четвертого этапа давление в начале трубы восстанавливается до нормы (отрезок F Ά) и давление ρ gH распространяется от резервуара к задвижке (линия АВ).
На временном графике заштрихован прямоугольник с давлением Δр . Продолжительность пребывания пониженного давления у задвижки равна интервалу от 21/с до 41/с. В дальнейшем процесс снова повторяется. Диаграмма давлений на рис. 9.9 описывает своеобразную восьмерку BKDABEFAB [8].
Рассмотрим слой жидкости от задвижки до сечения n-n длиной Δl и площадью поперечного сечения w (рис. 9.9). Остановившаяся масса жидкости ( m ) в этом объеме потеряла количество движения за время Δt , в течение которого фронт повышенного давления передвинулся от
задвижки влево на расстояние Δl :
Импульс силы за тот же промежуток времени равен ΔpwΔt . Справа от сечения n–n давление p + Δp. слева от него – р. Произведение Δρw есть сила, остановившая объем жидкости w Δl за время Δt. Приравняв импульс силы к количеству движения получим:
Читайте также: