Файл: Рабинович, Е. З. Гидравлика учебник.pdf

всей длине L распределяется равномерно, т. е. на единице длины

участка АВ равен q = —■.

Li

Определим потери напора на участке АВ с непрерывным путевым расходом.

Расход в некотором произвольном сечении этого участка С, рас­ положенном на расетоянии х от начального сечения А, будет меньше расхода в сечении А, равного Qr + Qn, на величину отбора на длине х — qx и составит

Полагая по-прежнему, что движение жидкости происходит в квадратичной области турбулентного режима, для потери напора на элементарном участке трубопровода длиной dx у сечения С будем иметь

Интегрируя далее это выражение в пределах от 0 до L, полу­ чаем расчетную формулу для определения потери напора на всем участке трубопровода длиной L, на котором имеет место непрерыв­ ный путевой расход,

L L

Из нее следует, что потери напора в трубопроводе при непрерывном путевом расходе оказываются в 3 раза меньше той потери напора, которая имела бы место при отсутствии путевой раздачи и таком же расходе, полностью сосредоточенном в конце трубопровода.

Аналогичная зависимость для ламинарного режима была полу­ чена Е. 3. Рабиновичем. В этом случае потеря напора при непре­ рывном путевом расходе будет в 2 раза меньше, чем при равном сосредоточенном в конце трубопровода расходе.

230

§ 71. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ

При гидравлическом расчете трубопроводов весьма широко ис­ пользуются графические методы расчета. Применение графических методов значительно облегчает и упрощает решение некоторых слож­ ных задач, а в отдельных случаях (например при исследовании сов­ местной работы нескольких центробежных насосов на один общий трубопровод) является практически единственно возможным прие­ мом, позволяющим получить искомое решение.

Предположим, что в простейшем случае мы имеем некоторый трубопровод диаметром d и длиной L. На основании ранее изложен­ ного для определения потери напора в таком трубопроводе можно воспользоваться выражением (6.25)

ДН = BQ2,

где В — напомним — характеристический коэффициент трубопро­ вода. Как уже указывалось выше, для любого данного трубопровода

величина В может быть легко Вычислена и имеет постоянное значение. Таким образом, потеря напора в данном трубопроводе предста­

вляет собой функцию только расхода жидкости

А # = / « ? ) .

Изобразим эту функциональную зависимость графически. Для этого, произвольно задаваясь рядом значений Q, вычислим соответ­ ствующие им значения потери напора АН и отложим (в масштабе) по оси абсцисс значения Q, а по оси ординат — вычисленные значе­ ния АН. Соединив полученные точки плавной линией, построим параболическую кривую (рис. 174) изменения потери напора в дан­ ном трубопроводе в зависимости от пропускаемого им расхода. Эта кривая называется характеристической кривой или гидравли­

231

Отметим, что в тех случаях, когда отдельные участки трубопро­ вода лежа в разных плоскостях, при суммировании характеристик необходимо учитывать также разность высот между начальной и конечной точками указанных участков.

Изложенный здесь метод построения характеристик справедлив также и для ламинарного режима. Однако при ламинарном режиме, как это следует из предыдущего, между потерей напора и расходом существует линейная зависимость

AH = B'Q,

и поэтому характеристика трубопровода в этом случае представит собой прямую линию. Отсюда следует, что, так как при малых рас­ ходах в любом трубопроводе имеет место ламинарный режим, харак­ теристика трубопровода в общем случае должна была бы всегда состоять из некоторого небольшого прямолинейного участка для ламинарного режима (при малых Q) и параболы для турбулентного режима. Практически, однако, за исключением особых случаев, рабочий участок характеристик находится в области турбулентного режима, поэтому их принято изображать в виде одних параболиче­ ских кривых, как это и было сделано нами выше.

§ 72. СИФОННЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ

Сифонным трубопроводом (сифоном) называется такой самотеч­ ный трубопровод, часть которого располагается выше уровня жид­ кости в сосуде (резервуаре), из которого происходит подача жид­ кости. Простейшая схема сифонного трубопровода может быть пред­ ставлена в виде изогнутой, опрокинутой U-образной трубы, соединя­ ющей два сосуда А я В (рис. 178), в которой за счет существования разности уровней Аг происходит движение жидкости из верхнего сосуда в нижний.

Сифонные трубопроводы имеют весьма широкое применение на практике. Их используют, например, в качестве водосбросов гидро­ технических сооружений, для слива нефтепродуктов из цистерн, опорожнения водоемов, применяют при прокладке водоводов через возвышенности и т. д. В водоснабжении иногда применяются особые

2 3 3

конструкции сифонных трубопроводов, называемые сифонными водо­ сборами. Они предназначаются для подвода воды от буровых сква­ жин к сборной камере при неглубоком расположении уровней воды в скважинах от поверхности земли. Сифонные водосборы предста­ вляют собой весьма сложные сооружения; на рис. 179 представлена схема подобного водосбора, питаемого тремя скважинами.

Для приведения сифона в действие из него необходимо предва­ рительно удалить воздух и создать в нем первоначальное разреже­ ние. Обычно это достигается путем отсасывания воздуха воздушным насосом из верхней части сифона. При этом благодаря создаваемому в этом сечении разрежению жидкость из сосуда А поднимается по левой всасывающей ветви сифона и перетекает в расположенный ниже сосуд В. В других случаях пуск осуществляется заполнением сифона жидкостью извне, например водой из водопровода, включе­ нием в сифонный трубопровод самоизливающейся фонтанирующей скважины и т. д. Приведенный таким образом в действие сифон при надлежащей плотности стыков труб продолжает работать как трубо­ провод и обеспечивает бесперебойное перетекание жидкости из одного сосуда в другой.

Из предыдущего следует, что сифонный трубопровод предста­ вляет собой трубопровод, работающий под разрежением (вакуумом). Наличие разрежения вызывает выделение из движущейся жидкости растворенного в ней воздуха, а при значительном разрежении может привести и к испарению самой жидкости. Поэтому для нормальной работы сифонного трубопровода необходимо, чтобы минимальное давление в нем, соответствующее наибольшему разрежению, не снижалось до такого давления, при котором начинается выделение паров жидкости, так как их наличие неизбежно повлекло бы за собой разрыв столба жидкости, а следовательно, и срыв работы всего сифонного устройства (выполнение этого условия является обязательным вообще для всех трубопроводов, находящихся под вакуумом, в частности, например, для всасывающих трубопроводов насосных установок).

Гидравлический расчет сифонных трубопроводов принципиально ничем не отличается от расчета обычных трубопроводов. Так, для сифонного трубопровода, работающего по схеме, изображенной на рис. 178, так же как и в задаче о простом трубопроводе, составляется

АН — Az = z a — z b = ' £ 1 hA. B-

Расход определяется по уравнению

<?= Рс/ / 2 g АН

234