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

промежутки времени, равные времени двойного пробега ударной волной длины трубопровода от задвижки до начала трубопровода.

Таким образом, при гидравлическом ударе жидкость, находя­ щаяся в трубопроводе, будет совершать колебательные движения, которые в силу гидравлических сопротивлений, поглощающих перво­ начальную энергию жидкости на преодоление трения, будут зату­ хающими.

Скорость распространения ударной волны зависит от рода жид­ кости, материала трубы, ее диаметра и толщины стенок и опреде­ ляется следующим выражением:

здесь К — модуль упругости жидкости, т. е. величина, обратная коэффициенту сжимаемости; р — плотность жидкости; Е — модуль упругости материала трубы; d — внутренний диаметр трубы; б — толщина стенок трубы.

Если считать материал трубы абсолютно неупругим (Е = оо), выражение для скорости с принимает вид

с=

искорость распространения ударной волны в этом случае равна скорости распространения звука в жидкости.

Значения Е для некоторых наиболее применяемых материалов труб приведены в табл. 50.

Для воды скорость распространения ударной волны может быть подсчитана по формуле

240

В частном случае для обычных чугунных водопроводных труб приближенно можно принять

Лр = (Ю-^14) v,

где при v, выраженном в м/с, р получается в атмосферах.

Таким образом, в этом случае ударное давление составляет 10 ч- -г- 14 атмосфер на каждый метр потерянной скорости жидкости.

Для борьбы с гидравлическим ударом применяются различного рода устройства, увеличивающие время закрытия задвижек и кранов; на трубопроводах устанавливаются также автоматически действу­ ющие предохранительные клапаны и воздушные колпаки, которые располагаются перед задвижками и играют роль своеобразных воз­

преодолевая сопротивление пружины; при понижении давления пружина заставляет поршень опускаться вниз. Перемещения поршня индикатора, вызываемые изменением давления в трубе, записы­ ваются пишущим штифтом F (перо или карандаш), связанным системой рычагов с выступающим концом штока индикатора, на вращающемся с постоянной угловой скоростью барабане G. Оче­ видно, что на получающейся таким образом индикаторной диаграмме по вертикали будут отложены величины, пропорциональные давле­ нию в месте установки индикатора, а по горизонтали — пропорцио­ нальные времени.

Одна из подобных индикаторных диаграмм, снятых при гидравли­ ческом ударе, изображена на рис. 183, б. На этой диаграмме ниж­ няя прямая 1—1 соответствует атмосферному давлению, верхняя прямая 2—2 — статическому давлению (при покоящейся жидкости), средняя прямая 3—3 — динамическому давлению перед моментом закрытия задвижки; линия, представляющая собой чередующиеся друг за другом выступы и впадины, есть линия давления при гидра­ влическом ударе (после закрытия задвижки).

241

Ударное давление измеряется по диаграмме отрезком а по вер­ тикали от динамической линии до горизонтальной части выступа; скорость распространения ударной волны по данным, взятым из

диаграммы, будет с == г , где Т — время, соответствующее рас­

стоянию Ъ на индикаторной диаграмме.

§ 75. МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ!

Современные магистральные нефтепроводы представляют собой весьма сложные инженерные сооружения. Они являются связующим звеном между районами добычи и пунктом переработки и потребле­ ния нефти. В тех случаях, когда по трубопроводам перекачиваются продукты переработки нефти (бензин, керосин и т. д.), их принято называть продуктопроводами.

Протяженность магистральных нефтепроводов определяется де­ сятками и сотнями, а в отдельных случаях и тысячами километров; диаметры труб достигают значений до 1200 мм и более, а объемы перекачки нередко составляют десятки тысяч тонн в сутки.

Магистральные нефтепроводы состоят из следующих основных объектов: насосных станций, резервуарных парков и линейной части — собственно трубопровода.

В настоящем параграфе рассматриваются некоторые специфиче­ ские особенности работы и гидравлического расчета магистральных нефтепроводов.

Гидравлический расчет начинают обычно с определения опти­ мального диаметра трубопровода, обеспечивающего заданный объем перекачки.

Общие указания о решении этой задачи, исходя из технико-эко­ номических соображений, были рассмотрены ранее (см. § 68).

Полученное таким образом значение диаметра округляется затем до ближайшей стандартной величины; при этом устанавливают также материал трубы и толщину ее стенки.

1 Написан совместно с П. Б. Кузнецовым.

242

После этого из условия прочности определяют предельно допу­ стимое давление, при котором может работать выбранная труба

(см. § 16),

26 [стр]

Рmax d

Далее переходят к определению необходимого количества насос­ ных станций и их расстановке по трассе. Для этого строят продоль­ ный профиль трассы трубопровода (рис. 184) и по известному диа­ метру d, кинематической вязкости перекачиваемой жидкости v и заданному расходу Q обычными методами находят суммарные по­ тери напора по всей длине трубопровода. Это позволяет определить необходимое число насосных станций

где Н — суммарная потеря напора по всей трассе; # ст — напор, раз­ виваемый одной насосной станцией, соответствующий в первом при­ ближении предельно допустимому давлению жидкости в трубе,

Ртах

После этого из точки а (место расположения головной насосной станции на профиле) по вертикали вверх откладывают отрезок, изображающий в определенном масштабе напор станции НСТ. Из конца этого отрезка Ъ проводят линию гидравлического уклона. Точка с пересечения ее с профилем является местом расположения второй насосной станции. При этом необходимо, чтобы давление в любой точке рассматриваемого участка трассы не превышало ртах, т. е. необходимо, чтобы отрезок между линией гидравлического уклона и профилем нигде не был больше Нст.

Если это условие не выполняется, следует снизить напор на головной станции до значения Н'ст, при котором давление во всех точках трассы не будет превышать ршах (рассматривается именно такой случай).

Линия гидравлического уклона, соответствующая этому случаю, обозначена Ь’сг, где точка с’ отвечает исправленному положению второй насосной станции.

Для определения местоположения остальных насосных станций производятся аналогичные построения: точка d определяет место­ положение третьей насосной станции, а точка е — четвертой.

Однако сооружение четвертой станции следует признать нецеле­ сообразным, поскольку развиваемый ею напор не может быть исполь­ зован полностью из-за близости перевальной точки.

Поэтому от сооружения этой станции следует отказаться, а необ­ ходимый напор получить за счет прокладки параллельного трубо­ провода на третьем участке. Подобные параллельно прокладываемые трубы в нефтепроводной практике называются лупингами.

243

Гидравлический расчет этого участка может быть выполнен на основании изложенного в § 70.

Так, если принять диаметр лупинга равным диаметру основной трубы, будем иметь

h = h0 + K и <?о= 2(?л,

где h0 и кл и Q0 и Qn — соответственно потери напора и расходы на участках трубопровода без лупинга и с лупингом.

Тогда полная потеря напора на третьем участке (см. § 67) будет

Если при этом движение жидкости в трубопроводе происходит

и

io. = 21’75 ^ 3,36,

откуда

1Л= 0,298 •i.

Для определения длины лупинга из перевальной точки трассы т проводим линию гидравлического уклона до пересечения с линией ке. Расстояние между точкой п' (проекция точки п на профиль трассы) и точкой т представляет искомую длину лупинга Е

Рассмотрим теперь работу участка трубопровода за перевальной точкой. Этот участок представляет собой самотечный трубопровод, для которого (см. § 78, формула (7.2)) выполняется условие

/&1_2 Z, Z2.

1 Более подробные данные о расчете лупингов для различных случаев рас­ сматриваются в специальных курсах проектирования и сооружения нефтепро­ водов.

244