Формула Дарси-Вейсбаха. Коэффициент гидравлического сопротивления. Режимы течения. Формулы для расчета коэффициента гидравлического сопротивления. Формула Л.С. Лейбензона для расчета потерь напора.

 

Формула Дарси-Вейсбаха

1) Ламинарный режим течения, при котором Re<2320. Формула Стокса:

Ламинарный режим бывает при перекачке вязкой нефти.

Зона гидравлически гладких труб, в которой . Ф-ла Блазиуса:

Зона смешанного трения, в которой

Формула Альтштуля:

Зона квадратичного трения, в которой

Формула Шефринсона

Формулы Стокса, Блазиуса и Шефренсона имеют следующий общий вид:

(1)

А, m =const

m – показатель режима движения жидкости

Подставим (1) в формулу Дарси-Вейсбаха, учитывая, что ,

получили общую формулу Лейбензона

Формула Лейбензона широко применяется в тех случаях, когда зависимость от расхода должна быть выражена в явном виде

 

На графике зависимость для режим течения выглядит в виде прямых линий, tg угла наклона которого к оси LgRe tg=m

В области смешанного трения λ зависит не только от Re, но и от относительной шероховатости

 

Линия оказывается плавной кривой.

Показатель режима течения m в этой области – переменная величина. Однако ценой некоторой потери в точности расчетов этот недостаток может быть устранен. Отметим на графике цифрой 1 – точку на прямой Блазиуса, где Re1=10(K/D)^-1

цифрой 2 – точку на прямой Шифринсона, где Re2=500(K/D)^-1

подставив Re1 в формулу Блазиуса, а Re2 в Шифринсона, найдем lgλ1 и lgλ2 – ординаты (.) 1 и 2, Затем проведем через эти точки прямую. ее уравнение приводится к виду

33.Уравнение баланса напоров для участка трубопровода. Напорно - расходные (Q-Н,)- характеристики трубопровода.

 

Для магистрального нефтепровода постоянного диаметра с n перекачивающими станциями, уравнение баланса напоров имеет вид

. (1.34)

В начале каждого эксплуатационного участка ПС оснащены подпорными насосами. В конце трубопровода и каждого эксплуатационного участка требуется обеспечить остаточный напор h_ОСТ для преодоления сопротивления технологических трубопроводов и закачки в резервуары.

Правая часть уравнения (1.34) представляет собой полные потери напора в трубопроводе, то есть Н. В случае наличия вставок или лупингов по трассе правая часть уравнения (1.34) определяется по формуле (1.32).

Левая часть уравнения (1.34) – суммарный напор, развиваемый всеми работающими насосами перекачивающих станций (активный напор). С помощью коэффициентов характеристик насосов активный суммарный напор может быть представлен зависимостью

, (1.35)

где m_М – количество работающих магистральных насосов на одной ПС;

m_П – количество работающих подпорных насосов на ГПС (или на ПС в начале эксплуатационного участка), включенных параллельно;

а_П, b_П, h_П – коэффициенты характеристики и напор, развиваемый подпорным насосом при подаче Q;

а_М, b_М, h_М – то же для магистрального насоса.

Обозначив

и

,

можно записать

, (1.36)

Выразив левую часть уравнения (1.34) через (1.35), а правую часть – через (1.30), получим уравнение баланса напоров в аналитической форме

. (1.37)

Раскрывая скобки и решая уравнение (1.37) относительно расхода, имеем

. (1.38)

Если в общем случае на линейной части имеются лупинги и вставки, уравнение (1.38) примет вид

. (1.39)

Определив расход Q, можно вычислить напор, развиваемый перекачивающими станциями, а также суммарные потери напора в трубопроводе. Обе эти величины одинаковы (условие баланса напоров).

Тот же результат можно получить графически, построив совмещенную характеристику трубопровода и насосных станций. Точка пересечения характеристик называется рабочей точкой (А), которая характеризует потери напора в нефтепроводе и его пропускную способность при заданных условиях перекачки (рис. 1.12).

Равенство создаваемого и затраченного напоров, а также равенство подачи насосов и расхода нефти в трубопроводе приводят к важному выводу: трубопровод и перекачивающие станции составляют единую гидравлическую систему. Изменение режима работы ПС (отключение части насосов или станций) приведет к изменению режима нефтепровода в целом.

Изменение гидравлического сопротивления трубопровода или отдельного его перегона (изменение вязкости, включение резервных ниток, замена труб на отдельных участках трассы и т. п.) в свою очередь окажет влияние на режим работы всех перекачивающих станций.

34.Трубопроводы с промежуточными перекачивающими станциями, работающими в режиме "из насоса -в насос". Система гидравлических уравнений для расчета расхода перекачки и подпоров перед промежуточными станциями. Уравнение баланса напоров для трубопровода. Условия "согласования" работы последовательных участков трубопровода.

 

- полн. напор на выходе из НПС в начале участка (где z₁ – высот. отметка начала участка; hп - подпор на входе в НПС; Hст(Q) – дифф. напор НПС)

 

- полн. напор на входе из НПС

(где z₂ – выс. отметка конца участка; hк – остат. напор в конце участка.)

ур. Бернулли примет вид:

Преобразовав его, получим:

– ур. баланса напоров для уч-ка н/п. Оно служит для определения расхода перекачки Q.

В этом ур. левая часть - гидравл. хар-тика НПС, а правая часть - гидравл. хар-ка участка трубопровода.

При перекачке по схеме «из насоса в насос» конец предыдущ.перегона м/ду станциями явл. сечением всасывания следу-й ПС. Перегоны н/п м/ду послед. соед-ми ПС оказ-ся в гидравлич. отношении жестко связ-ми друг с другом (изм-е режима работы одного перегона скажется на режиме работы всего н/п)

Рассм. н/п с n нефтеперекач. станциями. Запишем систему из n ур. баланса напоров для каждого уч-ка:

(где z₁ – выс.отметка начала т/п; z₂ – выс. отметка конца т/п; h_п –подпор на входе в НПС; h_к – остат. напор в конце т/п; Н_ст(Q) – дифф. напор НПС)

Сложив все уравнения получим:

- ур. баланса напора для всего т/п.

Левая часть - суммар. гидрав. хар-ка всех НПС, а правая часть - сумм. гидравл. хар-ка всего т/п.

С помощью системы можно опр. величину подпоров на входе в каждую НПС: . Зная величину подпора на второй НПС, можно опр. давление на входе второй НПС и давление на нагнетании второй НПС .

Cложив первые m ур-ний системы можно получить подпор перед m-ой НПС:

Зная его можно вычисл. давл. на входе m -ой НПС. и давление на нагнетат. линии m -ой НПС

Условия «согласования» работы Н/п

1)Величина подпора на любой станции должна больше величины анти кавитац. запаса работы насоса, то есть h_n1>h_кавi

2)Давление на нагнетат. линии любого насоса должно превосходить давление, опр. прочностью труб и корпуса насоса, то есть p_n1>p_прочi

 

Напорно-расходные (Q-Н)- характеристики перекачивающих станций. (Q-Н)- характеристики станций, оснащенных центробежными нагнетателями. Мощность насосных агрегатов. Формулы для расчета мощности. Коэффициент полезного действия.

НПС устанавливается несколько насосов. Суммарная (Q-H)-хар-ка НПС – суммар. хар-ки всех насосов, включ. последоват. и параллельно, а также хар-ки станционных т/п станции.

Чаще всего, на НПС насосы включены последовательно для повышения напора.

Для перекачки нефтей исп-ют, в основном, центробежные насосы, в кот. необх-й напор создается за счет центробежной силы.

Гидравл. хар-ка центробеж. насосов представляют двухчленной зависимостью H=a-bQ²; а – нагнетание насоса при нулевой подаче, в – крутизна параболы

Гидравл. хар-ка НПС:

Нсм=Нсум(Q)-hст(Q)

Нст(Q)- суммар. хар-ка насосов, установл. на станции; hст(Q) – хар-ка станционных т/п.

Полезная мощность центробежного насоса – мощность, расходуемая на преодоление разности напора между нагнетанием и всасывание насоса.

, где Q - подача насоса; H - дифф. напор, развиваемый насосом. [Nпол]=[Дж/с]=[Вт]

Мощность, затрачиваемая насосным агрегатом , где η_нас - КПД насоса, ≈80%; η_прив - КПД привода, ≈95%;

(Q-η) хар-ка насоса: η=kQ-k₁Q²

Зави-ть КПД насоса от подачи

Насосы подбирают таким образом, чтобы рабочая подача была при максимальном КПД.

При послед. соед-ии насосов КПД опр-ся из системы , →

При парал. соед-ии насосов КПД опр. из системы: