كيفية حساب ضغط الماء في الأنبوب. حساب هيدروليكي مستقل لخط الأنابيب

الصفحة الرئيسية

مضخات ومعدات الضخ

تعد خطوط الأنابيب لنقل السوائل المختلفة جزءًا لا يتجزأ من الوحدات والمنشآت التي يتم فيها تنفيذ عمليات العمل المتعلقة بمجالات التطبيق المختلفة. عند اختيار تكوين الأنابيب والأنابيب ، فإن تكلفة كل من الأنابيب نفسها ووصلات الأنابيب لها أهمية كبيرة. يتم تحديد التكلفة النهائية لضخ الوسيط عبر خط الأنابيب إلى حد كبير من خلال حجم الأنابيب (القطر والطول). يتم حساب هذه القيم باستخدام صيغ مطورة خصيصًا لأنواع معينة من العمليات.

الأنبوب عبارة عن أسطوانة مجوفة مصنوعة من المعدن أو الخشب أو أي مادة أخرى تستخدم لنقل الوسائط السائلة والغازية والحبيبية. يمكن أن يكون الوسيط المنقول عبارة عن ماء ، غاز طبيعي ، بخار ، منتجات نفطية ، إلخ. تستخدم الأنابيب في كل مكان ، من الصناعات المختلفة إلى التطبيقات المحلية.

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد في صناعة الأنابيب ، مثل الفولاذ ، والحديد الزهر ، والنحاس ، والأسمنت ، والبلاستيك مثل ABS ، والبولي فينيل كلوريد ، وكلوريد البولي فينيل المكلور ، والبولي بيوتين ، والبولي إيثيلين ، إلخ.

مؤشرات الأبعاد الرئيسية للأنبوب هي قطره (خارجي ، داخلي ، إلخ) وسماكة الجدار ، والتي تُقاس بالمليمترات أو البوصة. تُستخدم أيضًا قيمة مثل القطر الاسمي أو التجويف الاسمي - القيمة الاسمية للقطر الداخلي للأنبوب ، وتُقاس أيضًا بالمليمترات (المشار إليها بواسطة Du) أو البوصة (المشار إليها بواسطة DN). الأقطار الاسمية موحدة وهي المعيار الرئيسي لاختيار الأنابيب والتجهيزات.

مطابقة قيم التجويف الاسمية بالملليمتر والبوصة:

يُفضل الأنبوب ذو المقطع العرضي الدائري على المقاطع الهندسية الأخرى لعدد من الأسباب:

تحتوي الدائرة على نسبة دنيا من المحيط إلى المنطقة ، وعندما يتم تطبيقها على أنبوب ، فهذا يعني أنه مع تساوي الإنتاجية ، سيكون استهلاك المواد للأنابيب المستديرة ضئيلًا مقارنة بالأنابيب ذات الشكل المختلف. وهذا يعني أيضًا الحد الأدنى من التكاليف الممكنة للعزل والطلاء الواقي ؛
يعتبر المقطع العرضي الدائري أكثر فائدة لحركة وسط سائل أو غازي من وجهة نظر هيدروديناميكية. أيضًا ، نظرًا للحد الأدنى من المساحة الداخلية الممكنة للأنبوب لكل وحدة من طوله ، يتم تقليل الاحتكاك بين الوسيط المنقول والأنبوب.
الشكل الدائري هو الأكثر مقاومة للضغوط الداخلية والخارجية ؛
عملية تصنيع الأنابيب المستديرة بسيطة للغاية وسهلة التنفيذ.

يمكن أن تختلف الأنابيب بشكل كبير من حيث القطر والتكوين حسب الغرض والتطبيق. وبالتالي ، يمكن أن يصل قطر خطوط الأنابيب الرئيسية لنقل المياه أو المنتجات النفطية إلى نصف متر تقريبًا بتكوين بسيط إلى حد ما ، كما أن ملفات التسخين ، وهي أيضًا أنابيب ، لها شكل معقد مع العديد من المنعطفات بقطر صغير.

من المستحيل تخيل أي صناعة بدون شبكة من خطوط الأنابيب. يتضمن حساب أي شبكة من هذا القبيل اختيار مادة الأنابيب ، ووضع المواصفات ، والتي تسرد بيانات عن السماكة ، وحجم الأنبوب ، والمسار ، وما إلى ذلك. تمر المواد الخام والمنتجات الوسيطة و / أو المنتجات النهائية عبر مراحل الإنتاج ، وتتنقل بين الأجهزة والتركيبات المختلفة ، التي ترتبط بخطوط الأنابيب والتجهيزات. يعد الحساب الصحيح واختيار وتركيب نظام الأنابيب أمرًا ضروريًا للتنفيذ الموثوق به للعملية بأكملها ، وضمان النقل الآمن للوسائط ، وكذلك لإغلاق النظام ومنع تسرب المادة التي يتم ضخها في الغلاف الجوي.

لا توجد صيغة وقاعدة واحدة يمكن استخدامها لتحديد خط أنابيب لكل تطبيق وبيئة عمل ممكنة. في كل مجال فردي لتطبيق خطوط الأنابيب ، هناك عدد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار ويمكن أن يكون لها تأثير كبير على متطلبات خط الأنابيب. لذلك ، على سبيل المثال ، عند التعامل مع الحمأة ، لن يؤدي خط الأنابيب الكبير إلى زيادة تكلفة التركيب فحسب ، بل سيؤدي أيضًا إلى خلق صعوبات تشغيلية.

عادة ، يتم اختيار الأنابيب بعد تحسين تكاليف المواد والتشغيل. كلما زاد قطر خط الأنابيب ، أي كلما زاد الاستثمار الأولي ، انخفض انخفاض الضغط ، وبالتالي انخفضت تكاليف التشغيل. على العكس من ذلك ، فإن الحجم الصغير لخط الأنابيب سيقلل من التكاليف الأولية للأنابيب نفسها ووصلات الأنابيب ، لكن الزيادة في السرعة ستؤدي إلى زيادة الخسائر ، مما سيؤدي إلى الحاجة إلى إنفاق طاقة إضافية على ضخ الوسيط. تعتمد حدود السرعة المحددة لتطبيقات مختلفة على ظروف التصميم المثلى. يتم حساب حجم خطوط الأنابيب باستخدام هذه المعايير ، مع مراعاة مجالات التطبيق.

تصميم خطوط الأنابيب

عند تصميم خطوط الأنابيب ، يتم أخذ معلمات التصميم الرئيسية التالية كأساس:

الأداء المطلوب
نقطة الدخول ونقطة الخروج من خط الأنابيب ؛
تكوين متوسط ، بما في ذلك اللزوجة والجاذبية النوعية ؛
الظروف الطبوغرافية لمسار خط الأنابيب ؛
أقصى ضغط عمل مسموح به ؛
حساب هيدروليكي
قطر خط الأنابيب ، سمك الجدار ، قوة الخضوع للشد لمواد الجدار ؛
عدد محطات الضخ والمسافة بينها واستهلاك الطاقة.

موثوقية خطوط الأنابيب

يتم ضمان الموثوقية في تصميم الأنابيب من خلال الالتزام بمعايير التصميم المناسبة. أيضًا ، يعد تدريب الأفراد عاملاً رئيسيًا في ضمان عمر الخدمة الطويل لخط الأنابيب وضيقه وموثوقيته. يمكن إجراء المراقبة المستمرة أو الدورية لتشغيل خطوط الأنابيب من خلال أنظمة المراقبة والمحاسبة والتحكم والتنظيم والأتمتة وأجهزة التحكم الشخصية في الإنتاج وأجهزة السلامة.

طلاء إضافي لخطوط الأنابيب

يتم تطبيق طلاء مقاوم للتآكل على السطح الخارجي لمعظم الأنابيب لمنع الآثار الضارة للتآكل من البيئة الخارجية. في حالة ضخ الوسائط المسببة للتآكل ، يمكن أيضًا وضع طبقة واقية على السطح الداخلي للأنابيب. قبل بدء التشغيل ، يتم اختبار جميع الأنابيب الجديدة المخصصة لنقل السوائل الخطرة بحثًا عن العيوب والتسريبات.

الأحكام الأساسية لحساب التدفق في خط الأنابيب

يمكن أن تختلف طبيعة تدفق الوسيط في خط الأنابيب وعند التدفق حول العوائق اختلافًا كبيرًا من سائل إلى سائل. أحد المؤشرات المهمة هو لزوجة الوسط ، والتي تتميز بمعامل مثل معامل اللزوجة. أجرى المهندس الفيزيائي الأيرلندي أوزبورن رينولدز سلسلة من التجارب في عام 1880 ، وفقًا للنتائج التي تمكن من استخلاص كمية بلا أبعاد تميز طبيعة تدفق السائل اللزج ، تسمى معيار رينولدز ويشار إليها بواسطة Re.

إعادة = (v L ρ) / μ

أين:
ρ هي كثافة السائل ؛
v هو معدل التدفق ؛
L هو الطول المميز لعنصر التدفق ؛
μ - معامل اللزوجة الديناميكي.

أي أن معيار رينولدز يميز نسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى الاحتكاك اللزج في تدفق السوائل. يعكس التغيير في قيمة هذا المعيار تغيرًا في نسبة هذه الأنواع من القوى ، والتي بدورها تؤثر على طبيعة تدفق السوائل. في هذا الصدد ، من المعتاد التمييز بين ثلاثة أنظمة تدفق اعتمادًا على قيمة معيار رينولدز. في Re<2300 наблюдается так называемый ламинарный поток, при котором жидкость движется тонкими слоями, почти не смешивающимися друг с другом, при этом наблюдается постепенное увеличение скорости потока по направлению от стенок трубы к ее центру. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к дестабилизации такой структуры потока, и значениям 23004000 ، يتم ملاحظة نظام مستقر ، يتميز بتغيير عشوائي في سرعة واتجاه التدفق عند كل نقطة فردية ، مما يعطي إجماليًا معادلة لمعدلات التدفق في جميع أنحاء الحجم. مثل هذا النظام يسمى مضطرب. يعتمد رقم رينولدز على الرأس الذي توفره المضخة ، ولزوجة الوسط عند درجة حرارة التشغيل ، وحجم وشكل الأنبوب الذي يمر عبره التدفق.

ملف تعريف السرعة في الدفق
تدفق الصفحي	نظام انتقالي	نظام مضطرب

طبيعة التدفق
تدفق الصفحي	نظام انتقالي	نظام مضطرب

معيار رينولدز هو معيار تشابه لتدفق السائل اللزج. وهذا يعني ، بمساعدتها ، أنه من الممكن محاكاة عملية حقيقية بحجم صغير ومناسبة للدراسة. هذا مهم للغاية ، لأنه غالبًا ما يكون من الصعب للغاية ، وأحيانًا المستحيل ، دراسة طبيعة تدفقات السوائل في الأجهزة الحقيقية نظرًا لحجمها الكبير.

حساب خط الأنابيب. حساب قطر خط الأنابيب

إذا لم يكن خط الأنابيب معزولًا حرارياً ، أي أن التبادل الحراري بين المنقول والبيئة ممكن ، فإن طبيعة التدفق فيه يمكن أن تتغير حتى بسرعة ثابتة (معدل التدفق). هذا ممكن إذا كان الوسيط الذي يتم ضخه لديه درجة حرارة عالية بدرجة كافية عند المدخل ويتدفق في نظام مضطرب. على طول الأنبوب ، ستنخفض درجة حرارة الوسيط المنقول بسبب فقد الحرارة في البيئة ، مما قد يؤدي إلى تغيير في نظام التدفق إلى رقائقي أو انتقالي. تسمى درجة الحرارة التي يحدث عندها تغيير الوضع درجة الحرارة الحرجة. تعتمد قيمة لزوجة السائل بشكل مباشر على درجة الحرارة ، لذلك ، في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام معلمة مثل اللزوجة الحرجة ، والتي تتوافق مع نقطة التغيير في نظام التدفق عند القيمة الحرجة لمعيار رينولدز:

v cr = (v D) / Re cr = (4 Q) / (π D Re cr)

أين:
ν kr - اللزوجة الحرجة الحرجة ؛
إعادة cr - القيمة الحرجة لمعيار رينولدز ؛
D - قطر الأنبوب
v هو معدل التدفق ؛
س - المصاريف.

عامل مهم آخر هو الاحتكاك الذي يحدث بين جدران الأنابيب والتيار المتحرك. في هذه الحالة ، يعتمد معامل الاحتكاك بشكل كبير على خشونة جدران الأنابيب. يتم تحديد العلاقة بين معامل الاحتكاك ومعيار رينولدز والخشونة بواسطة مخطط مودي ، والذي يسمح لك بتحديد إحدى المعلمات ، ومعرفة المعلمتين الأخريين.

تُستخدم صيغة Colebrook-White أيضًا لحساب معامل الاحتكاك للتدفق المضطرب. بناءً على هذه الصيغة ، من الممكن رسم رسوم بيانية يتم من خلالها تحديد معامل الاحتكاك.

(√λ) -1 = -2 تسجيل (2.51 / (Re √λ) + k / (3.71 د))

أين:
ك - معامل خشونة الأنابيب ؛
λ هو معامل الاحتكاك.

هناك أيضًا صيغ أخرى للحساب التقريبي لخسائر الاحتكاك أثناء تدفق ضغط السائل في الأنابيب. واحدة من المعادلات الأكثر استخدامًا في هذه الحالة هي معادلة دارسي-فايسباخ. يعتمد على البيانات التجريبية ويستخدم بشكل أساسي في نمذجة النظام. خسارة الاحتكاك هي دالة لسرعة السائل ومقاومة الأنبوب لحركة السوائل ، معبراً عنها من حيث قيمة خشونة جدار الأنبوب.

∆H = λ L / d v² / (2 جم)

أين:
ΔH - فقدان الرأس ؛
λ - معامل الاحتكاك.
L هو طول قسم الأنبوب ؛
د - قطر الأنبوب
v هو معدل التدفق ؛
g هي تسارع السقوط الحر.

يتم حساب فقدان الضغط الناتج عن احتكاك الماء باستخدام صيغة هازن-ويليامز.

∆H = 11.23 L 1 / C 1.85 Q 1.85 / D 4.87

أين:
ΔH - فقدان الرأس ؛
L هو طول قسم الأنبوب ؛
C هو معامل خشونة Haizen-Williams ؛
س - الاستهلاك
د - قطر الأنبوب.

ضغط

ضغط العمل لخط الأنابيب هو أعلى ضغط زائد يوفر طريقة التشغيل المحددة لخط الأنابيب. عادةً ما يتم اتخاذ القرار بشأن حجم خط الأنابيب وعدد محطات الضخ بناءً على ضغط عمل الأنابيب وقدرة الضخ والتكاليف. يحدد الضغط الأقصى والأدنى لخط الأنابيب ، وكذلك خصائص وسيط العمل ، المسافة بين محطات الضخ والطاقة المطلوبة.

الضغط الاسمي PN - القيمة الاسمية المقابلة للضغط الأقصى لوسط العمل عند 20 درجة مئوية ، حيث يمكن التشغيل المستمر لخط الأنابيب بأبعاد معينة.

مع زيادة درجة الحرارة ، تقل سعة تحميل الأنبوب ، وكذلك الضغط الزائد المسموح به نتيجة لذلك. تشير قيمة pe، zul إلى أقصى ضغط (g) في نظام الأنابيب مع زيادة درجة حرارة التشغيل.

جدول الضغط الزائد المسموح به:

حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب

يتم حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب وفقًا للصيغة:

∆p = λ L / d ρ / 2 v²

أين:
Δp - انخفاض الضغط في قسم الأنبوب ؛
L هو طول قسم الأنبوب ؛
λ - معامل الاحتكاك.
د - قطر الأنبوب
ρ هي كثافة الوسط الذي يتم ضخه ؛
v هو معدل التدفق.

وسائط قابلة للنقل

في أغلب الأحيان ، تُستخدم الأنابيب لنقل المياه ، ولكن يمكن استخدامها أيضًا لنقل الحمأة ، والطين ، والبخار ، وما إلى ذلك. في صناعة النفط ، تُستخدم خطوط الأنابيب لضخ مجموعة كبيرة من الهيدروكربونات ومخاليطها ، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا في الخصائص الكيميائية والفيزيائية. يمكن نقل النفط الخام لمسافات أطول من الحقول البرية أو منصات النفط البحرية إلى المحطات ونقاط الطريق والمصافي.

تنقل خطوط الأنابيب أيضًا:

المنتجات البترولية المكررة مثل البنزين ووقود الطائرات والكيروسين ووقود الديزل وزيت الوقود وما إلى ذلك ؛
المواد الخام البتروكيماوية: البنزين ، والستايرين ، والبروبيلين ، وما إلى ذلك ؛
الهيدروكربونات العطرية: زيلين ، تولوين ، كيومين ، إلخ ؛
الوقود البترولي المسال مثل الغاز الطبيعي المسال ، وغاز البترول المسال ، والبروبان (غازات عند درجة حرارة وضغط معياريين ولكن مسالة بالضغط) ؛
ثاني أكسيد الكربون والأمونيا السائلة (المنقولة كسوائل تحت الضغط) ؛
يعتبر البيتومين والوقود اللزج لزجًا للغاية بحيث لا يمكن نقلهما عبر خطوط الأنابيب ، لذلك يتم استخدام أجزاء نواتج التقطير من النفط لتخفيف هذه المواد الخام وينتج عن خليط يمكن نقله عبر خط الأنابيب ؛
الهيدروجين (لمسافات قصيرة).

جودة الوسيط المنقول

تحدد الخصائص الفيزيائية والمعلمات للوسائط المنقولة إلى حد كبير معايير التصميم والتشغيل لخط الأنابيب. الجاذبية النوعية ، الانضغاطية ، درجة الحرارة ، اللزوجة ، نقطة الانسكاب وضغط البخار هي معلمات الوسائط الرئيسية التي يجب مراعاتها.

الثقل النوعي للسائل هو وزنه لكل وحدة حجم. يتم نقل العديد من الغازات عبر خطوط الأنابيب تحت ضغط متزايد ، وعندما يتم الوصول إلى ضغط معين ، قد تخضع بعض الغازات للإسالة. لذلك ، تعد درجة ضغط الوسيط معلمة مهمة لتصميم خطوط الأنابيب وتحديد سعة الإنتاجية.

درجة الحرارة لها تأثير غير مباشر ومباشر على أداء خط الأنابيب. يتم التعبير عن هذا في حقيقة أن السائل يزداد في الحجم بعد زيادة درجة الحرارة ، بشرط أن يظل الضغط ثابتًا. يمكن أن يكون لخفض درجة الحرارة أيضًا تأثير على كل من الأداء وكفاءة النظام بشكل عام. عادة ، عندما تنخفض درجة حرارة السائل ، تكون مصحوبة بزيادة في لزوجته ، مما يخلق مقاومة احتكاك إضافية على طول الجدار الداخلي للأنبوب ، مما يتطلب المزيد من الطاقة لضخ نفس الكمية من السائل. الوسائط شديدة اللزوجة حساسة لتقلبات درجات الحرارة. اللزوجة هي مقاومة الوسيط للتدفق وتقاس بوحدات centistokes cSt. لا تحدد اللزوجة اختيار المضخة فحسب ، بل تحدد أيضًا المسافة بين محطات الضخ.

بمجرد انخفاض درجة حرارة الوسط إلى ما دون نقطة الصب ، يصبح تشغيل خط الأنابيب مستحيلًا ، ويتم اتخاذ عدة خيارات لاستئناف تشغيله:

تسخين الوسيط أو الأنابيب العازلة للحفاظ على درجة حرارة التشغيل للوسط فوق نقطة صبها ؛
تغيير في التركيب الكيميائي للوسيط قبل أن يدخل خط الأنابيب ؛
تخفيف الوسيط المنقول بالماء.

أنواع الأنابيب الرئيسية

الأنابيب الرئيسية مصنوعة ملحومة أو غير ملحومة. تصنع الأنابيب الفولاذية غير الملحومة بدون لحامات طولية بأقسام فولاذية مع معالجة حرارية لتحقيق الحجم والخصائص المرغوبة. يتم تصنيع الأنابيب الملحومة باستخدام العديد من عمليات التصنيع. يختلف هذان النوعان عن بعضهما البعض في عدد اللحامات الطولية في الأنبوب ونوع معدات اللحام المستخدمة. الأنابيب الفولاذية الملحومة هي النوع الأكثر استخدامًا في تطبيقات البتروكيماويات.

يتم لحام كل قسم من الأنابيب معًا لتشكيل خط أنابيب. أيضًا ، في خطوط الأنابيب الرئيسية ، اعتمادًا على التطبيق ، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من الألياف الزجاجية ، والمواد البلاستيكية المختلفة ، والأسمنت الأسبستي ، وما إلى ذلك.

لتوصيل المقاطع المستقيمة من الأنابيب ، وكذلك للانتقال بين أقسام خطوط الأنابيب بأقطار مختلفة ، يتم استخدام عناصر التوصيل المصنوعة خصيصًا (الأكواع ، والانحناءات ، والبوابات).

90 درجة الكوع	90 درجة الكوع	فرع انتقالي	المتفرعة

الكوع 180 درجة	كوع 30 درجة	مشترك كهربائي	تلميح

لتركيب الأجزاء الفردية من خطوط الأنابيب والتجهيزات ، يتم استخدام وصلات خاصة.

ملحومة	مشفه	مترابطة	اقتران

التمدد الحراري لخط الأنابيب

عندما يكون خط الأنابيب تحت الضغط ، فإن سطحه الداخلي بأكمله يخضع لحمل موزع بشكل موحد ، مما يتسبب في قوى داخلية طولية في الأنبوب وأحمال إضافية على دعامات النهاية. تؤثر تقلبات درجات الحرارة أيضًا على خط الأنابيب ، مما يتسبب في تغيرات في أبعاد الأنابيب. يمكن للقوى في خط أنابيب ثابت أثناء تقلبات درجات الحرارة أن تتجاوز القيمة المسموح بها وتؤدي إلى إجهاد مفرط ، وهو أمر خطير على قوة خط الأنابيب ، سواء في مادة الأنابيب أو في الوصلات ذات الحواف. تؤدي التقلبات في درجة حرارة الوسيط الذي يتم ضخه أيضًا إلى إجهاد درجة الحرارة في خط الأنابيب ، والذي يمكن نقله إلى الصمامات ومحطات الضخ وما إلى ذلك. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إزالة الضغط من وصلات خطوط الأنابيب أو فشل الصمامات أو العناصر الأخرى.

حساب أبعاد خط الأنابيب مع تغيرات درجات الحرارة

يتم حساب التغيير في الأبعاد الخطية لخط الأنابيب مع تغير درجة الحرارة وفقًا للصيغة:

∆L = ل l t

أ - معامل الاستطالة الحرارية مم / (م ° س) (انظر الجدول أدناه) ؛
L - طول خط الأنابيب (المسافة بين الدعامات الثابتة) ، م ؛
Δt - الفرق بين max. ودقيقة. درجة حرارة الوسط الذي يتم ضخه ، درجة مئوية.

جدول التمدد الخطي للأنابيب من مواد مختلفة

الأرقام المعطاة هي متوسطات للمواد المدرجة ولحساب خطوط الأنابيب من مواد أخرى ، لا ينبغي أن تؤخذ البيانات من هذا الجدول كأساس. عند حساب خط الأنابيب ، يوصى باستخدام معامل الاستطالة الخطي المشار إليه من قبل الشركة المصنعة للأنابيب في المواصفات الفنية المصاحبة أو صحيفة البيانات.

يتم التخلص من الاستطالة الحرارية لخطوط الأنابيب باستخدام أقسام التمدد الخاصة لخط الأنابيب ، وباستخدام المعوضات ، والتي قد تتكون من أجزاء مرنة أو متحركة.

تتكون أقسام التعويض من أجزاء مرنة مستقيمة من خط الأنابيب ، متعامدة مع بعضها البعض ومثبتة بانحناءات. مع الاستطالة الحرارية ، يتم تعويض الزيادة في جزء واحد من خلال تشوه الانحناء للجزء الآخر على المستوى أو تشوه الانحناء والتواء في الفضاء. إذا كان خط الأنابيب نفسه يعوض عن التمدد الحراري ، فإن هذا يسمى التعويض الذاتي.

يحدث التعويض أيضًا بسبب الانحناءات المرنة. يتم تعويض جزء من الاستطالة بمرونة الانحناءات ، ويتم التخلص من الجزء الآخر بسبب الخصائص المرنة لمادة القسم خلف الانحناء. يتم تثبيت المعوضات في الأماكن التي يتعذر فيها استخدام الأقسام التعويضية أو عندما يكون التعويض الذاتي لخط الأنابيب غير كافٍ.

وفقًا لتصميم ومبدأ التشغيل ، تتكون المعوضات من أربعة أنواع: على شكل حرف U ، وعدسة ، ومموج ، وصندوق حشو. في الممارسة العملية ، غالبًا ما تستخدم وصلات التمدد المسطحة ذات الشكل L أو Z أو U. في حالة المعوضات المكانية ، تكون عادةً عبارة عن قسمين مسطحين متعامدين بشكل متبادل ولها كتف واحد مشترك. تصنع وصلات التمدد المرنة من أنابيب أو أقراص مرنة أو منفاخ.

تحديد الحجم الأمثل لقطر خط الأنابيب

يمكن العثور على القطر الأمثل لخط الأنابيب على أساس الحسابات الفنية والاقتصادية. تحدد أبعاد خط الأنابيب ، بما في ذلك أبعاد ووظائف المكونات المختلفة ، فضلاً عن الظروف التي يجب أن يعمل خط الأنابيب في ظلها ، سعة النقل للنظام. تعتبر الأنابيب الكبيرة مناسبة لتدفق الكتلة الأعلى ، بشرط أن يتم اختيار المكونات الأخرى في النظام وحجمها بشكل مناسب لهذه الظروف. عادة ، كلما زاد طول الأنبوب الرئيسي بين محطات الضخ ، كلما زاد انخفاض الضغط في خط الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون للتغيير في الخصائص الفيزيائية للوسط الذي يتم ضخه (اللزوجة ، إلخ) تأثير كبير على الضغط في الخط.

الحجم الأمثل - أصغر حجم أنبوب مناسب لتطبيق معين يكون فعالاً من حيث التكلفة على مدى عمر النظام.

معادلة حساب أداء الأنابيب:

س = (π د²) / 4 فولت

Q هو معدل تدفق السائل الذي يتم ضخه ؛
د - قطر خط الأنابيب ؛
v هو معدل التدفق.

في الممارسة العملية ، لحساب القطر الأمثل لخط الأنابيب ، يتم استخدام قيم السرعات المثلى للوسط المضخ ، مأخوذة من المواد المرجعية التي تم تجميعها على أساس البيانات التجريبية:

وسط ضخ		نطاق السرعات المثلى في خط الأنابيب ، م / ث
السوائل	حركة الجاذبية:
	السوائل اللزجة	0,1 - 0,5
	سوائل منخفضة اللزوجة	0,5 - 1
	ضخ:
	جانب الشفط	0,8 - 2
	جانب التفريغ	1,5 - 3

غازات	الجر الطبيعي	2 - 4
	ضغط صغير	4 - 15
	ضغط كبير	15 - 25

أزواج	بخار مسخن جدا	30 - 50
	بخار مضغوط مشبع:
	أكثر من 105 باسكال	15 - 25
	(1 - 0.5) 105 باسكال	20 - 40
	(0.5 - 0.2) 105 باسكال	40 - 60
	(0.2 - 0.05) 105 باسكال	60 - 75

من هنا نحصل على صيغة حساب قطر الأنبوب الأمثل:

د س = √ ((4 س) / (π ت س))

س - معدل تدفق السائل الذي يتم ضخه ؛
د - القطر الأمثل لخط الأنابيب ؛
v هو معدل التدفق الأمثل.

في معدلات التدفق المرتفعة ، عادةً ما يتم استخدام الأنابيب ذات القطر الأصغر ، مما يعني انخفاض تكاليف شراء خط الأنابيب ، وأعمال الصيانة والتركيب (المشار إليها بواسطة K 1). مع زيادة السرعة ، هناك زيادة في خسائر الضغط بسبب الاحتكاك والمقاومة المحلية ، مما يؤدي إلى زيادة تكلفة ضخ السائل (نشير إلى K 2).

بالنسبة لخطوط الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة ، ستكون تكاليف K 1 أعلى ، وستكون التكاليف أثناء العملية K 2 أقل. إذا أضفنا قيم K 1 و K 2 ، نحصل على التكلفة الدنيا الإجمالية K والقطر الأمثل لخط الأنابيب. التكاليف K 1 و K 2 في هذه الحالة معطاة في نفس الفترة الزمنية.

حساب (صيغة) تكاليف رأس المال لخط الأنابيب

ك 1 = (م ك م ك م) / ن

م هي كتلة خط الأنابيب ، ر ؛
C M - تكلفة 1 طن ، فرك / طن ؛
K M - المعامل الذي يزيد تكلفة أعمال التركيب ، على سبيل المثال 1.8 ؛
ن - عمر الخدمة ، سنوات.

تكاليف التشغيل المحددة المرتبطة باستهلاك الطاقة:

K 2 \ u003d 24 N n أيام C E فرك / سنة

N - الطاقة ، كيلوواط ؛
n DN - عدد أيام العمل في السنة ؛
C E - التكاليف لكل كيلوواط ساعة من الطاقة ، فرك / كيلو واط * ساعة.

صيغ تحديد حجم خط الأنابيب

مثال على الصيغ العامة لتحديد حجم الأنابيب دون مراعاة العوامل الإضافية المحتملة مثل التآكل والمواد الصلبة العالقة وما إلى ذلك:

اسم	المعادلة	قيود محتملة
تدفق السائل والغاز تحت الضغط
فقدان رأس الاحتكاك دارسي فايسباخ	د = 12 [(0.0311 ف L Q 2) / (ح و)] 0.2	س - حجم التدفق ، جالون / دقيقة ؛ د هو القطر الداخلي للأنبوب ؛ hf - فقدان رأس الاحتكاك ؛ L طول خط الأنابيب ، قدم ؛ و هو معامل الاحتكاك. V هو معدل التدفق.
معادلة التدفق الكلي للسوائل	د = 0.64 √ (Q / V)	س - حجم التدفق ، gpm
حجم خط شفط المضخة للحد من فقدان الرأس الاحتكاكية	د = √ (0.0744 س)	س - حجم التدفق ، gpm
معادلة التدفق الكلي للغاز	د = 0.29 √ ((Q T) / (P V))	Q - حجم التدفق ، قدم³ / دقيقة تي - درجة الحرارة ، ك P - ضغط psi (abs) ؛ الخامس - السرعة
تدفق الجاذبية
معادلة Manning لحساب قطر الأنبوب لأقصى تدفق	د = 0.375	س - حجم التدفق ن - معامل الخشونة ؛ S - التحيز.
رقم Froude هو نسبة قوة القصور الذاتي وقوة الجاذبية	الأب = V / √ [(د / 12) ز]	ز - تسارع السقوط الحر ؛ v - سرعة التدفق ؛ L - طول الأنبوب أو قطره.
البخار والتبخر
معادلة قطر أنبوب البخار	د = 1.75 √ [(W v_g x) / V]	W - التدفق الشامل Vg - حجم محدد من البخار المشبع ؛ x - جودة البخار ؛ الخامس - السرعة.

معدل التدفق الأمثل لأنظمة الأنابيب المختلفة

يتم تحديد الحجم الأمثل للأنبوب من شرط الحد الأدنى من التكاليف لضخ الوسيط عبر خط الأنابيب وتكلفة الأنابيب. ومع ذلك ، يجب أيضًا مراعاة حدود السرعة. في بعض الأحيان ، يجب أن يلبي حجم خط الأنابيب متطلبات العملية. كما هو الحال في كثير من الأحيان ، يرتبط حجم خط الأنابيب بانخفاض الضغط. في حسابات التصميم الأولية ، حيث لا يتم أخذ خسائر الضغط في الاعتبار ، يتم تحديد حجم خط أنابيب العملية بالسرعة المسموح بها.

إذا كانت هناك تغييرات في اتجاه التدفق في خط الأنابيب ، فإن هذا يؤدي إلى زيادة كبيرة في الضغوط المحلية على السطح المتعامد مع اتجاه التدفق. هذا النوع من الزيادة هو دالة لسرعة السائل ، وكثافته ، وضغطه الأولي. نظرًا لأن السرعة تتناسب عكسًا مع القطر ، تتطلب السوائل عالية السرعة اهتمامًا خاصًا عند تغيير حجم خطوط الأنابيب وتكوينها. حجم الأنبوب الأمثل ، على سبيل المثال لحمض الكبريتيك ، يحد من سرعة الوسيط إلى قيمة تمنع تآكل الجدار في ثنيات الأنابيب ، وبالتالي يمنع تلف هيكل الأنبوب.

تدفق السوائل بالجاذبية

حساب حجم خط الأنابيب في حالة التدفق المتحرك بالجاذبية أمر معقد للغاية. يمكن أن تكون طبيعة الحركة بهذا الشكل من التدفق في الأنبوب أحادية الطور (أنبوب كامل) ومرحلتين (تعبئة جزئية). يتكون التدفق ثنائي الطور عند وجود كل من السائل والغاز في الأنبوب.

اعتمادًا على نسبة السائل والغاز ، بالإضافة إلى سرعاتهما ، يمكن أن يختلف نظام التدفق ثنائي الطور من فقاعي إلى مشتت.

تدفق الفقاعة (أفقي)	التدفق المقذوف (أفقي)	تدفق الموجة	تدفق مشتت

يتم توفير القوة الدافعة للسائل عند التحرك عن طريق الجاذبية من خلال الاختلاف في ارتفاعات نقطتي البداية والنهاية ، والشرط الأساسي هو موقع نقطة البداية فوق نقطة النهاية. بمعنى آخر ، يحدد فرق الارتفاع الفرق في الطاقة الكامنة للسائل في هذه المواضع. تؤخذ هذه المعلمة أيضًا في الاعتبار عند اختيار خط أنابيب. بالإضافة إلى ذلك ، يتأثر حجم القوة الدافعة بالضغوط عند نقطتي البداية والنهاية. تؤدي الزيادة في انخفاض الضغط إلى زيادة معدل تدفق السوائل ، مما يسمح بدوره باختيار خط أنابيب بقطر أصغر ، والعكس صحيح.

في حالة توصيل نقطة النهاية بنظام مضغوط ، مثل عمود التقطير ، يجب طرح الضغط المكافئ من فرق الارتفاع الحالي لتقدير الضغط التفاضلي الفعال الفعلي المتولد. أيضًا ، إذا كانت نقطة البداية لخط الأنابيب ستكون تحت التفريغ ، فيجب أيضًا مراعاة تأثيرها على الضغط التفاضلي الكلي عند اختيار خط الأنابيب. يتم الاختيار النهائي للأنابيب باستخدام الضغط التفاضلي ، مع مراعاة جميع العوامل المذكورة أعلاه ، ولا يعتمد فقط على اختلاف ارتفاعات نقطتي البداية والنهاية.

تدفق السائل الساخن

في مصانع المعالجة ، عادة ما يتم مواجهة مشاكل مختلفة عند العمل مع الوسائط الساخنة أو الغليان. السبب الرئيسي هو تبخر جزء من تدفق السائل الساخن ، أي تحول السائل إلى بخار داخل خط الأنابيب أو المعدات. مثال نموذجي هو ظاهرة التجويف لمضخة طرد مركزي ، مصحوبة بنقطة غليان سائل ، متبوعًا بتكوين فقاعات بخار (تجويف بخاري) أو إطلاق غازات مذابة في فقاعات (تجويف غازي).

يُفضل استخدام الأنابيب الأكبر حجمًا نظرًا لانخفاض معدل التدفق مقارنة بالأنابيب ذات القطر الأصغر عند التدفق الثابت ، مما يؤدي إلى ارتفاع NPSH عند خط شفط المضخة. يمكن أن تتسبب نقاط التغيير المفاجئ في اتجاه التدفق أو تقليل حجم خط الأنابيب أيضًا في حدوث تجويف بسبب فقدان الضغط. يخلق خليط الغاز والبخار الناتج عائقًا أمام مرور التدفق ويمكن أن يتسبب في تلف خط الأنابيب ، مما يجعل ظاهرة التجويف غير مرغوب فيها للغاية أثناء تشغيل خط الأنابيب.

تجاوز خط الأنابيب للمعدات / الأدوات

المعدات والأجهزة ، خاصة تلك التي يمكن أن تخلق انخفاضًا كبيرًا في الضغط ، أي المبادلات الحرارية ، وصمامات التحكم ، وما إلى ذلك ، مزودة بخطوط أنابيب جانبية (لتتمكن من عدم مقاطعة العملية حتى أثناء أعمال الصيانة). عادةً ما تحتوي خطوط الأنابيب هذه على 2 من صمامات الإغلاق مثبتين بالتوازي مع التثبيت وصمام التحكم في التدفق بالتوازي مع هذا التثبيت.

أثناء التشغيل العادي ، يتعرض تدفق السوائل الذي يمر عبر المكونات الرئيسية للجهاز إلى انخفاض إضافي في الضغط. وفقًا لهذا ، يتم حساب ضغط التفريغ الناتج عن المعدات المتصلة ، مثل مضخة الطرد المركزي. يتم اختيار المضخة بناءً على انخفاض الضغط الكلي عبر التركيب. أثناء الحركة عبر خط الأنابيب الالتفافي ، يكون هذا الانخفاض الإضافي في الضغط غائبًا ، بينما تضخ مضخة التشغيل التدفق بنفس القوة ، وفقًا لخصائص التشغيل الخاصة بها. لتجنب الاختلافات في خصائص التدفق بين الجهاز والخط الجانبي ، يوصى باستخدام خط تجاوز أصغر مع صمام تحكم لإنشاء ضغط مكافئ للتركيب الرئيسي.

خط أخذ العينات

عادة ما يتم أخذ عينات من كمية صغيرة من السائل لتحليلها لتحديد تركيبها. يمكن إجراء أخذ العينات في أي مرحلة من مراحل العملية لتحديد تكوين مادة خام ، أو منتج وسيط ، أو منتج نهائي ، أو ببساطة مادة منقولة مثل مياه الصرف ، أو سائل نقل الحرارة ، إلخ. عادةً ما يعتمد حجم مقطع خط الأنابيب الذي يتم أخذ العينات عليه على نوع السائل الذي يتم تحليله وموقع نقطة أخذ العينات.

على سبيل المثال ، بالنسبة للغازات تحت ضغط مرتفع ، فإن الأنابيب الصغيرة ذات الصمامات كافية لأخذ العدد المطلوب من العينات. ستؤدي زيادة قطر خط أخذ العينات إلى تقليل نسبة الوسائط التي تم أخذ عينات منها للتحليل ، ولكن يصبح التحكم في أخذ العينات أكثر صعوبة. في الوقت نفسه ، لا يكون خط أخذ العينات الصغير مناسبًا تمامًا لتحليل المعلقات المختلفة التي يمكن أن تسد فيها الجسيمات الصلبة مسار التدفق. وبالتالي ، فإن حجم خط أخذ العينات لتحليل المعلقات يعتمد بشكل كبير على حجم الجسيمات الصلبة وخصائص الوسيط. تنطبق استنتاجات مماثلة على السوائل اللزجة.

يأخذ تحجيم خط أخذ العينات عادة في الاعتبار:

خصائص السائل المخصص للاختيار ؛
فقدان بيئة العمل أثناء الاختيار ؛
متطلبات السلامة أثناء الاختيار ؛
سهولة التشغيل؛
موقع نقطة الاختيار.

تداول المبرد

بالنسبة لخطوط الأنابيب ذات المبرد المتداول ، يفضل استخدام السرعات العالية. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن سائل التبريد في برج التبريد يتعرض لأشعة الشمس ، مما يخلق ظروفًا لتكوين طبقة تحتوي على الطحالب. يدخل جزء من هذا الحجم الذي يحتوي على الطحالب إلى المبرد المتداول. عند معدلات التدفق المنخفضة ، تبدأ الطحالب في النمو في خط الأنابيب وبعد فترة تخلق صعوبات في تداول المبرد أو مروره إلى المبادل الحراري. في هذه الحالة ، يوصى بمعدل دوران مرتفع لتجنب تكون انسداد الطحالب في خط الأنابيب. عادةً ما يتم استخدام المبرد عالي الدوران في الصناعة الكيميائية ، والتي تتطلب خطوط أنابيب كبيرة وأطوالًا لتوفير الطاقة لمبادلات حرارية مختلفة.

تجاوز الخزان

تم تجهيز الخزانات بأنابيب الفائض للأسباب التالية:

تجنب فقد السوائل (يدخل السائل الزائد إلى خزان آخر ، بدلاً من التدفق من الخزان الأصلي) ؛
منع تسرب السوائل غير المرغوب فيها خارج الخزان ؛
الحفاظ على مستوى السائل في الخزانات.

في جميع الحالات المذكورة أعلاه ، تم تصميم أنابيب الفائض للحصول على أقصى تدفق مسموح به للسائل الداخل إلى الخزان ، بغض النظر عن معدل تدفق السائل الخارج. تشبه مبادئ الأنابيب الأخرى أنابيب الجاذبية ، أي وفقًا للارتفاع الرأسي المتاح بين نقطتي البداية والنهاية لأنابيب الفائض.

أعلى نقطة لأنبوب الفائض ، والتي هي أيضًا نقطة البداية ، هي عند التوصيل بالخزان (أنبوب فائض الخزان) بالقرب من القمة ، ويمكن أن تكون أدنى نقطة نهاية بالقرب من مجرى الصرف بالقرب من الأرض. ومع ذلك ، يمكن أن ينتهي خط الفائض أيضًا عند ارتفاع أعلى. في هذه الحالة ، سيكون الرأس التفاضلي المتاح أقل.

تدفق الحمأة

في حالة التعدين ، عادة ما يتم استخراج الخام في مناطق يصعب الوصول إليها. في مثل هذه الأماكن ، كقاعدة عامة ، لا يوجد خط سكة حديد أو خط طرق. في مثل هذه الحالات ، يعتبر النقل الهيدروليكي للوسائط التي تحتوي على جزيئات صلبة هو الأكثر قبولًا ، بما في ذلك في حالة موقع مصانع التعدين على مسافة كافية. تُستخدم خطوط أنابيب الطين في مناطق صناعية مختلفة لنقل المواد الصلبة المكسرة جنبًا إلى جنب مع السوائل. أثبتت خطوط الأنابيب هذه أنها الأكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنة بالطرق الأخرى لنقل الوسائط الصلبة بكميات كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، تشمل مزاياها السلامة الكافية بسبب عدم وجود عدة أنواع من النقل وصديقة للبيئة.

يتم تخزين معلقات ومخاليط المواد الصلبة العالقة في السوائل في حالة خلط دوري للحفاظ على التوحيد. بخلاف ذلك ، تحدث عملية فصل ، حيث تطفو الجسيمات المعلقة ، اعتمادًا على خصائصها الفيزيائية ، على سطح السائل أو تستقر في القاع. يتم التقليب بواسطة معدات مثل الخزان المقلوب ، بينما في خطوط الأنابيب ، يتم تحقيق ذلك من خلال الحفاظ على ظروف التدفق المضطرب.

إن تقليل معدل التدفق عند نقل الجسيمات العالقة في سائل غير مرغوب فيه ، حيث قد تبدأ عملية فصل الطور في التدفق. يمكن أن يؤدي ذلك إلى انسداد خط الأنابيب وتغير في تركيز المواد الصلبة المنقولة في التيار. يتم تعزيز الخلط المكثف في حجم التدفق من خلال نظام التدفق المضطرب.

من ناحية أخرى ، غالبًا ما يؤدي الانخفاض المفرط في حجم خط الأنابيب أيضًا إلى الانسداد. لذلك ، يعد اختيار حجم خط الأنابيب خطوة مهمة ومسؤولة تتطلب تحليلًا وحسابات أولية. يجب النظر إلى كل حالة على حدة لأن الملاط المختلفة تتصرف بشكل مختلف عند سرعات مائع مختلفة.

إصلاح خطوط الأنابيب

أثناء تشغيل خط الأنابيب ، قد تحدث أنواع مختلفة من التسربات ، مما يتطلب التخلص الفوري من أجل الحفاظ على أداء النظام. يمكن إصلاح خط الأنابيب الرئيسي بعدة طرق. يمكن أن يكون هذا بقدر استبدال جزء أنبوب كامل أو جزء صغير به تسريب أو تصحيح أنبوب موجود. ولكن قبل اختيار أي طريقة إصلاح ، من الضروري إجراء دراسة شاملة لسبب التسرب. في بعض الحالات ، قد يكون من الضروري ليس فقط الإصلاح ، ولكن تغيير مسار الأنبوب لمنع إعادة تلفه.

تتمثل المرحلة الأولى من أعمال الإصلاح في تحديد موقع قسم الأنابيب الذي يتطلب التدخل. علاوة على ذلك ، اعتمادًا على نوع خط الأنابيب ، يتم تحديد قائمة بالمعدات والتدابير اللازمة لإزالة التسرب ، ويتم جمع المستندات والتصاريح اللازمة إذا كان قسم الأنابيب المراد إصلاحه يقع في أراضي مالك آخر. نظرًا لأن معظم الأنابيب تقع تحت الأرض ، فقد يكون من الضروري استخراج جزء من الأنبوب. بعد ذلك ، يتم فحص طلاء خط الأنابيب للحالة العامة ، وبعد ذلك يتم إزالة جزء من الطلاء لأعمال الإصلاح مباشرة مع الأنبوب. بعد الإصلاح ، يمكن إجراء العديد من أنشطة التحقق: الاختبار بالموجات فوق الصوتية ، واكتشاف عيوب اللون ، واكتشاف عيوب الجسيمات المغناطيسية ، إلخ.

بينما تتطلب بعض الإصلاحات إغلاق خط الأنابيب تمامًا ، غالبًا ما يكون الإغلاق المؤقت فقط كافياً لعزل المنطقة التي تم إصلاحها أو تحضير ممر جانبي. ومع ذلك ، في معظم الحالات ، يتم تنفيذ أعمال الإصلاح مع الإغلاق الكامل لخط الأنابيب. يمكن إجراء عزل جزء من خط الأنابيب باستخدام المقابس أو صمامات الإغلاق. بعد ذلك ، قم بتثبيت المعدات اللازمة وإجراء إصلاحات مباشرة. تتم أعمال الإصلاح في المنطقة المتضررة ، خالية من الوسط وبدون ضغط. في نهاية الإصلاح ، يتم فتح المقابس واستعادة سلامة خط الأنابيب.

حساب خسائر ضغط المياه في خط الأنابيبيتم تنفيذها بكل بساطة ، وسننظر بالتفصيل في خيارات الحساب.

للحساب الهيدروليكي لخط الأنابيب ، يمكنك استخدام حاسبة الحساب الهيدروليكي لخط الأنابيب.

هل كنت محظوظًا بما يكفي لحفر بئر بجوار منزلك؟ مدهش! يمكنك الآن تزويد نفسك ومنزلك أو كوخك بالمياه النظيفة ، والتي لن تعتمد على إمدادات المياه المركزية. وهذا يعني عدم وجود إغلاق موسمي للمياه وتشغيل الدلاء والأحواض. كل ما عليك فعله هو تركيب المضخة وانتهى الأمر! في هذه المقالة سوف نساعدك احسب فقدان ضغط الماء في خط الأنابيب، وبوجود هذه البيانات بالفعل ، يمكنك شراء مضخة بأمان والاستمتاع أخيرًا بالمياه من البئر.

يتضح من دروس الفيزياء المدرسية أن المياه المتدفقة عبر الأنابيب تواجه مقاومة على أي حال. تعتمد قيمة هذه المقاومة على سرعة التدفق وقطر الأنبوب ونعومة سطحه الداخلي. المقاومة هي أصغر ، وانخفاض سرعة التدفق وكلما زاد قطر ونعومة الأنبوب. نعومة الأنابيبيعتمد على المادة التي صنعت منها. الأنابيب المصنوعة من البوليمرات أنعم من الأنابيب الفولاذية ، كما أنها لا تصدأ ، والأهم من ذلك أنها أرخص من المواد الأخرى ، في حين أنها ليست أقل جودة من حيث الجودة. سيواجه الماء مقاومة ، حتى أنه يتحرك على طول أنبوب أفقي تمامًا. ومع ذلك ، فكلما زاد طول الأنبوب نفسه ، قل فقدان الضغط. حسنًا ، لنبدأ الحساب.

فقدان الرأس في أقسام الأنابيب المستقيمة.

لحساب فقد ضغط الماء في أقسام مستقيمة من الأنابيب ، يستخدم جدولًا جاهزًا ، معروضًا أدناه. القيم الواردة في هذا الجدول للأنابيب المصنوعة من البولي بروبلين والبولي إيثيلين وكلمات أخرى تبدأ بـ "بولي" (بوليمرات). إذا كنت ستقوم بتثبيت أنابيب فولاذية ، فأنت بحاجة إلى مضاعفة القيم الواردة في الجدول بعامل 1.5.

بيانات 100 متر من خط الأنابيب ، الخسائر مبينة بالأمتار من عمود الماء.

استهلاك			قطر الأنبوب الداخلي ، مم

كيفية استخدام الجدول: على سبيل المثال ، في أنبوب المياه الأفقي بقطر الأنبوب 50 مم ومعدل التدفق 7 م 3 / ساعة ، ستكون الخسارة 2.1 متر من عمود الماء لأنبوب البوليمر و 3.15 (2.1 * 1.5) للصلب يضخ. كما ترون ، كل شيء بسيط للغاية وواضح.

فقدان الرأس بسبب المقاومة المحلية.

لسوء الحظ ، الأنابيب مستقيمة تمامًا فقط في قصة خيالية. في الحياة الواقعية ، هناك دائمًا العديد من الانحناءات والمخمدات والصمامات التي لا يمكن تجاهلها عند حساب فقد ضغط الماء في خط الأنابيب. يوضح الجدول قيم فقد الرأس لأكثر المقاومات المحلية شيوعًا: 90 درجة كوع ، كوع دائري وصمام.

يتم إعطاء الخسائر بالسنتيمتر من عمود الماء لكل وحدة مقاومة محلية.

سرعة التدفق ، م / ث	90 درجة الكوع	الركبة المدورة	صمام

لتحديد v - معدل المد و الجزرمن الضروري Q - استهلاك المياه (م 3 / ث) مقسومًا على S - مساحة المقطع العرضي (بالمتر 2).

هؤلاء. بقطر ماسورة يبلغ 50 مم (π * R 2 \ u003d 3.14 * (50/2) 2 \ u003d 1962.5 مم 2 ؛ S \ u003d 1962.5 / 1،000،000 = 0.0019625 م 2) ومعدل تدفق مياه 7 م 3 / ح (س = 7/3600 = 0.00194 م 3 / ث) معدل التدفق
الخامس = Q / S = 0.00194 / 0.0019625 = 0.989 م / ث

كما يتضح من البيانات أعلاه ، فقدان الضغط على المقاومات المحليةتافهة جدا. لا تزال الخسائر الرئيسية تحدث في المقاطع الأفقية للأنابيب ، لذلك لتقليلها ، يجب أن تفكر بعناية في اختيار مادة الأنابيب وقطرها. تذكر أنه لتقليل الخسائر ، من الضروري اختيار الأنابيب المصنوعة من البوليمرات ذات القطر الأقصى ونعومة السطح الداخلي للأنبوب نفسه.

في بعض الحالات ، يتعين على المرء أن يواجه الحاجة إلى حساب تدفق المياه عبر أنبوب. يشير هذا المؤشر إلى كمية المياه التي يمكن أن يمر بها الأنبوب ، مقاسة بوحدات m³ / s.

بالنسبة للمؤسسات التي لم تضع العداد على الماء ، تعتمد الرسوم على صلاحية الأنبوب. من المهم معرفة مدى دقة حساب هذه البيانات ، ولأي غرض وبأي معدل يتعين عليك دفعه. ولا ينطبق هذا على الأفراد ، فبالنسبة لهم في حالة عدم وجود عداد يضرب عدد المسجلين في استهلاك المياه لشخص واحد حسب المعايير الصحية. هذا حجم كبير إلى حد ما ، ومع التعريفات الحديثة ، يكون تثبيت عداد أكثر ربحية. بالطريقة نفسها ، غالبًا ما يكون من المربح في عصرنا تسخين المياه بنفسك بعمود بدلاً من دفع تكاليف المياه مقابل الماء الساخن.
يلعب حساب نفاذية الأنابيب دورًا كبيرًا عند تصميم المنزل ، عند توصيل الاتصالات إلى المنزل .

من المهم التأكد من أن كل فرع من فروع إمدادات المياه يمكنه الحصول على حصته من الأنبوب الرئيسي ، حتى خلال ساعات ذروة استهلاك المياه. تم إنشاء السباكة لتوفير الراحة والراحة وسهولة العمل للفرد.

إذا لم تصل المياه المسائية عمليًا إلى سكان الطوابق العليا ، فما نوع الراحة التي يمكن أن نتحدث عنها؟ كيف تشرب الشاي ، تغسل الأطباق ، تسبح؟ والجميع يشرب الشاي والاستحمام ، وبالتالي فإن كمية المياه التي يمكن أن توفرها الأنابيب تتوزع على الطوابق السفلية. يمكن أن تلعب هذه المشكلة دورًا سيئًا للغاية في مكافحة الحرائق. إذا وصل رجال الإطفاء بالأنبوب المركزي ولا يوجد ضغط فيه.

في بعض الأحيان ، يمكن أن يكون حساب تدفق المياه عبر الأنبوب مفيدًا إذا انخفض الضغط بشكل كبير بعد إصلاح إمدادات المياه من قبل أسياد مؤسف ، واستبدال جزء من الأنابيب.

الحسابات الهيدروديناميكية ليست مهمة سهلة ، وعادة ما يقوم بها متخصصون مؤهلون. ولكن ، لنفترض أنك منخرط في بناء خاص ، وتصميم منزلك الفسيح المريح.

كيف تحسب تدفق المياه عبر الأنبوب بنفسك؟

يبدو أنه يكفي معرفة قطر فتحة الأنبوب من أجل الحصول ، ربما ، على أرقام مقربة ، لكنها عادلة بشكل عام. للأسف ، هذا قليل جدا. يمكن لعوامل أخرى تغيير نتيجة الحسابات في بعض الأحيان. ما الذي يؤثر على أقصى تدفق للمياه عبر الأنبوب؟

قسم الأنابيب. عامل واضح. نقطة البداية للحسابات الهيدروديناميكية.
ضغط الأنابيب. مع زيادة الضغط ، يمر المزيد من الماء عبر أنبوب له نفس المقطع العرضي.
الانحناءات ، المنعطفات ، التغيير في القطر ، المتفرعةمنع تدفق المياه عبر الأنبوب. خيارات متنوعة بدرجات متفاوتة.
طول الأنابيب. ستحمل الأنابيب الأطول كمية أقل من الماء لكل وحدة زمنية مقارنة بالأنابيب الأقصر. السر كله في قوة الاحتكاك. مثلما يؤخر الاحتكاك حركة الأشياء المألوفة لنا (السيارات والدراجات والزلاجات وما إلى ذلك) ، فإن قوة الاحتكاك تعيق تدفق الماء.
يحتوي الأنبوب ذو القطر الأصغر على مساحة أكبر من ملامسة الماء مع سطح الأنبوب بالنسبة لحجم تدفق المياه. ومن كل نقطة اتصال توجد قوة احتكاك. تمامًا كما هو الحال في الأنابيب الطويلة ، تقل سرعة حركة المياه في الأنابيب الضيقة.
مادة الأنابيب. من الواضح أن درجة خشونة المادة تؤثر على قوة الاحتكاك. المواد البلاستيكية الحديثة (البولي بروبلين ، بولي كلوريد الفينيل ، المعدن والبلاستيك ، إلخ) زلقة جدًا مقارنة بالفولاذ التقليدي وتسمح للماء بالتحرك بشكل أسرع.
مدة تشغيل الأنابيب. ترسبات الجير ، الصدأ يضعف بشكل كبير من إنتاجية إمدادات المياه. هذا هو العامل الأكثر صعوبة ، لأن درجة انسداد الأنبوب ، ومعامل الارتياح الداخلي الجديد والاحتكاك الخاص به يصعب للغاية حسابه بدقة رياضية. لحسن الحظ ، غالبًا ما تكون حسابات تدفق المياه مطلوبة للبناء الجديد والمواد الطازجة غير المستخدمة. ومن ناحية أخرى ، سيتم توصيل هذا النظام باتصالات موجودة بالفعل لسنوات عديدة. وكيف ستتصرف في غضون 10 ، 20 ، 50 سنة؟ لقد حسنت أحدث التقنيات هذا الوضع بشكل كبير. الأنابيب البلاستيكية لا تصدأ ، ولا يتدهور سطحها عمليًا بمرور الوقت.

حساب تدفق المياه من خلال الصنبور

يتم العثور على حجم السائل المتدفق من خلال ضرب المقطع العرضي لفتحة الأنبوب S في سرعة التدفق الخارج V. المقطع العرضي هو مساحة جزء معين من الشكل الحجمي ، في هذه الحالة ، مساحة دائرة. تم العثور عليها وفقًا للصيغة S = πR2. سيكون R هو نصف قطر فتحة الأنبوب ، ويجب عدم الخلط بينه وبين نصف قطر الأنبوب. π قيمة ثابتة ، نسبة محيط الدائرة إلى قطرها ، تقريبًا 3.14.

تم العثور على معدل التدفق بواسطة صيغة Torricelli:. حيث g هي تسارع السقوط الحر ، على كوكب الأرض يساوي تقريبًا 9.8 م / ث. h هو ارتفاع عمود الماء فوق الحفرة.

مثال

دعونا نحسب تدفق المياه من خلال صنبور بفتحة قطرها 0.01 م وارتفاع العمود 10 م.

المقطع العرضي للفتحة \ u003d πR2 \ u003d 3.14 × 0.012 \ u003d 3.14 × 0.0001 \ u003d 0.000314 متر مربع.

سرعة التدفق = √2gh = √2 x 9.8 x 10 = √196 = 14 m / s.

استهلاك المياه \ u003d SV \ u003d 0.000314 × 14 \ u003d 0.004396 متر مكعب / ثانية.

من حيث اللترات ، اتضح أن 4.396 لترًا في الثانية يمكن أن تتدفق من أنبوب معين.

حساب خسائر ضغط المياه في خط الأنابيبيتم تنفيذها بكل بساطة ، وسننظر بالتفصيل في خيارات الحساب.

للحساب الهيدروليكي لخط الأنابيب ، يمكنك استخدام الحساب الهيدروليكي لخط الأنابيب.

يتضح من دروس الفيزياء المدرسية أن المياه المتدفقة عبر الأنابيب تواجه مقاومة على أي حال. تعتمد قيمة هذه المقاومة على سرعة التدفق وقطر الأنبوب ونعومة سطحه الداخلي. المقاومة هي أصغر ، وانخفاض سرعة التدفق وكلما زاد قطر ونعومة الأنبوب. نعومة الأنابيبيعتمد على المادة التي صنعت منها. تعتبر أنابيب البوليمر أكثر سلاسة من الأنابيب الفولاذية ، ولا تصدأ ، والأهم من ذلك أنها أرخص من المواد الأخرى دون أن تفقد الجودة. سيواجه الماء مقاومة ، حتى أنه يتحرك على طول أنبوب أفقي تمامًا. ومع ذلك ، فكلما زاد طول الأنبوب نفسه ، قل فقدان الضغط. حسنًا ، لنبدأ الحساب.

فقدان الرأس في أقسام الأنابيب المستقيمة.

بيانات 100 متر من خط الأنابيب ، الخسائر مبينة بالأمتار من عمود الماء.

قطر الأنبوب الداخلي ، مم

فقدان الرأس بسبب المقاومة المحلية.

يتم إعطاء الخسائر بالسنتيمتر من عمود الماء لكل وحدة مقاومة محلية.

لتحديد v - معدل المد و الجزرمن الضروري Q - استهلاك المياه (م 3 / ث) مقسومًا على S - مساحة المقطع العرضي (بالمتر 2).

هؤلاء. بقطر ماسورة يبلغ 50 مم (π * R 2 \ u003d 3.14 * (50/2) 2 \ u003d 1962.5 مم 2 ؛ S \ u003d 1962.5 / 1،000،000 = 0.0019625 م 2) ومعدل تدفق مياه 7 م 3 / ح (س = 7/3600 = 0.00194 م 3 / ث) معدل التدفق

حساب واختيار خطوط الأنابيب. القطر الأمثل لخط الأنابيب

مطابقة قيم التجويف الاسمية بالملليمتر والبوصة:

يُفضل الأنبوب ذو المقطع العرضي الدائري على المقاطع الهندسية الأخرى لعدد من الأسباب:

تحتوي الدائرة على نسبة دنيا من المحيط إلى المنطقة ، وعندما يتم تطبيقها على أنبوب ، فهذا يعني أنه مع تساوي الإنتاجية ، سيكون استهلاك المواد للأنابيب المستديرة ضئيلًا مقارنة بالأنابيب ذات الشكل المختلف. وهذا يعني أيضًا الحد الأدنى من التكاليف الممكنة للعزل والطلاء الواقي ؛
يعتبر المقطع العرضي الدائري أكثر فائدة لحركة وسط سائل أو غازي من وجهة نظر هيدروديناميكية. أيضًا ، نظرًا للحد الأدنى من المساحة الداخلية الممكنة للأنبوب لكل وحدة من طوله ، يتم تقليل الاحتكاك بين الوسيط المنقول والأنبوب.
الشكل الدائري هو الأكثر مقاومة للضغوط الداخلية والخارجية ؛
عملية تصنيع الأنابيب المستديرة بسيطة للغاية وسهلة التنفيذ.

تصميم خطوط الأنابيب

عند تصميم خطوط الأنابيب ، يتم أخذ معلمات التصميم الرئيسية التالية كأساس:

الأداء المطلوب
نقطة الدخول ونقطة الخروج من خط الأنابيب ؛
تكوين متوسط ، بما في ذلك اللزوجة والجاذبية النوعية ؛
الظروف الطبوغرافية لمسار خط الأنابيب ؛
أقصى ضغط عمل مسموح به ؛
حساب هيدروليكي
قطر خط الأنابيب ، سمك الجدار ، قوة الخضوع للشد لمواد الجدار ؛
عدد محطات الضخ والمسافة بينها واستهلاك الطاقة.

موثوقية خطوط الأنابيب

طلاء إضافي لخطوط الأنابيب

الأحكام الأساسية لحساب التدفق في خط الأنابيب

v هو معدل التدفق ؛

L هو الطول المميز لعنصر التدفق ؛

μ هو المعامل الديناميكي للزوجة.

حساب خط الأنابيب. حساب قطر خط الأنابيب

ν كر - اللزوجة الحرجة الحرجة ؛

Re cr هي القيمة الحرجة لمعيار رينولدز ؛

D هو قطر الأنبوب ؛

v هو معدل التدفق ؛

ك هو معامل خشونة الأنبوب ؛

L هو طول قسم الأنبوب ؛

د هو قطر الأنبوب ؛

v هو معدل التدفق ؛

يتم حساب فقدان الضغط الناتج عن احتكاك الماء باستخدام صيغة هازن-ويليامز.

L هو طول قسم الأنبوب ؛

معامل خشونة Haizen-Williams ؛

D هو قطر الأنبوب.

ضغط العمل لخط الأنابيب هو أعلى ضغط زائد يضمن وضع التشغيل المحدد لخط الأنابيب. عادةً ما يتم اتخاذ القرار بشأن حجم خط الأنابيب وعدد محطات الضخ بناءً على ضغط عمل الأنابيب وقدرة الضخ والتكاليف. يحدد الضغط الأقصى والأدنى لخط الأنابيب ، وكذلك خصائص وسيط العمل ، المسافة بين محطات الضخ والطاقة المطلوبة.

الضغط الاسمي PN هو القيمة الاسمية المقابلة للحد الأقصى للضغط لوسط العمل عند 20 درجة مئوية ، حيث يكون التشغيل المستمر لخط الأنابيب بالأبعاد المحددة ممكنًا.

جدول الضغط الزائد المسموح به:

حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب

يتم حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب وفقًا للصيغة:

Δp هو انخفاض الضغط في قسم الأنبوب ؛

L هو طول قسم الأنبوب ؛

د هو قطر الأنبوب ؛

ρ هي كثافة الوسط الذي يتم ضخه ؛

v هو معدل التدفق.

وسائط قابلة للنقل

تنقل خطوط الأنابيب أيضًا:

المنتجات البترولية المكررة مثل البنزين ووقود الطائرات والكيروسين ووقود الديزل وزيت الوقود وما إلى ذلك ؛
المواد الخام البتروكيماوية: البنزين ، والستايرين ، والبروبيلين ، وما إلى ذلك ؛
الهيدروكربونات العطرية: زيلين ، تولوين ، كيومين ، إلخ ؛
الوقود البترولي المسال مثل الغاز الطبيعي المسال ، وغاز البترول المسال ، والبروبان (غازات عند درجة حرارة وضغط معياريين ولكن مسالة بالضغط) ؛
ثاني أكسيد الكربون والأمونيا السائلة (المنقولة كسوائل تحت الضغط) ؛
يعتبر البيتومين والوقود اللزج لزجًا للغاية بحيث لا يمكن نقلهما عبر خطوط الأنابيب ، لذلك يتم استخدام أجزاء نواتج التقطير من النفط لتخفيف هذه المواد الخام وينتج عن خليط يمكن نقله عبر خط الأنابيب ؛
الهيدروجين (لمسافات قصيرة).

جودة الوسيط المنقول

تسخين الوسيط أو الأنابيب العازلة للحفاظ على درجة حرارة التشغيل للوسط فوق نقطة صبها ؛
تغيير في التركيب الكيميائي للوسيط قبل أن يدخل خط الأنابيب ؛
تخفيف الوسيط المنقول بالماء.

أنواع الأنابيب الرئيسية

لتركيب الأجزاء الفردية من خطوط الأنابيب والتجهيزات ، يتم استخدام وصلات خاصة.

ملحومة - وصلة من قطعة واحدة ، تستخدم لجميع الضغوط ودرجات الحرارة ؛

ذو حواف - وصلة قابلة للفصل ، تستخدم للضغط العالي ودرجات الحرارة ؛

مترابطة - وصلة قابلة للفصل ، تستخدم للضغط ودرجات الحرارة المتوسطة ؛

اقتران - وصلة قابلة للفصل تستخدم للضغط ودرجات الحرارة المنخفضة.

يجب ألا يكون التباين البيضاوي والجداري للأنابيب غير الملحومة أكبر من الانحراف المسموح به للقطر وسماكة الجدار.

التمدد الحراري لخط الأنابيب

حساب أبعاد خط الأنابيب مع تغيرات درجات الحرارة

يتم حساب التغيير في الأبعاد الخطية لخط الأنابيب مع تغير درجة الحرارة وفقًا للصيغة:

أ هو معامل الاستطالة الحرارية ، مم / (م درجة مئوية) (انظر الجدول أدناه) ؛

L - طول خط الأنابيب (المسافة بين الدعامات الثابتة) ، م ؛

Δt هو الفرق بين max. ودقيقة. درجة حرارة الوسط الذي يتم ضخه ، درجة مئوية.

جدول التمدد الخطي للأنابيب من مواد مختلفة

تحديد الحجم الأمثل لقطر خط الأنابيب

الحجم الأمثل هو أصغر حجم أنبوب مناسب لتطبيق معين يكون فعالاً من حيث التكلفة على مدى عمر النظام.

معادلة حساب أداء الأنابيب:

Q هو معدل تدفق السائل الذي يتم ضخه ؛

د هو قطر خط الأنابيب ؛

v هو معدل التدفق.

من هنا نحصل على صيغة حساب قطر الأنبوب الأمثل:

Q هو معدل التدفق المحدد للسائل الذي يتم ضخه ؛

د هو القطر الأمثل لخط الأنابيب ؛

v هو معدل التدفق الأمثل.

حساب (صيغة) تكاليف رأس المال لخط الأنابيب

م هي كتلة خط الأنابيب ، ر ؛

K M - المعامل الذي يزيد تكلفة أعمال التركيب ، على سبيل المثال 1.8 ؛

ن هو عمر الخدمة ، سنوات.

تكاليف التشغيل المحددة المرتبطة باستهلاك الطاقة:

n DN - عدد أيام العمل في السنة ؛

C E - التكاليف لكل كيلوواط ساعة من الطاقة ، فرك / كيلو واط * ساعة.

صيغ تحديد حجم خط الأنابيب

د هو القطر الداخلي للأنبوب ؛

hf هو فقدان رأس الاحتكاك ؛

L طول خط الأنابيب ، قدم ؛

و هو معامل الاحتكاك.

V هو معدل التدفق.

T هي درجة الحرارة ، K

P - ضغط psi (abs) ؛

ن هو معامل الخشونة ؛

v هي سرعة التدفق ؛

L هو طول الأنبوب أو قطره.

Vg هو الحجم المحدد للبخار المشبع ؛

x - جودة البخار ؛

معدل التدفق الأمثل لأنظمة الأنابيب المختلفة

تدفق السوائل بالجاذبية

تدفق السائل الساخن

في مصانع المعالجة ، عادة ما يتم مواجهة مشاكل مختلفة عند العمل مع الوسائط الساخنة أو الغليان. السبب الرئيسي هو تبخر جزء من تدفق السائل الساخن ، أي تحول السائل إلى بخار داخل خط الأنابيب أو المعدات. مثال نموذجي هو ظاهرة تجويف مضخة طرد مركزي ، مصحوبة بغليان نقطة لسائل ، متبوعًا بتكوين فقاعات بخار (تجويف بخاري) أو إطلاق غازات مذابة في فقاعات (تجويف غازي).

تجاوز خط الأنابيب للمعدات / الأدوات

خط أخذ العينات

يأخذ تحجيم خط أخذ العينات عادة في الاعتبار:

خصائص السائل المخصص للاختيار ؛
فقدان بيئة العمل أثناء الاختيار ؛
متطلبات السلامة أثناء الاختيار ؛
سهولة التشغيل؛
موقع نقطة الاختيار.

تداول المبرد

تجاوز الخزان

تم تجهيز الخزانات بأنابيب الفائض للأسباب التالية:

تجنب فقد السوائل (يدخل السائل الزائد إلى خزان آخر ، بدلاً من التدفق من الخزان الأصلي) ؛
منع تسرب السوائل غير المرغوب فيها خارج الخزان ؛
الحفاظ على مستوى السائل في الخزانات.

تدفق الحمأة

إصلاح خطوط الأنابيب

أمثلة على مشاكل الحلول لحساب واختيار خطوط الأنابيب

رقم المهمة 1. تحديد الحد الأدنى لقطر خط الأنابيب

شرط:في مصنع للبتروكيماويات ، يتم ضخ الباراكسيلين C 6 H 4 (CH 3) 2 عند T \ u003d 30 درجة مئوية بسعة Q \ u003d 20 م 3 / ساعة على طول مقطع من أنبوب فولاذي بطول L \ u003d 30 م.ب- زيلين كثافة ρ \ u003d 858 كجم / م 3 واللزوجة μ = 0.6 سنتي بواز. تعتبر الخشونة المطلقة ε للصلب مساوية لـ 50 ميكرومتر.

البيانات الأولية:س = 20 م 3 / ساعة ؛ L = 30 م ؛ ρ = 858 كجم / م 3 ؛ μ = 0.6 cP ؛ ε = 50 ميكرومتر ؛ Δp = 0.01 ميجا باسكال ؛ ΔH = 1.188 م.

مهمة:حدد الحد الأدنى لقطر الأنبوب الذي لن يتجاوز فيه انخفاض الضغط في هذا القسم Δp = 0.01 ميجا باسكال (ΔH = 1.188 متر عمود من P-xylene).

قرار:سرعة التدفق v وقطر الأنبوب d غير معروفين ، لذلك لا يمكن حساب رقم رينولدز Re ولا الخشونة النسبية ɛ / d. من الضروري أخذ قيمة معامل الاحتكاك λ وحساب القيمة المقابلة لـ d باستخدام معادلة فقدان الطاقة ومعادلة الاستمرارية. بعد ذلك ، بناءً على قيمة d ، سيتم حساب رقم رينولدز Re والخشونة النسبية ɛ / d. علاوة على ذلك ، باستخدام مخطط مودي ، سيتم الحصول على قيمة جديدة لـ f. وبالتالي ، باستخدام طريقة التكرارات المتتالية ، سيتم تحديد القيمة المرغوبة للقطر d.

باستخدام معادلة الاستمرارية v = Q / F ومعادلة مساحة التدفق F = (π d²) / 4 ، نقوم بتحويل معادلة Darcy-Weisbach على النحو التالي:

الآن دعنا نعبر عن قيمة رقم رينولدز من حيث القطر د:

لنقم بأفعال مماثلة بخشونة نسبية:

في المرحلة الأولى من التكرار ، من الضروري اختيار قيمة معامل الاحتكاك. لنأخذ متوسط القيمة λ = 0.03. بعد ذلك ، سنحسب d و Re و / d بالتسلسل:

د = 0.0238 5 √ (λ) = 0.0118 م

رد = 10120 / د = 857627

ε / د = 0.00005 / د = 0.00424

بمعرفة هذه القيم ، أجرينا العملية العكسية وحددنا قيمة معامل الاحتكاك λ من مخطط مودي ، والذي سيساوي 0.017. بعد ذلك ، نجد مرة أخرى d و Re و ε / d ، ولكن بقيمة جديدة لـ λ:

د = 0.0238 5 √ λ = 0.0105 م

رد = 10120 / د = 963809

ε / د = 0.00005 / د = 0.00476

بعد اللجوء مرة أخرى إلى مخطط Moody ، نحصل على القيمة المكررة لـ λ ، التي تساوي 0.0172. تختلف القيمة التي تم الحصول عليها عن القيمة المحددة سابقًا بواسطة [(0.0172-0.017) /0.0172] 100 = 1.16٪ ، وبالتالي ، ليست هناك حاجة لمرحلة تكرار جديدة ، والقيم التي تم العثور عليها مسبقًا صحيحة. ويترتب على ذلك أن الحد الأدنى لقطر الأنبوب هو 0.0105 م.

رقم المهمة 2. اختيار الحل الاقتصادي الأمثل بناءً على البيانات الأولية

شرط:لتنفيذ العملية التكنولوجية ، تم اقتراح خيارين لخط أنابيب بأقطار مختلفة. يتضمن الخيار الأول استخدام أنابيب ذات قطر أكبر ، مما يعني ضمناً تكاليف رأسمالية كبيرة C k1 = 200000 روبل ، لكن التكاليف السنوية ستكون أقل وستصل إلى C e1 = 30000 روبل. بالنسبة للخيار الثاني ، تم اختيار أنابيب ذات قطر أصغر ، مما يقلل من تكاليف رأس المال C k = 160.000 روبل ، لكنه يزيد من تكلفة الصيانة السنوية إلى C e2 = 36000 روبل. تم تصميم كلا الخيارين لـ n = 10 سنوات من التشغيل.

البيانات الأولية: C k1 = 200000 روبل ؛ C e1 = 30000 روبل ؛ C k2 \ u003d 160.000 روبل ؛ С e2 = 35000 روبل ؛ ن = 10 سنوات.

مهمة:يجب تحديد الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة.

قرار:من الواضح أن الخيار الثاني أكثر ربحية بسبب انخفاض تكاليف رأس المال ، ولكن في الحالة الأولى هناك ميزة بسبب انخفاض التكاليف الحالية. دعنا نستخدم الصيغة لتحديد فترة الاسترداد لتكاليف رأس المال الإضافية بسبب وفورات الصيانة:

ويترتب على ذلك أنه مع عمر خدمة يصل إلى 8 سنوات ، ستكون الميزة الاقتصادية إلى جانب الخيار الثاني بسبب انخفاض تكاليف رأس المال ، ومع ذلك ، فإن إجمالي التكاليف الإجمالية لكلا المشروعين ستكون متساوية بحلول السنة الثامنة من التشغيل ، وبعد ذلك سيكون الخيار الأول أكثر ربحية.

نظرًا لأنه من المخطط تشغيل خط الأنابيب لمدة 10 سنوات ، يجب إعطاء الأفضلية للخيار الأول.

رقم المهمة 3. اختيار وحساب القطر الأمثل لخط الأنابيب

شرط:يتم تصميم خطين تقنيين ، حيث يتم تداول سائل غير لزج بمعدلات تدفق Q 1 = 20 م 3 / ساعة و Q 2 = 30 م 3 / ساعة. من أجل تبسيط تركيب وصيانة خطوط الأنابيب ، تقرر استخدام أنابيب من نفس القطر لكلا الخطين.

البيانات الأولية:س 1 \ u003d 20 م 3 / ساعة ؛ س 2 \ u003d 30 م 3 / ساعة.

مهمة:من الضروري تحديد قطر الأنبوب المناسب d لظروف المشكلة.

قرار:نظرًا لعدم وجود متطلبات إضافية لخط الأنابيب ، سيكون المعيار الرئيسي للامتثال هو القدرة على ضخ السائل بمعدلات التدفق المحددة. دعنا نستخدم البيانات المجدولة للسرعات المثلى للسائل غير اللزج في خط أنابيب الضغط. سيساوي هذا النطاق 1.5 - 3 م / ث.

ويترتب على ذلك أنه من الممكن تحديد نطاقات الأقطار المثلى المقابلة لقيم السرعات المثلى لمعدلات التدفق المختلفة ، وتحديد منطقة تقاطعها. من الواضح أن أقطار الأنابيب من هذه المنطقة ستلبي متطلبات التطبيق لحالات التدفق المدرجة.

دعنا نحدد نطاق الأقطار المثلى لحالة Q 1 = 20 م 3 / ساعة ، باستخدام صيغة التدفق ، معبراً عن قطر الأنبوب منه:

استبدل القيم الدنيا والحد الأقصى للسرعة المثلى:

أي ، بالنسبة للخط الذي يبلغ معدل تدفقه 20 م 3 / ساعة ، فإن الأنابيب التي يبلغ قطرها من 49 إلى 69 ملم مناسبة.

لنحدد مدى الأقطار المثلى للحالة Q 2 = 30 م 3 / ساعة:

في المجموع ، حصلنا على ذلك بالنسبة للحالة الأولى ، فإن نطاق الأقطار المثلى هو 49-69 ملم ، وللحالة الثانية - 59-84 ملم. سيعطي تقاطع هذين النطاقين مجموعة القيم المطلوبة. نحصل على أن الأنابيب التي يبلغ قطرها من 59 إلى 69 ملم يمكن استخدامها لخطين.

رقم المهمة 4. تحديد طريقة تدفق المياه في الأنبوب

شرط:إعطاء خط أنابيب بقطر 0.2 م ، والذي يحرك تدفق المياه بمعدل تدفق 90 م 3 / ساعة. درجة حرارة الماء t \ u003d 20 ° C ، حيث تكون اللزوجة الديناميكية 1 10 -3 Pa s ، والكثافة 998 kg / m 3.

البيانات الأولية:د = 0.2 م ؛ س = 90 م 3 / ساعة ؛ μ = 1 10 -3 ؛ ρ \ u003d 998 كجم / م 3.

مهمة:من الضروري ضبط وضع تدفق المياه في الأنبوب.

قرار:يمكن تحديد نظام التدفق من خلال قيمة معيار رينولدز (Re) ، الذي من الضروري أولاً تحديد معدل تدفق المياه في الأنبوب (v) لحسابه. يمكن حساب قيمة v من معادلة التدفق لأنبوب دائري:

باستخدام القيمة التي تم العثور عليها لسرعة التدفق ، نحسب قيمة معيار رينولدز لها:

القيمة الحرجة لمعيار رينولدز Re kr في حالة الأنابيب المستديرة هي 2300. القيمة التي تم الحصول عليها للمعيار أكبر من القيمة الحرجة (159680> 2300) ، وبالتالي ، فإن نظام التدفق مضطرب.

رقم المهمة 5. تحديد قيمة معيار رينولدز

شرط:يتدفق الماء على طول مجرى مائل بمظهر مستطيل عرض = 500 مم وارتفاعه = 300 مم ، ولا يصل إلى 50 مم إلى الحافة العلوية للمزلق. استهلاك الماء في هذه الحالة هو س = 200 م 3 / ساعة. عند حساب كثافة الماء ، خذ ما يعادل ρ = 1000 كجم / م 3 ، واللزوجة الديناميكية μ = 1 · 10 -3 باسكال ث.

البيانات الأولية:ث = 500 مم ؛ ح = 300 مم ؛ ل = 5000 مم ؛ أ = 50 مم ؛ س = 200 م 3 / ساعة ؛ ρ \ u003d 1000 كجم / م 3 ؛ μ = 1 10 -3 باسكال ث.

مهمة:تحديد قيمة معيار رينولدز.

قرار:نظرًا لأن حركة السائل في هذه الحالة تحدث على طول مجرى مستطيل بدلاً من أنبوب دائري ، فمن الضروري بالنسبة للحسابات اللاحقة العثور على القطر المكافئ للقناة. بشكل عام ، يتم حسابه بواسطة الصيغة:

F W - مساحة المقطع العرضي لتدفق السوائل ؛

من الواضح أن عرض تدفق السائل يتزامن مع عرض القناة w ، في حين أن ارتفاع تدفق السائل سيكون مساويًا لـ h-a mm. في هذه الحالة ، نحصل على:

أصبح من الممكن الآن تحديد القطر المكافئ لتدفق السوائل:

باستخدام القيم التي تم العثور عليها مسبقًا ، يصبح من الممكن استخدام الصيغة لحساب معيار رينولدز:

رقم المهمة 6. حساب وتحديد فقدان الضغط في خط الأنابيب

شرط:تقوم المضخة بتوصيل المياه من خلال خط أنابيب دائري مقطع عرضي ، يظهر تكوينه في الشكل ، إلى المستخدم النهائي. استهلاك المياه س = 7 م 3 / ساعة. قطر الأنبوب د = 50 مم ، والخشونة المطلقة Δ = 0.2 مم. عند حساب كثافة الماء ، خذ ما يعادل ρ = 1000 كجم / م 3 ، واللزوجة الديناميكية μ = 1 · 10 -3 باسكال ث.

البيانات الأولية:س = 7 م 3 / ساعة ؛ د = 120 مم ؛ Δ = 0.2 مم ؛ ρ \ u003d 1000 كجم / م 3 ؛ μ = 1 10 -3 باسكال ث.

الحل: أولاً ، نجد معدل التدفق في خط الأنابيب ، والذي نستخدم له معادلة معدل تدفق السائل:

تتيح لنا السرعة التي تم العثور عليها تحديد قيمة معيار رينولدز لتدفق معين:

القيمة الإجمالية لفقدان الرأس هي مجموع خسائر الاحتكاك أثناء حركة السائل عبر الأنبوب (H t) وخسائر الرأس في المقاومة المحلية (H مللي ثانية).

يمكن حساب خسارة الاحتكاك باستخدام الصيغة التالية:

L هو الطول الإجمالي لخط الأنابيب ؛

لنجد قيمة رأس السرعة للتدفق:

لتحديد قيمة معامل الاحتكاك ، من الضروري اختيار صيغة الحساب الصحيحة ، والتي تعتمد على قيمة معيار رينولدز. للقيام بذلك ، نجد قيمة الخشونة النسبية للأنبوب وفقًا للصيغة:

10 / ع = 10 / 0.004 = 2500

تقع القيمة التي تم العثور عليها مسبقًا لمعيار رينولدز ضمن الفاصل الزمني 10 / e< Re < 560/e, следовательно, необходимо воспользоваться следующей расчетной формулой:

λ = 0.11 (e + 68 / Re) 0.25 = 0.11 (0.004 + 68/50000) 0.25 = 0.03

أصبح من الممكن الآن تحديد مقدار فقد ضغط الاحتكاك:

إجمالي خسارة الرأس في المقاومة المحلية هو مجموع خسائر الرأس في كل من المقاومة المحلية ، والتي تكون في هذه المشكلة عبارة عن دورتين وصمام عادي واحد. يمكنك حسابها باستخدام الصيغة:

أين ζ هو معامل المقاومة المحلية.

نظرًا لعدم وجود مثل هذه القيم للأنابيب التي يبلغ قطرها 50 مم بين القيم المجدولة لمعاملات الضغط ، لذلك لتحديدها ، سيتعين عليك اللجوء إلى طريقة الحساب التقريبية. معامل المقاومة (ζ) للصمام العادي لأنبوب قطره 40 ملم هو 4.9 ، وللأنبوب 80 ملم - 4. دعونا نتخيل ببساطة أن القيم الوسيطة بين هذه القيم تقع على خط مستقيم الخط ، أي تغييرها موصوف بالصيغة ζ = أ د + ب ، حيث أ و ب هما معاملات معادلة الخط المستقيم. نؤلف ونحل نظام المعادلات:

تبدو المعادلة النهائية كما يلي:

في حالة وجود معامل مقاومة لكوع 90 درجة لأنبوب بقطر 50 مم ، فإن مثل هذا الحساب التقريبي ليس ضروريًا ، لأن قيمة المعامل 1.1 تقابل قطر 50 مم.

احسب إجمالي الخسائر في المقاومة المحلية:

وبالتالي ، سيكون فقدان الضغط الكلي:

رقم المهمة 7. تحديد التغيرات في المقاومة الهيدروليكية لخط الأنابيب بأكمله

شرط:أثناء أعمال إصلاح خط الأنابيب الرئيسي ، الذي يتم من خلاله ضخ المياه بسرعة v 1 \ u003d 2 م / ث ، بقطر داخلي d 1 \ u003d 0.5 م ، اتضح أن قسم الأنابيب بطول L \ يجب استبدال u003d 25 m. نظرًا لعدم وجود أنبوب لاستبدال نفس القطر بدلاً من المقطع الفاشل ، تم تركيب أنبوب بقطر داخلي d 2 = 0.45 m. الخشونة المطلقة للأنبوب مع قطر 0.5 م هو Δ 1 = 0.45 مم ، وأنابيب بقطر 0.45 م - Δ 2 = 0.2 مم. عند حساب كثافة الماء ، خذ ما يعادل ρ = 1000 كجم / م 3 ، واللزوجة الديناميكية μ = 1 · 10 -3 باسكال ث.

مهمة:من الضروري تحديد كيفية تغير المقاومة الهيدروليكية لخط الأنابيب بأكمله.

قرار:نظرًا لعدم تغيير باقي خط الأنابيب ، لم تتغير مقاومته الهيدروليكية أيضًا بعد الإصلاح ، لذلك لحل المشكلة ، سيكون كافياً مقارنة المقاومة الهيدروليكية لقسم الأنابيب المستبدلة والمستبدلة.

احسب المقاومة الهيدروليكية لقسم الأنبوب الذي تم استبداله (H 1). نظرًا لعدم وجود مصادر مقاومة محلية عليه ، فسيكون ذلك كافيًا لإيجاد قيمة خسائر الاحتكاك (H t1):

λ 1 - معامل المقاومة الهيدروليكية للقسم المستبدل ؛

g هي تسارع السقوط الحر.

للعثور على λ ، من الضروري أولاً تحديد الخشونة النسبية (e 1) للأنبوب ومعيار رينولدز (Re 1):

لنحدد صيغة الحساب لـ λ 1:

560 / ع 1 = 560 / 0.0009 = 622222

نظرًا لأن القيمة التي تم العثور عليها Re 1> 560 / e 1 ، فيجب إيجاد 1 باستخدام الصيغة التالية:

أصبح من الممكن الآن العثور على انخفاض الضغط في قسم الأنبوب المستبدل:

احسب المقاومة الهيدروليكية لقسم الأنبوب الذي حل محل التالف (H 2). في هذه الحالة ، القسم ، بالإضافة إلى انخفاض الضغط بسبب الاحتكاك (H t2) ، يخلق أيضًا انخفاضًا في الضغط بسبب المقاومة المحلية (H · m · s2) ، وهو تضييق حاد لخط الأنابيب عند المدخل إلى المستبدل مقطع وتمدد حاد عند الخروج منه.

أولاً ، نحدد حجم انخفاض الضغط بسبب الاحتكاك في قسم الأنبوب البديل. نظرًا لأن القطر أصبح أصغر ، وظل معدل التدفق كما هو ، فمن الضروري إيجاد قيمة جديدة لسرعة التدفق v 2. يمكن العثور على القيمة المطلوبة من مساواة التكاليف المحسوبة للموقع المستبدل والموقع البديل:

معيار رينولدز لتدفق المياه في قسم الاستبدال:

لنجد الآن الخشونة النسبية لقطعة أنبوب يبلغ قطرها 450 مم ونختار صيغة حساب معامل الاحتكاك:

560 / ع 2 = 560 / 0.00044 = 1272727

تقع قيمة Re 2 الناتجة بين 10 / e 1 و 560 / e 1 (22727< 1 111 500 < 1 272 727), поэтому для расчета λ 2 будет использоваться следующая формула:

سيكون فقدان الضغط في المقاومة المحلية هو مجموع الخسائر عند المدخل إلى القسم المستبدل (تضيق حاد للقناة) وعند الخروج منها (توسع حاد للقناة). أوجد نسبة مساحات الأنبوب المستبدل والأنبوب الأصلي:

وفقًا للقيم الجدولية ، نختار معاملات المقاومة المحلية: للتضييق الحاد ، ζ pc = 0.1 ؛ لتوسع حاد ζ pp = 0.04. باستخدام هذه البيانات ، نحسب إجمالي فقد الضغط في المقاومات المحلية:

ويترتب على ذلك أن إجمالي انخفاض الضغط في قسم الاستبدال يساوي:

بمعرفة فقد الضغط في الأنبوب المستبدل وفي قسم الأنبوب المستبدل ، نحدد حجم تغيير الخسارة:

∆H = 0.317-0.194 = 0.123 م

حصلنا على أنه بعد استبدال قسم خط الأنابيب ، زاد إجمالي فقد رأسه بمقدار 0.123 م.

حساب واختيار خطوط الأنابيب

في كل منزل حديث ، تعتبر السباكة من أهم شروط الراحة. ومع ظهور التكنولوجيا الجديدة التي تتطلب الاتصال بإمدادات المياه ، أصبح دورها في المنزل مهمًا للغاية. لم يعد الكثير من الناس يتخيلون كيف يمكنهم الاستغناء عن الغسالة أو الغلاية أو غسالة الأطباق وما إلى ذلك. لكن كل من هذه الأجهزة للتشغيل السليم يتطلب ضغطًا معينًا للمياه القادمة من إمدادات المياه. والآن يفكر الشخص الذي يقرر تركيب مصدر مياه جديد في منزله في كيفية حساب الضغط في الأنبوب حتى تعمل جميع تركيبات السباكة بشكل جيد.

متطلبات السباكة الحديثة

يجب أن تلبي السباكة الحديثة جميع المتطلبات والخصائص. عند مخرج الصنبور ، يجب أن يتدفق الماء بسلاسة دون اهتزاز. لذلك ، يجب ألا يكون هناك انخفاض في الضغط في النظام عند تحليل الماء. يجب ألا يتسبب تدفق المياه عبر الأنابيب في حدوث ضوضاء ، كما يجب ألا يكون هناك شوائب في الهواء وتراكمات غريبة أخرى تؤثر سلبًا على صنابير السيراميك وأنظمة السباكة الأخرى. لتجنب هذه الحوادث غير السارة ، يجب ألا يقل ضغط الماء في الأنبوب عن الحد الأدنى له عند تحليل المياه.

ملحوظة! يجب أن يكون الحد الأدنى لضغط إمداد المياه 1.5 ضغط جوي. هذا الضغط يكفي لتشغيل غسالة الصحون والغسالة.

من الضروري مراعاة خاصية أخرى مهمة لنظام إمدادات المياه المتعلقة بتدفق المياه. يوجد في أي منطقة سكنية أكثر من نقطة واحدة لتحليل المياه. لذلك ، يجب أن يلبي حساب إمدادات المياه بشكل كامل الطلب على المياه لجميع تركيبات السباكة أثناء التشغيل. يتم تحقيق هذه المعلمة ليس فقط عن طريق الضغط ، ولكن أيضًا من خلال حجم المياه الواردة التي يمكن أن يمر بها أنبوب من قسم معين. بعبارات بسيطة ، قبل التثبيت ، يلزم إجراء حساب هيدروليكي معين لإمدادات المياه ، مع مراعاة تدفق المياه وضغطها.

قبل الحساب ، دعنا نلقي نظرة فاحصة على مفهومين مثل الضغط والتدفق لفهم جوهرهما.

ضغط

كما تعلم ، تم توصيل مصدر المياه المركزي في الماضي ببرج مياه. هذا البرج هو الذي يخلق الضغط في شبكة إمدادات المياه. وحدة الضغط هي الغلاف الجوي. علاوة على ذلك ، لا يعتمد الضغط على حجم الخزان الموجود أعلى البرج ، ولكن يعتمد فقط على الارتفاع.

ملحوظة! إذا صببت الماء في أنبوب يبلغ ارتفاعه عشرة أمتار ، فسيحدث ضغطًا عند أدنى نقطة - 1 جو.

الضغط يساوي متر. الغلاف الجوي الواحد يساوي 10 أمتار من الماء. تأمل في مثال مبنى مكون من خمسة طوابق. يبلغ ارتفاع المنزل 15 م وبالتالي يبلغ ارتفاع الطابق الواحد 3 أمتار. برج يبلغ ارتفاعه خمسة عشر مترًا سيخلق ضغطًا يبلغ 1.5 ضغطًا جويًا في الطابق الأرضي. لنحسب الضغط في الطابق الثاني: 15-3 = 12 مترًا من عمود الماء أو 1.2 ضغط جوي. بعد إجراء المزيد من الحسابات ، سنرى أنه لن يكون هناك ضغط ماء في الطابق الخامس. وهذا يعني أنه من أجل توفير المياه للطابق الخامس ، من الضروري بناء برج يزيد ارتفاعه عن 15 مترًا. وإذا كان ، على سبيل المثال ، مبنى مكون من 25 طابقًا؟ لن يبني أحد مثل هذه الأبراج. تستخدم المضخات في السباكة الحديثة.

دعونا نحسب الضغط عند مخرج المضخة العميقة. توجد مضخة عميقة ترفع المياه بمقدار 30 مترا من عمود الماء. هذا يعني أنه يخلق ضغطًا - 3 أجواء عند مخرجه. بعد غمر المضخة في البئر بمقدار 10 أمتار ، ستخلق ضغطًا على مستوى الأرض - 2 الغلاف الجوي ، أو 20 مترًا من عمود الماء.

استهلاك

ضع في اعتبارك العامل التالي - استهلاك المياه. يعتمد بشكل مباشر على الضغط ، وكلما زاد ، زادت سرعة تحرك الماء عبر الأنابيب. وهذا يعني أنه سيكون هناك المزيد من النفقات. لكن الشيء هو أن المقطع العرضي للأنبوب الذي يتحرك من خلاله يؤثر على سرعة الماء. وإذا قمت بتقليل المقطع العرضي للأنبوب ، فستزيد مقاومة الماء. وبالتالي ، ستنخفض قيمته عند مخرج الأنبوب خلال نفس الفترة الزمنية.

في الإنتاج ، أثناء إنشاء خطوط أنابيب المياه ، يتم وضع المشاريع التي يتم فيها حساب الحساب الهيدروليكي لنظام إمدادات المياه وفقًا لمعادلة برنولي:

حيث h 1-2 - يُظهر فقدان الضغط عند المخرج ، بعد التغلب على المقاومة في قسم إمدادات المياه بالكامل.

نحسب السباكة المنزلية

لكنها ، كما يقولون ، حسابات معقدة. بالنسبة للسباكة المنزلية ، نستخدم حسابات أبسط.

بناءً على بيانات جواز السفر للآلات التي تستهلكها المياه في المنزل ، نقوم بتلخيص إجمالي الاستهلاك. نضيف إلى هذا الرقم استهلاك جميع صنابير المياه الموجودة في المنزل. يمر صنبور واحد من خلال نفسه بحوالي 5-6 لترات من الماء في الدقيقة. نجمع كل الأرقام ونحصل على إجمالي استهلاك المياه في المنزل. الآن ، مسترشدين بالتدفق الكلي ، نشتري أنبوبًا بمثل هذا المقطع العرضي الذي سيوفر الكمية والضغط المطلوبين من الماء لجميع أجهزة الطي بالماء التي تعمل في وقت واحد.

عندما يتم توصيل مصدر المياه في المنزل بشبكة المدينة ، سوف تستخدم ما ستقدمه لك. حسنًا ، إذا كان لديك بئر في المنزل ، فقم بشراء مضخة تزود شبكتك بالكامل بالضغط اللازم المقابل للتكاليف. عند الشراء ، يجب الاسترشاد ببيانات جواز السفر الخاصة بالمضخة.

لتحديد قسم الأنابيب ، نسترشد بهذه الجداول:

اعتماد القطر على طول إمدادات المياه		سعة الأنابيب
طول خط الأنابيب ، م	قطر دائرة الانبوب، مم	قطر دائرة الانبوب، مم	الإنتاجية، لتر / دقيقة
اقل من 10	20	25	30
من 10 إلى 30	25	32	50
اكثر من 30	32	38	75

توفر هذه الجداول معلمات أنابيب أكثر شيوعًا. للتعرف الكامل على الإنترنت ، يمكنك العثور على جداول أكثر اكتمالاً مع حسابات للأنابيب بأقطار مختلفة.

هنا ، بناءً على هذه الحسابات ، ومع التثبيت المناسب ، ستوفر لأنابيب السباكة الخاصة بك جميع المعلمات المطلوبة. إذا كان هناك شيء غير واضح ، فمن الأفضل الاتصال بالخبراء.

الأقسام