CC BY
27
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ПРОГРАММА РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРУБОПРОВОДА ПРИ ЕГО РЕНОВАЦИИ АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ*
Е.В. Орлов, Д.И. Шлычков, В.А. Орлов
МГСУ
В материале рассматриваются результаты разработки автоматизированной программы гидравлического расчета трубопроводов с альтернативными защитными покрытиями
The presented information considers the results of création of the program for pipe calculations with using alternative revetments
По результатам ранее проведенных натурных экспериментов на поверочных напорных трубопроводных стендах с различными типами защитных альтернативных покрытий и последующего гидравлического моделирования были получены математические зависимости, описывающие характер изменения гидравлических параметров, в частности, зависимости удельного сопротивления материала защитного покрытия А от внутреннего диаметра трубопровода d [1]. Это позволило создать методику определения потерь напора и составить таблицы гидравлического расчета для нескольких типов защитных покрытий трубопроводов.
В основу методики определения потерь напора на единицу длины i была положена формула (1) по Ф.А. Шевелеву [2]:
А = i /q2 (1)
Выражая i = f(A) и используя ранее полученные базовые зависимости A = f(d) можно получить расчетные зависимости i = f(d) для альтернативных защитных материалов. В частности, для цементно-песчаного покрытия потери напора на единицу длины могут рассчитываться по следующей формуле (2):
i = q2A = 10"6q2(4-1012-d"5,2279) = 4-106-q2-d"5,2279 (2)
Проводя аналогичные математические операции с тремя другими защитными покрытиями, было установлено, что потери напора на единицу длины могут рассчитываться по следующим формулам: -для полимерного покрытия (3):
i = q2A = 10"6q2(5-1012-d"5,2791) = 5-106-q2-d"5,2791 (3)
-для полиэтиленовой трубы ПЭ 80 (4):
i = q2A = 10"6q2(9-1012-d"5,316) = 9-106-q2-d"5,316 (4)
'Материал печатается по результатам работы над грантом Президента РФ.
ВЕСТНИК МГСУ
1/2010
-для полиэтиленовой трубы ПЭ 100 (5):
i = q2A = 10"6q2(6-1012-d"5,7276) = 6-106-q2-d"5,7276
(5)
Расчетная формула для определения скорости течения воды V, м/с, в зависимости от диаметра d, мм, и расхода q, л/с, определяется по формуле (6):
V = q/ю = 10-3q / (m-10"6d2/4) = 10-3q / (3,14-10-6d2/4)
10-3q / (0,785-10_6d2) = 1,274-103q /d2
(6)
При этом формула (6) справедлива для определения скоростей для всех альтернативных защитных покрытий.
Полученные зависимости были заложены в алгоритм автоматизированной программы.
При многих достоинствах табличной формы представления информации, в частности наглядности и простоте доступа к ней, она не охватывает нестандартные внутренние диаметры, определяемые требуемой толщиной стенки полимерного или це-ментно-песчаного покрытия, а также полиэтиленовых труб с разным соотношением диаметра к толщине стенки (SDR). Эти обстоятельства потребовали разработки индивидуальной автоматизированной программы расчета гидравлических параметров для любой нестандартной ситуации, возникающей при реализации бестраншейных технологий восстановления трубопроводов различными защитными покрытиями.
Ниже представлен автономный вариант автоматизированной программы расчета гидравлических показателей (подпрограмма Lostpres), в которой четыре диалоговых окна соответствуют альтернативным типам защитных покрытий (рисунки 1-4). В зависимости от кода труб (1 - 4) и после введения сведений об их нестандартном диаметре и расходе жидкости производится расчет и распечатка значения расчетных скоростей и потерь напора соответственно для цементно-песчаного покрытия, полимерного рукава, полиэтиленовых труб ПЭ-80 и ПЭ-100.
Для оценочного анализа степени шероховатости покрытий по отношению друг к другу произведен автоматизированный расчет, представленный в распечатках на рисунках 1-4.
■ : I Лfcb ■ 1 Ii*.
IL*i — In I ■ ЯКИ lf-уиы (1 4) üiä Я ¡ЦЛВ lUf^HiHHil КС-С-Г f-L
!i С Mi-iHIfCI lUHHHIHD MC'iiHU! ПБРфЧНЫ#И ■ lllll
1-е llilllirtl ьви ми.чш-г Г->-п-ЭКМЫНГ M (»¡^ 1HIIII j .J-по чнт i ницнм nOHHl
IL.-TJ... щт^.т-г, ly^B ™,>
L UHiiflit~ltl4iPrt HtpUfKil* 'Wl)1
Jlp.r«-.,. WJ .ihrw-,
■ j- III. IHM* а .4. V- I.. MKi trtf liMHIi „f.i
II I ■ npniPJHMI НЛвННП Uip hMLMy
Рис. 1. Распечатка для трубы из стали с ЦПП
В»гой1с г на (1-4!» » 'р 41 шли ?лргмипинн ¡шаг рига
1 "С МЯПОИГИМИ' 1ШМН'ГНФ М<,1ИИ11 ИРГ рЫ I НПГ* нсипп^
1 1 нАип I иным цщнтрнт шмги ' лпшч)
I 1.КДУ fa iu.4WH.ii4.id 115 НП * ГшАНЧ 1Ы.Ч."'ПА1..1Ч| 1С) НИ
1Ь»||Н1И *Н,.1-Ч|. гр|#вы
11Ь ■ |3|■ 1 ■ ■ |.п. Л
III
Рг^^ЛЫ Л1 Ы-
Н1ИН«й<Н ___
Трдр^а с плнвсангнвч палвмсвчп пр»рн1нт» {р дрлвап^ ГЬлипр
Ч- Ш.ЖЮ4 .ч"'г. 9- 1 .ЯК
II ^¡й П р Ь Ц П Л ■ г 11 &л ■ I IIЛ ■ гЫ ГгВ Ш'р г ЛАПМЦ ]
Рис. 2. Распечатка для трубы из стали с полимерным рукавом
Пм-ЦЫ1Р пырц 1р^|ПН и ЫЛЫ ¡1 Д 41 >ШРрВ1МН1 вро| |
. Г НЛНЛСЛшеШ! 1|А1яЛИ ГпА ЛйГЧгШЬН № рЦ I НИИ >:Ц111> 7" -С ИЛНйССиНН ПАЛМНС^вЛ! ППКрЫГ и® Н 0 |.1 |.г .■■■■■ пI1 З^ПОЛЫ!ГН1#лЬЯЛН Ю НЛ
}|г. г-1 и I г- 1|11.г. ы Сап?
»2
Ц|-|-||..| I Р^ ЦАЦ Сл.-тУ
9 11
РгРфЛЬГ4ГЫ Н-ЙЁЧП1Л =
Тргр£а по чнэчмлппиайрг Ш» 61! | |рш н I яп т п 42.. Пнн
■]- Ш.1НИИ1 л.-с V- 1i.SK> «-Т 1.ПШ11 - 32 .'Л Г.
ДАН ПР91Л4-4ИНН АНР Ш-И^иу
Рис. 3. Распечатка для полиэтиленовой трубы ПЭ-8
Рис. 4. Распечатка для полиэтиленовой трубы ПЭ-100
ВЕСТНИК 1/2010
Исходные данные для четырех альтернативных защитных покрытий выбраны в произвольном порядке для единого нестандартного диаметра 92 мм и расхода жидкости 10 л/с.
Анализ расчетных данных по величинам потерь напора, выраженных в 1000i, показывает, что при одинаковых скоростях течения воды в трубопроводе с различными типами покрытий наблюдается разница в единичных потерях напора, обусловленных различной шероховатостью покрытий. Причем наименьшими гидравлическими сопротивлениями обладает полимерный рукав (1000i = 21,475 м), а наибольшими (1000i = 33,917 м) полиэтиленовая труба ПЭ 100.
Необходимо отметить, что на практике приходится сталкиваться не с единым для всех альтернативных случаев нестандартным диаметром, а с разными, т.е. соответствующими толщине защитного покрытия. Таким образом, используя предлагаемую автоматизированную программу, проектировщик может оперативно произвести оценку ситуация при использовании имеющихся в наличии покрытий путем сопоставления расчетных потерь напора и выбрать наиболее оптимальный с точки зрения гидравлики вариант проектирования.
Литература
1. Орлов Е.В., Николенко М.Н. / Гидравлические исследования трубопроводов, выполненных из различных материалов. Тезисы доклада. Материалы IV московской межвузовской научно-практической конференции "История и перспективы развития инженерных систем". // МГАКХиС, М. 2009 г. - 0,5 п.л.
2. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. / Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб // Стройиздат. - 1984. -117 с.
Ключевые слова: гидравлика, трубопровод, защитное покрытие, программа расчета, реновация, бестраншейная технология.
Key words: hydraulics, pipeline, revetment, calculation program, renovation, trenchless technology
Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ»
E-mail автора: [email protected];
