Гидравлический уклон. Определение полных потерь давления в трубопроводе

Отложим от начальной и конечной точек профиля трассы напоры  (рис. 1). Концы полученных отрезков Н1 и Н2, соединим прямой.

Рис. 1. К определению гидравлического уклона

Тангенс угла наклона этой прямой называется гидравлическим уклоном i. Предполагается, что диаметр трубопровода — одинаковый по всей длине, местных сопротивлений нет, расход по длине не изменяется. Из чертежа видно, что

Но в соответствии с (4) .

Следовательно, физический смысл гидравлического уклона — потеря напора на трение, приходящаяся на единицу длины трубопровода:

,

или по Лейбензону

Удобно пользоваться следующей компактной формулой:

,

где  — гидравлический уклон при Q = 1.

Прямая, соединяющая концы отрезков Н1 и Н2 называется линией гидравлического уклона. Она показывает распределение напоров (а следовательно, и давлений) по длине трубопровода.

Полные потери напора в трубопроводе, м:

,

где Нк – потери напора на последнем участке нефтепровода, м (в расчетах можно принимать равными 30 м); Dz – разность геодезических отметок, м.

Уравнение баланса напоров в рельефном трубопроводе

Если потоку жидкости в трубопроводе приходится не только преодолевать сопротивление, обусловленное трением и подъем на высоту , но и совершать механическую работу, приводя в движение, например, турбину, то уравнение Бернулли должно быть дополнено слагаемым :

N — мощность,

М — массовый расход.

Если же на пути потока поставлена не турбина, а насос, то слагаемому  должен быть приписан знак минус.

 Итак, в том случае, когда рассматривается система, состоящая из трубопровода и насосной станции, то

.

Перейдя к напорам и учитывая, что

, ,

где НСТ — напор, развиваемый насосной станцией, получим

.                          (1)

На магистральных нефтепроводах напор  создается специальной (подпорной) насосной станцией.

Если из   вычесть потерю напора в системе трубопроводов на всасывающей стороне основной насосной станции ( hBC ), т. е. в коммуникациях, соединяющих подпорную насосную с основной, получим напор во всасывающем патрубке первого основного насоса, называемый подпором .

В состав  входят потеря напора на трение -в магистрали iL и в коммуникациях nhСТ всех п перекачивающих станций. В свою очередь потеря напора в коммуникациях (одной) станции hCT = hBC + hH, причем индекс «вс» означает всасывающая сторона, а индекс «н» — нагнетательная сторона.

Напор в конечном пункте нефтепровода  будем обозначать hКП . Это потеря напора в коммуникациях конечного пункта, включая и высоту уровня в приемном резервуаре.

Для магистрального нефтепровода с п одинаковыми перекачивающими станциями уравнение (1) можно представить в следующем виде:

.                       (2)

В дальнейшем для краткости не будем писать два последних члена:

.                              (3)

Уравнения (1), (2), (3) называются уравнениями баланса напоров.

В левой части этих уравнений — напор, развиваемый насосными станциями, а в правой — потеря напора.

Смысл уравнений баланса напоров аналогичен смыслу третьего закона Ньютона.

Выразив напор, развиваемый одной станцией, в виде  (13) и гидравлический уклон в виде , получим уравнение баланса напоров в следующем виде:

.                                (4)

Это уравнение с одним неизвестным. Здесь Q — конкретная величина.

Считая  постоянной величиной, получаем из (4)

.                                       (5)