Учебно-методическое пособие Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2007. 116 с (стр. 14 из 21)

Очевидно, что строительная стоимость трубопровода и ежегодные эксплуатационные затраты на его содержание в первом случае, т.е. при большем диаметре, будут выше, чем во втором случае. Отсюда следует, что экономически наивыгоднейшим диаметром трубопровода следует считать такой, при котором так называемые приведенные годовые затраты на строительство и эксплуатацию его будут минимальными. Таким образом, экономически наивыгоднейший (оптимальный) диаметр трубопровода определяется на основе технико-экономических расчетов.

Как видно из постановки вопроса, решение данной задачи сводится к определению диаметра напорного трубопровода и рабочего напора, или давления, при которых будет обеспечен пропуск расчетного расхода. Методика решения этой задачи заключается в следующем. Для принятого материала трубопровода задаются рядом (минимум 5–7 значений) стандартных диаметров, соизмеряя их с величиной расхода. По описанной выше методике (см. п.3.1) для принятых диаметров определяются потери напора в трубопроводе и мощность насосной установки:

N=r×g Q×H/(1000×h_н.у), кВт, (3.11)

где Q – расчетный расход (подача) трубопровода, м³/с;

Н – напор или потери напора в трубопроводе, м;

h_н.у – коэффициент полезного действия насосной установки.

Расчет потерь напора и соответственно мощность насосной установки производится на расчетную длину или единицу длины, как правило, 1 км трубопровода.

Годовая стоимость (тыс. руб.) электроэнергии, затрачиваемая на преодоление гидравлических сопротивлений в трубопроводе,

S_эн = N×t×s/1000, (3.12)

где t – число часов работы насосной установки в году;

s – тариф на электроэнергию для данного района (нормативная величина), руб./(кВт×ч).

Выражение для определения приближенной строительной стоимости (тыс. руб.) 1 км длины трубопровода, ориентировочно найденное из анализа сметной стоимости строительства, имеет следующий вид [1, c.271]:

S_ст = b₀ + b×d^a, (3.13)

где b₀ – постоянная (не зависящая от диаметра) часть строительной стоимости трубопровода, тыс. руб.);

b – нормативный коэффициент, зависящий от вида труб и условий строительства;

d – диаметр трубопровода, м;

a – показатель степени, зависящий от вида труб и не зависящий от условий строительства.

Значения коэффициентов (табл. 3.1) можно принять согласно справочной литературе [1, c.271].

Т а б л и ц а 3.1. Значения нормативных коэффициентов для расчета стоимости строительства трубопровода

Материал трубопровода	Коэффициенты
	b0,	b	a	Rот, %
Стальные	6,9	53	1,40	4,6
Чугунные	8,4	107	1,60	3,3
Асбестоцементные	11,0	78	1,95	7,3
Пластмассовые	9,0	150	1,95	4,6

Приведенные годовые затраты на 1 км длины трубопровода определяются по зависимости [1, c.271]:

S = S_эн + (1/Т_ок + R_от/100)×S_ст, тыс. руб., (3.14)

где Т_ок – нормативный срок окупаемости капиталовложений в строительство. Для трубопроводов в целях водоснабжения принимается 8 лет;

R_от – сумма нормативных отчислений на текущий и капитальный ремонты, % (см. табл. 3.1).

Экономически наивыгоднейший диаметр трубопровода соответствует минимуму приведенных годовых затрат, которые должны определяться для каждого принятого стандартного диаметра.

Приближенно экономически наивыгоднейший диаметр трубопровода можно также определить по зависимости

d_э= k_э×

, (3.15)

где k_э – коэффициент, учитывающий материал трубопровода и экономические факторы, влияющие на строительство и эксплуатацию трубопровода;

Q_расч – расчетный расход, м³/с.

Для вышеизложенной зоны строительства k_э принимается: стальной трубопровод k_э = 0,72–0,88; асбестоцементный, чугунный трубопровод k_э = 0,84–0,85.

На основании экономических расчетов, проведенных Ф.А. Шевелевым, получены предельные расходы и средние скорости движения потока в водопроводных стальных, чугунных, асбестоцементных и полиэтиленовых трубах. Предельные расходы и средние скорости для стальных водопроводных труб, прокладываемых в центральных и западных районах Европейской части СНГ, приведены в табл. 3.2 [1, c.274].

Т а б л и ц а 3.2. Значения предельных расходов и средних скоростей

для стальных водопроводных труб

Диаметр трубопровода, мм	Рекомендуемая предельная скорость, м/с	Рекомендуемый предельный расход, л/с	Диаметр трубопровода, мм	Рекомендуемая предельная скорость м/с	Рекомендуемый предельный расход, л/с
50	0,96	3,1	400	1,36	184
75	1,07	5,8	500	1,40	315
100	1,15	11,7	600	1,49	443
125	1,19	16,6	700	1,52	561
150	1,23	21,8	800	1,53	776
200	1,34	46,0	900	1,57	987
250	1,34	71,0	1000	1,68	1335
300	1,35	103,0	1200	1,69	1919
350	1,35	140,0

3.3. Гидравлический расчет длинных трубопроводов

при последовательном и параллельном соединениях труб

разных диаметров

При последовательном соединении труб разных диаметров (рис. 3.1, а) потери удельной энергии по длине складываются из суммы потерь на отдельных участках

, (3.16)

которые рассчитываются по расчетной зависимости (3.7).

Рис. 3.1. Схема соединения труб в длинном трубопроводе:

а – последовательное соединение;

б – параллельное соединение.

Если по трубопроводу расход идет транзитом через все участки, то его величина определяется по формуле

. (3.17)

При параллельном соединении труб разных диаметров (рис. 3.1, б) расход складывается из суммы расходов на отдельных линиях:

, (3.18)

а потери удельной энергии по длине одинаковы для всех параллельных линий. Определяются потери по формуле

. (3.19)

Тогда расход каждой линии определяется по формуле (3.6). Решение задачи ведется способом последовательных приближений, т.е. предварительно задаются квадратичной зоной сопротивления и принимают Q₁=Q₂=1,0. Вычисляют предварительный расход, а по его значению – среднюю скорость движения жидкости. Устанавливают фактическую зону сопротивления и при необходимости в зависимости (3.6), (3.17), (3.19) вводят поправочные коэффициенты и уточняют расчетные величины.

Распределение расходов по ветвям трубопровода при его параллельном соединении (см. рис. 3.1, б) можно определить и другим способом. Предварительно задаются квадратичной зоной сопротивления и принимают q₁ = 1,0. Затем выражаются расходы всех ветвей трубопровода через расход одной ветви. Например, расходы второй и третьей ветвей трубопровода через расход первой, т.е.

. (3.20)

Согласно формуле (3.18) общий расход потока, транспортируемый по трубопроводу,

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ +…+ Q_n = Q₁ + в₁ Q₁ +в₂Q₁ +…+ в_n–1Q₁ =

= 1 + в₁ + в₂ +…+ в_n–1)Q₁,

откуда