Hidraulikus áramlási ellenállás. Hidraulikus ellenállás és számításuk. A csövek áramlási rendjének hatása a hidraulikus veszteségekre
MEGHATÁROZÁS
hidraulikus ellenállás az úgynevezett fajlagos energia veszteséget a hővé alakulás során a területeken hidraulikus rendszerek, melyeket viszkózus súrlódás okoz.
Ebben az esetben ezek a veszteségek a következőkre oszlanak:
- a viszkózus folyadék egyenletes keresztmetszetű, egyenes csövön keresztüli áramlásából származó veszteségek. Ezek az úgynevezett súrlódási veszteségek a hossz mentén, amelyek arányosak a cső hosszával. Az ellenállást a hossz mentén a viszkózus súrlódási erők okozzák;
- a helyi hidraulikus ellenállások által generált veszteségek, például a csatorna alakjának és/vagy méretének változása, amely megváltoztatja az áramlást. Ezeket a veszteségeket helyinek nevezzük. A helyi ellenállásokat az áramlási sebesség nagyságrendi és iránybeli változásai magyarázzák.
A hidraulika veszteségeit hosszegységben mérjük, ha fejveszteségről beszélünk () vagy nyomásegységben ().
Ha az áramlás turbulens, akkor az effektív hidraulikus vezetőképesség sokkal alacsonyabb lesz, mint amit a Darcy-törvény megjósolt. És közvetlenül változik a víz viszkozitásával, ami viszont a víz hőmérsékletétől függ. 3. táblázat Fizikai tulajdonságok víz.
Ezt a hatást már az előző biztonsági tényező ajánlásban is figyelembe vettük. Az egyenletekben szereplő hidraulikus vezetőképesség a vizes élőhelyekhez használt közegben lévő rések számától és méretétől is függ. A hidraulikus vezetőképességet a végleges építés előtt a talajon vagy laboratóriumban érdemes megmérni.
Darcy-együttható lamináris folyadékáramlásra
Ha a folyadék egyenletesen áramlik át a csövön, akkor a magassági veszteséget a hossza mentén () a Darcy-Weisbach képlet segítségével határozzuk meg. Ez a képlet kerek csövekre érvényes.
Kívánatos, hogy a végső terv elkészítése előtt a közeg porozitását is megmérjék a laboratóriumban. Az Ergun-egyenleten alapuló összefüggés használható a hidraulikus vezetőképesség becslésére nehéz kavics vagy kőzet használatakor.
Ez az egyenlet, valamint a 4. táblázatban szereplő értékek csak az előzetes tervezéshez vagy a nagyságrend becsléséhez hasznosak. Az a kísérleti ajánlás, hogy a hidraulikus gradienst a rendelkezésre álló terhelési veszteség legfeljebb 20%-ára korlátozzák, részben a rendszer alakarányának viszonylag alacsony értékekre való korlátozásának következménye.
ahol a hidraulikus ellenállás együtthatója (Darcy-együttható), a szabadesési gyorsulás, d a csőátmérő. A hidraulikus ellenállás együtthatója () dimenzió nélküli érték. Ez az együttható a Reynolds-számhoz kapcsolódik. Tehát egy kerek henger formájú cső esetében a hidraulikus ellenállás együtthatója egyenlőnek tekinthető:
A következő hidraulikus analógia segít nekünk valahogy megérteni az elektromos áramkörök potenciális esésének jelentőségét. Így a cső mentén fokozatosan csökken a nyomás. A két pont közötti nyomáskülönbség az, ami ahhoz szükséges, hogy a folyadék a két pont között áramoljon.
A szelepet még egy kicsit kinyitva természetesen több víz fog folyni: a nyomás ugyanilyen arányban csökken. Hidraulikus rendszerek alkatrészei. A hidraulikafolyadék fő céljai a következők. Hatékonyan adja át az Ön számára biztosított energiát.
Lamináris áramlásban találni hidraulikus súrlódás Re2300-nál a következő képletet használják:
Azon csövek esetében, amelyek keresztmetszete eltér a körtől, a hidraulikus súrlódási együttható egyenlő:
ahol A=57, ha a csatornaszakasz négyzet. A fenti képletek mindegyike érvényes lamináris folyadékáramlásra.
Hidraulikus ellenállási együttható turbulens áramlásban
Ha az áramlás turbulens, akkor a légellenállási együtthatónak nincs analitikai kifejezése. Ilyen folyadékmozgás esetén a légellenállási együtthatót a Reynolds-szám függvényében empirikusan kapjuk meg. Kerek, hengeres sima cső esetén az at figyelembe vett együtthatót a Blausius-képlettel számítjuk ki:
Menő rendszerelemek. A belső alkatrészeket kielégítően kenje meg. Tömítse le a mozgó alkatrészek közötti réseket. A hidraulikus folyadékok jellemzői. Ez annak az ellenállásnak a mértéke, amelyet egy bizonyos hőmérsékleten történő áramlás esetén biztosít. Ásványolajban a hőmérséklettel fordítottan változik, azaz. a hőmérséklet emelkedésével a viszkozitás csökken. Emiatt a folyadékválasztást akadályozó tényezők egyike a hidraulikus rendszer üzemi hőmérséklet-tartománya.
A hidraulikafolyadéknak a lehető legalacsonyabbnak kell lennie, hogy minimalizálja a nyomásveszteséget a csövekben, és behatoljon az alkatrészek hézagaiba, hogy megkenje azokat, de nem lehet olyan alacsony, hogy szivárgást okozzon a nagy és alacsony nyomású területek között.
Turbulens folyadékmozgás esetén a hidraulikus súrlódási együttható a mozgás természetétől (Reynolds-szám) és a csőfalak minőségétől (simaságától) függ. A csövek érdességét egy bizonyos paraméterrel becsülik meg, amelyet abszolút érdességnek () neveznek.
A viszkozitást a szivattyú típusától és a Üzemi hőmérséklet rendszerek. Az alacsony viszkozitás csökkenti az energiaveszteséget és behatol az alkatrészek kenési hézagaiba, de szivárgást okozhat. A nagy viszkozitás a szivattyú szívási nehézségeit és energiaveszteséget okoz.
Számos viszkozitási skála és különböző típusú viszkoziméterek vannak szabványosítva az egyes skálák szerint. Ez a szabvány a kinematikus viszkozitást használja a viszkozitás meghatározásához. Ipari olajokhoz használják. Motorolajokhoz használják.
A teszt azt az időt méri, ameddig egy bizonyos térfogatú olaj átfolyik egy kapilláris csövön gravitációs erő hatására standard hőmérsékleten. Ez a szám az olaj típusától, termelésétől és hozzáadásától függ. Demetrikus: a folyadék víztől való elválasztási képessége. A vizet nem tartalmazó hidraulikafolyadékoknak jó demulsibilitásúaknak kell lenniük, hogy a szabad vizet le lehessen üríteni a rendszerből. A vízszennyezés a páralecsapódás, a hőcserélők szivárgása és a szellőzőnyíláson keresztül belépő nedves levegő miatt következik be.
helyi ellenállás
A helyi ellenállások a cső egyes szakaszaiban változást idéznek elő a folyadéksebesség modulusában és irányában, ami további nyomásveszteséggel jár.
A helyi ellenállás együtthatóját dimenzió nélküli fizikai mennyiségnek nevezik, amelyet gyakran úgy jelölnek, mint a vizsgált helyi ellenállás () és a sebességfej () súlyveszteségének aránya:
Ásványi olajok A kőolajból nyert ásványolaj a hidraulikus rendszerekben leggyakrabban használt folyadék. Kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, és sokféle rendszerben és a legnehezebb üzemi körülmények között is használható. A következő jellemzőkkel rendelkezik.
Kompatibilis a rendszerben használt összes elemmel. Olyan viszkozitási jellemzőkkel rendelkezik, amelyek megfelelnek a szivattyú és az összes rendszerelem követelményeinek. Jó kenési tulajdonságokkal rendelkezik, elviseli a nagy terhelést és elkerüli a mozgó alkatrészek kopását.
Az értéket kísérleti úton határozzuk meg.
Ha a folyadék áramlási sebessége a teljes szakaszon állandó és egyenlő -vel, akkor a helyi ellenállási együttható a következőképpen határozható meg:
Megvédi az alkatrészeket a korróziótól és a rozsdától. Ellenállnak a habképződésnek és a levegő felszívódásának, könnyen elválnak a víztől. A hidraulikaolajok fő adalékanyagai, amelyek javítják az olajok tulajdonságait. Antioxidánsok: Késleltetik az oxidációt, növelik a folyadék élettartamát.
Habzásgátlók: Ezek biztosítják a leggyorsabb légtelenítést. Ha az olaj hiánya vagy a tömítési problémák miatt levegőt juttat a rendszerbe, az habzást okoz, ami kavitációhoz és a rendszer hibás működéséhez vezet. Fontos szempontok a hidraulikafolyadék kiválasztásánál.
Az összes hidraulikus energiaveszteség két típusra osztható: a csővezetékek hossza mentén fellépő súrlódási veszteségekre (amelyeket a 4.3. és 4.4. bekezdés tárgyal) és a csővezetékek olyan elemei által okozott helyi veszteségekre, amelyekben a csatorna méretének vagy konfigurációjának változása következtében az áramlási sebesség megváltozik, az áramlás elválik a falcsatornáktól és örvényképződés lép fel.
A viszkozitás minimális változása a hőmérséklet függvényében. Védje a fémfelületeket a korróziótól és a rozsdától. Kenje meg és védje a mozgó alkatrészektől. Ne reagáljon a rendszer anyagaival. Magas hőátbocsátási tényezővel rendelkeznek. Könnyen elválasztható a víztől.
Gyorsan engedje el a rekedt levegőt. A hidraulikaolaj cseréjének gyakorisága a minőségétől, a munka típusától és a szennyezettség mértékétől függ, a gyártók és a felhasználók tapasztalatai mutatnak néhány paramétert. Hidraulikafolyadékok szennyeződése. A szennyeződések az oxidáció felgyorsulásával, a molekulaszerkezet tönkremenetelével, a kátránymaradványok és lakkok képződésével kapcsolatos problémákat okoznak. Ennek következtében az adalékanyagok bomlása és az üzemi hőmérséklet csökkenése miatt csökken a folyadékok élettartama. A kenés hiányának káros hatásai nemcsak a hidraulikus rendszerek alkatrészeire, hanem a folyamat, valamint az előállított termékek és szolgáltatások végső költségére is hatással vannak.
A legegyszerűbb helyi hidraulikus ellenállás osztható szélesítésekre, szűkületekre és a csatorna fordulataira, amelyek mindegyike lehet hirtelen vagy fokozatos. A helyi rezisztencia bonyolultabb esetei a felsorolt legegyszerűbb ellenállások vegyületei vagy kombinációi.
Tekintsük a legegyszerűbb helyi ellenállásokat turbulens áramlási üzemmódban egy csőben.
A rossz szűrés következményei. A nem kívánt leállások miatti termelési veszteségek. Az alkatrészek és a folyadékok gyakori cseréje. Csökkentett alkatrészek élettartama. Megnövekedett karbantartási költségek. Kopás a golyókon és a szelepülékeken. Helyezze fel a pecséteket és ingeket.
A lyukak eltömődése és az orsó kopása. A tekercs megkötése a mágnesszelep hibás működését okozza. A nyílások eróziója, amely a szelepvezérlési jellemzők megváltozását okozza. Kopásálló szivattyúk és szelepek. A szivattyúk csökkentett hatásfoka, a lapátok, a fogaskerekek vagy a hengerek kopása.
1. A csatorna hirtelen kitágulása. A csatorna hirtelen kitágulása során fellépő nyomás (energia) veszteség az áramlásnak a falaktól való elválasztásával összefüggő örvényképződésre fordítódik, pl. hogy állandó megújulásukkal fenntartsák a folyékony tömegek forgási folyamatos mozgását.
Rizs. 4.9. A cső hirtelen kitágulása
A csatorna (cső) hirtelen kitágulásával (4.9. ábra) az áramlás a sarokból leszakad és nem hirtelen, csatornaszerűen, hanem fokozatosan tágul, és az áramlás és a csőfal közötti gyűrű alakú térben örvények keletkeznek, amelyek az energiaveszteség okai. Tekintsünk két áramlási szakaszt: 1-1 - a cső tágulási síkjában és 2-2 - azon a helyen, ahol az áramlás kitágulva kitöltötte egy széles cső teljes szakaszát. Mivel a vizsgált szakaszok közötti áramlás tágul, sebessége csökken, a nyomás pedig nő. Ezért a második piezométer a Δ magasságot mutatja H nagyobb, mint az első; de ha ezen a helyen nem lenne nyomásveszteség, akkor a második piezométer egy másikkal nagyobb magasságot mutatna h mellék. Ez a magasság a helyi tágulási nyomásveszteség, amelyet a következő képlet határoz meg:
Ezek olyan fizikai elemek, amelyek lehetővé teszik a szennyeződések eltávolítását a folyadékokból, hogy megtartsák azokat teljesítmény jellemzők. A szennyeződések eltávolítása érdekében a folyadékot egy szűrőelemen vezetik át, amely visszatartja a szennyeződést. Jelenléte kötelező, ezért fontos megérteni jellemzőit.
Megelőző karbantartás a hidraulikus rendszerekben - legjobb eszköz a veszteségek és a nem kívánt leállások megelőzésére. A folyadékok megfelelő tárolása és kezelése elengedhetetlen a szennyeződés megelőzéséhez és a munkakörnyezet megőrzéséhez. A hidraulikus tápegységek gyártói már meghatározzák a felhasználandó folyadék mennyiségét és típusát, de gyakran a körülmények miatt környezet, működés és Karbantartás A folyadékot be kell állítani a jobb rendszerteljesítmény érdekében.
Ahol S1, S2- keresztmetszeti terület 1-1 És 2-2 .
Ez a kifejezés egy következmény Borda tételei, amely kimondja, hogy a csatorna hirtelen kitágulása során a fejveszteség megegyezik a sebességkülönbségből meghatározott sebességmagassággal.
Bármilyen típusú hidraulikafolyadékot, kenőanyagot vagy hűtőfolyadékot a környezetvédelmi hatóságok által akkreditált, minősített cégeknek kell ártalmatlanítaniuk. Technikai támogatás A kenőanyag-beszállítók nélkülözhetetlen a hidraulikus rendszerek jó teljesítményéhez.
A vízzáróság, a szilárdság, a tartósság és a könnyű telepítés néhány fontos tulajdonság a hidraulikus rendszerek felépítésében, legyen szó hideg vagy meleg vízről. A cső- és kötéstechnológiák az ár mellett az összeszerelés módjában, nyomás- és hőmérsékletállóságában is különböznek egymástól.
Kifejezés (1 - S 1 /S 2) A 2-t a görög ζ (zéta) betűvel jelöljük, és veszteségi tényezőnek nevezzük, így
2. A csatorna fokozatos szélesítése. A fokozatosan táguló csövet diffúzornak nevezzük (4.10. ábra). A sebesség áramlását a diffúzorban annak nyomáscsökkenése és növekedése kíséri, és ennek következtében a folyadék mozgási energiája nyomásenergiává alakul. A diffúzorban, akárcsak a csatorna hirtelen kitágulása esetén, a fő áramlás elválik a faltól és örvényképződés következik be. E jelenségek intenzitása a diffúzor α tágulási szögének növekedésével nő.
A legutóbbi brazíliai fejlemények ezen a területen a hajlékony csövek fokozott alkalmazását jelzik, különösen a hidraulikus készletekhez, a nagyobb fokú ismétlődést igénylő munkákban, például kereskedelmi, lakó- és szállodaépületekben.
A választott rendszertől függetlenül fontos a kivitelezést irányító és a veszteségek csökkentését szolgáló részletes terv elkészítése, amely csövek esetén 5%-tól 25%-ig, csatlakozás esetén 0,5%-tól 2,5%-ig terjedhet. . Ezek közül - a csövek és a csatlakozások készleteinek szervezése; használat képessége a legtöbb csövek a cső minden részének gyártásához, elkerülve a csövek maradék végeit; az építkezésen elérhető kapcsolatok ellenőrzése; a megvalósított rendszer részleteinek ismerete az ismétlődő munka elkerülése érdekében; a rendszer egyes részeinek előzetes végrehajtásának lehetősége a padon; és a dolgozó tudása az átvett anyag megfelelő technológiájáról.
Rizs. 4.10. A cső fokozatos kitágítása
Ezenkívül a diffúzorban a szokásos tövisveszteségek vannak, hasonlóan az állandó keresztmetszetű csöveknél előfordulóakhoz. A diffúzor teljes nyomásveszteségét két kifejezés összegének tekintjük:
Ahol h trÉs h mellék- súrlódás és tágulás miatti nyomásveszteség (örvényképződés).
Melegvíz A melegvíz-elosztó hálózatban használt anyagok közül a réz a legelterjedtebb, elsősorban olyan jellemzői miatt, mint a csökkent hőtágulás, nagy üzemi nyomásállóság, valamint a mechanikai és termikus kifáradásnak való ellenállás.
Például a lakó- és kereskedelmi épületekben ez az anyag az egész épületben megtalálható, de főleg az elosztóhálózatban, kiegészítve egy réz vízvezetékkel. Az anyagok kombinálásának előnye a költségmegtakarítás és a nagyobb termelékenység. Rendszerek meleg és hideg vízépületszereléseknél.
ahol n = S 2 /S 1 = (r 2 /r 1) 2 - a diffúzor tágulási foka. Expanziós fejveszteség h mellék ugyanolyan jellegű, mint a csatorna hirtelen kiszélesedése esetén
Ahol k- lágyító tényező, α= 5…20°-nál, k= sinα.
Ez egy olyan anyag, amely lehet merev vagy rugalmas anélkül, hogy veszélyeztetné a víz életképességét, valamint könnyű és szigetelő. Az alkatrészek hegeszthetők vagy vághatók. Jelenleg a hegeszthető kötésrendszert használják leggyakrabban, mert könnyebben elkészíthető. azonban menetes csatlakozás legalkalmasabb olyan munkákhoz, amikor vezetékezésre van szükség tervezési változtatásokhoz vagy karbantartáshoz.
Emiatt jobban ellenáll a nyomás alatti folyadékok vezetésével szemben magas hőmérsékletű. Réz Alkalmazottak karmester forró víz, rézcsövek és szerelvények, gyakran megfelelnek az ilyen típusú alkalmazások követelményeinek, mint például a nagy szilárdság és tartósság, valamint az alacsony érdesség. A kötésekben használt hegesztett kötések a vízzáróságot is biztosítják, a réz ráadásul újrahasznosítható és jó hővezető képességgel rendelkezik. A telepítések hosszú élettartamának biztosítása érdekében fontos, hogy a csatlakozások hasznosak legyenek.
Ennek alapján a teljes fejveszteség átírható a következőképpen:
ahonnan a diffúzor légellenállási együtthatója kifejezhető a képlettel
Rizs. 4.11. ζ diff függése a szögtől
ζ = függvény f(α) az α szög legkedvezőbb optimális értékénél van egy minimuma, amelynek optimális értékét a következő kifejezés határozza meg:
Ebbe a képletbe behelyettesítve λ T=0,015…0,025 és n= 2…4 α-t kapunk nagykereskedelmi= 6 (4.11. ábra).
3. a csatorna hirtelen szűkülése. Ebben az esetben a nyomásveszteség egy keskenyebb cső bejáratánál az áramlás súrlódásából és az örvényképződésből adódó veszteségekből adódik, amelyek az áramlás beszűkült része körüli gyűrűben képződnek (4.12. ábra).
| Rizs. 4.12. A cső hirtelen szűkülete | 4.13. zavaró |
A teljes nyomásveszteséget a képlet határozza meg;
ahol a szűkülő ellenállási együtthatót az I.E. fél-empirikus képlete határozza meg. Idelchik:
ahol n \u003d S 1 / S 2- a szűkület mértéke.
Amikor a cső elhagyja a tartályt nagy méretek amikor feltételezhető, hogy S2/S1= 0, valamint a bemeneti sarok kerekítésének hiányában a ζ légellenállási együttható keskeny = 0,5.
4. A csatorna fokozatos szűkítése. Ez a helyi ellenállás egy kúpos konvergáló cső ún zavaró(4.13. ábra). A folyadék áramlását a keverőben a sebesség növekedése és a nyomás csökkenése kíséri. A keverőben csak súrlódási veszteségek vannak
ahol a zavaró légellenállási együtthatóját a képlet határozza meg
ahol n \u003d S 1 / S 2- a szűkület mértéke.
Enyhe örvényképződés és az áramlás elválasztása a faltól az áramlás egyidejű összenyomásával csak a keverő kimeneténél fordul elő a kúpos cső és a hengeres cső találkozásánál. A bejárati sarok lekerekítésével jelentősen csökkenthető a csőbemenetnél a fejveszteség. A simán illeszkedő hengeres és kúpos részekkel keverőt nevezzük szórófej(4.14. ábra).
Rizs. 4.14. Szórófej
5. Hirtelen csőhajlítás (könyök). Ez a fajta lokális ellenállás (4.15. ábra) jelentős energiaveszteséget okoz, mert áramlási szétválás és örvényképződés lép fel benne, és minél nagyobb a veszteség, annál nagyobb a δ szög. A fejveszteséget a képlet számítja ki
ahol ζ számol- kör keresztmetszetű térd ellenállási együtthatója, amelyet a grafikonból határozunk meg a térd δ szögétől függően (4.16. ábra).
6. Fokozatos csőhajlítás (lekerekített könyök vagy könyök). A kanyarodás simasága jelentősen csökkenti az örvényképződés intenzitását, és ennek következtében a visszahúzási ellenállást a könyökhöz képest. Ez a csökkenés annál nagyobb, minél nagyobb a hajlítás relatív görbületi sugara R/d
