Розрахунок гідравлічних систем

Будь-якийрозрахунок гідравлічних систем виконується на певній основі, у цій статті ми розглянемо методи, і формули на яких базуються розрахунки гідравлічних систем. Для гідравлічного розрахунку трубопроводу можна скористатися калькулятором гідравлічного розрахунку трубопроводу.

Втрати натиску на тертя.

Всім відомо, що при русі рідини по трубопроводу виникають постери напору на тертя. У разі коли рух рідини в трубах рівномірний, то втрати тиску на тертя як при ламінарному, так і при турбулентному режимах руху можна розрахувати за формулою Дарсі-Вейсбаха:

D ρ тр = λ · l / d · ρ · V 2 /2

• l – коефіцієнт гідравлічного тертя;
• l –довжина трубопроводу;
• d – діаметр трубопроводу;
• r – щільність рідини;
• V – середня швидкість течії рідини.

Коефіцієнт гідравлічного тертя залежатиме від режиму руху рідини, значення критерію Рейнольдса:

А також коефіцієнт гідравлічного тертя залежатиме від стану стінок труби, що характеризується відносною шорсткістю:

• Dе – еквівалентна рівномірно-зерниста шорсткість (тобто така висота нерівностей, які утворені піщинками однакового розміру, яка при розрахунку дає однакове з дійсною шорсткістю значення коефіцієнта гідравлічного тертя).

Приламінарному режимі перебігу рідини коефіцієнт гідравлічного тертя можна розрахувати за формулою:

Притурбулентному режимі перебігу ріжкості весь діапазон значень чисел Рейнольдса, залежно від відносної шорсткості, необхідно розділити на області, кожній з яких будевідповідатиме своя формула для розрахунку коефіцієнта гідравлічного тертя:

область гідравлічно гладких труб2300 ≤Re≤ 10 √D:

1.λ = 0.3164/Re0.25 – формула Блазіуса;

2.10/D̅ ≤Re≤ 500√D – перехідна область;

3.λ = 0.11 · ( D̅ + 68/Re) 0.25 – формула А.Д. Альтшуля;

4.Re > 500√D - квадратична область;

5.λ = 0.11 · D-0.25 - Формула Б.Л. Шифрінсона.

Якщо рідина протікатиме по трубах, форма поперечного перерізу яких не буде круглою, то в наведених вище формулах використовуватиметься замість d еквівалентний діаметр:

• де S – площа поперечного перерізу труби; П – повний змочений периметр труби.

Коефіцієнт гідравлічного тертя при ламінарному перебігу у трубах різної форми можна розрахувати за формулою

• де А - коефіцієнт, чисельне значення якого залежить від форми поперечного перерізу труби.

Сифон - це з'єднує два резервуари трубопровід, частина якого знаходиться вище за рівень рідини в напірному резервуарі. Допустиме підвищення верхньої точки сифона обчислюють за формулою

h o = p α - D p '/ρg

• деDp' - втрата тиску на ділянці від напірного резервуара до верхньої точки сифона.

Мінімально допустимий тиск у верхній точці сифона має бути вищим за тиск насичення при даній температурі.

Пропускна здатність трубопроводів у період експлуатації знижується. Внаслідок корозії та утворення відкладень у трубах шорсткість їх збільшується, що у першому наближенні можна оцінити за формулою:

D , = D 0 + αt ,

• де Dо – абсолютнашорсткість нових труб, мм;
• Dt - абсолютна шорсткість через t років експлуатації, мм;
• a – коефіцієнт, що характеризує швидкість зростання шорсткості, мм/рік.

Місцеві втрати тиску в трубах.

Місцеві опори, до яких належить арматура, фасонні частини трубопроводів та інше обладнання, можуть викликати зміни величини та (або) напряму швидкості руху рідини на певних ділянках трубопроводу, що неминуче призводить до втрат тиску цих труб. Втрати тиску визначають за формулою Вейсбаха:

D p = ζρ V 2 /2 .

Значення коефіцієнтів місцевих опорів V залежать від зміни місцевого опору та режиму перебігу рідини перед ним.

При різкому звуженні трубопроводу (різкій зміні площі прохідного перерізу від S1 до S2) коефіцієнт місцевого опору розраховується за формулою:

ζ o = (1/G – 1) 2 ,

• де e - Коефіцієнт стиснення струменя, який можна визначити за формулою А.Д. Альтшуля:

G = 0.57 + 0.043 / (1.1 - n), де: n = S 2 / S 1 .

Коефіцієнт місцевого опору діафрагми, яка розташовується всередині труби постійного перерізу (віднесений до перерізу трубопроводу):

ζ д = (1 /n д G – 1) 2 ,

• де nд = So / S - Відношення площі отвору діафрагми So до площі перерізу труби S.

Під час руху рідини з малими числами Рейнольдса коефіцієнти місцевих опорів орієнтовно визначають за формулою А.Д. Альтшуля:

ζ = A / Re + ζ L

• де ζL – значення коефіцієнта місцевого опору у квадратичній області; Re – число Рейнольдса, віднесене до стесненного перерізу трубопроводу.

У випадках, коли відстань між окремими місцевими опорамидосить велике у тому, щоб спотворення епюри швидкостей, викликане однією з них, не позначалося наступного, втрати тиску переважають у всіх місцевих опорах сумуються. Для цього необхідно, щоб місцеві опори відстояли один від одного на відстань, що перевищує lвл, що визначається за формулами:

---