Закінчення через насадки
Насадком називається коротка трубка довжиною від двох до шести діаметрів, приєднана до виходу отвору, через який витікає рідина. Роль насадка може виконувати і отвір у товстій стінці, коли діаметр отвору значно менший за її товщину. Насадки відрізняються формою та розмірами. Найбільш істотні відмінності між насадками складаються у формі вхідного отвору, яка, як зазначалося вище, може істотно впливати на величину витрати при тій же площі прохідного перерізу.
Рисунок 3.30 – Закінчення рідини через насадки
Найпростішим насадком є циліндричнийнасадок (рисунок 3.30). Течія в ньому може відбуватися у двох різних режимах. У першому випадку на гострих вхідних кромках насадка відбувається досконале стискування струменя і далі вона рухається, не торкаючись стінок насадка. У цьому випадку витікання нічим не відрізняється від витікання через малий отвір у тонкій стінці. Швидкість при цьому закінчується висока, а витрата мінімальна.
У другому випадку, як і при закінченні через отвір у тонкій стінці, струмінь рідини спочатку стискається на деякому віддаленні від вхідного перерізу, утворюючи вихрову зону, тиск у цьому перерізі струменя стає менше атмосферного. Далі струмінь поступово розширюється та заповнює весь переріз насадка. Через те, що стиснення на виході насадка немає (ε = 1,0), а коефіцієнт витрати через такий насадок дорівнює .
При цьому витрата рідини через насадок за інших рівних умов перевищує витрату в першому випадку, а швидкість рідини стає меншою через більш високий опір.
Рисунок 3.31 – Закінчення рідини через насадки
Ще кращі умови закінчення спостерігаються під час руху рідини через так званийтороїдальнийнасадок (рисунок 3.31,а), якийзабезпечує вищий коефіцієнт витрати. Його значення, залежно від збільшення радіуса заокруглення кромки, сягає .
Коли радіус кривизни стає більше довжини насадка, насадок стаєконоїдальним(рисунок 3.31,б). Коефіцієнт витрати за таких умов закінчення наближається до значення .
3.15 Гідравлічний розрахунок трубопроводів
3.15.1 Види трубопроводів
Пристрої, призначені для підведення робочої рідини від одного елемента до іншого під час роботи гідроприводу називають гідравлічною лінією. За призначенням гідролінії поділяються на:
ü всмоктувальні – для підведення рідини до насосів;
ü напірні – для подачі рідини до розподільників та гідродвигунів;
ü зливні – для відведення рідини до резервуарів;
ü дренажні – для відведення витоків від гідромашин та гідроапаратів;
ü лінії управління – для підведення рідини до елементів гідроприводу.
Існуючі водопровідні, нафтопровідні, газові мережі ділять на два типи:
ü магістральні трубопроводи, що подають те чи інше середовище від джерела до споживача на великі відстані;
ü розгалужені мережі труб, що забезпечують розподіл цього середовища безпосередньо споживачам.
З конструктивної точки зору трубопроводи поділяють на:
Простими називають трубопроводи, які не мають відгалужень і обслуговують лише одну точку Þx. Причому діаметр труби, а також витрата рідини на всій довжині труби залишається незмінною.
Складні трубопроводи діляться на тупикові, паралельні та кільцеві.
Тупикові складаються з магістрального (головного) трубопроводу, від якого в різні боки відходять відгалуження до споживачів.
Паралельні складаються з кількох паралельнопрокладених трубопроводів, пов'язаних між собою перемичками з регулюючими засувками.
Кільцеві є замкнутою мережею труб, що забезпечує подачу води в будь-якому напрямку. При аварії на якійсь ділянці подача води споживачеві не припиняється.
Трубопроводи, у яких місцеві втрати напору становлять менше 10 % від втрат за довжиною, вважаються гідравлічнодовгими, якщо ж більше 10 %, то гідравлічнокороткими.
Рідина рухається трубопроводом завдяки тому, що її енергія на початку трубопроводу більша, ніж наприкінці. Цей перепад може бути створений:
ü роботою насоса;
ü завдяки різниці рівнів рідини;
ü тиском газу.
В основному доводиться мати справу з трубопроводами, рух рідини в яких обумовлено роботою насоса.
3.15.2 Розрахунок простого трубопроводу
Одна ззавдань розрахунку трубопроводу– визначити мінімальну потужність, необхідну доставки цієї кількості рідини в задану точку, тобто. на певну відстань.
Малюнок 3.32 - Простий трубопровід (а) та характеристика простого
Нехай простий трубопровід (рисунок 3.32,а) постійного перерізу розташований довільно в просторі, має загальну довжинуlі діаметрdі містить низку місцевих опорів. У початковому перерізі (1-1) маємо нівелірну висотуz1 та надлишковий тискр1, а в кінцевому () 2-2) – відповідноz2ір2. Швидкість потоку в цих перерізах внаслідок сталості діаметра труби однакова і дорівнює.
Запишемо рівняння Бернуллі перерізів1-1та2-2
;
де - сума втрат повного натиску на ділянці між перерізами;
υср - середня величинашвидкість перетину;
a- коефіцієнт Коріоліса, що враховує нерівномірність розподілу швидкість перерізу потоку.
Сумарні втрати на тертя за довжиною та на місцевих опорах на ділянці труби завдовжкиl. Втрати будуть визначатися за формулами
та .
Враховуючи рівняння нерозривності потоку і сталість діаметра труби тобто і швидкісні натиски в обох частинах можна скоротити. Тоді рівняння Бернуллі набуде вигляду
(1)
Виразивши величину швидкості через витрату і підставивши вираз (1) отримаємо формулу
або (2)
де - Гідравлічний опір трубопроводу.
Вираз (2) називаєтьсяхарактеристикою трубопроводу при турбулентному русі рідини. Ця характеристика є залежністю сумарних втрат тиску (напору) від витрати в трубопроводі ( ) (рисунок 3.32,б).
Якщо в трубопроводі встановлені гідравлічні апарати, що мають свої опори, їх необхідно додати до коефіцієнта опору трубопроводу, і в результаті вийде сумарний гідравлічний опору.