Меню

Потери давления в местных сопротивлениях при расчете трубопроводов

Потери давления на местных сопротивлениях

К местным сопротивлениям относят такие элементы конструкции гидросистемы, которые имеют небольшую протяженность в направлении движения потока жидкости и в которых происходит деформация потока жидкости. Это резкие или плавные изменения сечения потока, направления движения. Такими сопротивлениями являются места входа и выхода жидкости из преобразователей энергии, соединения трубопроводов разных диаметров, изгибы трубопроводов. Местными сопротивлениями являются также и различные аппараты управления и регулирования, в них, как правило, меняются и сечение и направление потока жидкости.

Расчет потерь давления на местных сопротивлениях производится по выражению

Δ p = ξ ∙ b ∙ V 2 ∙ ρ /2,

где ξ – коэффициент местного сопротивления,

b – поправочный коэффициент, учитывающий зависимость потерь от числа Рейнольдса:

Re≥ 2300 400 100 10

V – средняя скорость потока перед сопротивлением,

ρ – плотность жидкости.

В подавляющем большинстве практических случаев b =1.

Для некоторых видов местных сопротивлений значения ξ получены теоретически и хорошо подтверждаются экспериментально, для других используются обобщения результатов экспериментов. В типичных ситуациях коэффициенты местных сопротивлений определяются так.

При резком расширении

где S1 и S2 – площади сечения потока перед сопротивлением и после него.

При плавном расширении (диффузоре)

ξ = 0,3164(1 – S1 2 /S2 2 )/( Re 0,25 ∙ 8sin(α /2)) + ( 1 – S1/S2 ) 2 sin α,

где α – угол конуса диффузора; при плавном сужении (конфузоре) угол конуса αвыполняется 40°…60° , притом достигается минимальное сопротивление с коэффициентом местного сопротивления

в зависимости от числа Re; большим Re соответствуют меньшие ξ .

При резком повороте сопротивление зависит от угла поворота α :

α ° 20 40 60 90 100

ξ 0,13 0,29 0,5 1 1,38

После 90° сопротивление начинает резко расти, вследствие чего повороты на больший угол нецелесообразны.

На практике чаще используется плавный поворот, когда переход от одного участка трубопровода к другому выполняется по радиусуR, не меньшему 3 диаметров трубопровода d. В этом случае

α = 90° ξ = ξ 90 = 0,051 + 0.19 ∙ d / R,

α ≤70° ξ = ξ 90 ∙ 0,9 ∙ sin α,

α ≥100° ξ = ξ 90 ∙ (0,7 + 0,35 ∙ α / 90 ).

Пример. Определить потери давления на плавном повороте трубопровода на 90° с внутренним диаметром 20 мм, радиусом изгиба 80 мм, по которому проходит поток 51,5 л/мин жидкости вязкостью 30 мм 2 /с с плотностью 880 кг/м 3 .

Δ p = ξ ∙ b ∙ V 2 ∙ ρ /2.

V = Q / S = 51,5 ∙ 4 ∙ 10 -3 / (60 ∙ 3,14 ∙ 0,02 2 ) = 2,73 м/с.

Re = V ∙ d / ν = 2,73 ∙ 0,02 / (30 ∙ 10 -6 ) = 1820. Отсюда b ≈ 1.

ξ = 0,051 + 0,19 ∙ d / R = 0,051 + 0,19 ∙ 20 / 80 = 0,0985.

Δ p = 0,0985 ∙ 1 ∙ 2,73 2 ∙ 880 /2 = 323 Па.

Для аппаратов управления ξв зависимости от типа аппарата имеет значения в диапазоне 1…4, но лучше воспользоваться значением потерь давления, которое обычно приводится производителем для номинального потока в технической характеристике аппарата. В [1] даются ориентировочные значения потерь давления на аппаратуре: на распределителях – (0,2…0,3) МПа, на дросселях – (0,25…0,35) МПа, на обратных клапанах – (0,05…0,1) МПа, на фильтрах – (0,2…0,5) МПа.

Варианты заданий

Каждый студент выполняет по указанию преподавателя свой вариант задания, данные которого выбираются из таблиц 1 и 2. Время разгона до заданной скорости для всех вариантов при прямом и обратном ходах составляет 0,1 с , плотность рабочей жидкости 900 кг/м 3 , её кинематическая вязкость 12 мм 2 /с .

Исходные данные для выполнения курсовой работы

№ варианта Вид гидродвига-теля № характерис-тики скоростей движения Fn (Mп) F (M) M (J) Vп max (nп max) V0 max (n0 max) G l
Двустороннего действия, одношточный
2,75 4,5
2,5
2,25 3,5
1,75 2,5
1,5
1,25 1,5
Двустороннего действия, двушточный (симметрич-ный)
2,75 4,5
2,5
2,25 3,5
1,75 2,5
1,5
1,25 1,5
Двустороннего действия, двушточный, дифференци-альный (несимметрич-ный)
2,75 4,5
2,5
2,25 3,5
1,75 2,5
1,5
1,25 1,5
Односторон-него действия
2,75 4,5
2,5
2,25 3,5
1,75 2,5
1,5
1,25 1,5
Моментный, однолопастной
Читайте также:  Какое давление должно быть в рампе чери амулет

Обозначения в табл. 1:

Fп, F — технологическая (полезная) нагрузка прямого и обратного хода для поступательных цилиндров, кН;

Мп, М — то же для моментных цилиндров, кНм;

m — масса поступательно движущихся частей, кг;

J — момент инерции массы поворачиываемых частей, кгм 2 ;

Vп max , V max — максимальные скорости поступательного движения прямого и обратного хода, м/мин;

nп max , n max — максимальные частоты вращения прямого и обратного хода, об/мин;

G — вес груза, обеспечивающего обратный ход гидроцилиндра одностороннего действия, кН;

l – длина трубопроводов, м.

Характеристика скоростей движения

№ характеристики Характер скорости
прямого хода обратного хода
Регулируемая для всего хода Постоянная с нерегулируемым торможением в конце хода
Регулируемая для всего хода Постоянная с регулируемым торможением в конце хода
Регулируемая для всего хода Регулируемая для всего хода
Постоянная с регулируемым торможением в конце хода Постоянная для всего хода
Постоянная для всего хода Постоянная с регулируемым торможением в конце хода
Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода Постоянная для всего хода
Постоянная для всего хода Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода
Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода

Литература

1. Свешников В. К. Станочные гидроприводы: справочник /

В. К. Свешников. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2004. 512 с.

2. Схиртладзе А. Г. и др. Гидравлика в машиностроении: учебник для студентов вузов в 2 ч. М.: СТАНКИН, 2008.

3. Трифонов О. Н. Приводы автоматизированного оборудования / О. Н. Трифонов, В. И. Иванов, Г. О. Трифонова. М.: Машиностроение, 1991. 336 с.

4. ГОСТ 2.701–84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие правила к выполнению. М.: Стандартинформ, 2008. 11 с.

5. ГОСТ 2.704–76. ЕСКД. Правила выполнения гидравлических и пневматических схем. М.: Стандартинформ, 2008. 12 с.

6. ГОСТ 2.781–96. ЕСКД. Обозначения условные графические. Аппараты гидравлические и пневматические, устройства управления и приборы контрольно-измерительные. М.: Изд-во стандартов, 1997. 24 с.

7. ГОСТ 2.782–96. ЕСКД. Обозначения условные графические. Машины гидравлические и пневматические. М.: Изд-во стандартов, 1997. 19 с.

Ряды значений основных размеров гидроцилиндров по ГОСТ 6540-68

диаметров поршня: 10, 12, 16, 20, 25, 32, (36), 40, (45), 50, (56), 63, (70), 80, (90), 100, (110), 125, (140), 160, (180), 200, (220), 250, (280), 320, (360), 400, (450), 500, (560), 630, (710), 800, (900);

диаметров штока: 4, 5, 6, 8, 10, 12, (14), 16, (18), 20, (22), 25, (28), 32, (36), 40, (45), 50, (56), 63, (70), 80, (90), 100, (110), 125, (140), 160, (180), 200, (220), 250, (280), 320, (360,, 400, (450), 500, (560), 630, (710), 800, (900).

В скобках указаны значения дополнительного ряда.

Основные размеры U-образных манжет по ГОСТ 14896-84

Dxd Н для типа Dxd Н для типа Dxd Н для типа
(30)х20 63х(43) (155)х125
32х16 9,5 70х50 160х140
32х20 7,5 80х50 180х160
(35)х25 (83)х63 200х180
36х20 9,5 (85)х70 220х180
36х24 7,5 (86)х56 250х(210)
(38)х22 9,5 90х70 280х(240)
40х20 100х70 320х280
40х(30) 100х80 360х320
45х25 110х80 400х360
50х(30) 125х(95) 450х(410)
50х40 (130)х100 500х(460)
56х36 140х110 560х(530)

D, d, H — наружный, внутренний диаметры, ширина манжеты.

Применяются при скорости до 0,5 м/с, давлении до 50 МПа.

Читайте также:  Симпатический отдел нервной системы снижает давление

Здесь приведена выборка из всего множества выпускаемых манжет.

Основные размеры резиновых колец круглого сечения по ГОСТ 9833-73

d2 1,9 2,5 3,6 4,6 5,8 8,5
dшт от
до

d2 1,9 2,5 3,6 4,6 5,8 8,5

Применяются при скорости до 0,5 м/с, давлении до 32 МПа.

Основные размеры поршневых колец по ОСТ А54-1-72

D 32-63 70-100 110-140 160-180 200-250 280-320 360-500
b

Применяются при скорости до 7,5 м/с, давлении до 50 МПа.

Основные параметры пластинчатых нерегулируемых насосов

Тип насоса НПл 5/16 НПл 8/16 НПл 12,5/16 НПл 16/16 НПл 20/16 НПл 25/16 НПл 8/6,3 НПл 12,5/6,3
Q,л/мин 5,3 8,9 14,4 19,4 25,5 5,8 9,7
p, МПа 6,3
Тип насоса НПл 16/6,3 НПл 25/6,3 НПл 32/6,3 НПл 40/6,3 БГ12-24АМ БГ12-24М Г12-24АМ Г12-24М
Q,л/мин 12,7 21,1 27,9 35,7 73,9 50,8
p, МПа 6,3 12,5 6,3
Тип насоса Г12-25АМ Г12-25М Г12-26ам БГ12-41Б БГ12-41А БГ12-41 БГ12-42
Q,л/мин 3,3 10,5
p, МПа 6,3

Основные параметры предохранительных клапанов по ТУ2-053-5749043-002-88

Параметр Диаметр условного прохода Dу , мм
Расход, л/мин:
номинальный
максимальный
минимальный

Давление (МПа) настройки: 0,3-10; 1-20; 1,6-32.

Основные параметры обратных клапанов

Обозначение клапана Г51-31 Г51-32 Г51-33 Г51-34 Г51-35
Расход, л/мин
номинальный
максимальный

Рабочее давление 20 Мпа.

Основные параметры аппаратуры для регулирования расхода жидкости

Вид аппарата Обозначение аппарата Рабочее давление, МПа Расход, л/мин
Номинал. Максим. Минимальный
Дроссель ПГ77-12 0,06
ПГ77-14 0,12
Регулятор расхода МПГ55-22М 0,04
МПГ55-24М 0,09
МПГ55-25М 0,15
Регулятор расхода с обратным клапаном МПГ55-32М 0,04
МПГ55-34М 0,09
Регулятор расхода с предохранительным клапаном МПГ55-12М 6,3;10;15 0,1
МПГ55-14М 6,3;10;20 0,25
МПГ55-15М 6,3;10;20 0,4
Регулятор расхода 2МПГ55-12* 0,1
2МПГ55-14* 0,25
Регулятор расхода с распределителем и обратным клапаном ПГ55-62 0,08

* Только для варианта регулирования с дросселем на входе.

Основные параметры распределителей

Обозначение распределителя В6 1Р6 В10 1Р10 Р103В В16 1Р203 1Р323
Расход, л/мин 12,5-30 20-60 20-80 25-100 20-80 63-240 120-700 330-900

Давление для всех распределителей до 32 Мпа.

Источник

Гидравлическое сопротивление

Гидравлическое сопротивление или гидравлические потери – это суммарные потери при движении жидкости по водопроводящим каналам. Их условно можно разделить на две категории:

Потери трения – возникают при движении жидкости в трубах, каналах или проточной части насоса.

Потери на вихреобразование – возникают при обтекании потоком жидкости различных элементов. Например, внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п. Такие потери принято называть местными гидравлическими сопротивлениями.

Содержание статьи

Коэффициент гидравлического сопротивления

Гидравлические потери выражают либо в потерях напора Δh в линейных единицах столба среды, либо в единицах давления ΔP:

где ρ — плотность среды, g — ускорение свободного падения.

В производственной практике перемещение жидкости в потоках связано с необходимостью преодолеть гидравлическое сопротивление трубы по длине потока, а также различные местные сопротивления:
Поворотов
Диафрагм
Задвижек
Вентилей
Кранов
Различных ответвлений и тому подобного

На преодоление местных сопротивлений затрачивается определенная часть энергии потока, которую часто называют потерей напора на местные сопротивления. Обычно эти потери выражают в долях скоростного напора, соответствующего средней скорости жидкости в трубопроводе до или после местного сопротивления.

Аналитически потери напора на местные гидравлические сопротивления выражаются в виде.

где ξ – коэффициент местного сопротивления (обычно определяется опытным путем).

Данные о значении коэффициентов различных местных сопротивлений приводятся в соответствующих справочниках, учебниках и различных пособиях по гидравлике в виде отдельных значений коэффициента гидравлического сопротивления, таблиц, эмпирических формул, диаграмм и т.д.

Исследование потерь энергии (потери напора насоса), обусловленных различными местными сопротивлениями, ведутся уже более ста лет. В результате экспериментальных исследований, проведенных в России и за рубежом в различное время, получено огромное количество данных, относящихся к разнообразнейшим местным сопротивлениям для конкретных задач. Что же касается теоретических исследований, то им пока поддаются только некоторые местные сопротивления.

Читайте также:  Как правильно проверять давление в гидроаккумуляторе

В этой статье будут рассмотрены некоторые характерные местные сопротивления, часто встречающиеся на практике.

Местные гидравлические сопротивления

Как уже было написано выше, потери напора во многих случаях определяются опытным путем. При этом любое местное сопротивление похоже на сопротивление при внезапном расширении струи. Для этого имеется достаточно оснований, если учесть, что поведение потока в момент преодоления им любого местного сопротивления связано с расширением или сужением сечения.

Гидравлические потери на внезапное сужение трубы

Сопротивление при внезапном сужении трубы сопровождается образованием в месте сужения водоворотной области и уменьшения струи до размеров меньших, чем сечение малой трубы. Пройдя участок сужения, струя расширяется до размеров внутреннего сечения трубопровода. Значение коэффициента местного сопротивления при внезапном сужении трубы можно определить по формуле.

Значение коэффициента ξвн. суж от значения отношения (F2/F1)) можно найти в соответствующем справочнике по гидравлике.

Гидравлические потери при изменении направления трубопровода под некоторым углом

В этом случае вначале происходит сжатие, а затем расширение струи вследствие того, что в месте поворота поток по инерции как бы отжимается от стенок трубопровода. Коэффициент местного сопротивления в этом случае определяется по справочным таблицам или по формуле

ξ поворот = 0,946sin(α/2) + 2.047sin(α/2) 2

где α – угол поворота трубопровода.

Местные гидравлические сопротивления при входе в трубу

В частном случае вход в трубу может иметь острую или закругленную кромку входа. Труба, в которую входит жидкость, может быть расположена под некоторым углом α к горизонтали. Наконец, в сечении входа может стоять диафрагма, сужающая сечение. Но для всех этих случаев характерно начальное сжатие струи, а затем её расширение. Таким образом и местное сопротивление при входе в трубу может быть сведено к внезапному расширению струи.

Если жидкость входит в цилиндрическую трубу с острой кромкой входа и труба наклонена к горизонту под углом α, то величину коэффициента местного сопротивления можно определить по формуле Вейсбаха:

ξвх = 0,505 + 0,303sin α + 0,223 sin α 2

Местные гидравлические сопротивления задвижки

На практике часто встречается задача расчета местных сопротивлений, создаваемых запорной арматурой, например, задвижками, вентилями, дросселями, кранами, клапанами и т.д. В этих случаях проточная часть, образуемая разными запорными приспособлениями, может иметь совершенно различные геометрические формы, но гидравлическая сущность течения при преодолении этих сопротивлений одинакова.

Гидравлическое сопротивление полностью открытой запорной арматуры равно

ξвентиля = от 2,9 до 4,5

Величины коэффициентов местных гидравлических сопротивлений для каждого вида запорной арматуры можно определить по справочникам.

Гидравлические потери диафрагмы

Процессы, происходящие в запорных устройствах, во многом похожи на процессы при истечении жидкости через диафрагмы, установленные в трубе. В этом случае также происходит сужение струи и последующее её расширение. Степень сужения и расширения струи зависит от ряда условий:
режима движения жидкости
отношения диаметров отверстия диафрагмы и трубы
конструктивных особенностей диафрагмы.

Для диафрагмы с острыми краями:

Местные гидравлические сопротивления при входе струи под уровень жидкости

Преодоление местного сопротивления при входе струи под уровень жидкости в достаточно большой резервуар или в среду, не заполненную жидкостью, связано с потерей кинетической энергии. Следовательно, коэффициент сопротивления в этом случае равен единице.

Видео о гидравлическом сопротивлении

На преодоление гидравлических потерь затрачивается работа различных устройств (насосов и гидравлических машин)

Для снижения влияния гидравлических потерь рекомендуется в конструкции трассы избегать использования узлов способствующих резким изменениям направления потока и стараться применять в конструкции тела обтекаемой формы.

Даже применяя абсолютно гладкие трубы приходится сталкиваться с потерями: при ламинарном режиме течения(по Рейнольдсу) шероховатость стенок не оказывает большого влияния, но при переходе к турбулентному режиму течения как правило возрастает и гидравлическое сопротивление трубы.

Источник

Adblock
detector