6.3.9 Гідравлічні опори в трубопроводах

Гідравлічні втрати при течії рідини в трубопроводах визначаються силами тертя по його довжині і місцевими опорами. Останні пов’язані із зміною форми потоку при зміні розмірів поперечного перерізу трубопроводу або його вигині, а також при перебігу через вентилі, крани, клапани, золотники і т. д. У місцевих опорах частину роботи, що здійснює дії на рідину силами, перетворюється в теплоту, яка розсіюється.

Експериментально встановлено, що загальні втрати на подолання місцевих опорів в трубопроводі представляють собою арифметичну суму втрат, викликаних кожним опором окремо. Принцип накладення втрат буде несправедливий при близькому розташуванні опорів. Однак точність цього принципу цілком прийнятна для розрахунку гідравлічних систем пресових установок.

Експериментальні дослідження і виробничий досвід показують, що гідравлічні втрати по довжині трубопроводу залежать від середньої швидкості u потоку, діаметра d і довжини l труби, шорсткості Δ її поверхні, кінематичної в’язкості ν і густини ρ рідини:

     (6.30)

Позначивши . Тоді:

     (6.31)

де λ – коефіцієнт втрат на тертя по довжині трубопроводу.

Згідно виразу (6.31), втрати напору по довжині трубопроводу можна представити у вигляді формули Дарсі:

     (6.32)

Для ламінарного течії коефіцієнт можна визначити за формулою:

     (6.33)

Експериментальні дослідження, а також результати експлуатації реальних трубопроводів показали, що коефіцієнт тертя при турбулентному плині залежить від шорсткості і діаметра труби:

     (6.34)

Таблиця 6.1 – Значення коефіцієнта тертя λ для турбулентного потоку

d, мм	λ при Δ, мм					d, мм	λ при Δ, мм
	0,1	0,2	0,3	0,5	0,1		0,2	0,3	0,5
27	0,028	0,0034	0,089	0,047	257		0,017	0,019	0,020	0,023
53	0,023	0,028	0,032	0,037	307		0,015	0,018	0,020	0,022
80,5	0,21	0,025	0,028	0,033	357		0,015	0,017	0,019	0,021
100	0,02	0,023	0,026	0,030	402		0,014	0,017	0,018	0,021
158	0,018	0,021	0,023	0,027	468		0,014	0,017	0,018	0,021
205	0,017	0,020	0,022	0,025	257		0,017	0,019	0,02	0,023

У табл. 6.1 наведені значення коефіцієнта λ, розраховані за формулою (6.34). Шорсткість Δ задають у технічних умовах на проектування з урахуванням експлуатаційних. Його необхідно вибирати з деяким запасом на випадок забруднення труб, корозії і т. д. У зв’язку з цим при розрахунку гідравлічних систем пресових установок рекомендують для суцільнотягнених труб приймати Δ = 0,2 мм.

Втрати питомої енергії на подолання місцевих опорів обчислюють за формулою:

     (6.35)

де – коефіцієнт втрат питомої енергії в місцевих опорах.

Коефіцієнт місцевого опору залежить від його форми, шорсткості поверхні, ступеня відкриття запірного пристрою, числа Рейнольдса та ін. Коефіцієнт зазвичай відносять до швидкості потоку перед місцевими опороми. На підставі принципу накладення загальні втрати для трубопроводу при послідовному розташуванні всіх видів опору можна представити у вигляді:

     (6.36)