2.3 Розрахунок втрати на лінії насос-гідродвигун-бак

При руху реальної (миючої в’язкість) рідини відбувається витрата частини потоку. На прямолінійних дільницях трубопроводів постійного перетину енергії витрачається на в’язке тертя частин рідини між собою і об стінки трубопроводів.

На дільницях, де відбувається порушення потоку, встановився на прямолінійній дільниці (згини, зміни перетину, відводи, проточні пристрої та ін. місцеві опори) енергія витрачається також на переміщення частить та вихроутворення.

Втрати енергії проявляються як втрати напору (тиску) потоку, вони неминучі та ідуть на нагрів трубопроводів і самої рідини. Можна приблизно вважати, що втрати напору на послідовно розміщених опорах складаються арифметично.

Для розрахунків втрат напору між двома будь якими перетинами одного і того ж трубопроводу може бути приведено рівняння Бернуллі для випадку сталого руху потоку:

(2.14)

де – коефіцієнт в трубопроводі (коефіцієнт тертя за довжиною);

l – довжина дільниці трубопроводу без місцевих опорів;

– коефіцієнт місцевого опору;

– поправочний коефіцієнт, приблизно враховуючий залежність величини втрат на місцевому опорі від числа Рейнольдса при < 2300, от при ламінарному тиску;

– внутрішній діаметр трубопроводу;

g–прискорення вільного падіння, g= 9,8м/;

–втрати тиску на тертя по довжині трубопроводів;

–втрати тиску на місцевих опрах;

Отже втрати тиску будуть наступними:

• втрати тиску на тертя:

, (2.15)

де – коефіцієнт тертя в трубопроводі (коефіцієнт тертя за довжиною);

– поправочний коефіцієнт;

– коефіцієнт місцевих опорів;

– довжина дільниці трубопроводу без місцевих опорів, м;

– внутрішній діаметр трубопроводу, мм;

V – швидкість руху рідини в трубопроводі, м/с;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

– питома вага робочої рідини, Н/м³;

• втрати тиску на місцевих опорах:

(2.16)

де b – поправочний коефіцієнт, який розраховується за графіком [ 3, Додаток Е];

–коефіцієнт місцевих опорів;

V – швидкість руху рідини в трубопроводі, м/с;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

–питома вага робочої рідини, Н/м³;

Розраховуємо втрати тиску на магістралі насос – гідродвигун - бак відповідно до схеми.

Розбиваємо магістраль на ділянки.

Нагнітаюча магістраль:

№ 1 – магістраль 1 -1, м;

№2 – магістраль 2-2, м;

№3 – магістраль 3-3, м;

№4 – магістраль 4-4, м;

№5 – магістраль 5-5, м;

Зливна магістраль:

№ 6 – магістраль 6-6, м;

№ 7 – магістраль 7-7, l_7-7 = 0,8 м;

№ 8 – магістраль 8-8, l_8-8 = 0,7 м

Визначаємо діаметр трубопроводу на всмоктувальній лінії:

(2.17)

де – нормальна продуктивність насосу;

– площа перетину трубопроводу, м²;

– швидкість руху рідини, м/с:

Всмоктувальний трубопровід 1 м/с

Нагнітальний трубопровід 2 м/с

Зливний трубопровід 3 м/с

Діаметр трубопроводу на всмоктувальній лінії:

, (2.18)

де , – діаметр і швидкість рідини в всмоктувальному трубопроводі, м/с.

Звідки діаметр всмоктувального трубопроводу:

, (2.19)

Приймаємо діаметр всмоктувального трубопроводу 20мм.

Діаметр трубопроводу на нагнітаючій лінії:

, (2.20)

де ,– діаметр і швидкість рідини в нагнітаючому трубопроводі, м/с.

Звідки діаметр нагнітаючого трубопроводу:

, (2.21)

Приймаємо діаметр нагнітаючого трубопроводу 16мм.

Діаметр трубопроводу зливної лінії:

, (2.22)

де ,– швидкість рідини в зливному трубопроводі, м/с.

Звідки діаметр зливного трубопроводу:

, (2.23)

Приймаємо діаметр зливного трубопроводу 16мм.

Визначення числа Рейнольдса

Розрізняють два види руху рідини у трубопроводах: ламінарний та турбулентний, причому перехід від ламінарного до турбулентного режиму наступає при визначених умовах, характеризується числом Рейнольдса.

Моменту переходу ламінарного режиму в турбулентний і навпаки при даних умовах визначені критичні значення. Для ламінарного руху рідини в гідравлічних гладких металевих трубах круглого перетину це значення і для турбулентного.

Для гідросистем, у яких втрата рідини залежить від втрати тиску, слід уникати чисел Рейнольдса через нестійкість в цьому інтервалі руху і можливості появи в системі коливальних процесів.

Взв’язку з цим для нашої системи визначимо режим руху масла, тобто число Рейнольдса за формулою:

(2.24)

де – витрата робочої рідини, л/хв.;

–коефіцієнт кінематичної в’язкості, сСт;

–діаметр нагнітаючого трубопроводу, м.

Для визначення числа Рейнольдса для трубопроводу діаметром з витратою рідини для рідини з коефіцієнтом кінематичної в’язкостісСт.

Визначення втрат енергії на тертя по довжині трубопроводу і на місцевих опорах

Коефіцієнт втрат на тертя визначаємо за формулою:

; (2.25)

Втрати тискуна тертя за довжиною нагнітаючого трубопроводу за формулою (2.15)

Втрати тиску на дільниці 1-1:

.\

Втрати тиску на дільниці 2-2:

.

Втрати тиску на дільниці 3-3:

.

Втрати тиску на дільниці 4-4:

.

Втрати тиску на дільниці 5-5:

.

Втрати тиску на тертя за довжиною зливного трубопроводу за формулою (2.15)

Втрати тиску на дільниці 6-6:

Втрати тиску на дільниці 7-7:

Втрати тиску на дільниці 8-8:

Втрати тиску в загальному випадку на місцевих опорах за формулою(2.16)

Місцеві опори на трубопроводі 3 – 3:

При , ., визначаємо значення коефіцієнту для

(2.26)

Коефіцієнт , так як , а― для,

Місцеві опори на трубопроводі 5 – 5:

При , ., визначаємо значення коефіцієнту для :

Коефіцієнт , так як , а― для,.

Місцеві опори на трубопроводі 6 – 6:

При , ., визначаємо значення коефіцієнту для :

Коефіцієнт , так як , а― для,

Місцеві опори на трубопроводі 6 – 6:

При , ., визначаємо значення коефіцієнту для :

Коефіцієнт, так як , а― для,.

Місцеві опори на трубопроводі 7 – 7:

При , ., визначаємо значення коефіцієнту для :

Коефіцієнт, так як , а― для,

Місцеві опори на трубопроводі 7 – 7:

При , ., визначаємо значення коефіцієнту для :

Коефіцієнт, так як , а― для,.

Визначаємо втрати тискуна трійникахза формулою (2.16)

Трійник1-1

Коефіцієнт

Трійник 1-1

Ккоефіцієнт

Трійник 2-2

Коефіцієнт

Визначаємо втрати тиску у нагнітаючій лінії насос-гідроциліндр , які будуть складатися зі втрат тиску на тертя на дільниці 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5 (,,,,), місцевих опорів (,) та на трійниках(_,,)

(2.27)

Втрати тиску в зливній гідро лінії гідроциліндр-бак будуть складатися тільки з втрат на тертя на дільницях 6-6, 7-7, 8-8, (,,) та місцевих опорів (,,,) .

(2.28)

Отримані значення тапідставимо в формулу визначення тискуР.

Складаючи отриманні значення втрат на окремих дільницях, визначаємо повну втрату тиску на трасі.

(2.29)

Цю величину слід враховувати при налаштуванні запобіжного клапану. Роздивившись це рішення видна доля окремих опорів в утворенні спільної втрати тиску.

Для підвищення економічності приводу та зменшення нагріву рідини рекомендується наступне: зменшити кількість місцевих опорів та замінити дросель більшої продуктивності.