Гидравлика и гидравлические машины

Для идеальной жидкости. 

                                                                                                          

                                                                                     H2   

Z1 Z2

 
 

Для реальной жидкости. 
 

                                                                                                            

                                                                                     H2   

Z1 Z2

 
 

Приборы для измерения

расхода и скорости жидкости 

1) Расходометр Вентури: состоит из цилиндрических труб А и В диаметром d₁ соединенных с трубопроводом, сужающегося и расширяющегося участка C и D, между которыми находится цилиндрическая труба диаметром d₂ (d₁>d₂). В сечениях 1-1 и 2-2 цилиндрических участков установлены Пьезометр a и b, разность уровней жидкости.

 
 

2) Расходомер с диафрагмой: в расширенной части манометра в измеряющей жидкости плавает поплавок, с помощью рычажного устройства передающей информацию о своем положение стрелки, которая фиксируется на шкале и, градуированной в единицах расхода. Здесь увеличение скорости потока происходит при его подходе через отверстия в пластине, называемой диафрагмой. При резком изменении возникают зоны вихрей, потери напора возрастают, и коэффициент расхода уменьшается.

3) Трубка Пито: применяется для измерения скоростей для безнапорных потоков. 

 

      h

 

 
 
 

 

Режимы  движения жидкости. 

  Различают   два режима: ламинарный и  турбулентный.

     При  ламинарном движении не происходит  перемешивание слоев жидкости, это наблюдается при малой скорости движения или при движении вязких жидкостей.

  Турбулентное  движение происходит при значительных  скоростях движения жидкостей  и находит наибольшее применение, так как при малых скоростях  требуются большие диаметры трубопроводов.

 
 

 

Число Рейнольдса 

    Число Рейнольдса (Re) – это критерий, по которому определяют режим движения жидкости.

   -  величина безразмерная 

Re _кр. =2300 

            Re<2300 – ламинарное движение

            Re>2300 – турбулентное движение 

Шероховатость  стенок трубопроводов

     При движение жидкости  около стенок образуется тонкий  пограничный слой, скорость движения жидкости в котором равна 0.

Поверхность трубопровода в зависимости от материала, способа  отработки и времени эксплуатации  и имеет неровную поверхность, т.е. шероховатость  К , которая  характеризуется  следующими величинами:

 К

 

   К

 

     Т.к.  при одинаковой величине абсолютной  шероховатости её влияние при  различных диаметрах различна, то  вводят понятие относительной  шероховатости:

где: К – абсолютная шероховатость, гидравлически шероховатая поверхность, гидравлически гладкая поверхность;

        r – радиус. 

     При  проектировании трубопроводов стремительные  нормы и правила (СНиП) предусматривает  определенную эквивалентную шероховатость:

1 -  для водяных   тепловых сетей К _экв = 0,5мм;

2 -  для паропроводов   К _экв = 0,2мм;

3 – для трубопроводов  горячего водоснабжения и конденсатопроводов   К_экв.=0,01мм. 

Определение потерь напора по длине

где:

- коэффициент гидравлического трения, определяется по формулам, в зависимости от режима движения жидкости;

               l –длина трубопровода в метрах,м;

              d – внутренний диаметр трубопровода,м;

               w- скорость, . 

Формулы для определения

1. Режим ламинарный:  - формула Пуазейля

2. Турбулентное  движение:

  2.1 поверхности  гидравлически гладкие:  – формула Блазиуса 

  2.2 поверхности  гидравлически шероховатые

- формула Альтшуля 

- формула Шифринсона

Re_кр =568d

Re <  Re_пр. - формула Альтшуля

Re >  Re_пр. – формула Шифринсона 

Местные сопротивления. 

     На  трубопроводах устанавливаются  различные устройства (вентиля, задвижки) в котором происходит дополнительная потеря напора. 

 

Сопротивление может характеризоваться различными способами: 

1. Коэффициентом  местного сопротивления. Величина безразмерная,

принимается по справочникам зависимости рода сопротивления (иногда диаметром).

, м

2. Местное сопротивление  характеризуется эквивалентной длиной 

, м 

        Эквивалентной длиной называются участок прямого трубопровода того же, диаметра, что и местное сопротивление, потери напора на котором равны потерям напора в местном сопротивлении.

    Например.

_- для задвижки d=57мм, l= 0.65м , т.е потеря напора на прямом трубопроводе 0,65м = потери напора задвижки.

К _экв.=0,5мм  принимается по справочникам в зависимости от рода сопротивления наружного диаметра трубопровода и эквивалентной шероховатости. 

Определение суммарных потерь напора 

     Трубопроводы  представляют собой сочетание  прямолинейных участков трубопровода  и местных сопротивлений,  поэтому  возникает необходимость определять суммарные потери напора.

1. + =

2.

 

Назначение  и классификация  трубопроводов 

     В  современной технике трубопроводы  используются для перемещения  разнообразных жидкостей (воды, нефти,  нефтепродуктов) и газов. Их изготовляют  из разных  материалов (метала, бетона, стекла и др.) Наряду с трубопроводами малых длин и диаметров, применяемых в лабораторной технике и контрольно-измерительной аппаратуре, имеются магистральные трубопроводы, протяжностью в тысячи километров и диаметром в несколько метров. 

Простым трубопроводом называется трубопровод, не имеющий разветвления на пути движения жидкости от точки забора до точки потребления.

 

Сложным трубопроводом представляет собой сеть труб, состоящую из одной магистральной трубы и ряда отходящих от неё ответвлений.

  Сложные трубопроводы подразделяются на следующие основные виды:

Параллельные  трубопроводы - к основной магистрали, параллельно подключены одна или несколько труб. 

 
 

Разветвленные трубопроводы - жидкость из магистрали подается в боковые ответвления, но обратно в магистраль не поступают. 

 
 
 

Кольцевые трубопроводы - замкнутые в сеть (кольцо), питаемую от основной магистрали. 

 
 
 

        Длинные трубопроводы - для которых потери напора в местных сопротивлениях малы по сравнению с потерями напора на трение (по длине). В этом случае первыми или пренебрегают или учитывают их через эквивалентную длину. Пример длинных трубопроводов линейные участки магистральных нефтепроводов. При расчете, которых местными сопротивлениями обычно пренебрегают, т. к. они составляют    1-2% потерь на трение.

Короткие  трубопроводы учитывают оба вида потерь напора, т.к. они соизмеряемы по величине, пример таких трубопроводов - обвязка насосных станций и эксплутационных нефтяных скважин.

В сложных трубопроводах  различают:

- транзитный расход, т.е. расход, передаваемый по магистрали;

- путевой (попутный), отбираемый из магистрали в ряде промежуточных точек по                                                                                                         пути движения жидкости. 

Трубопроводы, работающие под вакуумом

( Сифонные трубопроводы) 

     Сифонным  трубопроводом называют такой самотечный трубопровод, часть которого находится выше уровня жидкости в резервуаре, из которого происходит подача жидкости. Для приведения действия сифонного трубопровода необходимо создать разрежение.

     Сифонный трубопровод применяют в качестве водосбросов гидротехнических  сооружений, для слива нефтепродуктов из цистерн, опорожнение водоемов, применяют при прокладке водоводов через возвышенности.

     В  водоснабжении иногда применяются  особые конструкции сифонных  трубопроводов – сифонные водосборы. 

 X

 

      Zx

 

 a a

      A 

 b b