Kaip visi žinome, vamzdžiai yra kietos medžiagos, o vanduo yra lengvai tekantis skystis. Jei vanduo vamzdžio viduje teka, dalis energijos turi būti paversta šilumos energija ir „suvartota“, tai yra, prarandama dalis vandens slėgio (arba vadinama galvute). Tai yra objektyvių dalykų atspindys ir neišvengiamas vandens srauto judėjimo dėsnis. Paprastai šį energijos transformacijos reiškinį vadiname „energijos praradimu“ (arba „hidrauliniu nuostoliu“, „galvos praradimu“). Jis skaičiuojamas metrais.
Siurblys
Kiek reikšmingas vamzdyno pasipriešinimo poveikis galvai?
Kai kurie vartotojai išmatavo, kad nors vertikalus atstumas nuo rezervuaro ar vandens bokšto iki vandens šaltinio paviršiaus vis dar yra šiek tiek mažesnis nei siurblio aukštis, vandens tūris vis tiek išlieka mažas arba vandens negalima siurbti. Dažna priežastis yra ta, kad dujotiekis yra per ilgas, o vandens vamzdyje yra daug posūkių, todėl per daug sumažėja vandens srauto vamzdyne pasipriešinimas. Paprastai 90 laipsnių posūkis turi didesnį atsparumą nei 120 laipsnių posūkis. Atsparumo praradimas kiekviename 90 laipsnių posūkyje yra maždaug 0,5–1 metras, o kas 20 metrų vamzdyno pasipriešinimas gali sukelti maždaug 1 metro aukščio praradimą. Be to, kai kurie vartotojai taip pat atsitiktinai keičia siurblio įleidimo ir išleidimo vamzdžių skersmenis, o tai taip pat turi tam tikrą poveikį galvutei. Taigi, kiek vamzdyno pasipriešinimas turi įtakos galvutei? Toliau pažiūrėkime į toliau pateiktą lentelę.
Ar suprantate vandens praradimo priežastis, kurias sukelia vandens tekėjimas vamzdyje? 1 klausimas: Taip yra dėl nelygių vamzdžių sienelių trukdančio poveikio.
2. Tai santykinis judėjimas tarp skirtingų vandens srauto sluoksnių. 3. Tai sūkurys, susidarantis dėl vietinio greito vandens srauto pasikeitimo vamzdžių jungiamųjų detalių viduje. Dujotiekio (tinklo) hidrauliniai nuostoliai susideda iš dviejų dalių: nuostolių išilgai dujotiekio ir vietinių nuostolių. Inžinerijos srityje turime apskaičiuoti ir žinoti šių nuostolių dydį, kad galėtume teisingai pasirinkti siurblį ir nustatyti reikiamą siurblio aukštį.
Dujotiekio nuostoliai visame srauto kelyje yra atsparumas trinčiai, atsirandantis per visą srauto procesą. Tai susiję su tokiais veiksniais kaip vamzdžio sienelės šiurkštumas, vamzdžio ilgis, vamzdžio skersmuo ir srauto greitis. Remiantis hidraulikos principais, galima nustatyti jo ryšį.
Dujotiekio nuostoliai yra tiesiogiai proporcingi trinties koeficientui išilgai dujotiekio, kuris yra susijęs su vamzdžio sienelės šiurkštumu. Skirtingos vamzdžių medžiagos turi skirtingą šiurkštumą, o ketaus vamzdžiai yra gana šiurkštūs, todėl trinties koeficientas išilgai dujotiekio yra didesnis; plastikiniai vamzdžiai yra gana lygūs, todėl trinties koeficientas išilgai dujotiekio yra mažesnis. Jis taip pat yra proporcingas vamzdžio ilgiui; atvirkščiai proporcingas vamzdžio skersmeniui. Tai reiškia, kad kai srautas yra pastovus, kuo mažesnis vamzdžio skersmuo ir didesnis srauto greitis, tuo didesni nuostoliai išilgai dujotiekio; jis taip pat yra tiesiogiai proporcingas srauto greičio kvadratinei vertei. Žinoma, skaičiavimas yra gana sudėtingas. Įvertinimui galima naudoti paprastą metodą.
Vietiniai nuostoliai vamzdynuose atsiranda, kai vanduo teka per vamzdyno jungiamąsias detales, tokias kaip dugno vožtuvai, vožtuvai, alkūnės ir reduktoriai. Dėl vietinių įrenginių srauto modelis keičiasi; keičiasi ir tėkmės kryptis bei greitis, o tekėjimo metu atsiranda sūkuriai, dėl kurių vanduo susiduria ir atsitrenkia vienas į kitą. Tokie hidrauliniai nuostoliai, atsirandantys dėl vietinio pasipriešinimo, vadinami vietiniais nuostoliais.
Vietinių nuostolių dydis yra tiesiogiai proporcingas vandens srauto greičio, einančio per vamzdžių jungtis, kvadratui, taip pat yra susijęs su jungiamųjų detalių forma ir kiekiu. Jei jungiamųjų detalių skerspjūvio -forma labai pasikeičia ir yra daug jungiamųjų detalių, vietiniai nuostoliai bus didesni. Nustačius dujotiekio išdėstymo schemą, taikant skaičiavimo metodą reikia apskaičiuoti dujotiekio nuostolių aukštį, o tada – projektinį siurblinės aukštį. Tik tada galima pasirinkti siurblį. Tačiau skaičiavimo procedūra yra gana sudėtinga. Kad būtų paprasčiau, skaičiavimo duomenis galima surinkti į lentelę, kad būtų galima greitai sužinoti. Be to, galima atlikti apytikslį įvertinimą: nuostolių aukštis atitinka 30–50 % faktinio reljefo vandens kėlimo aukščio (išmatuoto). Mažesnio skersmens vamzdžiams ir trumpesniems vamzdynams reikia atsižvelgti į didesnę vertę; didesnio skersmens vamzdžiams ir ilgesniems vamzdynams reikia atsižvelgti į mažesnę vertę.
Visus dujotiekio nuostolius trasoje ir vietinius nuostolius galima apskaičiuoti naudojant esamą programinę įrangą, pvz., Yi Wei sukurtą atrankos programinės įrangos sistemą, siekiant palengvinti skaičiavimo procesą.
Slėgio praradimas, kai skystis teka tiesiu vamzdžiu
Slėgio nuostoliai, kai skystis teka tiesiu vamzdžiu, atsiranda dėl trinties skysčio judėjimo metu ir yra vadinami trinties slėgio nuostoliais. Tai daugiausia priklauso nuo dujotiekio ilgio, vidinio skersmens, skysčio srauto greičio, skysčio klampumo ir kt. Slėgio nuostoliai skiriasi priklausomai nuo skysčio srauto būsenų. Hidraulinėje transmisijoje laminarinis skysčio srautas apskritame vamzdyje yra labiausiai paplitęs, todėl projektuojant hidraulinę sistemą dažnai norima, kad skysčio srautas vamzdyne būtų laminarinis.
Slėgio praradimas skysčių srauto vamzdynuose keliu. Slėgio praradimas laminarinio srauto metu. Hidraulinėje transmisijoje didžioji skysčio srauto būsena yra laminarinis srautas. Esant tokiai būsenai, teoriškai galima apskaičiuoti tiesiu vamzdžiu tekančio skysčio slėgio nuostolius.
Laminarinis srautas apskritame vamzdyje (1) Skysčio greičio pasiskirstymo srauto skerspjūvyje dėsnis. Kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje, skystis laminariai juda apskritu vamzdžiu, kurio skersmuo d. Vamzdis dedamas horizontaliai, o vamzdžio viduje paimamas mažas cilindras, kurio ašis sutampa su vamzdžio ašimi. Tegul jo spindulys yra r, o ilgis – l. Jėgos, veikiančios šį mažą cilindrą išilgai vamzdžio ašies krypties, yra: slėgis kairiajame gale p1, slėgis dešiniajame gale p2 ir trinties jėga cilindro paviršiuje Ff. Tada jėgos balanso lygtis yra tokia:
Iš (2-6) lygties galime daryti išvadą:
Formulėje: μ reiškia dinaminę klampą. Kadangi greičio du padidėjimas turi priešingą ženklą spindulio dr prieaugiui, formulėje pridedamas neigiamas ženklas. Be to, Δp=p1 - p2. Pakeitę Δp ir lygtį (2-45) į (2-44) lygtį, gauname:
Integralas kintamojo atžvilgiu yra:
Kai r=R, u=0. Pakeitus tai (2-47) lygtimi, gaunama:
Tada
Iš formulės matyti, kad srauto greitis u vamzdžio viduje pasiskirsto spindulio kryptimi pagal parabolinį dėsnį. Didžiausias srauto greitis atsiranda ašyje, o jo reikšmė yra:
(2) Srauto greitis dujotiekyje.
(b) paveiksle parodytas sviedinio tūris yra skysčio, pratekančio srauto skerspjūviu-per laiko vienetą, tūris, ty srauto greitis. Jo tūriui apskaičiuoti galima paimti ploną apskritą žiedą, kurio storis dr spinduliu r. Šio žiedinio ploto srautas yra:
Integralui apskaičiuoti galime gauti srautą q:
(3) Vidutinis srauto greitis. Tegul vidutinis srauto greitis vamzdyje yra υ
Palyginimui, galime gauti ryšį tarp vidutinio srauto ir didžiausio srauto:
(4) Slėgio praradimas kelyje. Laminarinio srauto būsenoje slėgio nuostoliai skysčio, tekančio tiesiu vamzdžiu, keliu gali būti apskaičiuojami naudojant formulę:
Iš lygties matyti, kad laminarinio srauto būsenoje skysčio, tekančio tiesiu vamzdžiu, slėgio nuostoliai yra proporcingi dinaminei klampai, vamzdžio ilgiui ir srauto greičiui ir atvirkščiai proporcingi vamzdžio skersmens kvadratui. Praktiškai apskaičiuojant slėgio nuostolius, kad būtų supaprastintas skaičiavimas, turime μ=υdρ/Re ir pakeičiame μ=υdρ/Re, ir skaitiklį bei vardiklį padauginame iš 2g, kad gautume:
Formulėje: λ reiškia trinties koeficientą kelyje. Jo teorinė reikšmė yra λ=64/Re, o praktikoje dėl įvairių faktorių lygiems metaliniams vamzdžiams imamas λ=75/Re, o guminiams vamzdžiams – λ=80/Re. Turbulentiniame sraute slėgio nuostolius sukelia laminarinis kiekvienos dalelės srautas, turintis reguliarų ašinį judėjimą. Nėra šoninio judėjimo. Viena iš svarbių turbulentinio srauto savybių yra ta, kad skysčio dalelės nebeturi reguliaraus ašinio judėjimo, o maišosi ir pulsuoja viena su kita judėjimo metu. Šis ypač netaisyklingas judėjimas sukelia susidūrimus tarp dalelių ir formuoja sūkurius, todėl turbulentiniame sraute prarandama daug daugiau energijos nei laminariniame sraute. Dėl turbulentinio srauto reiškinio sudėtingumo iki šiol nebuvo pasiekta patenkinamų rezultatų jį visiškai ištyrus teoriniais metodais. Todėl tyrimams vis dar naudojami eksperimentai, papildyti teoriniais paaiškinimais. Taigi skysčio srauto slėgio nuostoliai turbulentinėje būsenoje vis dar apskaičiuojami pagal formulę, o λ reikšmė yra susijusi ne tik su Reinoldso skaičiumi Re, bet ir su vamzdžio sienelės paviršiaus šiurkštumu.
2. Vietinis slėgio praradimas
Vietinis slėgio nuostolis reiškia slėgio nuostolius, atsirandančius dėl skysčio srauto, einančio per vožtuvų angas, posūkius, srauto skerspjūvio pokyčius ir kt. Skysčiui tekant per šias sritis dėl skysčio srauto krypties ir greičio pokyčių susidaro sūkuriai, dėl kurių skysčio dalelės susiduria viena su kita, todėl prarandama daug energijos.
Vietinio slėgio nuostolių staiga išsiplėtusiame skyriuje apskaičiavimo formulė gali būti išreikšta taip:
Formulėje: yra vietinis pasipriešinimo koeficientas, kurio reikšmę galima gauti tik teoriniu būdu, kai skystis teka staiga išsiplėtusiu skerspjūviu; kitu atveju jis turi būti nustatytas atliekant eksperimentus. yra vidutinis skysčio srauto greitis, paprastai reiškiantis srauto greitį pasroviui nuo vietinio pasipriešinimo. Bendras dujotiekio sistemos slėgio nuostolis yra lygus visų srauto slėgio nuostolių--ir visų vietinių slėgio nuostolių sumai, ty:
