Местные сопротивления запорной арматуры

При обычных условиях затвор (клапан, задвижка, кран и т. д.) либо полностью открыт, либо полностью закрыт; промежуточные положения могут иметь место лишь как исключение и не являются основными рабочими положениями затвора.

В связи с этим наибольший интерес представляют собой величины сопротивления затворов в открытом положении.

Величина коэффициента сопротивления ζ зависит от его размеров, конструкции и конфигурации внутренних полостей, определяющих прямолинейность потока, постоянство сечений и т. д. ζ определяется для каждой конструкции опытным путем.

С определенной степенью точности можно считать, что каждое из изделий в арматуре представляет собой систему последовательно установленных элементов, создающих сопротивления (поворот струи, расширение, сужение, снова поворот и т. д.

), поэтому потеря напора в арматуре будет примерно равна сумме потерь напора в каждом из элементов арматуры.

Общий коэффициент сопротивления изделия приближенно можно рассматривать как сумму аналогичных коэффициентов отдельных элементов, отнесенных к одной и той же скорости среды в трубопроводе, т. е.

ζ = ζ l + ζ 2 + ζ 3 +… + ζ i,

Ниже приводятся данные о сопротивлении наиболее часто встречающихся элементов арматуры в зависимости от их формы и соотношения размеров. При расчете необходимо значения ζ относить именно к тем сечениям и скоростям, относительно которых они получены.

Внезапное расширение струи (рис. 1, а) создает наибольшие потери напора. В этом случае скорость частиц жидкости теряется на образование завихрений, перемешивание жидкости, нагревание ее и т. д. Приближенная зависимость коэффициента местного сопротивления от соотношения площади сечения трубы до и после расширения потока выражается формулами:

Местные сопротивления запорной арматуры

где ζ и ζ’ — коэффициенты сопротивления, отнесенный к скорости среды в трубе до и после расширения (табл. 1).

Местные сопротивления запорной арматуры

Рисунок 1 – Схема движения жидкости в переходах при расширении: а) внезапное; б) постепенное

Таблица 1 — Значение ζ при внезапном расширении

f/F 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
ζ 0,01 0,04 0,09 0,16 0,25 0,36 0,49 0,64 0,81

Постепенное расширение струи — диффузор (рис. 1, б) обычно вызывает значительно меньшие потери напора, чем в случае внезапного; поэтому там, где это возможно, переход с внезапным расширением следует заменять конусным переходом с возможно большей длиной l конусной части, т. е. с возможно малой величиной φ. При малых углах (φ ≤ 12°) можно приближенно принимать

Местные сопротивления запорной арматуры

  • где f и F — площадь сечения трубы до и после расширения соответственно.
  • φ — угол конуса в переходной части.
  • Общие потери давления в диффузоре состоят из потерь на расширение и на трение, в соответствии с этим

Местные сопротивления запорной арматуры

при величине φ = 0 ÷ 25°

Местные сопротивления запорной арматуры

здесь k = 1 ÷ 2 – коэффициент, учитывающий влияние условий входа на коэффициент сопротивления

Местные сопротивления запорной арматуры

где λ — коэффициент сопротивления трения единицы длины диффузора, зависящий от числа ReD и степени шероховатости стенок.

Диффузоры с углом φ > 40° дают большое сопротивление, поэтому применение их нецелесообразно. В случае необходимости установки короткого диффузора с φ > 40° более целесообразно выполнить внезапное расширение.

Постепенное сужение потока (рис. 2, а) создает обычно небольшие потери напора.

Местные сопротивления запорной арматуры

  1. Рисунок 2 – Схема движения жидкости в переходах при расширении: а) внезапное; б) постепенное
  2. При небольшом угле конусности (φ < 5°) и при хорошо закругленном переходе потеря напора имеет место лишь на трение.
  3. При этом можно принимать ζ’= 0,06 ÷ 0,005.
  4. ζ’, отнесенный к скорости среды после сужения, можно определить по формуле

Местные сопротивления запорной арматуры

Значения η — коэффициента смягчения входа — приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Значения коэффициента смягчения входа η

φ° η при l/D φ° η при l/D
0,25 0,60 1,00 0,25 0,60 1,00
5 0,80 0,70 0,60 45 0,20 0,13 0,10
10 0,67 0,45 0,31 50 0,18 0,12 0,10
15 0,55 0,32 0,23 55 0,17 0,12 0,10
20 0,45 0,27 0,19 60 0,16 0,12 0,10
25 0,35 0,22 0,16 65 0,16 0,13 0,10
30 0,30 0,19 0,12 70 0,17 0,14 0,10
35 0,26 0,16 0,11 75 0,18 0,15 0,11
40 0,22 0,14 0,10 80 0,19 0,16 0,12

Внезапное сужение потока (рис. 2, б) создает сопротивление, зависящее от отношения сечений f/F.

ζ’, отнесенный к скорости потока, после сужения определяется по формуле

Местные сопротивления запорной арматуры

Рисунок 3 – Поворот трубы: а – плавный; б — резкий

Плавный поворот трубы (рис. 3, а) создает сопротивление, зависящее от величины D/R, т. е. от ее отношения диаметра к радиусу закругления и от ее угла поворота в месте закругления.

В связи с действием сил трения, сил инерции и разности скоростей движения жидкости в трубе по внутреннему и внешнему закруглениям в ее повороте образуются поперечные потоки жидкости. Эти поперечные потоки создают дополнительные сопротивления и увеличивают площади мертвой зоны в потоке при повороте.

В арматуре целесообразно при поворотах потока создавать сечения, приближающиеся к прямоугольным с малой стороной прямоугольника по направлению радиуса закругления.

Для круглой трубы постоянного сечения при повороте на 90° и условии D 2R 5D (табл. 3)

Местные сопротивления запорной арматуры

Таблица 3 — Значения коэффициента местного сопротивления при повороте трубы

Местные гидравлические сопротивления

К местным гидравлическим сопротивлениям относятся различные устройства и элементы, устанавливаемые на трубопроводах, в которых происходит нарушение нормального движения потока в результате его деформации с изменением направления и значения средней скорости и возникновением вихреобразования. В результате деформации турбулентного потока происходит интенсивное перемешивание частиц и обмен количеством движения между частицами жидкости.

К элементам и устройствам относятся фасонная и трубопроводная арматура: отводы (колена), переходники, тройники, крестовины, диафрагмы, сетки, запорные регулирующие вентили (краны), задвижки, затворы, предохранительные и регулирующие клапаны, всасывающие наконечники, устанавливаемые на входе в трубу насосов, и т.д.

Самые простые местные гидравлические сопротивления можно разделить по направлению вектора средней скорости.

1.Скорость переменна при неизменном направлении движения потока жидкости.

Например, расширение трубы (русла) может быть плавное или внезапное; сужение трубы (русла) — плавное или внезапное.

2.Скорость постоянна при изменении направления движения потока.

Например, поворот трубы (русла) в виде плавного или резкого (см. рис.).

Местные сопротивления запорной арматуры

К более сложным местным сопротивлениям относятся сопротивления, в которых вектор скорости изменяется по значению и направлению, а также при слиянии или разделении потоков. Например, задвижки, клапаны, вентили и т.д., а также тройники, крестовины (см. рис.).

Местные сопротивления запорной арматуры

В таких сопротивлениях в результате резких изменений направления и скорости происходит весьма значительная деформация потока с возникновением интенсивного вихреобразования.

Местными потерями напора называют затраты удельной механической энергии, обусловленные работой сил трения и вихреобразованием на преодоление потоком жидкости местного сопротивления. На поддержание вихрей в определенной зоне затрачивается энергия потока.

Вейсбах предложил местные потери напора определять по формуле:

Местные сопротивления запорной арматуры

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
ζ-Это коэффициент сопротивления, он будет находится дополнительными формулами о которых напишу ниже.
V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

Коэффициент ζ, показывает количество скоростного напора, затрачиваемого на преодоление какого-либо местного сопротивления. В местном сопротивлении потери механической энергии при движении потока через него превращаются в тепловую энергию.

Коэффициент местных сопротивлений зависит:

  • от формы и геометрических размеров;
  • шероховатости внутренней поверхности сопротивления;
  • режима движения.
  • В общем виде коэффициент ζ, можно представить в следующем виде:

    Местные сопротивления запорной арматуры

    В — безразмерный коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления при ламинарной и переходной области сопротивления; Re — число Рейнольдса;
    ζкв — коэффициент местных сопротивлений для квадратичной области, т.е. не зависящий от Re.
    Читайте также:  Цветочные корзинки полушаровидной формы с вдавленной серединой состоящие из трубчатых цветков

    Для квадратичной области сопротивления ζ = ζкв. Обычно при гидравлических расчетах принимается ζкв.

    • Квадратичная область — это когда поток имеет турбулентный режим, в таком режиме сопротивление движению жидкости пропорционально квадрату скорости.
    • Коэффициент ζ, находится опытным путем, а значения ζкв для различных местных сопротивлений, В приводятся в гидравлических справочниках.

    На практике сантехника и инженера по монтажу врядли встретится задача которая требует незмедлительно знать эти параметры типа: [ B, ζ, ζкв ].

    Вам они понадобятся в случаях, если вы будете защищать кандидатскую или изобретать к примеру особенный кран на высоких скоростях. Поэтому вам это не понадобится.

    На практике эти цифры обычно очень маленькие и не принимаются в расчет. Но есть исключения.

    1. Ниже мы разберем основные встречающиеся задачи по местным сопротивлениям, которые следует учитывать.

    Вообще формул очень много, я не стану вам приводить такое количество, чтоб не грузить вашу голову. К тому же большинство формул на практике даже не пригодятся.

    • Рассмотрим два варианта местных сопротивлений это варинты закругления трубы:
    • 1. Закругленным углом (а)
    • 2. Прямым углом — коленом (б)
    • Смотрите рисунок.

    Местные сопротивления запорной арматуры

    Разберем сначала второй вариант, так как он вызывает большое гидравлическое сопротивление нежели с закругленным углом.

    Для нахождения коэффициента местного сопротивления ввиде коленного поворота(см.рис.[б]), используем формулу:

    Местные сопротивления запорной арматуры

    Данная формула применима к трубам малого диаметра ну максимум до 50мм. Чем больше диаметр, тем меньши коеффициент местного сопротивления.

    ζ-коеффициент местного сопротивления.
    β-угол отвода(колена).

    Также для наглядного понимания приведу таблицу:

    Местные сопротивления запорной арматуры

    1. Данная таблица соответствует опытам с трубами диаметром 30мм.
    2. Видно что при 90° коеффициент местного сопротивления приблизительно равен единице.
    3. Полученный коэффициент местного сопротивления вставляем в формулу:

    Местные сопротивления запорной арматуры

    И получаем потерю напора в метрах.

    На практике это обычно ну очень маленькая цыфра и существенно бывает не заметно. Но если у вас очень большие скорости движения жидкости и количество таких местных сопротивлений исчисляется десятками, то следует посчитать обязательно. Каждая потеря на местном сопротивление, просто складывается к остальному числу, если они соеденены последовательно(друг за другом).

    Не мало важная формула для нахождения местного сопротивления на отводах с закруленным углом(см.рис.[а]). Это могут быть и гнутые трубы под определенным радиусом и определенным углом.

    • Данная формула справедливо при условии:

    Местные сопротивления запорной арматурыМестные сопротивления запорной арматуры

    d-внутренний диаметр трубы, в переводе на метры.
    R-радиус скругления угла, в переводе на метры.
    β-угол сгибания трубы.

    Данная формула понадобится тем, кто занимается монтажом теплых водяных полов, при котором очень важно понять, что каждое сгибание трубы это дополнительное местное сопротивление. Поэтому чем меньше будет поворотов, тем меньше будет потерь напора, тем легче и быстрее будет проходить жидкость.

    Поэтому очень целесообразно использовать при раскладке теплых полов метод улитки. Так как метод улитки позволяет разложить на поверхности пола трубу так, чтобы в нем было меньше поворотов, тем самым уменьшая потерю напора.

    1. Для тех, кто хочет сделать теплый водяной пол своими рукам, вот здесь подробнее: Водяной теплый пол своими руками.

    2. Таблица: (Значение коэффициента сопротивления ζ для отвода на 90° при различных закруглениях).
    3. Я думаю вы уже запомнили, что полученный коэффициент вставляем в формулу:

    и получаем потерю напора на местном сопротивлении. Если их много, а их много особенно в теплых полах.

    Просто необходимо найти потерю напора на одном местном сопротивлении и полученный ответ помножить на количество поворотов.

    Ну вот собственно и все, что нам пригодится для расчета местного сопротивления. Если что-то не понятно пишите коментарии, обязательно отвечу.

    Клапан запорный (вентиль)

    Клапан запорный (вентиль) – служит для перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе, движущегося в одном направлении. Направление движения рабочей среды по стрелке на корпусе. Запирающий элемент перемещается параллельно оси потока. 

    Применяют запорные клапаны, чаще всего, на паро- и водопроводах, поскольку они создают высокое сопротивление потоку, выше чем задвижки. При течении поток искривляется, меняет свое направление, сужается, затем расширяется до первоначальных размеров. При этом возникают интенсивные вихреобразования.

    Поэтому их применяют когда движение среды происходит только в одном направлении и не вызывает больших гидравлических сопротивлений. Специальные клапаны применяют для ручного дросселирования давления (например, редукционный вентиль на установках термического крекинга).

    Следует заметить, что до 1982 года клапаны, в которых затвор перемещается при помощи резьбовой пары шпиндель – ходовая гайка, назывались вентилями. В настоящее время клапаном называют и арматуру с резьбовым шпинделем и с гладким штоком.

    Конструкция

    Клапан состоит из следующих основных элементов:

    • корпус
    • крышка
    • штурвал
    • сальник
    • шпиндель (шток)
    • затвор (золотник)
    • седло

    Запорным органом является затвор, поступательно перемещающийся в вертикальной плоскости. Уплотнительные поверхности затвора запорного клапана могут иметь форму:

    1. Плоскую (золотник) – хорошо работают в жидких и газообразных средах, не содержащих взвешенных частиц;
    2. Конусовидную – используются для высоких давлений со взвешенными частицами.

    Местные сопротивления запорной арматурыКлапан запорный (вентиль)

    Седло клапана ввинчивается или вваривается в корпус изделия. 

    Конструкция верхнего уплотнения защищает сальниковую набивку, когда клапан находится в полностью открытом положении, чем исключается долговременное воздействие давления рабочей среды на набивку. Сальниковая набивка выполнена из терморасширенного графита и имеет хорошую уплотнительную способность. 

    Крышка крепится на корпусе при помощи шпилек с навернутыми на них шестигранными гайками, что позволяет быстро и удобно производить разборку изделия. Спирально навитая прокладка надежно уплотняет соединение крышки с корпусом даже при высокотемпературных условиях эксплуатации.

    Кстати, прочтите эту статью тоже:  Дисковый затвор

    На клапанах высокого давления возможно применение металлической прокладки овального или восьмиугольного сечения. Втулка шпинделя изготавливается из латуни, что позволяет обеспечивать свободное и мягкое открытие клапана.

    Уплотнение шпинделя

    По способу герметизации соединения шпиндель-крышка, клапаны делятся на:

    Сальниковая – для уплотнения места прохода шпинделя используется сальниковая набивка – пропитанная антисептическими и гидрофобными составами специальная формованная лента из материалов растительного происхождения.

    Набивка сжимается в направлении оси штока или шпинделя и, благодаря своим упругим свойствам, расширяется в радиальном направлении, плотно заполняя пространство зазора между стенкой и штоком.

    Сальниковое уплотнение наиболее распространенный тип уплотнения благодаря своей простоте, низкой стоимости и возможности ремонта.

    Местные сопротивления запорной арматурыСальниковое уплотнение

    Сильфоннаямембранная – отличается отсутствием подвижных соединений с зазорами, через которые рабочая среда может вытечь наружу, благодаря тому, что устройство управления движением затвора находится по одну сторону упругого элемента, а рабочая среда – по другую сторону. Иначе говоря, стенка сильфона или мембрана выступают в роли герметизирующего элемента подвижного соединения.

    Классификация

    Проходные 

    Самые распространенные. В таком вентиле поток делает два поворота на 90°, что приводит к высокому сопротивлению и появлению застойных зон в корпусе.

    • Местные сопротивления запорной арматуры
    • Иногда ось выходного патрубка смещена относительно входного.
    • Местные сопротивления запорной арматуры

    Угловые 

    Размещаются на поворотных участках трубопровода, в них поток поворачивает на 90° один раз, что позволяет снизить сопротивление по сравнению с проходными. 

    Местные сопротивления запорной арматуры

    Прямоточные (вентиль Косва)

    Для снижения гидравлического сопротивления применяют вентили со шпинделем расположенным под углом 45 градусов к потоку (вентиль Косва). Это позволяет выпрямить поток внутри вентиля и уменьшить его сопротивление. Но при этом увеличивается ход штока, строительная длина и масса изделия.

    Кстати, прочтите эту статью тоже:  Виды трубопроводной арматурыМестные сопротивления запорной арматурыВентиль Косва

    Принцип работы

    При вращении штурвала происходит поступательное (перпендикулярно потоку) перемещение шпинделя, который прижимает золотник к седлу.

    Местные сопротивления запорной арматурыПоложения открыто/закрыто

    Основной особенностью конструкции запорного клапана является уплотнение затвора. При закрытии клапана золотник плотно прилегает к седлу.

    Коэффициенты местного сопротивления 

    Коэффициенты местного сопротивления для различных элементов трубопровода:

    Местные сопротивления запорной арматуры

    Подбор запорного клапана (вентиля)

    Поскольку запорные клапаны создают высокое сопротивление потоку применяют их, чаще всего, на паро- и водопроводах. 

    Выбор запорного клапана будет зависеть от следующих параметров:

    • Назначение и условия работы.
    • Управление: ручное, редукторное, электрическое
    • Гидравлические характеристики: класс герметичности, удельный расход и прочие.
    • Монтажные условия: масса и размеры, вид соединения с трубопроводом, условный диаметр прохода.
    • Дополнительные требования, если имеются.
    Читайте также:  Уцрээо северский трубный расшифровка

    Движение потока рабочей среды относительно запорного клапана, выбирается в зависимости от давления:

    • При низком давлении – движение потока над седлом 
    • При высоком давлении – движение потока над золотником

    В клапанах низкого давления рабочая среда протекает непосредственно над седлом. Крутящий момент при закрытии клапана будет более высоким.

    В клапанах высокого давления поток рабочей среды поднимается над золотником, создавая прижимающие усилия, уменьшающие крутящий момент при закрытии затвора. При открытии золотник поднимается на расстояние 25-40% от своего полнопроходного положения.

    Преимущества и недостатки

    По сравнению с задвижками клиновыми, также являющимися запорной трубопроводной арматурой, конструкция клапанов позволяет использовать внутреннее рабочее пространство изделия более рационально.

    Простота конструкции клапанов обеспечивает быстроту их производства и обслуживания. Надежное уплотнение затвора и незначительная сила трения сопрягаемых поверхностей позволяют эксплуатировать вентиля в течение продолжительного периода.

    Основные преимущества клапанов запорных: 

    • Высокие эксплуатационные характеристики изделия совместно с его простой и надежной конструкцией позволяют эффективно эксплуатировать запорные клапаны в различных отраслях промышленности.
    • малый ход затвора для полного открытия (обычно не более 0,25 номинального диаметра, в то время как у задвижек – не менее диаметра) и, соответственно, малая строительная высота и масса;
    • в клапанах гораздо проще, чем в задвижках, обеспечить требуемую герметичность затвора (путём применения уплотнительных колец из различных неметаллических материалов);
    • при закрытии и открытии клапана в отличие от задвижки практически исключается трение уплотнения затвора о седло, что существенно уменьшает износ уплотнительных поверхностей;
    • возможность применения сильфона в качестве уплотнения арматуры по отношению к внешней среде.

    Кстати, прочтите эту статью тоже:  Виды трубопроводной арматуры

    Недостатки клапанов:

    • высокое (по сравнению с шаровыми кранами и задвижками) гидравлическое сопротивление, что при больших диаметрах прохода и высоких скоростях среды создаёт большие потери энергии и вызывает необходимость соответственно повышать начальное давление в системе;
    • ограничение пределов применения по диаметру, о котором было сказано выше;
    • наличие в большинстве конструкций застойных зон, в которых скапливаются механические примеси из рабочей среды, шлам, что приводит к интенсификации процессов коррозии в корпусе арматуры.

    Технические характеристики

    Основные технические характеристики клапанов запорных:

    • Управление клапанными запорными: ручное, редукторное, электрическое.
    • Технические условия по ГОСТ 3326, ГОСТ 9697,
    • Номинальный диаметр: DN 15-400 мм,
    • Номинальное давление: от вакуума 5·10−3 мм рт. ст. до 250 МПа.
    • Температура: от -200 до +600 °C

    Материальные исполнения из сталей:

    • углеродистая,
    • легированная холодостойкая,
    • жаростойкая нержавеющая,
    • нержавеющая сталь со специальными свойствами.

    Местные сопротивления запорной арматуры

    Гидравлическое сопротивление

    Местные сопротивления запорной арматуры

    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.

    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

    Местные сопротивления запорной арматуры

    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

    Местные сопротивления запорной арматуры

    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

      Узел запорной арматуры чертеж

    1. ξ поворот = 0,946sin(α/2) + 2.047sin(α/2) 2
    2. где α – угол поворота трубопровода.
    3. Местные гидравлические сопротивления при входе в трубу

    Местные сопротивления запорной арматуры

    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.

    1. Гидравлическое сопротивление полностью открытой запорной арматуры равно
    2. ξвентиля = от 2,9 до 4,5
    3. Величины коэффициентов местных гидравлических сопротивлений для каждого вида запорной арматуры можно определить по справочникам.
    4. 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
    Читайте также:  Труба стальная в альметьевске

    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

    1. На преодоление гидравлических потерь затрачивается работа различных устройств (насосов и гидравлических машин)
    2. 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.
    3. 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.
    4. Источник

    Местные потери напора

    • На этой странице собрана информация по коэффициентам местного сопротивления, которые могут быть использованы для расчета местных потерь напора в задачах инженерной практики
    • Задвижка

    При расчете трубопроводных систем коэффициент сопротивления открытой задвижки принимается ζзадв = 0,1 — 0,2. Если задвижка прикрыта на определенную величину, то коэффициент сопротивления напрямую зависит от степени закрытия. Ниже представлена таблица зависимости коэффициента сопротивления задвижки от степени закрытия. Чем больше степень закрытия — тем больше коэффициент сопротивления.

      Как настроить запорную арматуру сливного бачка

    Степень закрытия (d-h)/d 1/8 2/8 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8
    ζзадв 0,07 0,26 0,81 2,06 5,52 17,0 97,8

    Шаровой кран

    Коэффициент сопротивления шарового крана зависит от его диаметра (условного прохода). Ниже представлена таблица с коэффициентами. Диаметр крана приведен в дюймах (т.к. чаще всего он соединяется с трубами на резьбе), но ниже дан соответствующий диаметр в мм

    D, дюймы 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2
    D, мм 15 20 25 32 40 50
    ζ 0,26 0,13 0,12 0,11 0,103 0,101

    По правилам русского языка, в отношении, в данном случае, запорной арматуры, элементом которой является шар, правильное произношение и написание будет шаровой кран, а не шаровый кран. Шаровый означает цвет (дымчато-серый)

    1. Вентиль
    2. Коэффициент местного сопротивления вентиля для расчетов может быть принят равным 6
    3. ζвент = 6
    4. Поворотный затвор
    5. Коэффициент сопротивления поворотного затвора для технических расчетов может быть принят равным 0,15 — 0,25
    6. Обратный клапан
    7. Коэффициент сопротивления обратного клапана для технических расчетов может быть принят равным 1,7
    8. Плавный поворот

    Коэффициент сопротивления при плавном повороте потока зависит от угла поворота ( α ) . Для стандартных отводов на 90 о коэффициент ζ = 0,5 — 0,6. Коэффициент сопротивления при повороте на произвольный угол ( α ) может быть найден по формуле: ζпов = ζ90·α/90

    • Резкий поворот
    • Коэффициент местного сопротивления при резком повороте зависит от угла поворота ( α ). Эта зависимость представлена в табличной форме ниже
    α 20 30 45 60 75 90 110 130 150 180
    ζпов 0,13 0,16 0,32 0,56 0,81 1,19 1,87 2,59 3,20 3,60
    1. Внезапное расширение
    2. Потеря напора может быть рассчитана по скорости до (v₁) или после изменения диаметра (v₂)
    3. Внезапное сужение
    4. Потеря напора на внезапное сужение может быть также рассчитана по скорости (v₂) после сужения по формуле ниже:
    5. Плавное расширение (переход расширяющийся)

    Коэффициент местного сопротивления для стандартного расширяющегося перехода может быть принят ζпер.расш. = 0,25

    ! При вычислении потери напора скорость берется по меньшему диаметру !

    Плавное сужение (переход сужающийся)

    Коэффициент местного сопротивления для стандартного сужающегося перехода может быть принят ζпер.суж. = 0,1

    • При вычислении потери напора скорость также берется по меньшему диаметру
    • Обратный клапан с сеткой
    • При вычислении потерь напора на обратном клапане с сеткой, который устанавливается в определенных случаях на всасывающем трубопроводе от насоса для забора воды из водных объектов, коэффициент местного сопротивления может быть принят: ζобр.кл = 5,0 – 10,0
    • Вход в трубу

    Коэффициент местного сопротивления при входе в трубу из резервуара зависит от того, как «оформлено» место входа. Скругленные кромки (вариант Б) уменьшают гидравлическое сопротивление. Если труба заведена вовнутрь (вариант Г), то коэффициент сопротивления, напротив, больше.

    Вход в трубу с поворотом

    Коэффициент сопротивления при входе в трубу из резервуара ζвх.α также зависит от угла поворота α. Чем больше угол — тем больше местное сопротивление.

    Выход в резервуар под уровень жидкости

    Потери напора при выходе из трубопровода в резервуар под уровень жидкости равняются скоростному напору потока в месте выхода, т.е. коэффициент сопротивления ζвых = 1

    Потери, связанные с течением жидкости через тройники

    Источник

    Коэффициенты местных сопротивлений в таблицах

    Все мы прекрасно видели в таблице аэродинамического расчета столбик коэффициента местного сопротивления (КМС).

    Постараемся найти ответы на вопросы: Что это? От каких факторов зависит коэффициент местного сопротивления? Зачем вообще его учитывать? И самый главный вопрос: как определить коэффициенты местных сопротивлений воздуховодов? Значение определяется опытным путем и расчетами.

    Для стандартных элементов таких как тройник, колено, задвижка, диффузор, решетки и другие уже давно определили коэффициенты местных сопротивлений. Данные со значением коэффициентов можно найти в справочной литературе, или же они указаны в каталоге производителя.

    Бывают случаи, когда и нужно воспользоваться калькулятором. Ниже вы можете увидеть таблицы коэффициентов из справочников и каталогов, а также рассмотрим расчет коэффициента местных сопротивлений и от чего он зависит.

    Коэффициент местного сопротивления

    Сначала дадим определение коэффициенту местного сопротивления. Местными сопротивлениями называются называют точечные потери напора, связанные с изменением структуры потока. В вентиляции существует множество составляющих, что играют роль местного сопротивления:

    • поворот воздуховода,
    • сужение или расширение потока,
    • вход воздуха в воздухозаборную шахту;
    • «тройник» и «крестовина»;
    • приточные и вытяжные решетки и воздухораспределители;
    • воздухораспределители;
    • диффузор;
    • заслонки и т.д.

    Их КМС рассчитываются по определенным формулам, а затем они участвуют в определении местных потерь давления. В математическом понятии коэффициент местных потерь — это отношение потерь известного напора в местном сопротивлении к скоростному напору.

    Коэффициент местного сопротивления зависит от формы и вида местного сопротивления, шероховатости воздуховода и как ни странно от числа Рейнольдса. Для заслонок и другой запорной арматуры к перечисленному додается еще степень открытия.

    1. Связанность КМС с числом Рейнольдса выражается в формуле
    2. Значения коэффициентов В для некоторых местных сопротивлений

    Чем больше число Rе тем меньше от него зависит коэффициент. Полная независимость коэффициента местного сопротивления от числа Rе в вентиляционной системе происходит для резких переходов при Rе > 3000, а для плавных переходов — при Rе > 10000.

    Суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке воздуховода равен сумме всех местных коэффициентов на этом участке.

    На практике же времени особо для расчета КМС нету, поэтому проектировщики пользуются таблицами со справочников и других источников. Тем более зачем тратить кучу времени на поиски формул и расчеты, если это уже сделали за вас.

    Многие производители шумоглушителей , клапанов и решеток с удовольствием указывают значение коэффициента местного сопротивления в каталогах. Но, конечно, уж если совсем никаких данных не нашли, тогда нужно прибегнуть к математике.

    Таблица коэффициентов местного сопротивления

    Мы проанализировали техническую литературу и другие источники и предоставляем вам для пользования таблицы со значениями КМС для разных элементов системы. В нашем случае это каталоги фирмы ВЕЗА, Belimo, справочник проеткировщика Н,Н, Павлова и справочник Р. В. Щекина.

    Источник

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector