Розрахунок гідроліній

Метою розрахунку гідроліній є визначення внутрішнього діаметра трубопроводів, втрат тиску на подолання гідравлічних опорів і товщини стінок труб.

Внутрішній діаметр (умовний прохід) трубопроводу d визначають за формулою

, (2.1)

або

, (2.2)

де Q – витрата рідини, м³/с (для (2.1)) і л/хв (для (2.2));

υ – швидкість руху рідини, м/с;

d – внутрішній діаметр трубопроводу, м (для (2.1)) і мм (для (2.2)).

Швидкість плину рідини в трубопроводах залежить в основному від тиску в гідросистемі (таблиця 2.2).

Таблиця 2.2 – Значення швидкості робочої рідини, що рекомендуються

Втрата тиску на подолання гідравлічних опорів по довжині кожної ділянки трубопроводу визначається за формулою

, (2.3)

де ρ – щільність робочої рідини, кг/м³;

λ – коефіцієнт гідравлічного тертя;

l – довжина трубопроводу, м.

Якщо на шляху руху робочої рідини зустрічаються місцеві опори, то втрата тиску в місцевих опорах визначається за формулою Вейсбаха

, (2.4)

де ζ – коефіцієнт місцевих опорів.

Значення коефіцієнтів ζ для найпоширеніших видів місцевих опорів приймають такими:

для штуцерів і перехідників для труб ζ = 0,1–0,15;

для косинців із поворотом під кутом 90° ζ = 1,5–2,0;

для прямокутних трійників для розподілу й об’єднання потоків ζ = =0,9–2,5;

для плавних вигинів труб на кут 90° із радіусом вигину, рівним (3÷5)d, ζ = 0,12–0,15;

для входу в трубу ζ = 0,5;

для виходу із труби в бак або в циліндр ζ = 1.

При ламінарному режимі для визначення коефіцієнта гідравлічного тертя λ рекомендує при Re<2300 застосовувати формулу

, (2.5)

а при турбулентному режимі плину рідини в діапазоні Re = =2300–100000 коефіцієнт λ визначається за напівемпіричною формулою Блазиуса

. (2.6)

Якщо

, (2.7)

де Δ_е – еквівалентна шорсткість труб (для нових безшовних сталевих труб Δ_е = 0,05 мм, для латунних Δ_е = 0,02 мм, для мідних – 0,01, для труб зі сплавів з алюмінію – 0,06, для гумових шлангів – 0,03), то коефіцієнт гідравлічного тертя обчислюється за формулою А.Д. Альтшуля

. (2.8)

Втрати тиску в гідроапаратурі ΔP_га приймають за їх технічною характеристикою після вибору гідроапаратури. Після цього підсумовують втрати тиску

ΔP=ΔP_дл+ΔP_м+ΔP_га . (2.9)

При виконанні гідравлічного розрахунку роблять перевірку безкавітаційної роботи насоса. Вакуум на вході в насос визначають за формулою

, (2.10)

де h_s – відстань від осі насоса до рівня робочої рідини в баку;

h_тр – втрати напору на подолання всіх гідравлічних опорів у всмоктувальній гідролінії;

υ – швидкість руху рідини в усмоктувальній гідролінії;

α – коефіцієнт Коріоліса.

Вакуум P_в на вході в насос (із запасом на безкавітаційну роботу насоса), що рекомендується, повинен бути не більшим ніж 0,04 МПа. Якщо P_в > 0,04 МПа, то потрібно збільшити діаметр усмоктувального трубопроводу або розташувати бак вище осі насоса. При цьому вважається, що робоча рідина перебуває в бакові з атмосферним тиском P_атм = 0,1 МПа. Таким чином, різниця тисків у бакові P_б (з атмосферним або надлишковим тиском) і на вході в насос P_в не повинна бути меншою за 0,06 МПа.

Визначення товщини стінок є перевірним розрахунком на міцність жорстких труб, підібраних за нормативними документами. Товщину стінки труби визначають за формулою

, (2.11)

де P – максимальний статичний тиск;

σ_в – допустиме напруження на розрив матеріалу труб, прийняте рівним 30 – 35% від тимчасового опору;

n – коефіцієнт запасу, n = 3–6, для гнутих труб приймається рівним на 25% нижчим.

З урахуванням можливих механічних пошкоджень товщина стінок сталевих труб повинна бути не меншою ніж 0,5 мм, а для мідних – не меншою від 0,8–1,0 мм.

Контрольні запитання

1. Дайте визначення робочої рідини.

2. Дайте визначення в’язкості.

3. Поясніть закон рідинного тертя Ньютона.

4. Що називається в’язкісно-температурної характеристики рідини?

5. Дайте визначення присадки.

6. Які висуваються вимоги до робочих рідин?

7. Що розуміють під фізичною стабільністю?

8. Що розуміють під хімічною стабільністю?

9. Що застосовують у гідравлічному приводі в якості робочих рідин?

10. За якими параметрами проводиться вибір робочих рідин для гідросистеми машини?

11. Перерахуйте марки основних гідравлічних рідин.

12. Які бувають трубопроводи?

13. Які типи з’єднань використовуються в гідроприводі?

14. Як розраховуються гідролінії?