Термины: напор при нормальном расходе, статический напор, максимально возможный напор, рабочее давление


1. Характеристики системы Главным назначением гидравлических систем в большинстве случаев является либо подача жидкости из источника к требуемой точке, т.е. заполнение резервуара, расположенного на более высокой отметке, либо циркуляция жидкости по всей системе как способ передачи тепла. Давление, необходимое для создания потока жидкости, нужно подбирать так, чтобы оно соответствовало требуемому значению и компенсировало потери в системе. Существует два типа потерь: статический напор и потери напора на трение и местные сопротивления. Статический напор— это разница высоты между всасывающим и напорным резервуарами (рис. 1).На данном рисунке скорость потока в трубе допускается очень низкая. Другой пример системы (рис. 2) только со статическим напором, где жидкость поступает сразу в напорную емкость через короткий трубный отвод. Потери напора на трение (иногда они называются потерями динамического напора) возникают во время прохождения перекачиваемой жидкости через трубы, клапаны и другое оборудование системы.


нные потери пропорциональны площади, пройденной потоком. В замкнутом контуре циркуляционной системы, недоступной воздействию атмосферного давления, происходят только гидравлические потери напора системы на трение, находящиеся в обратной зависимости к значению расхода (рис. 3). 2. Графики гидравлических характеристик Большинство систем имеют одновременно статический напор и потери напора на трение (рис. 4, 5). Значение отношения статического напора к потерям напора на трение по всему рабочему диапазону влияет на эффективность, которая должна достигаться при работе двигателей с частотным регулированием. Статический напор является особенностью индивидуальной системы, уменьшающей данный напор там, где это возможно, что экономит затраты на установку и эксплуатацию насоса. Потери напора на трение должны быть уменьшены с целью экономии средств при эксплуатации насоса. Но следует учесть, что после того как снята ненужная трубопроводная арматура и уменьшена длина участка трубы, для дальнейшего снижения потерь на напоре понадобятся трубы большего диаметра, а это повысит затраты на монтаж. 3. Графики гидравлических кривых насоса Характеристики насоса могут быть графически выражены как отношение напора к расходу для центробежных насосов (рис. 6) и поршневых (рис. 7).Центробежные насосы имеют гидравлическую кривую характеристик, где с увеличением расхода напор постепенно падает, но для поршневых насосов, каким бы ни было значение напора, расход практически постоянен.

>4. Рабочие точки насоса Когда насос устанавливается в системе, то их взаимодействие может быть изображено графически наложением кривых насоса и гидравлических кривых системы (рис. 8, 9).Если фактическая гидравлическая кривая системы отличается от расчетной, то насос будет работать в точке с напором и расходом, отличным от ожидаемых. Для поршневых насосов верно следующее: если гидравлическое сопротивление системы растет, то насос увеличивает давление нагнетания и сохраняет практически постоянный расход, зависящий от вязкости жидкости и типа насоса. Без использования защитной трубопроводной арматуры уровень давления может достичь критического значения. Для центробежных насосов увеличение гидравлического сопротивления системы сведет расход в конечном итоге до «0», но максимальное значение будет ограничиваться. Учитывая это условие, приемлем только короткий период работы. Ошибка расчета кривой гидравлической системы может привести к выбору центробежного насоса, не отвечающего оптимальным характеристикам. При подборе насоса большего типоразмера, который будет работать при большем значении расхода или даже в условиях дроссельной системы, дополнительный запас мощности увеличит потребление энергии и сократит срок службы насоса.

Закон Паскаля

Фундаментальная основа современной гидравлики сформировалась, когда Блезу Паскалю удалось обнаружить, что действие давления жидкости неизменно в любом направлении. Действие жидкостного давления направлено под прямым углом к площади поверхностей.


Если измерительное устройство (манометр) разместить под слоем жидкости на определенной глубине и направлять его чувствительный элемент в разные стороны, показания давления будут оставаться неизменными в любом положении манометра.

То есть давление жидкости никак не зависит от смены направления. Но давление жидкости на каждом уровне зависит от параметра глубины. Если измеритель давления перемещать ближе к поверхности жидкости, показания будут уменьшаться.

Соответственно, при погружении измеряемые показания будут увеличиваться. Причём в условиях удвоения глубины, параметр давления также удвоится.

ИНСТРУМЕНТ

Закон Паскаля для жидкости
Закон Паскаля наглядно демонстрирует действие давления воды в самых привычных условиях для современного быта

Отсюда логичный вывод: давление жидкости следует рассматривать прямо пропорциональной величиной для параметра глубины.

В качестве примера рассмотрим прямоугольный контейнер размерами 10х10х10 см., который заполнен водой на 10 см глубины, что по объёмной составляющей будет равняться 10 см3 жидкости.

Этот объём воды в 10 см3 весит 1 кг. Используя имеющуюся информацию и уравнение для расчёта, несложно вычислить давление на дне контейнера.


Например: вес столба воды высотой 10 см и площадью поперечного сечения 1 см2 составляет 100 г (0,1 кг). Отсюда давление на 1 см2 площади:

P = F / S = 100 / 1 = 100 Па (0,00099 атмосферы)

Если глубина столба воды утроится, вес уже будет составлять 3 * 0,1 = 300 г (0,3 кг), и давление, соответственно увеличится втрое.

Таким образом, давление на любой глубине жидкости равноценно весу столба жидкости на этой глубине, поделённому на площадь поперечного сечения столба.

РАЗВОДНОЙ

Давление водяного столба
Давление водяного столба: 1 — стенка контейнера для жидкости; 2 — давление столба жидкости на донную часть сосуда; 3 — давление на основание контейнера; А, С — области давления на боковины; В — прямой водяной столб; Н — высота столба жидкости

Объем жидкости, создающей давление, называется гидравлический напор жидкости. Давление жидкости благодаря гидравлическому напору, также остаётся зависимым от плотности жидкости.

Сила тяжести

Гравитация — одна из четырех сил природы. Мощь гравитационной силы между двумя объектами зависит от массы этих объектов. Чем массивнее объекты, тем сильнее гравитационное притяжение.


Когда выливается вода из контейнера, гравитация Земли притягивает воду к земной поверхности. Можно наблюдать тот же самый эффект, если на разных высотах разместить два ведра воды и соединить их трубкой.

Достаточно задать ход жидкости в трубке из одного ведра в другой, после чего сработает сила гравитации, и процесс перелива продолжится самопроизвольно.

Гравитация, приложенные силы и атмосферное давление являются статическими факторами, которые в равной степени относятся к жидкостям, находящимся в покое или в движении.

Силы инерции и трения являются динамическими факторами, которые действуют только на жидкости в движении. Математическая сумма силы тяжести, приложенной силы и атмосферного давления, представляет собой статическое давление, полученное в любой зоне жидкости и в любой момент времени.

Статическое давление

Статическое давление существует в дополнение к любым динамическим факторам, которые также могут присутствовать одновременно. Закон Паскаля гласит:

Давление, создаваемое жидкостью, действует равноценно по всем направлениям и под прямым углом к содержащимся поверхностям.

Это определение касается только жидкостей, находящихся в полном покое или практически недвижимых. Определение справедливо также только для факторов, составляющих статический гидравлический напор.

Очевидно: когда скорость движения становится фактором, в расчёт берётся направление. Сила, привязанная к скорости, также должна иметь направление. Поэтому закон Паскаля, как таковой, не применяется к динамическим факторам мощности потока жидкости.

НАСОСЫ


Скорость движения потока
Скорость движения потока зависит от многих факторов, включая послойное разделение жидкостной массы, а также сопротивление, создаваемое разными факторами

Динамические факторы инерции и трения привязаны к статическим факторам. Скоростной напор и потери давления привязаны к гидростатическому напору жидкости. Однако часть скоростного напора всегда может быть преобразована в статический напор.

Сила, которая может быть вызвана давлением или напором при работе с жидкостями, необходима, чтобы начать движение тела, если оно находится в состоянии покоя, и присутствует в той или иной форме, когда движение тела заблокировано.

Поэтому всякий раз, когда задана скорость движения жидкости, часть ее исходного статического напора используется для организации этой скорости, которая в дальнейшем существует уже как напорная скорость.

Объем и скорость потока

Объем жидкости, проходящей через определённую точку в заданное время, рассматривается как объем потока или расход. Объем потока обычно выражается литрами в минуту (л/мин) и связан с относительным давлением жидкости. Например, 10 литров в минуту при 2,7 атм.


Скорость потока (скорость жидкости) определяется как средняя скорость, при которой жидкость движется мимо заданной точки. Как правило, выражается метрами в секунду (м/с) или метрами в минуту (м/мин). Скорость потока является важным фактором при калибровке гидравлических линий.

САНТЕХНИКА

Объём и скорость жидкости
Объём и скорость потока жидкости традиционно считаются «родственными» показателями. При одинаковом объёме передачи скорость может меняться в зависимости от сечения прохода

Объем и скорость потока часто рассматриваются одновременно. При прочих равных условиях (при неизменном объеме ввода), скорость потока возрастает по мере уменьшения сечения или размера трубы, и скорость потока снижается по мере увеличения сечения.

Так, замедление скорости потока отмечается в широких частях трубопроводов, а в узких местах, напротив, скорость увеличивается. При этом объем воды, проходящей через каждую из этих контрольных точек, остаётся неизменным.

Принцип Бернулли

Широко известный принцип Бернулли выстраивается на той логике, когда подъем (падение) давления текучей жидкости всегда сопровождается уменьшением (увеличением) скорости. И наоборот, увеличение (уменьшение) скорости жидкости приводит к уменьшению (увеличению) давления.


Этот принцип заложен в основе целого ряда привычных явлений сантехники. В качестве тривиального примера: принцип Бернулли «виновен» в том, что занавес душа «втягивается внутрь», когда пользователь включает воду.

Разность давлений снаружи и внутри вызывает силовое усилие на занавес душа. Этим силовым усилием занавес и втягивается внутрь.

Другим наглядным примером является флакон духов с распылителем, когда нажимом кнопки создаётся область низкого давления за счёт высокой скорости воздуха. А воздух увлекает за собой жидкость.

ДУШЕВАЯ

Принцип Бернулли для самолётного крыла
Принцип Бернулли для самолётного крыла: 1 — низкое давление; 2 — высокое давление; 3 — быстрое обтекание; 4 — медленное обтекание; 5 — крыло

Принцип Бернулли также показывает, почему окна в доме имеют свойства самопроизвольно разбиваться при ураганах. В таких случаях крайне высокая скорость воздуха за окном приводит к тому, что давление снаружи становится намного меньше давления внутри, где воздух остаётся практически без движения.


Существенная разница в силе попросту выталкивает окна наружу, что приводит к разрушению стекла. Поэтому когда приближается сильный ураган, по сути, следует открыть окна как можно шире, чтобы уравнять давление внутри и снаружи здания.

И ещё парочка примеров, когда действует принцип Бернулли: подъем самолёта с последующим полётом за счёт крыльев и движение «кривых шаров» в бейсболе.

В обоих случаях создаётся разница скорости проходящего воздуха мимо объекта сверху и снизу. Для крыльев самолета разница скорости создаётся движением закрылков, в бейсболе — наличием волнистой кромки.

Практика домашнего сантехника на видеоролике

Полезный для получения практики сантехники видеоролик ниже демонстрирует некоторые приёмы, которые в любой момент могут потребоваться потенциальному хозяину жилища.

Если Вам это еще интересно… вообще-то «Руководство по составлению ППЗ 2003 год ФГУП СПО Металлургбезопасность не прошло Минюст, то есть может быть использовано только как справочное пособие. Мало того, расчет подземного водопровода который там приведен в приложении 4 — это что-то…. дурь полная. Надо же так заумно и красиво все подать, чтобы в итоге на горизонте в руддворе сразу же порвало все рукава у пожарных кранов , а по горизонту у каждого пожарного крана поставить по редукционному устройству. Эмоций много, так как одновременно мне немцы прислали стоимость двух редукционных клапанов(один в ремонте, один в работе) -15 тысяч евро и ГИП принес это руководство и объявил, что его надо выполнять….
По теме -статическое давление — это давление в трубопроводе, когда нет разбора воды.


я подземного трубопровода — это давление воды в точке прихода его на горизонт. Чаще всего это давление более 100м вод. ст. (1МПа) и требуется установка редуцирующего устройства — редукционного клапана -немецкого, стерлитамакского, украинского гидроредуктора или банального бака разрыва струи. Давление настройки -1 или 0,9 или 0,8 МПа определяется в результате расчетов и корректируется уже по месту. Расчет подземного трубопровода сводится к выбору диаметра трубопровода при исходных: план горизонта, точки установки оборудования и объема потребляемой ими воды, необходимости и точки установки водяной завесы в руддворе. Далее действительно необходима ЭВМ -то бишь экселевский файл включающий в себя следующие графы -номер участка, давление в начале участка, длина участка, диаметр трубопровода, расход воды по участку, потери по участку по формуле 8 приложения, можно увеличить их на 10% -типа учтем в местных сопротивлениях, и последняя графа — давление в конце участка. При выборе участков необходимо взять максимально длинную трассу ( типа при пожаре оказалось, что кто-то перекрыл задвижку на коротком пути), а теперь считать в двух режимах -режим нормальной работы и при пожаре. В нормальном режиме работы подставляется расход номинальный и получаем напор в трубопроводе у потребителя при номинальном расходе. Он должен быть не менее указанного в паспорте оборудования, чаще всего не менее 0,6 МПа (исходя из того, что при этом давлении из рукава будет литься вода, а не капать). Получилось меньше- берем на участках другую трубу -тупо перебираем варианты учитывая экономику-стоимость трубы, монтажа, сколько она будет лежать.. Это общий подход к расчету, так я думаю Ваши механики и считают. Второй режим когда по трубе идет половина технологии плюс расход на пожар рассчитывается также как и первый. Обычно 100 мм трубы пропускают технологическую воду, а пожар могут и не пропустить. Подобрав сечение труб на участках корректируют давление настройки редуцирующего устройства в сторону уменьшения. Расчеты по поверхности примерно одинаковы, только на подшкивную воду из трубопровода по поверхности не подашь -нужен повысительный насос. При расчете давления воды в точке ее подачи в ствол берется давление повысительного насоса при нулевой подаче.
Расчетное давление трубопровода -оговорено в п. 1.3.2 СА 03-003-07 «Расчеты на прочность и вибрацию стальных технологических трубопроводов».
У самого трубопровода давления быть не может. Есть только давление в участке- в начале одно, в конце -другое, при расчете на прочность берется максимальное давление из двух расчетных. Так что Ваши технологи говорят правду.
Вообще не заморачивайтесь. Давление в сети противопожарно-оросительного трубопровода дать Вам ВК могут. Данные по повысительному насосу тоже, но это давление только для орошения устья ствола и копровых шкивов, в шахту подача воды идет из сети. На горизонт придет статическое давление равное давление по поверхности за минусом потерь + геометрия -высота от поверхности до горизонта, а геометрия намного больше чем ВК добавка. При подаче воды будет уменьшаться это давление из-за потерь, но это уже оговаривается при подборе редукционного клапана -у него есть рабочий перепад по давлению и пропускная способность. Максимальное давление у потребителя при пожаре получится когда не будет ничего работать. В любом случае арматура в шахте стальная, а стальные задвижки начинаются с давления 1,6 МПа.


Использованные источники

  1. c-o-k.ru/articles/gidravlicheskie-harakteristiki-nasosnyh-sistem
  2. zetsila.ru/основы-сантехники/
  3. forum.dwg.ru/showthread.php?t=101285

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.