Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Внутреннее гидростатическое давление в трубах



Трубы и резервуары, наполненные жидкостью, находятся под действием внутреннего гидростатического давления, которое может разорвать трубу или резервуар, если толщина их стенок будет недостаточна для восприятия давления жидкости.

Рассмотрим поперечное сечение трубы (рис. 2.19) с внутренним диаметром d и длиной L, которая находится под действием внутреннего гидростатического давления.

Задача определения толщины стенок трубы сводится к нахож­дению силы Р, стремящейся оторвать одну половину трубы от другой по линии АВ, чему противодействует сила Т — сопротив­ление материала стенок трубы. Сила Р — это равнодействующая сил, действующих нормально к внутренней поверхности трубы. Найти эту равнодействующую легче, если заменить давление на криволинейную поверхность давлением на плоскость (в дан­ном случае на диаметральную плоскость АВ).

Давление от диаметральной плоскости АВ передается через жидкость на криволинейную поверхность АС В трубы.

Если ось трубы горизонтальна, то сила Р противодействует весу жидкости G. Так как сила G незначительна по сравнению с силой Р, то в большинстве случаев ею можно пренебречь.

Если давление жидкости на единицу площади равно р, то на всю площадь w оно будет составлять:

.

 
 

Сила Т, выражающая сопротивление материала стенки трубы, определяется размерами поперечного сечения стенки трубы и до­пускаемым напряжением разрыву ее материала, т. е.

где d - толщина стенки трубы.

 

Так как Р=2Т (два шва разрыва), то . Тогда получим

Расчетную толщину стенок следует увеличить на производ­ственный припуск запас на неточность отлива, прокатки, кор­розию и т. п., а=0, 5-3 мм, тогда

При уточненных расчетах толщины стенки трубопроводов используют методы расчета по предельному состоянию. Наиболее широко в данном случае применяются расчеты по стандартам SAE и DIN.

В стандартах SAE используется уравнение Барлова.

,

 

где – расчетная толщина стенки, мм;

D1 – уточненный внутренний диаметр гильзы гидроцилиндра, мм;

рр - расчетное давление, максимально возможное внутреннее избыточное давление с учетом всех предполагаемых рабочих состояний, включая гидравлический удар (рассчитывается по формуле Н.Е.Жуковского), бaр;

К – показатель прочности, Н/мм2. По стандартам SAE в данном случае в качестве показателя прочностных свойств используется минимальное сопротивление разрыву материала трубы или гильзы цилиндра Rm. Для сталей минимальный предел прочности при растяжении Rm = 300 – 500 Н/мм2;

n – коэффициент запаса прочности:

n= 4 – для нормальных условий работы;

n= 6 – для значительных пиков по гидравлической и механической нагрузке;

n= 8 – для экстремальных рабочих условий, связанных с опасностью применения.

При окончательном определении толщины стенки гильзы необходимо учитывать два других фактора, а именно:

  • Занижение толщины стенки – с1,
  • Износ за счет коррозии – с2.

.

Если занижение толщины стенки указывается в %, то

Может быть рассчитано по уравнению:

.

 

 

Занижение толщины стенки трубопровода обусловлено технологией изготовления и определяется в технических условиях поставки для бесшовных и сварных труб.

Для бесшовных стальных труб диаметром менее 130 мм значение с1 принимается равным 9%. Для сварных стальных труб диаметром более 10 мм с1 =0, 5 мм.

 

Контрольные вопросы

1. Что называется гидростатическим давлением, как оно проявляется и его разновидности?

2. Каковы размерности давления?

3. Охарактеризуйте свойства гидростатического давления.

4. Выведите (напишите) и объясните основное уравнение гидростатики.

5. Выведите и объясните закон Паскаля.

6. Объясните применение закона Паскаля к гидравлическому домкрату.

7. Отметьте особенности гидравлического мультипликатора, а также основные параметры на схеме.

8. Выведите (напишите) и объясните закон Архимеда.

9. Объясните три состояния тела, погруженного в жидкость.

10. Как определяется гидростатическое давление на плоскую стенку?

11. Как определяется толщина стенок труб?

12. Выведите основные зависимости, определяющие толщину стенки трубопровода с учетом допускаемых напряжений.

МЕХАНИКА ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

 

Раздел технической гидромеханики, изучающий законы движения жидкости, называется гидродинамикой.

 

Расход жидкости

 

Потоки жидкости в общем случае являются трехмерными или объемными. Более простыми являются двухмерные и одномерные осевые. В технической гидромеханике рассматриваются одномерные потоки.

Объем жидкости V, проходящей через живое сечение трубопровода в единицу времени t, называют расходом

 

Q= V/t.

 

Расход – один из основных параметров технической гидромеханики и гидропривода. Единицей измерения его - м3 /с. Часто в гидроприводе применяют – л/мин.

Средняя скорость движения потока через сечение S

 

v=Q/S.

Основные понятия струйчатого движения


Траекторией жидкой частицы называют кривую линию, кото­рую описывает жидкая частица при движении. При этом жидкой частицей называют такой малый объем жидкости, для которого можно пренебречь изменением его формы.

При решении практических задач предполагают, что поток дви­жущейся жидкости состоит из элементарных струек, не меняющих своей формы, т. е. поток мысленно разбивают на ряд элементарных струек (трубок), как это показано на рис. 3.1. Модель, согласно та­кому предположению, называют струйчатой моделью движения жидкости.

Рассмотрим поток жидкости, находящейся в установившемся Движении (рис. 3.2). В точках 1, 2, 3, ... этого потока, взятых на расстоянии Dl друг от друга, проведем векторы U1, U2, U3 ..., показы­вающие величину и направление скоростей движения частиц жид­кости в данный момент времени. Касательная кривая, проведенная к векторам движения частиц жидкости и характеризующая направление движения ряда после­довательно расположенных частиц в жидкости в данный момент времени, называется линией тока. В отличие от траектории, кото­рая показывает путь движения одной частицы жидкости за опреде­ленный промежуток времени Dt, линия тока соединяет разные частицы и дает некоторую мгновенную характеристику движущейся жидкости за время t.

Если в движущейся жидкости выделить бесконечно малый замкнутый контур и через все его точки провести линии тока, соответствующие данному моменту времени, то получится как бы труб­чатая непроницаемая поверхность, называемая трубкой тока. Мас­са жидкости, движущейся внутри трубки тока, образует элемен­тарную струйку.

Элементарная струйка обладает двумя свойствами:

1 ) скорости и площади поперечных сечений струек в одном жи­вом сечении не меняются вследствие их малости;

2) скорости и площади поперечных сечений струек в различных живых сечениях могут меняться, однако произведение скорости v отдельных частиц струйки на площади их поперечного сечения S остаются постоянными (уравнение неразрывности элементарной струйки).

Таким образом, поток жидкости есть совокупность элементар­ных струек, представляющая собой непрерывную массу частиц, движущихся в каком-либо направлении.

Закон неразрывности потока

 

Основное уравнение кинематики жидкости – уравнение неразрывности, которое вытекает из условия несжимаемости жидкости и сплошности движения.

Рассмотрим установившееся движение в русле переменного се­чения (рис. 3.3). Выберем два произвольных сечения /—/ и //—//, нормальных к оси потока, и рассмотрим участок потока, заключен­ный между сечениями.

При течении жидкости по трубопроводу переменного сечения без разрывов сплошности масса жидкости, проходящей через любое поперечное сечение канала, должна быть постоянной, т.е.

 

r1w1v1= r2S2v2=riwivi=const

 

 

где v1, v2 — скорости жидкости в сечениях 1 и 2; w1, w2 - площади двух поперечных сечений трубопровода; r1, r2 - плотности жидкости.

 
 

Если пренебречь сжимаемостью жидкости, то ее плотность в любом сечении будет одинакова и

 

v1w1= w2v2= wivi=const,

 

что выражает закон неразрывности потока.


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 3684; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.041 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь