Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика (1067398), страница 58
Текст из файла (страница 58)
' .~ щимися при мгновенном сраба- тывании различных клапанов. й При совпадении частот им- а7 пульсов давления и колебаний ф столба жидкости в трубопро- воде в последнем может возниРие. 187. Лефеймапиа тРУпапревода под дейст- кнуть внутренний резонанс, вием давления жидкости: при котором амплитуда колебаний давления значительно увеличится. Частота те собственных колебаний столба жидкости, заполняющей отрезок трубы длиной Е, в общем случае может быть определена по выражению 17, 141 = Ь1 где а — скорость звука в жидкости, заполняющей трубопровод; а Е = — — длина волны пульсирующего давления; у — частота возмущений (импульсов давления). Наблюдения показывают, что значительное число случаев усталостных разрушений трубопроводов, и в особенности при пульсациях давления, вызвано нарушением цилиндричности поперечного сечения (наличием овальности) последних (рис.
187, а). В этом случае в отличие от трубопровода круглого сечения, деформация которого происходит лишь за счет удлинения периметра его сечения, овальное сечение стремится под действием внутреннего давления жидкости к круглому сечению диаметром т1, хотя не все точки периметра строго следуют этому закону. Ввиду этого в точках наибольшей кривизны овального сечения возникают высокие напряжения, которые зависят от сплющенности (овальности) поперечного сечения и характеризуются отношением Ь вЂ” а й=— где а и Ь вЂ” размеры малой и большой осей овала. На основании данных испытания, а также опыта эксплуатации установлено, что предельно допустимой овальностью для стальных трубопроводов распространенного размера является й = — 100 = (4 †:5)а4.
ь На прочность трубопроводов влияет радиус его изгиба. Изогнутый трубопровод под действием сил давления жидкости стремится распрямиться 230 (рис. 187, б), в результате чего в месте максимальной его кривизны могут возникнуть значительные напряжения, приводящие при частотных колебаниях давления к усталостным разрушениям. Поскольку в зоне максимальной кривизны обычно имеет место максимальная сплющенность (овальность) сечения трубопровода, эта зона является наиболее вероятным местом разрушения. По данным опыта, на участках магистрали, работающих в условиях высоких пульсирующих давлений, рекомендуется применять радиусы изгиба 77 > йд, где б н 77 — внешний диаметр трубопровода и радиус изгиба его оси.
В общем случае допустимое напряжение, согласно выражениям (66) и (67), для трубопроводов, работающих в условиях усталостных нагружений пульсирующим давлением с амплитудой пульсации, приблизительно равной 40— 50% рабочего давления, должно быть снижено примерно в 2 раза в сравнении с допустимым напряжением для трубопроводов, работающих в условиях статического нагружения. Резонансные колебания трубопроводов Резонансные колебания могут возникнуть в результате вибраций и относительного перемещения частей машины, к которым крепятся трубопроводы, а также в результате воздействия на трубопровод рассмотренных выше пульсирующих сил давления жидкости. Если один конец трубопровода будет колебаться вследствие вибрации частей машины относительно другого с частотой, равной .частоте собственных колебаний рассматриваемого участка трубопровода, то трубопровод может вступить в резонансные колебания, при которых амплитуда колебаний средней части трубопровода может в десятки н более раз превысить амплитуду возмущающих (возбуждающих) колебаний копцов трубопровода.
Возможность возникновения изгибных резонансных колебаний изогнутого трубопровода обусловлена также тем, что трубопровод будет стремиться под действием давления жидкости распрямиться (см. рис. 187, б), в результате чего при пульсирующем давлении жидкости изогнутый участок трубопровода может вступить в изгибные колебания. Частота собственных колебаний какого-либо участка трубопровода зависит, от ряда факторов, и в частности от характера заделки его концов. При жесткой заделке обоих концов, что соответствует распространенному в практике способу крепления трубопроводов, частоту собственных колебаний в ги прямолинейного трубопровода можно определить с учетом веса заполняющей его жидкости по эмпирическому выражению 3,56 ч/ едал ~з г' с„+с где 7 — расстояние между опорами; Š— модуль упругости материала; ,7 — момент инерции сечения трубы; 6, и 0„, — погонный вес трубопровода и жидкости.
Частота собственных колебаний трубопровода зависит от внутреннего давления и скорости течения жидкости. С учетом влияния этих факторов частота собственных колебаний в гц Р ы'=ы ~~ 1 — —, ~ кр 231 где Р и и' р)'+ т — — давление жидкости в трубопроводе; 2 площадь внутреннего сечения трубопровода; линейная плотность, т. е. масса единицы длины; скорость течения жидкости в трубопроводе; я'ЕУ Ь'-' — критическая сила по Эйлеру. Соединения труб Для соединений тонкостенных труб небольших диаметров (до 30 — 35 мм) в основном применяют арматуру под развальцовку труб по наружному конусу (рис.
188, а), которые в этом случае должны быть изготовлены из ковкого металла, допускающего развальцовку в холодном состоянии. Распространены углы развальцовки от 30 до 90' (в СССР— 60", в Англии — 30' и в США— 37н). Соединение с развальцовкой трубы отличается простотой, но может быть рекомендовано для стальных труб лишь прн давлении 200 — 300 кГ)см'. Для более высоких давлений (300 — 400 кГ)см ) Ф применяют ниппельное (шаровое) соединение (рис.
188, б). Герметичность этого соединения обеспечивается контактом поверхности стального шарового ниппеля с конической поверхностью штуцера. Применяются также иные соединения труб 15). Гибкие трубопроводы б) В том случае, когда имеет место перемещение Рис. 188. Тины ие.
188. Тины наедине- двух. частей машины, к которым крепятся концы труння труб: РУ: бопровода, применяют соединения, допускающие р — ррррррьноннон: и — ррн подобные перемещения. К подобным соединениям относятся гибкие трубопроводы — резино-тканевые шланги, усиленные металлической оплеткой, н гибкие металлические рукава. Г1оскольку основой гибкого шланга в большинстве случаев является резина, они пригодны лишь для температур до 135' С. Для работы же в условиях высоких и низких температур применяются гибкие трубопроводы (рукава) с металлической гофрированной трубкой, с параллельным (рис.
189, а) или спиральным (рис. 189, б) гофрами, заключенной для повышения прочности и защиты от механических повреждений в одно или многослойную проволочную оплетку (рис. 189, в). Металлические рукава изготовляют для работ в условиях температур от — 200 до 540' С и для рабочих давлений при малых диаметрах сечения (около 6 мм) до 400 кГ)ср!Р. Пульсации давления и потери напора в рукавах Волнистая форма проточной части гибкого металлического рукава обусловливает появление пульсаций, а также вызывает дополнительные потери напора. Первые вызываются тем, что протекающий по рукаву поток жидкости испытывает периодические расширения и сжатия, обусловленные волннстостью проточной части канала (рукава). Частота ! этих воздействий определяется количеством гофров и временем т протекания через рукав жидкости: ! ю !т ' где 1 — длина гибкой части рукава; ! — шаг гофра.
Выразив время т через скорость и, течения жидкости ! т ф н~р ' получим нрр 1 тткуда следует, что частота пульсации растет с увеличением скорости а, ;ечения жидкости'и с уменьшением шага гофров г. Пульсация жидкости, приводит при определенных условиях к появлению >родольного резонанса. Наблюдения показали, что при приближении к некоорому расходу «кидкости (при увеличении и,р) возникает звук высокого тона, > температура рукава на расстоянии 10 — 20 мм от выходного ниппеля резко ювышается. Через 2 — 3 мин в этих условиях рукав разрушается, причем >сследованием мест разрушения обнаружены кольцевые трещины усталостюго характера.
Расчет потерь давления производят в общем случае по выражению (14): 2 (68) Критическое Ке, соответствующее переходу от ламинарного режима тече- и и>> >ия к турбулентному режиму, для этих рукавов равно Ке = л = 1800 —: -ь2000. Средняя скорость и, потока принимается исходя из условного диа>етра д гофров в свету. а1 Рис. 189. Гибкий металлический рукав В области турбулентного режима течения )>, не зависит от Ке, а опреде>яется относительной волнистостью внутренней поверхности гибкой части >указа, выражаемой отношением ЙЯ, где Ь вЂ” средняя внутренняя высота офра и с( — внутренний диаметр рукава (по внутренним вершинам гофра).
(роме того, гидравлическое сопротивление такого рукава зависит от геомерического коэффициента и> = гс(, где г — число витков или гофров на 1 см лины и с( — внутренний диаметр рукава. Для 1(е =- 1800 коэффициент Х в формуле (68) можно определить по эмпи>ическому уравнению )>, = 0,4 ( — „) ' гс(. Для вычислений >се принимается, что д> — диаметр внутренней части гофра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
