Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Принцип работы гидрострелки в системе отопления: Страница не найдена — Remoo.RU

Содержание

Защитит систему от непредвиденных ситуаций: принцип работы гидрострелки отопления

Гидрострелка — устройство, подключённое и работающее в контуре отопления, напрямую связанное с котлом.

Одно из важных назначений гидрострелки — увеличивать расход топлива, который не предусмотрен в котле, но требуется для обогревания дома.

Установив гидрострелку или, гидравлический разделитель, пользователи стремятся сэкономить, не покупая и не увеличивая мощность котла, подстраиваемого под общий расход воды или другой жидкости.

Гидравлический разделитель является искусственно созданным пространством, где как раз можно разогнать потребление, увеличив его в несколько раз под систему отопления. Другое не менее важное назначение — сохранение гидролитического баланса и давления во всей системе.

Благодаря гидрострелке в контуре отопления не будет перескакивать давление, нарушая все взаимодействие. Эта функция помогает беспрепятственно переключать отопление между разными жилыми помещениями, например, включать пол только на кухне, а не по всему дому.

Описание устройства

Само устройство походит на вытянутый параллелепипед, с шестью разными выходами, расположенными напротив друг друга. Каждый из этих выходов отвечает за отдельную функцию. Например, самый высокий из 5 клапанов позволяет воздуху беспроблемно выходить из системы, чтобы не повышать всё давление. Это происходит автоматически, владельцу не придётся ничего контролировать.

Фото 1. Гидрострелка, установленная в систему отопления. Красным цветом обозначен горячий теплоноситель, синим — холодный.

Нижний патрубок способствует уничтожению и вынесению «мусора», который остаётся в устройстве гидроразделителя. Грязный воздух из труб (его частички) и осадок от начавшейся коррозии или другого процесса опадает вниз, где, как лопатка, располагается самый нижняя — шестая патрубка. К остальным клапанам присоединяются трубы с водой. Внутри вся гидрострелка полая, в ней нет ничего, кроме воды, и продуктов распада.

Принцип работы в системе отопления

Гидрострелка помогает котлу, к которому подключена напрямую, увеличивать его мощность и скорость передачи воды. Зачем это нужно? Дело в том, что при нехватке мощности, но быстрой работе системы, котёл сильно нагревается. Как следствие — тепловой удар, т. е. воздух, начинает внутри распирать стенки котла, а что будет дальше — это физические повреждения дома, всей системы отопления и, разумеется, здоровья человека.

Такие перепады температуры и мощности случаются только в нескольких случаях: механизм отопления запустили в первый раз; теплообмен проходит техническую проверку и другие работы, заставляющие оторвать циркуляционный насос («Сердце всей тепловой организации») от основного контура или от источника горячей воды.

Фото 2. Схема подключения гидрострелки к системе отопления и принципы движения по ней теплоносителя.

Установив гидравлический разделитель, пользователь заставляет воздух или воду проходить через дополнительный пункт остывания. Таким образом, проходя через весь поток гидрострелки, горячий воздух разделяется пополам, теряя половину своей теплоты. Один поток воздуха продолжает идти в котёл, а другой вниз по трубке гидравлического разделителя, добавляясь в холодные примеси воды или газа и остывая.

И наоборот, если холодной воды вышло из котла слишком много, то лишние слои успевают прогреться, и на выходе потребитель получает нужную температуру. Примерно так работает вся система. Теперь разберём всё наглядно.

Как работает гидрострелка в разных случаях

Принцип работы гидрострелки различается в зависимости от целей её использования и типа систем, в которые она установлена.

Отопление с 4-х ходовым смесителем

Чтобы описать схему работы отопления с 4-х ходовым смесителем, для начала нужно представить квадрат, на каждой стороне которого находятся отверстия равные по ширине. Из всех этих отсеков протекает либо холодная, либо горячая вода.

В системе существует всего 3 режима: полностью открытый, полностью закрытый и промежуточный. Начнём разбор с полностью закрытого.

Как мы знаем тёплые потоки воздуха или горячей воды выходят прямиком из котла, а холодные потоки из системы отопления (вода вышла из котла, сделала круг и остыла).

Если вся система закрыта, т. е. не работает, то тёплая вода постоянно переливается через гидравлический разделитель, никуда не уходя, протекая постоянно по одному кругу и возвращаясь обратно в котёл.

Та же самая ситуация происходит и с холодным потоком воды или воздуха, который не нагревается заново, оставаясь холодным до открытого режима. Эти жидкости не смешиваются и не передают друг другу тепло, циркулируя строго по своему контуру.

При промежуточном режиме эти жидкости начинают смешиваться. При этом температура часто бывает немного выше средней, потому что весь пар, накопленный за период закрытого режима, выходит наружу и начинает согревать холодные потоки. Таким образом, обычно нагревают полы, чтобы ноги не жгло.

В открытом режиме протоки горячей и холодной воды вновь не пересекаются, но компенсируют утраты друг друга. Что это значит. Представим опять квадрат. Потоки горячего воздуха или воды выходят из одного края и входят в систему отопления, в то время как холодная жидкость, выходя из нее движется в стороны котла, где согревается. И такой процесс восполнения постоянно горячей воды холодной и наоборот почти вечный двигатель, если не учитывать, что тепло безвозвратно уходит.

Для нейтрального режима работы

Идеальным режимом работы гидроразделителя является тот момент, когда количество горячей и холодной воды примерно одинаково и не требует регуляции.

Обычно это случается, когда котёл работает постоянно и без перебоев — очень редко, потому что всегда существует погрешность.

Котёл не обладает достаточной мощностью

Основываясь на этой проблеме, и ставят термодатчик, или, в нашем случае, гидрострелку. Получив сигнал от встроенного термодатчика, гидравлический разделитель переходит в разные режимы: либо в открытый, либо в закрытый.

Внимание! Это обеспечивает безопасность котла, который может в одночасье просто расколоться от перепадов температур и давления. Перегоняя воду, охлаждая или нагревая, гидрострелка помогает котлу справиться с уравновешиванием термодинамики, чтобы продолжить работу.

Поток на первичном контуре объёмнее, чем расход теплоносителя

Как уже рассказывалось выше, в случае, если горячий поток слишком сильно разогрет для вхождения в котёл, то через гидрострелку он попадает в систему, гарантирующую разделение потока на две части, вторая будет охлаждаться и уйдёт в систему отопления вместе с холодной водой или паром, а горячая часть сильно сократиться и перестанет представлять угрозу для и так горячего котла.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, как именно изготовить гидрострелку своими руками.

Актуальность гидрострелки

Такая маленькая, но такая необходимая вещь должна быть в каждом доме, особенно загородном, потому что скачки температур и давления в мегаполисах и близлежащих районах сильно скачут из-за огромного количества людей, которые ими пользуются индивидуально.

Например, сосед снизу захотел выкрутить батарею на максимум, а сосед сверху хочет закаляться дома. Без гидрострелки не обойтись.

Скачок температур, выходящих из первого контура, оказывает влияние на весь котёл, поэтому покупайте гидрострелки и обезопасьте свою жизнь от глупых соседей и случайных домашних катаклизмов.

принцип работы и назначение. Как она работает

Нередко, на страницах интернет-ресурсов, можно встретить очень сжатое, написанное только техническими терминами, описание гидрострелки
. Мы в этой статье постараемся раскрыть, что такое гидрострелка и зачем она нужна
.

Гидрострелка
— применяется для гидравлического разделения потоков. Таким образом, гидравлический разделитель это некий канал между контурами, который позволяет сделать динамически независимые контуры для передачи движения от теплоносителя. Чаще в интернете используют официальное название: гидрострелка
гидравлический разделитель
.

Зачем нужна гидрострелка в системе отопления?

В системе отопления, гидрострелка — это связующее звено между двумя отдельными контурами по передаче тепла и она полностью нейтрализует динамическое влияние между контурами. У нее есть два назначения:

  • первое — она исключает гидродинамическое влияние, при отключении и включении некоторых контуров в системе отопления, на весь гидродинамический баланс. Например, при использовании радиаторного отопления, теплых полов и нагрева бойлера, имеет смысл разделять каждый поток на отдельный контур, для исключения влияния друг на друга.()
  • второе — при небольшом расходе теплоносителя — она должна получить большой расход для второго, искусственно созданного контура. Например, при использовании котла с расходом 40 л/мин, система отопления получается по расходу больше в 2-3 раза (расходует 120 л/мин). В таком случае целесообразно первый контур установить контуром котла и систему развязки отопления установить вторым контуром. Вообще, разгонять котел больше чем предусматривается производителем котла экономически нецелесообразно, в таком случае увеличивается и гидравлическое сопротивление, оно либо не дает необходимый расход, либо увеличивает нагрузку движения жидкости, это приводит к повышенному энергопотребления насоса.

По какому принципу работает гидрострелка?

Циркуляция теплоносителя в первом контуре создается при помощи первого насоса. Вторым насосом создается циркуляция через гидрострелку во втором контуре. Таким образом теплоноситель перемешивается в гидрострелке. Если расход в обоих контурах у нас одинаковый, то теплоноситель беспрепятственно проникает из контура в контур, создавая как бы единый, общий контур. В таком случае не создается вертикального движения в гидрострелке или это движение приближено к нулю. Если расход во втором контуре больше чем в первом, то в гидрострелке происходит движение теплоносителя снизу вверх и при увеличенном расходе в первом контуре — сверху вниз.

И настраивая гидрострелку, нужно добиться минимального вертикального движения. Экономический расчет показывает, что это движение не должно превышать 0.1 м/с.

Зачем снижать вертикальную скорость в гидрострелке?

Гидрострелка служит и как отстойник мусора в системе, при малых вертикальных скоростях мусор постепенно оседает в гидрострелке, выводясь из системы отопления.

Создание естественной конвекции теплоносителя в гидрострелке, таким образом холодный теплоноситель уходит вниз, а горячий устремляется вверх. Таким образом создается необходимый температурный напор. При использовании теплого пола, можно в второстепенном контуре получить пониженную температуру теплоносителя, а для бойлера более высокую, обеспечив быстрый нагрев воды.

Уменьшение гидравлического сопротивления в гидрострелке,

Выделение из теплоносителя микроскопических пузырьков воздуха, тем самым выводя его из системы отопления через автовоздушник.

Как узнать, что нужна гидрострелка?

Как правило, гидрострелку ставят в домах, площадь которых более 200 кв.м., в тех домах где сложная система отопления. Там где используется распределение теплоносителя на несколько контуров. Такие контура желательно делать независимыми от других в общей системе отопления. Гидрострелка позволяет создать идеально стабильную систему отопления и распространять тепло по дому в нужных пропорциях. При использовании такой системы распределение тепла по контурам становится точным и отклонения от настроенных параметров исключены.

Преимущества использования гидрострелок.

Защита чугунных теплообменников исключая тепловой удар. В обычной системе, без использования гидрострелки, создается резкое повышение температуры, при отключении некоторых веток и последующий приход уже холодного теплоносителя. Гидравлическая стрелка дает постоянный расход котла, уменьшая разницу температур между подачей и обраткой.

Повышается долговечность и надежность котельного оборудования за счет стабильной работы без перепадов температуры.

Отсутствие разбалансированности и создание гидравлической устойчивости системы отопления. Именно гидрострелка позволяет увеличить дополнительный расход теплоносителя, что очень трудно добиться установкой дополнительных насосов.

Принцип работы гидравлической стрелки видео

Спроектировать собственную систему отопления далеко непросто. Даже если «планируют» ее монтажники, вам надо быть в курсе многих нюансов. Во-первых, чтобы проконтролировать их работу, во-вторых, чтобы оценить необходимость и целесообразность их предложений. Например, в последние годы усиленно пропагандируется гидрострелка для отопления. Это небольшое дополнение, установка которого выливается в немалую сумму. В некоторых случаях оно очень полезно, в других без него легко можно обойтись.

Что такое гидрострелка и где её устанавливают


Правильное название этого устройства — гидравлическая стрелка или гидроразделитель. Представляет собой кусок круглой или квадратной трубы с приваренными патрубками. Внутри, как правило, ничего нет. В некоторых случаях могут стоять две сетки. Одна (вверху) для лучшего «отхождения» воздушных пузырьков, вторая (внизу) для отсева загрязнений.

В системе отопления гидрострелка ставится между котлом и потребителями — отопительными контурами. Располагаться может как горизонтально, так и вертикально. Чаще ставят вертикально. При таком расположении в верхней части ставят автоматический воздухоотводчик, внизу — запорный кран. Через кран периодически сливается некоторая часть воды с накопившейся грязью.

То есть получается, что вертикально поставленный гидроразделитель, одновременно с основными функциями, отводит воздух и дает возможность удалять шлам.

Назначение и принцип работы

Гидрострелка нужна для разветвленных систем, в которых установлено несколько насосов. Она обеспечивает требуемый расход теплоносителя для всех насосов, независимо от их производительности. То есть, другими словами, служит для гидравлической развязки насосов системы отопления. Потому еще называют это устройство — гидравлический разделитель или гидроразделитель.

Гидрострелку ставят в том случае, если в системе предусмотрено несколько насосов: один на контуре котла, остальные на контурах отопления (радиаторах, водяном теплом полу, бойлере косвенного нагрева). Для корректной работы их производительность подбирается так, чтобы котловой насос мог перекачивать немного больше теплоносителя (на 10-20%), чем требуется для остальной системы.

Зачем нужна гидрострелка для отопления? Давайте рассмотрим на примере. В системе отопления с несколькими насосами они зачастую имеют разную производительность. Часто получается так, что один насос в разы более мощный. Ставить все насосы приходится рядом — в коллекторном узле, где они гидравлически связаны. Когда мощный насос включается на полную мощность, все остальные контура остаются без теплоносителя. Такое случается сплошь и рядом. Чтобы избежать подобных ситуаций и ставят в системе отопления гидрострелку. Второй путь — разнести насосы на большое расстояние.

Режимы работы

Теоретически, возможны три режима работы системы отопления с гидрострелкой. Они отображены на рисунке ниже. Первый — когда насос котла прокачивает ровно столько же теплоносителя, сколько требует вся система отопления. Это идеальная ситуация, в реальной жизни встречающаяся очень редко. Объясним почему. Современное отопление подстраивает работу по температуре теплоносителя или по температуре в помещении. Представим, что все идеально рассчитали, подкрутили вентили и после настройки достигнуто равенство. Но через некоторое время параметры работы котла или одного из контуров отопления изменятся. Оборудование подстроится под ситуацию, а равенство производительности будет нарушено. Так что этот режим может просуществовать считанные минуты (или даже еще меньше).

Второй режим работы гидрострелки — когда расход отопительных контуров больше мощности котлового насоса (средний рисунок). Эта ситуация опасна для системы и допускать ее нельзя. Она возможна, если насосы подобраны неправильно. Вернее, насос котла имеет слишком малую производительность. В этом случае для обеспечения требуемого расхода, в контуры вместе с нагретым теплоносителем от котла будет подаваться теплоноситель из обратки. То есть, на выходе котла, например, 80°C, в контура после подмеса холодной воды идет, например, 65°C (реальная температура зависит от дефицита расхода). Пройдя по отопительным приборам, температура теплоносителя опускается на 20-25°С. То есть, температура теплоносителя, подаваемого в котел, будет в лучшем случае 45°C. Если сравнить с выходной — 80°C, то дельта температур слишком велика для обычного котла (не конденсационного). Такой режим работы не является нормальным и котел быстро выйдет из строя.

Третий режим работы — когда насос котла подает больше нагретого теплоносителя, чем требуют отопительные контура (правый рисунок). В этом случае часть нагретого теплоносителя возвращается обратно в котел. В результате температура поступающего теплоносителя поднимается, работает он в щадящем режиме. Это и есть нормальный режим работы системы отопления с гидрострелкой.

Когда гидрострелка нужна

Гидрострелка для отопления нужна на 100%, если в системе будет стоять несколько котлов, работающих в каскаде. Причем работать они должны одновременно (во всяком случае, большую часть времени). Вот тут, для корректной работы гидроразделитель — лучший выход.

При наличии двух одновременно работающих котлов (в каскаде) гидрострелка — лучший вариант

Еще гидрострелка для отопления может быть полезна для котлов с чугунным теплообменником. В емкости гидроразделителя постоянно происходит смешивание теплой и холодной воды. Это уменьшает дельту температур на выходе и входе котла. Для чугунного теплообменника — это благо. Но с той же задачей справится байпас с трехходовым регулируемым клапаном и обойдется он значительно дешевле. Так что даже для чугунных котлов, стоящих в небольших системах отопления, с примерно одинаковым расходом вполне можно обойтись без подключения гидрострелки.

Когда можно поставить

Если в системе отопления есть только один насос — на котле, гидрострелка не нужна совсем. Можно обойтись и если устанавливаются один-два насоса на контуры. Такую систему можно будет сбалансировать при помощи регулировочных кранов. Когда установка гидрострелки оправдана? Когда в наличии такие условия:

  • Контуров три и больше, все очень разной мощности (разный объем контура, требуется разная температура). В таком случае, даже при идеально точном подборе насосов и расчете параметров, есть возможность нестабильной работы системы. Например, часто встречается ситуация, когда при включении насоса теплых полов, радиаторы стынут. Вот в этом случае нужна гидроразвязка насосов и потому ставится гидравлическая стрелка.
  • Кроме радиаторов имеется водяной теплый пол, отапливающий значительные площади. Да, его подключать можно через коллектор и смесительный узел, но он может заставлять работать котловой насос в экстремальном режиме. Если у вас часто горят насосы на отоплении, скорее всего, нужна установка гидрострелки.
  • В системе среднего или большого объема (с двумя и более насосами) собираетесь установить автоматическую регулирующую аппаратуру — по температуре теплоносителя или по температуре воздуха. При этом не хотите/не можете регулировать систему вручную (кранами).

В первом случае гидроразвязка, скорее всего, нужна, во втором, стоит думать об ее установке. Почему только думать? Потому что это немалые расходы. И дело не только в стоимости гидрострелки. Она стоит около 300$. Придется ставить еще дополнительное оборудование. Как минимум нужны коллекторы на входе и выходе, насосы на каждый контур (при небольшой системе без гидрострелки без них можно обойтись), а также блок управления скоростью насосов, так как через котел они уже управляться не смогут. В сумме с платой за монтаж оборудования этот «довесок» выливается примерно в две тысячи долларов. Действительно немало.

Зачем тогда ставят это оборудование? Потому что с гидрострелкой отопление работает стабильнее, не требует постоянной подстройки потока теплоносителя в контурах. Если вы спросите владельцев коттеджей, у которых отопление сделано без гидроразделителя, вам скажут, что часто приходится перенастраивать систему — крутить вентиля, регулируя потоки теплоносителя в контурах. Это характерно, если используются различные элементы отопления. Например, на первом этаже теплый пол, радиаторы на двух этажах, отапливаемые подсобные помещения, в которых надо поддерживать минимальную температуру (гараж, например). Если у вас предполагается примерно такая же система, а перспектива «подстройки» вас не устраивает, можно ставить гидрострелку для отопления. При ее наличии в каждый контур идет столько теплоносителя, сколько он требует в данный момент и никоим образом не зависит от параметров эксплуатации, работающих рядом насосов других контуров.

Как подобрать параметры

Подбирается гидравлический разделитель с учетом максимально возможной скорости потока теплоносителя. Дело в том, что при высокой скорости движения жидкости по трубам она начинает шуметь. Чтобы не было этого эффекта, максимальная скорость принимается равной 0,2 м/с.

Параметры, нужные для гидроразделителя

По максимальному потоку теплоносителя

Чтобы рассчитать диаметр гидрострелки по этому методу, единственное, что нужно знать — это максимальный поток теплоносителя, который возможен в системе и диаметр патрубков. С патрубками все просто — вы же знаете, какой трубой будете делать разводку. Максимальный поток, который может обеспечить котел, мы знаем (есть в технических характеристиках), а расход по контурам зависит от их размера/объема и определяется при подборе контурных насосов. Расход на все контуры складывается, сравнивается с мощностью котлового насоса. Большая величина подставляется в формулу для расчета объема гидрострелки.

Приведем пример. Пусть максимальный расход в системе 7,6 куб/час. Допустимая максимальная скорость берется стандартная — 0,2 м/с, диаметр патрубков 6,3 см (трубы на 2,5 дюйма). В этом случае получаем: 18,9 * √ 7,6/0,2 = 18,9 * √38 = 18,9 * 6,16 = 116,424 мм. Если округлить, получаем, что диаметр гидрострелки должен быть 116 мм.

По максимальной мощности котла

Второй способ — подбор гидравлической стрелки по мощности котла. Оценка будет приблизительной, но ей можно доверять. Нужна будет мощность котла и разница температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе.

Расчет также несложный. Пусть максимальная мощность котла — 50 кВт, дельта температур — 10°C, диаметры патрубков такие же — 6,3 см. Подставив цифры, получаем — 18,9 * √ 50 / 0,2 * 10 = 18,9 * √ 25 = 18,9* 5 = 94,5 мм. Округлив, получаем диаметр гидрострелки 95 мм.

Как найти длину гидрострелки

С диаметром гидроразделителя для отопления определились, но надо знать еще и длину. Ее подбирают в зависимости от диаметра подключаемых патрубков. Есть два вида гидрострелок для отопления — с отводами, расположенными один напротив другого и с чередующимися патрубками (располагаются со сдвигом один относительно другого).

Определяем длину гидрострелки из круглой трубы

Рассчитать длину в этом случае легко — в первом случае это 12d, во втором — 13d. Для средних систем можно и диаметр подобрать в зависимости от патрубков — 3*d. Как видите, ничего сложного. Рассчитать можно самостоятельно.

Купить или сделать своими руками?

Как говорили, готовая гидрострелка для отопления стоит немало — 200-300$ в зависимости от производителя. Чтобы снизить затраты, возникает закономерное желание сделать ее самостоятельно. Если варить умеете, никаких проблем — купили материалы и сделали. Но при этом надо учесть следующие моменты:

  • Резьба на сгонах должна быть хорошо прорезанной и симметричной.
  • Стенки отводов одинаковой толщины.

Качество самодельного изделия может быть «не очень»

Вроде, очевидные вещи. Но вы удивитесь, как сложно найти четыре нормальных сгона с нормально сделанной резьбой. Далее, все сварные швы должны быть качественными — система будет работать под давлением. Сгоны приварены строго перпендикулярно к поверхности, на нужном расстоянии. В общем, не такая простая это задача.

Если сами не умеете, придется искать исполнителя. Найти его совсем непросто: либо дорого просят за услуги, либо качество работы, мягко говоря, «не очень». В общем, многие решают купить гидрострелку, несмотря на немалую стоимость. Тем более, в последнее время, отечественные производители делают не хуже, но намного дешевле.

Оборудование котельной – это отдельная обширная тема, которую мы уже как-то затрагивали. Один из элементов котельной, который постоянно на слуху – это гидравлический разделитель. Затронем в этой статье принцип работы гидростелки, для чего она нужна и ее основное назначение.

В погоне за дополнительной выгодой многие продавцы, менеджеры и даже производственники готовы рассказывать все, что угодно, если это поможет продать товар. Вот и появляются различные чудо шланги, невероятно надежные котлы и так далее.

Но настоящий простор для деятельности аферистов – это товары, про которые потребитель знает мало. Слышал что-то о его пользе, но не знает, в чем она заключается.

Один из таких приборов, овеянный массой легенд и слухов – это гидрострелка. Устройство нужное, но для совершенно определенной задачи, все остальное – маркетинг и профанация.

Устройство гидрострелки

Это просто небольшая труба с сечением в виде круга или прямоугольника, в которой есть четыре патрубка, через которые идет тепло к потребителю в одну сторону и обратка в котел в другую.

Назначение гидрострелки – это разделение контур котла и контура потребителя.

Расположить гидроразделитель можно как вертикально, так и в горизонтальной плоскости, все зависит от особенностей помещения. Чаще всего ставят вертикально, так как в этом положении проще установить сверху воздухоотводчик, а внизу – кран для удаления ненужных веществ.

Принцип работы гидрострелки
таков, что она не может работать независимо, нужен комплекс. Вся система включает в себя такие компоненты:

  • Сама гидрострелка
  • Главный коллектор
  • Насосные группы (одни прямая и две смесительные)
  • Обвязка
  • Контроллер управления

Принцип работы гидрострелки

Производители и ушлые маркетологи заявляют о трех возможных режимах работы гидрострелки. В то время, как эксперты утверждают, что способ использовать данное устройство есть только один.

Когда котел дает больше энергии, чем нужно всей теплосистеме потребителя, в таком случае излишки тепла возвращаются по стрелке в сам котел.

Это защищает наш котел от обратки, которая при пониженных тепловых значениях может нанести ущерб всей системе и дает дополнительный нагрев.

Главный принцип работы гидрострелки
– не манипуляции с перераспределением тепла между основной подачей и обраткой, а обеспечение возможности работы насосов всех контуров системы отопления
.

Поясним: если один мощный насос дает повышенное давление на один из контуров, то второй насос, более слабый по своим характеристикам, перестает выполнять свою задачу и не забирает ровным счетом ничего, из-за чего возникают перебои, перепады температурные и другие неприятности.

Гидравлический разделитель создает область нулевого сопротивления. Благодаря чему удается распределить нагрузку по всем контурам и насосам равномерно, и таких проблем не будет никогда. Равномерность позволяет также повысить устойчивость и надежность всей системы в целом, так как ни один из участков больше не подвергается критическим нагрузкам.

Альтернативные режимы работы гидрострелки

Несмотря на то, что правильным принципом работы гидрострелки является только способ, описанный выше, нужно учитывать, что существует техническая возможность использовать и альтернативу.

Одна из них – это когда котел работает уравновешенно, отдает тепла столько же, сколько идет на обратку. Но это условие подобно сферическому коню в вакууме, так как полная тождественность значений Q1(контур котла) и Q2 (контур потребителя) достигается крайне редко и на очень небольшие сроки. Так что всерьез строить работу на этом режиме нельзя.

Второй режим работы гидрострелки несет в себе угрозу и его следует всячески избегать.

Он строится на том, что котел отдает тепла меньше, чем требуется потребителю, и в этом случае часть тепла из обратки по гидроразделителю уходит обратно в контур потребления, что не идет на пользу ни системе, ни потребителям.

Минусы очевидны – обратка в котел идет с пониженными температурными значениями, то есть котел фактически остужается при получении обратного теплоносителя, что запрещено по всем стандартам, ГОСТам и даже здравому смыслу, так как итоговая мощность, отдаваемая в контур потребления, становится меньше и желаемый результат не достигается.

Дополнительные возможности и мифы

Есть мнение, что конструкция гидрострелки позволяет также выполнять такие задачи:

  • Защита котла от теплового удара
  • Увеличение долговечности системы отопления
  • Повышает коэффициент полезного действия (КПД) котла

Однако независимые специалисты утверждают, что это только сказки для увеличения продаж.

При этом дополнительные опции все-таки есть, это дополнительная защита от грязи, воздухоотведение, защита котла от обратки с пониженной температурой.

Но эти функции можно обеспечить гораздо более дешевыми устройствами.

Когда и при каких условиях нужно ставить гидрострелку?

Граница необходимости включения в систему отопления, в котельную такого устройства, как гидрострелка, рассматривается индивидуально и зависит от ряда условий – мощности насосов, их взаимодействия, общая мощность системы, наличие дополнительных котлов, использующихся в связке в основным. ф

Профессиональные инженеры рекомендуют включать гидрострелку в систему отопления тогда, когда количество котлов больше одного и количество насосов больше трех. В противном случае необходимости в ней нет. Повредить она не повредит, но и пользы от усложнения всей конструкции не будет.

Таким образом данное устройство подходит только для большой разветвленной системы, например, в многоквартирных домах или крупных дачах с большим количеством пристроек, в противном случае. Особенно когда насоса всего один или два, это является просто пустой тратой денег и нерациональным использованием средств.

Владельцам индивидуальных домов при организации знакомо понятие разбалансировки после присоединения контуров к котлу. Для выравнивания давления и уменьшения его на устанавливается гидрострелка. Принцип работы, назначение и расчеты мы разберем в сегодняшнем обзоре.

Гидравлический разделитель может быть круглой или прямоугольной формы. Принцип работы практически не отличается между собой. Прямоугольная форма выглядит лучше. Круглая — больше подойдет с точки зрения организации гидравлики. Но в основном, форма практически не влияет на организацию функционирования системы.

Дополнительно, в состав гидрострелки могут быть включены:

  • фильтры;
  • сепараторы воздуха с отведением воздушных масс;
  • краны;
  • с элементами терморегулирования, которые препятствуют попаданию холодной воды в обратку контура котла;
  • дополнительная ;
  • шламоуловитель;
  • манометр.

Корпус гидравлического разделителя может быть выполнен из низкоуглеродистой, нержавеющей стали или меди. Выпускают также гидрострелку из полипропилена. Дополнительно ее обрабатывают специальными антикоррозийными составами и теплоизолируют при необходимости.

Это следует знать!
Гидроразделители из полимера можно использовать для отопительной системы, которую обслуживает котельное оборудование мощностью 13-35 кВт. Их нельзя применять для оборудования, работающего на твердых видах топлива.

Особенности монтажа гидрострелки

Гидрострелку устанавливают за котлом, при наличии коллектора – перед ним. Патрубки подключают при помощи фланцев или резьб в следующем порядке: на одной стороне разделителя их подсоединяют к выходам в порядке 1, 2, 3, на противоположной стороне в зеркальном порядке 3, 2, 1. Это не догма, в зависимости от условий расположение трубной развязки может меняться.

Наиболее часто применяется вертикальный распределитель. Это наиболее удачное расположение для отсеивания водных потоков от взвесей. Если требуют условия, его расположить можно и горизонтально.

Для крепления небольших моделей могут использоваться кронштейны. Гидрострелки с большим весом размешают на полу или подставке, чтобы не перегружать систему трубопровода.

Заключение

Итак, теперь вы знаете, что это такое: гидравлическая стрелка. В подведении итогов, можно отметить основные ее достоинства. Она надежно защищает теплообменник из чугуна от тепловых и гидроударов, упрощается подбор насосного оборудования, все оборудование работает в штатном режиме. Система отопления сбалансирована, работа контуров не влияет друг на друга.

И напоследок посмотрите видеообзоры устройства, назначения и функционирования гидрострелки:

Гидравлический разделитель чаще называют — гидрострелка. Он настолько прост, что с его применением не должно возникнуть никаких вопросов. Ответить, — зачем нужно такое устройство, — можно просто взглянув на него.

Гидрострелка представляет из себя не длинную трубу относительно большого диаметра, с отводами меньшего диаметра, она похожа на вытянутый бочонок.

Очевидно, гидроразделитель нужен для выравнивания давления во всех подключенных к нему трубопроводах. Действительно, если подключить к этому куску толстой трубы трубопроводы подачи и обратки, то давление в них сразу выровняется, ведь само гидравлическое сопротивление устройства не значительное, специалисты называют его «нулевым».

Но какая в этом практическая польза? В каких случаях нам понадобится выравнивать давление между подачей и обраткой?

Рассмотрим подробней, как применяется гидрострелка, и что нужно учесть в системе отопления, чтобы решить вопрос о необходимости применении. Но прежде нужно понять и другое – откуда вокруг такого простого устройства столько толкований и рекомендаций по его установке? А ноги растут из у.е., т.е. из $.

Откуда берутся сложности

Сама гидрострелка хоть и проста на вид, но не столь дешева. Не в гаражном, а в фирменном исполнении — 250$. А ее применение еще влечет и ее обвязку (фитинги, сливы, краны), что под 100$. А с установкой все это вместе уже целых 400 $. Действительно не дешевый получается кусок трубы в фирменном исполнении.

Но этого мало. Если простую систему, под соусом «установка полезнейшей гидрострелки», преобразовать в сложную, и напичкать автоматикой (примерно как на схеме ниже), т.е. вынести из под насоса котла 3 контура (бойлер, радиаторы, теплые полы) и обеспечить каждый своей насосной группой и подключить это все к фирменному коллектору с этим устройством, и установить контроллер автоматики, то все это вместе может потянуть на целых 2500$. Вот мы и добрались до золотого дна «установщиков радиаторов».

И за что же нужно выкинуть такую сумму? Оказывается, что не за что, так как в подавляющем большинстве случаев гидрострелка в системе отопления не нужна, и никакой особой роли не играет. Необходима она лишь в действительно сложных системах отопления, с множеством контуров отходящих от основной магистрали, обеспеченных собственными насосами.

Чтобы каждый контур не сильно влиял на соседний, параллельный ему, необходимо подровнять давление между магистралями подачи и обратки. Вот тогда и применяют гидростерлку и все необходимые для ее работы аксессуары.

Подробней, зачем нужен гидравлический разделитель и какая его роль рассмотрим на схемах.

Особенности применения гидрострелки

Рассмотрим схему отопления с несколькими насосами и с двумя котлами.

От подачи (красным) ответвляются контур радиаторов, контур теплых полов, контур водяного бойлера (теплоноситель отопления греет воду для бытовых нужд), может быть еще контур для отопления других удаленных помещений – этажей, оранжереи, гаража, сауны, другого дома…

Теперь видно, что насосы на этих контурах нужны разные. Длины этих контуров и их сопротивление разное…. Если включается мощный насос в одном контуре, то он изменит давление на границах параллельного контура, хотим мы этого или не хотим. Он может уменьшить количество проходящего теплоносителя по соседнему контуру, остановить там движение или вообще опрокинуть струю. Из этого положение нужно как то выходить, что и указано на следующей схеме.

Теперь подача и обратка соединены возле котла гидрострелкой. А это значит, что давление в них выровнялось, и влияние насосов в контурах на соседние контуры сошло на нет. Мы получили стабильную систему.

Понятно, что через гидрострелку между подачей и обраткой начнет циркулировать жидкость. Движется она от подачи на обратку, т.е. котел частично замыкается сам на себя. Не вредно ли это? А не может ли теплоноситель поменять направление движения в другую сторону?

Как работает система отопления с гидравлическим разделителем

Режим работы системы отопления с гидрострелкой, когда жидкость не движется между подачей и обраткой через гидрострелку в принципе невозможен. Это из разряда фантастики, так как не бывает абсолютно одинаковых давлений в контурах подачи и обратки.

Режим, когда жидкость движется из обратки в подачу, в принципе, возможен, если почему-то подобран слишком слабомощный котел, или насос контура котла, или если этот насос вышел из строя.

Тогда жидкость под воздействием насосов дополнительных контуров может циркулировать из обратки в подачу через гидрострелку. Это аварийный режим, он будет хорошо заметен по горячему котлу и холодным потребителям и должен быть устранен. Котел с таким режимом будет работать на максимуме температуры, а теплоноситель в контурах будет прохладным.

При этом разница температур между подачей и обраткой на котле будет весьма большой, во всяком случае, больше чем рекомендуют производители – «не более 20 градусов». Этот режим вредный для котла, он будет образовывать конденсат на камере сгорания или даже может привести к поломке теплообменника.

Режим, когда жидкость частично циркулирует через гидрострелку от подачи на обратку является нормальным (небольшое превышение расхода в контуре котла над сумой расходов потребителей).

При этом разница температур между подачей и обраткой на котле уменьшается, что нормально для его работы, и даже полезно во время запуска холодной системы. Важно лишь, чтобы этот нисходящий поток через гидравлический разделитель не оказался бы слишком большим, что возможно при абсолютно неграмотном монтаже системы или при поломке в контурах. Котел, работающий сам на себя, будет останавливаться слишком часто, что тоже нехорошо.

«Особенные свойства»

Гидрострелке приписывают «чудесные» свойства в виде:
— «повышение КПД котла»;
— «оптимизация работы насосов с повышением их долговечности»;
— «очистка системы от мусора»;
— «увеличение моторесурса всей системы»;
— «нормализация работы гидравлического оборудования»;
— «температурная оптимизация коллекторов, при интегральном подключении забора с улучшением всех связующих составляющих системы и встроенных контуров, для оптимального прогрева органики инфракрасным облучением»;
— «снятие порчи с жильцов», — и пр.
Все это являются или рекламной выдумкой, не имеющей ничего общего с реальностью, или тиражированием в свободной интерпретации ранее выдуманной нелепости. Следование некоторым утверждениям может нанести вред системе. Гидравлический разделитель нужен лишь для выравнивания давлений между подачей и обраткой в сложных системах.

Нужно ли устанавливать

Скорее всего, необходимости в установке гидрострелки нет. Ведь система не настолько сложная, чтобы один контур «забивал» другой?

Если есть обычный набор – котел, радиаторы, бойлер, — то разделитель не нужен. Если даже радиаторный контур обеспечен своим отдельным насосом то, когда периодически включается насос бойлера, радиаторный насос отключается автоматикой (приоритет бойлера) и конфликта этих насосов не происходит. А конфликт всего двух насосов (разница давлений и расходов), — полы и радиаторы — легко устраняется и без гидрострелки.

Как правило, подравнивать давление нужно если параллельно подключен более чем один котел (резервный не учитывается), или в системе имеются 4 и более насосов. Т.е. контуров много – 1 этаж, 2-й этаж, 3-й этаж, беседка, зимний сад, мастерская, сауна…., то с такой сложной системой придется раскошелится и на гидрострелку и связанное с ней оборудование.

В других случаях надобность в гидравлическом разделителе отсутствует. А подогрев обратки с целью оптимизации работы котла (разница не больше 20 градусов), особенно во время разогрева холодной системы, может выполнить и маленький байпас с краником между подачей и обраткой для возможности регулировки вручную, что составит «копейки» по сравнению с нагромождением не нужной гидрострелки….

Как устроена гидрострелка и для чего она нужна

Эффективную и правильную работу системы отопления в частном доме в некоторых случаях обеспечивает гидрострелка, которая представляет собой полый трубчатый прибор с несколькими патрубками, расположенными попарно напротив друг друга или с небольшим смещением по высоте. Общих правил и требований по установке этого оборудования нет, но без гидравлического разделителя не обойтись, если установлен котел большой мощности или теплоноситель циркулирует по нескольким контурам одновременно. Об установке этого прибора нужно подумать и в том случае, если площадь дома превышает 200 м2.

Для чего нужна гидрострелка в системе отопления дома

Эффективность работы системы отопления, и в том числе и котла, зависит от того насколько правильно и с какой скоростью распределяется теплоноситель по контуру. Основная функция гидрострелки – уменьшение нагрузки на котел за счет выравнивания гидравлического давления в системе. Если в системе эксплуатируется более одного контура, то этот прибор служит для исключения динамического воздействия между ними, но при этом исполняет роль связующего звена по передаче теплоносителя.

Таким образом, гидрострелка для отопления дома служит элементом системы, с помощью которого координируются потоки теплоносителя, за счет их разделения, и согласовывается работа циркулярных насосов.

В системе отопления гидравлический разделитель служит для нескольких целей:

  • обеспечивает необходимый объем теплоносителя во вторичных контурах, даже при использовании котлов с небольшой производительностью;

  • является устройством, наличие которого в системе полностью исключает гидродинамическое воздействие параллельных контуров. Этот фактор очень важен в том случае, если кроме традиционного отопления с использованием радиаторов, устанавливаются теплые полы, внутрипольные конвекторы или используется бойлер косвенного нагрева.

Таким образом, гидрострелка нужна в том случае, если существует необходимость в разделении потоков циркулирования теплоносителя в разных, но параллельных между собой, контурах и выравнивания давления в каждом из них.

Принцип работы

Принцип работы гидравлической стрелки основан то том, что циркуляция и смешивание теплоносителя под воздействие насосов каждого контура происходит непосредственно в коллекторе, но при этом вертикальное движение практически отсутствует. Такая особенность работы способствует очищению теплоносителя от различных видов нерастворимых частиц и загрязнений, которые просто оседают в нижнем сегменте устройства, а впоследствии могут быть легко удалены, даже без прекращения работы системы отопления.

Но низкая скорость движения теплоносителя важна, прежде всего, для:

  • создания условий естественной конвекции;

  • уменьшения показателей гидравлического сопротивления в трубе;

  • удаления воздушных камер и пузырьков из системы, для чего в конструкции гидрострелки предназначается такая деталь, как автовоздушник.

Для системы отопления частного дома использование гидрострелки является положительным моментом, так как обеспечивает не только стабильную работу, но и поддержку точно заданных параметров. Но в тех случаях, когда котел применяется для отопления небольшого дома – до 150-200 м2 и обслуживает только один контур, то особой необходимости в монтаже гидрострелки нет.

Оборудование для системы отопления дома в интернет-магазине «Alfatep»

Получить ответ о том, нужна ли в системе отопления дома гидрострелка, купить которую предлагает наш интернет-магазин «Alfatep», можно у специалистов компании, позвонив по телефону в любой филиал или обратившись с вопросом на сайте. Они на основе предоставленных данных окажут профессиональную консультативную помощь и, при необходимости, помогут правильно выбрать оборудование.

Дополнительно, компания «Alfatep» может выполнить доставку приобретенного в интернет-магазине товара на указанный в заказе адрес, а также предоставить услуги по монтажу оборудования, который производится только высококвалифицированными мастерами.

принцип работы в системе и назначение

Назначение гидрострелки — для чего она нужна

Гидрострелка в отопительных системах выполняет следующие функции:

  1. Одной из главных функций гидроразделителя является гидродинамическая балансировка в отопительном контуре. Рассматриваемое устройство врезается в систему как дополнительный элемент и обеспечивает защиту чугунного теплообменника, расположенного в котле, от теплового удара. Именно поэтому гидроразделители обязательны к установке при использовании котлов с теплообменниками из чугуна. Кроме того, гидрострелка обеспечивает защиту отопления от повреждений при спонтанном отключении одного из ее элементов (например, ГВС или теплых полов).
  2. При обустройстве многоконтурного отопления гидроразделитель попросту необходим. Все дело в том, что контуры при работе могут конфликтовать и мешать друг другу – а установленный разделитель предотвратит их сопряжение, за счет чего система сможет нормально функционировать.
  3. Если отопительная система была спроектирована правильно, то гидрострелку можно использовать в качестве отстойника, удерживающего в себе различные твердые механические примеси, содержащиеся в теплоносителе.
  4. Находящийся в системе отопления гидроразделитель позволяет удалять из контура воздух, избавляя от необходимости использования других способов стравливания воздуха и предотвращая окисление внутренних поверхностей элементов отопительной системы.

Знание того, для чего нужна гидрострелка в системе отопления, позволит правильно подобрать и установить подобное устройство.

Для чего необходима гидрострелка в отопительной системе?

Объяснить, зачем необходима гидрострелка для отапливания, весьма просто. Процессы разбалансировки отопления знакомы хозяевам приватных домов. Современный котел имеет меньший по объему контур, чем циркуляционный расход потребителя. Работа гидрострелки теплоснабжения позволяет разделить гидравлический контур теплогенератора от вторичной цепи, увеличить качество и надежность системы.

Выходом в вопросе: «Зачем необходима гидрострелка в отопительной системе?», служит перечень хороших качеств теплоснабжения с на гидравлике терморазделителем:

  • разделитель — важное требование изготовителя оборудования для гарантии техобслуживания на котел мощностью 50 кВт и более, или теплогенератора с теплообменником из чугуна;
  • узел обеспечивает самый большой проток с ламинарным течением носителя тепла, поддерживает гидравлический и баланс температуры системы обогрева;
  • параллельное подключение гидрострелки теплоснабжения и контура потребителей выполняет самые маленькие потери давления, продуктивности и энергии тепла;
  • коленное размещение патрубков подачи-обратки обеспечивает температурный градиент вторичных контуров;

Схема движения носителя тепла в коллекторе с гидрострелкой

  • подходящий выбор и расчет гидрострелки для отапливания оберегает котел от температурные разницы подачи-обратки, предохраняет оборудование от теплового удара, выравнивает циркуляционный объем потоков воды в первичном и второстепенном контуре;
  • узел увеличивает Коэффициент полезного действия котла, позволяет вторичную циркуляцию части носителя тепла в котловом контуре, экономит электрическую энергию и горючее;
  • подмес хранит постоянный объем воды в котле;
  • при экстренной надобности разделитель возмещает дефицит расхода во второстепенном контуре;
  • пустотелый разделитель уменьшает воздействие насосов, обладающих разной мощностью квт, на вторичные контуры и котел;
  • добавочные функции гидроразделителя — делает меньше гидравлическое сопротивление, сформировывает условия для сепарации растворенных газов и шлама.

В многоконтурных отопительных системах применение гидрострелки в первую очередь для сбалансированной работы

Рабочий принцип гидрострелки теплоснабжения позволяет стабилизовать гидродинамические процессы в системе. Оперативное убирание мехпримесей из носителя тепла увеличит срок службы насосов, вентилей, счетчиков, датчиков, устройств для обогрева помещения. Зонируя потоки (контур теплогенератора и свободный контур потребителя), гидрострелка обеспечивает максимальное применение теплоты сгорания топлива.

Принцип работы гидроразделителя

Первым делом нужно понять, что такое гидрострелка в системе отопления как отдельный элемент. Конструктивно гидрострелка представляет собой полое устройство в виде трубы с квадратным сечением профиля (прочитайте: «Принцип работы и устройство гидрострелки отопления, назначение»). Простота конструкции говорит о том, что и принцип работы такого устройства достаточно прост. Благодаря гидрострелке в первую очередь выделяется и выводится из системы воздух, для чего используется автоматический воздухоотвод.

Отопительная система делится на два контура – большой и малый. Малый круг включает в себя саму гидрострелку и котел, а в большом круге к этим элементам добавляется еще и потребитель. Когда котел выдает оптимальное количество тепла, полностью расходуемое на отопление, то теплоноситель в гидрострелке перемещается лишь в горизонтальной плоскости. При нарушении баланса тепла и его расхода теплоноситель остается в пределах малого контура, и температура перед котлом растет.

Все эти действия приводят к автоматическому отключению системы, но теплоноситель при этом продолжает спокойно двигаться в малом контуре – и так ровно до тех пор, пока его температура не снизится до необходимого значения. По достижении заданной отметки котел возобновляет работу в штатном режиме. Все это дает ответ на вопрос о том, зачем нужна гидрострелка для отопления – она обеспечивает независимую работу всех контуров.

Гидравлический разделитель может использоваться и в сочетании с твердотопливными котлами. Принцип работы отопления с гидрострелкой сохраняется, но само устройство подключается к входу и выходу из отопительного оборудования – такая конструкция дает возможность тонкой настройки температуры в системе.

Гидрострелка – когда необходимо ставить гидроразделитель, и как его присоединить

Гидравлический разделитель чаще называют — гидрострелка. Он настолько прост, что с его использованием не должно появиться никаких вопросов. Дать ответ, — для чего необходимо данное устройство, — можно просто взглянув на него.

Гидрострелка из себя представляет не длинную трубу относительно крупного диаметра, с отводами с меньшим диаметром, она похожа на вытянутый бочонок.

Понятно, гидроразделитель необходим для выравнивания давления во всех включенных к нему трубопроводах. На самом деле, если присоединить к этому куску толстой трубы магистрали из труб подачи и обратки, то давление в них сразу поровняется, ведь само гидравлическое сопротивление устройства не внушительное, профессионалы его называют «нулевым».

Но какая в этом функциональная польза? В каких вариантах нам потребуется ровнять давление между подачей и обраткой?

Рассмотрим подробно, как применяется гидрострелка, и что необходимо принимать во внимание в отопительной системе, чтобы разрешить вопрос про необходимость использовании. Однако прежде необходимо понять и другое – откуда вокруг подобного обычного устройства столько толкований и советов по его установке? А ноги растут из у.е., т.е. из $.

Откуда берутся трудности

Сама гидрострелка хотя и проста на вид, но не очень дешева. Не в гаражном, а в брендовом выполнении — 250$. А ее использование еще влечет и ее обвязку (фитинги, сливы, краны), что под 100$. А с установкой вместе все это уже целых 400 $. На самом деле не недорогой выходит кусочек трубы в брендовом выполнении.

Но этого мало. Если обычную систему, под соусом «установка полезнейшей гидрострелки», изменить в непростую, и напичкать автоматикой (приблизительно как на схеме ниже), т.е. вынести из под насоса котла 3 контура (накопительный электрический водонагреватель, отопительные приборы, полы с подогревом) и обеспечить каждый собственной насосной группой и присоединить это все к брендовому коллектору с данным устройством, и установить контроллер автоматики, то вместе все это может потянуть на целых 2500$. Вот мы и добрались до золотого дна «монтажников отопительных приборов».

И за что все-таки необходимо выбросить такую сумму? Оказывается, что не за что, так как практически во всех случаях гидрострелка в отопительной системе не требуется, и никакой особой не играет роли. Нужна она лишь в на самом деле непростых отопительных системах, с большим количеством контуров отходящих от ключевой магистрали, богатых своими насосами.

Чтобы каждый контур не особенно оказывал влияние на находящийся по соседству, параллельный ему, нужно выровнять давление между магистралями подачи и обратки. И тогда и используют гидростерлку и все которые нужны для ее работы сопутствующие предметы.

Подробно, для чего необходим гидравлический разделитель и какая его роль рассмотрим на схемах.

Специфики использования гидрострелки

Рассмотрим схему теплоснабжения с несколькими насосами и с 2-мя котлами.

От подачи (красным) ответвляются контур отопительных приборов, контур полов с подогревом, контур водяного водонагревателя электрического накопительного (тепловой носитель теплоснабжения греет воду для домашних потребностей), может быть еще контур для отапливания иных удалённых помещений – этажей, оранжереи, гаража, сауны, иного дома…

Сейчас видно, что насосы на таких контурах необходимы разнообразные. Длины таких контуров и их сопротивление различное…. Если включается мощный насос в одном контуре, то он изменит давление на границах параллельного контура, хотим мы этого или не хотим. Он может сделать меньше кол-во проходящего носителя тепла по смежному контуру, остановить там движение или вообще перевернуть струю. Из данного положение необходимо как то выходить, что и отмечено на следующей схеме.

Сейчас подача и обратка соединены возле котла гидрострелкой. А это означает, что давление в них выровнялось, и воздействие насосов в контурах на смежные контуры сошло на нет. Мы получили стабильную систему.

Ясно, что через гидрострелку между подачей и обраткой начнет циркулировать жидкость. Двигается она от подачи на обратку, т.е. котел отчасти замыкается сам на себя. Полезно ли это? А не может ли тепловой носитель заменить направление движения в обратную сторону?

Как не прекращает работу система обогрева с на гидравлике разделителем

Рабочий режим системы обогрева с гидрострелкой, когда жидкость не двигается между подачей и обраткой через гидрострелку как правило нереален. Это из разряда фантастики, так как не бывает полностью похожих давлений в контурах подачи и обратки.

Режим, когда жидкость двигается из обратки в подачу, как правило, возможен, если из-за чего то выбран чрезмерно слабомощный котел, или насос контура котла, или если этот насос перестал работать.

Тогда жидкость под влиянием насосов добавочных контуров может циркулировать из обратки в подачу через гидрострелку. Это аварийный режим, он будет отлично виден по горячему котлу и холодным потребителям и обязан быть устранен. Котел с этим режимом будет работать на максимуме температуры, а тепловой носитель в контурах будет прохладным.

При этом температурная разница между подачей и обраткой на котле окажется очень большой, в любом случае, более чем предлагают изготовители – «не больше 20 градусов». Такой режим вредный для котла, он будет образовывать конденсат на топке либо даже может привести к неполадке теплообменного аппарата.

Режим, когда жидкость отчасти двигается через гидрострелку от подачи на обратку считается нормальным (маленькое превышение расхода в контуре котла над сумой затрат потребителей).

При этом температурная разница между подачей и обраткой на котле уменьшается, что хорошо для его работы, и даже полезно в момент запуска холодной системы. Важно лишь, чтобы этот нисходящий поток через гидравлический разделитель не оказался бы очень уж большим, что может быть при полностью неграмотном монтажных работах системы или при неисправности в контурах. Котел, действующий сам на себя, будет останавливаться очень часто, что тоже плохо.

«Необыкновенные свойства»

Гидрострелке приписывают «чудесные» свойства в виде: — «увеличение Коэффициент полезного действия котла»; — «оптимизация работы насосов с повышением их долговечности»; — «очистка системы от мусора»; — «увеличение заявленного ресурса всей системы»; — «нормализация работы гидравлического оборудования»; — «температурная оптимизация коллекторов, при интегральном подсоединении забора с улучшением всех связующих составляющих системы и вмонтированных контуров, для хорошего прогрева органики инфракрасным облучением»; — «снятие порчи с жителей», — и др. Все это являются или маркетинговой фантазией, не имеющей ничего общего с действительностью, или тиражированием в свободной интерпретации прежде выдуманной нелепости. Следование некоторым утверждениям может навредить системе. Гидравлический разделитель необходим лишь для выравнивания давлений между подачей и обраткой в непростых системах.

Необходимо ли ставить

Быстрее всего, надобности в установке гидрострелки нет. Ведь система не очень непростая, чтобы один контур «забивал» другой?

Если есть традиционный комплект – котел, отопительные приборы, накопительный электрический водонагреватель, — то разделитель не требуется . Если даже радиаторный контур гарантирован собственным индивидуальным насосом то, когда иногда включается насос водонагревателя электрического накопительного, радиаторный насос выключается автоматикой (приоритет водонагревателя электрического накопительного) и конфликта таких насосов не случается. А инцидент всего 2-ух насосов (разница давлений и затрат), — полы и отопительные приборы — легко устраняется и без гидрострелки.

В основном, подравнивать давление необходимо если параллельно подключен более чем один котел (запасной не принимается во внимание), или в системе есть 4 и более насосов. Т.е. контуров много – 1 этаж, 2-й этаж, 3-й этаж, альтанка, полудом-полусад, мастерская, парная…., то с подобной сложной системой придется раскошелится и на гидрострелку и связанное с ней оборудование.

В остальных случаях надобность в гидравлическом разделителе отсутствует. А разогрев обратки с целью оптимизации работы котла (разница меньше 20 градусов), особенно во время разогрева холодной системы, может сделать и маленький циркулярный насос с краником между подачей и обраткой для возможности регулировки ручным способом, что будет составлять «копейки» если сравнивать с нагромождением не необходимой гидрострелки….

Выбор гидравлического распределителя для системы отопления

Зная, что такое гидравлический разделитель в системе отопления, можно приступать к выбору подходящего устройства. При выборе гидрострелки нужно учитывать всего один показатель – стрелочный диаметр, т. е. диаметры патрубков, которые можно подводить к устройству. Для максимальной эффективности выбирать устройство нужно таким образом, чтобы поток теплоносителя в отопительном контуре не ограничивался, а вот в самой гидрострелке и патрубках он должен двигаться с минимальной скоростью (рекомендуемое значение составляет около 0,2 м/сек.).

Перед тем, как рассчитать гидрострелку системы отопления, нужно узнать следующие показатели:

  • D – диаметр гидрострелки, мм;
  • d – диаметры подводящих патрубков, мм;
  • G – предельное значение скорости тока жидкости по гидрострелке;
  • w – предельная скорость тока воды по поперечному сечению гидрострелки;
  • c – теплоемкость теплоносителя;
  • P – максимальная мощность котла, кВт;
  • t2-t1 – разница температур теплоносителя на подаче и обратке (стандартное значение составляет около 10 градусов).

Для расчета зависимости диаметра гидроразделителя от предельного значения напора системы необходимо взять значение диаметра подводящего патрубка и умножить его на 3, или же используется формула, в которой число 18,8 умножается на квадратный корень максимальной скорости движения жидкости, деленной на предельную скорость тока жидкости по поперечному сечению устройства.

Перед тем, как рассчитать гидрострелку для отопления, стоит также узнать о зависимости ее диаметра от мощности котла. Формула имеет такой же вид, но квадратный корень в данном случае извлекается из мощности котла, деленной на произведение скорости движения жидкости вдоль поперечного сечения разделителя, умноженной на разницу температур.

Рабочий принцип гидрострелки в отопительной системе приватного дома

Поток носителя тепла проходит разделитель со скоростью 0,1-0,2 м/с. Котловой насос разгоняет горячую воду до 0,7-0,9 м/с. Рекомендованный скоростной режим представление дает про то, зачем необходима гидрострелка для отапливания.

Изменение объема и направления движения гасит скорость потоков воды при небольшой потере энергии тепла в системе. Ламинарное движение потока приводит к тому, что гидравлическое сопротивление в середине корпуса фактически отсутствует. Буферная территория делит котел и цепь потребителя. Насос любого из контуров отопления не прекращает работу независимо, не нарушая гидравлический баланс.

Рабочий принцип гидрострелки в схеме теплоснабжения с 4-х ходовым краном

Схемы гидрострелки для отапливания (рабочий режим):

  • Нейтральный рабочий режим гидроразделителя, при котором напор, расход, температура и тепловая энергия подачи — обратки соответствуют расчетным показателям системы. Оборудование насоса обладает достаточной суммарной мощностью. Ламинарное движение потока в гидрострелке обеспечивает процессы деаэрации и осаждения взвешенных частиц.

Нейтральный рабочий режим гидроразделителя

  • Схема отображает рабочий принцип гидрострелки теплоснабжения, при котором котел не обладает достаточной мощностью, чтобы обеспечить расход во второстепенном контуре. Дефицит расхода приводит к подмесу холодного носителя тепла. Температурная разница подачи/обратки приводит к срабатыванию термодатчиков. Автоматика выведет теплогенератор на самый большой режим горения, однако покупатель не получает необходимого количества теплоты. Система обогрева разбалансирована, появляется угроза теплового удара.

Если котел не обладает достаточной мощностью, чтобы обеспечить расход во второстепенном контуре, появляется угроза теплового удара

  • Объемный поток первичного контура больше, чем расход носителя тепла зависимой цепи. Вариант, при котором котел функционирует в хорошем режиме. При розжиге агрегата или параллельном отключении насосов вторичных контуров, тепловой носитель двигается через гидрострелку по первичному (малому) контуру. Температура обратки, которая поступает в котел, ровняется подмесом из подачи. Достаточный объем носителя тепла поступает потребителю.

Объемный поток первичного контура больше, чем расход носителя тепла зависимой цепи — котел функционирует в хорошем режиме

Важное требование: продуктивность, которой обладает циркулярный насос первичного (котлового) контура на 10% больше, чем суммарный самый большой напор насосов во второстепенном контуре.

Достоинства гидрострелок

Гидравлические разделители, используемые в отопительных системах, имеют ряд достоинств, которые делают установку данных устройств оправданной:

  • Возможность избежать проблем при подборе размеров циркуляционного насоса, устанавливаемого во вторичном контуре и отопительном оборудовании;
  • Устранение конфликтов, возникающих между котловым контуром и отопительными;
  • Равномерное распределение потоков теплоносителя между отопительным оборудованием и потребителями;
  • Обеспечение наиболее благоприятной работы всех элементов отопления;
  • Возможность врезки в систему расширительного бака и автоматического воздухоотводчика;
  • Возможность беспрепятственного подключения к системе дополнительных элементов.

Кроме того, используемая при устройстве отопления стрелка позволяет существенно сэкономить на энергоресурсах: расход газа снижается примерно на четверть, а электричества – почти в два раза.

Заключение

Гидравлический распределитель для отопления – это очень полезное приспособление, позволяющее оптимизировать работу отопительной системы. Благодаря своим качествам рассматриваемые устройства позволяют добиться наиболее эффективного распределения тепла в отопительной системы при минимальных начальных затратах и существенной экономии в дальнейшем.

Способы расчета гидрострелки в отопительной системе приватного дома

Как высчитать гидрострелку системы обогрева приватного дома своими силами? Можно определить соответствующие размеры по формулам или выбрать диаметр по правилу «3D».

  • Формула определяет диаметр (D) по самой большой пропускной способности гидравлического разделителя (расчеты по реквизитам паспорта на котел):
  • Формула определяет диаметр гидрострелки по мощности теплогенератора. ?T температурная разница подачи/обратки — 10°C:
  • Диаметр отрезка трубы, входящего в гидрострелку или распределительный коллектор:

принцип действия и назначение

Гидравлический делитель – устройство, окутанное множеством мифов. Чтобы разобраться, с какими задачами действительно способна справиться гидростатическая пушка, а какие ее свойства являются лишь голословными заявлениями маркетологов, предлагаем подробно рассмотреть принцип работы этого агрегата и его назначение.

Принцип действия стрелы гидравлической

Стрела гидравлическая представляет собой колбу с автоматическим воздухоотводчиком, установленным в верхней части.На боковой поверхности корпуса врезаны патрубки для подключения основных труб отопления. Внутри гидрострелка абсолютно полая, в нижней части может быть прорезан патрубок с резьбой для установки шарового крана, назначение которого — слив осевшего ила со дна сепаратора.

По сути, гидравлический переключатель представляет собой шунт, который закорачивает подающий и обратный потоки. Назначение такого шунта – выравнивание температуры теплоносителя, а также его потока в генерирующей и распределительной частях гидросистемы отопления.Для получения реального эффекта от гидросепаратора требуется тщательный расчет его внутреннего объема и точек соединения труб. Однако большинство устройств, представленных на рынке, изготавливаются серийно без адаптации к конкретной системе нагрева. примесей или отделения растворенного кислорода. В реальности такие способы модернизации не демонстрируют сколько-нибудь существенной эффективности, и даже наоборот: например, при засорении сетки полностью перестает работать гидрострелка, а вместе с ней и вся система отопления.

Какие возможности приписывают гидросепаратору

Среди теплотехников существуют диаметрально противоположные мнения о необходимости установки гидрострелок в системах отопления. Масла в огонь подливают заявления производителей гидравлического оборудования, обещающие увеличение гибкости задания режимов работы, увеличение эффективности и эффективности теплообмена. Чтобы отделить зёрна от плевел, сначала рассмотрим абсолютно беспочвенные заявления о «выдающихся» возможностях гидравлических сепараторов..

Эффективность котельной установки никак не зависит от устройств, установленных после соединительных труб котла. Полезный эффект котла целиком содержится в преобразовательной мощности, то есть в процентном соотношении тепла, выделяемого генератором, к теплу, поглощаемому теплоносителем. Никакие специальные методы обвязки не могут повысить КПД, он зависит только от площади поверхности теплообменника и правильного выбора скорости циркуляции теплоносителя.

Многорежимность, которая якобы обеспечивается установкой гидрострелки, тоже абсолютный миф.Суть обещаний сводится к тому, что при наличии гидрострелки можно реализовать три варианта соотношения потоков в генераторной и потребительской частях. Первый – это абсолютное выравнивание расхода, что на практике как раз возможно только при отсутствии шунтирования и наличии только одного контура в системе. Второй вариант, при котором расход в контурах больше, чем через котел, якобы обеспечивает повышенную экономию, однако при этом режиме в теплообменник неизбежно поступает переохлажденный теплоноситель по обратке, что порождает ряд негативных эффектов. : запотевание внутренних поверхностей камеры сгорания или температурный шок.

Также имеется ряд аргументов, каждый из которых представляет собой бессвязный набор терминов, но по своей сути не отражает ничего конкретного. К ним относятся повышение гидродинамической устойчивости, увеличение срока службы оборудования, контроль над распределением температур и им подобные. Также можно встретить утверждение, что гидроразделитель позволяет стабилизировать баланс гидросистемы, что на практике оказывается с точностью до наоборот. Если при отсутствии гидрострелки реакция системы на изменение расхода в какой-либо ее части неизбежна, то при наличии сепаратора она также абсолютно непредсказуема.

Реальный объем

Тем не менее, термогидравлический сепаратор далеко не бесполезен. Это гидротехническое устройство и принцип его действия достаточно подробно описан в специальной литературе. Гидрострелка имеет вполне определенную, хотя и довольно узкую, сферу применения.

Важнейшим преимуществом гидроразделителя является возможность согласования работы нескольких циркуляционных насосов в генераторной и потребительской частях системы. Нередко в контуры, соединенные с общим коллекторным узлом, подаются насосы, производительность которых отличается в 2 и более раза.При этом самый мощный насос создает настолько большую разницу давлений, что забор теплоносителя остальными циркуляционными устройствами невозможен. Несколько десятков лет назад эту проблему решили так называемой шайбой – искусственным понижением расхода в цепях потребителей путем вваривания в трубу металлических пластин с разным диаметром отверстий. Гидравлическая стрела шунтирует подающую и обратную магистрали, за счет чего выравниваются разрежение и избыточное давление в них.

Вторым особым случаем является превышение мощности котла по отношению к потреблению распределительных контуров.Такая ситуация характерна для систем, в которых ряд потребителей не работает на постоянной основе. Например, к общей гидравлике можно подключить бойлер косвенного нагрева, теплообменник бассейна и отопительные контуры зданий, которые обогреваются лишь время от времени. Установка гидрострелки в таких системах позволяет все время поддерживать номинальную мощность котла и скорость циркуляции, при этом излишки нагретого теплоносителя стекают обратно в котел. При включении дополнительного потребителя разница в расходах уменьшается и излишки направляются уже не в теплообменник, а в открытый контур.

Гидростатическая пушка также может служить коллектором генераторной части при согласовании работы двух котлов, особенно если их мощность существенно отличается. Дополнительным эффектом работы гидрострелки можно назвать защиту котла от температурных ударов, но для этого расход в секции генератора должен превышать расход в сети потребителя не менее чем на 20 %. Последнее достигается установкой насосов соответствующей производительности..

Схема подключения и установка

Схема подключения гидравлического переключателя такая же простая, как и его собственное устройство. Большинство правил касаются не столько подключения, сколько расчета пропускной способности и распиновки. Тем не менее, знание полной информации позволит провести монтаж правильно, а также убедиться, что выбранная гидравлическая стрелка подходит для ее установки в конкретную систему отопления.

Первое, что необходимо четко уяснить, это то, что гидравлическая стрелка будет работать только в системах отопления с принудительной циркуляцией.При этом в системе должно быть не менее двух насосов: один в контуре генераторной части и не менее одного в потребителе. При других условиях гидроразделитель будет действовать как шунт с нулевым сопротивлением и, соответственно, закорачивать всю систему.

Пример схемы подключения водяной стрелки: 1 – котел отопления; 2 – группа безопасности котла; 3 – расширительный бачок; 4 – циркуляционный насос; 5 – гидроразделитель; 6 – автоматический воздухоотводчик; 7 – запорная арматура; 8 – сливной клапан; 9 – цепь №1 бойлер косвенного нагрева; 10 – контур №2 радиаторов отопления; 11 – трехходовой клапан с электроприводом; 12 – контур №3 теплый пол

Следующий аспект – размер гидравлической стрелки, диаметр и расположение отводов. В общем случае диаметр колбы определяется исходя из наибольшего расчетного расхода в линии. Максимальным можно принять расход теплоносителя либо в генерирующей, либо в потребительской части системы отопления по данным гидравлического расчета.Зависимость диаметра колбы-сепаратора от расхода описывается отношением расхода к расходу теплоносителя через колбу. Последний параметр является фиксированным и в зависимости от мощности котельной установки может варьироваться от 0,1 до 0,25 м/с. Частное, полученное при расчете указанного коэффициента, необходимо умножить на поправочный коэффициент 18,8.

Диаметр патрубков должен составлять 1/3 диаметра колбы. При этом подводящие патрубки располагают сверху и снизу колбы, а также друг от друга на расстоянии, равном диаметру колбы.В свою очередь, выходные патрубки расположены так, что их оси смещены относительно осей втулок на два собственных диаметра. Описанные закономерности определяют общую высоту корпуса гидрострелы.

Стрелка гидравлическая подключается к прямому и обратному магистральным трубопроводам котла или нескольких котлов. Разумеется, при подключении гидрострелки не должно быть и намека на сужение условного прохода. Это правило вынуждает применять трубы с очень значительным условным проходом в обвязке котла и при присоединении коллектора, что несколько усложняет вопрос оптимизации компоновки оборудования котельной и увеличивает материалоемкость обвязки.

Наконец, кратко коснемся темы многовыходных гидростопов, также известных как сепколлы. По сути, это коллекторная группа, в которой разделитель подачи и обратки объединены сепаратором. Устройства такого типа чрезвычайно полезны при согласовании работы нескольких контуров отопления с разным расходом и температурой теплоносителя.

Вертикальный разделительный коллектор позволяет создать температурный градиент в выходных патрубках за счет смешивания порций теплоносителя.Это дает возможность прямого подключения, например, бойлера косвенного нагрева, радиаторной группы и контуров теплого пола без смесительной группы: разница температур между соседними выходами sepcoll, естественно, будет поддерживаться в пределах 10-15°С, в зависимости от циркуляции режим. Однако следует помнить, что такой эффект возможен только в случае расположения обратки генераторной части над обратками потребителей.

В итоге дадим важную рекомендацию.Большинство бытовых систем отопления мощностью до 100 кВт не требуют разделителя с низкими потерями. Гораздо более правильным решением будет подбор мощности циркуляционных насосов и согласование их работы, а для защиты котла от теплового удара подключение магистрали байпасной трубой. Если проектная или монтажная организация настаивает на установке гидрострелки, это решение обязательно должно быть обосновано технологически.

Гидравлическая стрела — что это такое и как она устроена?

Гидравлическая стрела – это устройство, представляющее собой компенсационную камеру, предназначенную для связи контуров котла с системой отопления в целом.Этот механизм используется в бытовых и промышленных системах отопления. Гидравлическая стрелка нормирует разницу температур между двумя контурами для одного потока.

Назначение и функции

Чаще всего этот инструмент устанавливается в каскадных котельных установках. Этот механизм снижает риск возникновения колебаний потока контура от теплоносителя. Таким образом, устройство гидрострелки позволяет ей взаимно воздействовать на два потока соседних водяных контуров. Его устанавливают в разных направлениях – горизонтальном и вертикальном.В некоторых случаях этот инструмент используется в качестве воздухоотделителя и шламоотделителя. В системе отопления и охлаждения он также используется для выравнивания потока гидравлической системы. При удалении различных пузырьков последний работает очень стабильно и качественно.

Что еще особенного в гидравлической стреле? Принцип работы этого устройства состоит из нескольких пунктов. Во-первых, этот механизм создает равновесие в гидравлической системе. А во-вторых, гидравлическая стрела удаляет из системы водоснабжения различные пузырьки и шлам, предотвращая тем самым образование отложений в устройстве. Все это положительно сказывается на работе котла и батарей отопления в целом.

Устройство гидравлической стрелы

Эта деталь изготовлена ​​из специальной низкоуглеродистой стали, оснащена 4 желобами, защитной гильзой для измерения температуры и перфорированной перегородкой. Система имеет два входных и выходных патрубка. Первый из них выполняет функцию подключения контура котла, а второй обслуживает отопительный механизм. В баке гидропушки смонтированы перфорированная перегородка и гильза для измерения температуры.Благодаря наличию в системе первого инструмента исключается прямая циркуляция теплоносителя котлового контура в контур отопления. Перегородки, установленные в нижней части гидрострелы, увеличивают процесс ликвидации, а клапанный штуцер очищает устройство от загрязнений.

В каких случаях устанавливается?

Гидравлическая стрелка монтируется, когда насос первичного контура сообщается с одним или несколькими устройствами второго контура в той же системе. Как следствие, возрастает риск возникновения пульсаций расхода в контурах теплоносителя.А благодаря такому устройству, как гидронаводчик, эти воздействия нормируются до стабильных значений, тем самым исключается возможность негативного воздействия помп друг на друга. Таким образом, это средство обеспечивает подачу воды одинакового напора ко всем контурам системы. Скорость потока в системе 0,1-0,2 метра в секунду.

Понимание основных схем гидравлических систем

Джош Косфорд, ответственный редактор

Из всех тем под эгидой гидравлической энергии размером с внутренний дворик, гидравлические символы вызывают наибольшее количество запросов от тех, кто хочет узнать больше о гидравлической силе.Чтение любой схемы с более чем тремя символами может быть пугающим, если ваш опыт ограничен. Но научиться невозможно. На самом деле, требуется только базовое понимание того, как работают символы и как они расположены на диаграмме. Одна из проблем — даже если вы запомнили каждый символ в библиотеке — понять, почему конкретный символ используется в схеме; этой части трудно научить, и она приходит только с опытом.

В этом месяце я познакомлю вас с основами, чтобы вы знали, как рисуются и структурируются стандартные линии и формы, чтобы их можно было интерпретировать повсеместно.Если вы уже знакомы со схемами, не теряйте простоты. В некоторых случаях я также попытаюсь привести примеры более старых символов, поскольку на многих заводах есть старые машины со старыми схемами.

Основными элементами любой схемы являются линии различных типов. Чаще всего используется сплошная черная линия, которую я называю базовой линией. Это многофункциональная линия, которая используется для обозначения всех распространенных форм (таких как квадраты, круги и ромбы), а также для обозначения проводников жидкости, таких как линии всасывания, нагнетания и возврата.

Другим широко используемым стилем линий является штрихпунктирная граница или линия ограждения. Это представляет собой группу гидравлических компонентов как часть составного компонента (например, управляемого направляющего клапана с пилотным и основным клапаном вместе), подсхемы (например, цепи безопасности для гидравлического пресса) или стандартной схемы. один гидравлический коллектор с картриджными клапанами. Как правило, граничное ограждение представляет собой четырехсторонний многоугольник, с использованием штрихпунктирной линии, с различными символами клапанов, содержащимися внутри, как представление фактической гидравлической системы.

Третья наиболее часто встречающаяся линия — это простая пунктирная линия. Это двойная функциональная линия, представляющая как пилотную, так и дренажную линии. Линия управления как в представлении, так и в функциях использует гидравлическую энергию для подачи сигналов или управления другими клапанами. Умение разбираться в линиях управления является ключом к пониманию сложных гидравлических схем. В качестве дренажной линии пунктирная линия просто представляет любой компонент с утечкой жидкости, требующий пути, представленного на чертеже.

Когда линии на схеме представляют шланги, трубки или трубопроводы на машине, они часто должны пересекаться или соединяться с другими кабелепроводами. В случае соединения гидравлических трубопроводов к месту соединения на чертеже добавляется точка или узел, чтобы показать, как они соединяются на машине. Линия, которая пересекается на чертеже, не обязательно должна пересекаться на машине, но требуется пояснение к чертежу, чтобы отличить пересекающиеся линии от соединяющихся. Раньше пересечение линий отображалось как прыжок или мост, но в настоящее время стандартом является то, что они просто пересекаются без драмы.

Если мы продвинемся немного дальше, чем ваша основная линия, у нас есть три другие общие формы, используемые в гидравлических схемах.Это круг, квадрат и ромб. В основе 99% гидравлических символов лежит один из этих трех. Насосы и моторы любого типа рисуются с помощью круга, как и измерительные приборы. Клапаны любого типа используют базовый квадрат в качестве начала. Некоторые из них представляют собой просто один квадрат, например клапаны давления, но в других используются три соединенных квадрата, например, с трехпозиционным клапаном. Ромбами обозначаются устройства кондиционирования жидкости, такие как фильтры и теплообменники.

Квадрат используется в основном для клапанов различных типов; клапаны давления и направляющие клапаны являются наиболее распространенным использованием.Один квадрат используется для каждого упрощенного клапана давления, который я могу придумать; предохранительные клапаны, редукционные клапаны, уравновешивающие клапаны, клапаны последовательности и т. д. Каждый напорный клапан, за исключением редукционного клапана, называется нормально закрытым и не пропускает жидкость в нейтральном состоянии. Клапаны должны открываться посредством прямого или управляющего давления, которое может возникнуть в любом месте в пределах настройки пружины.

Если разобрать символ предохранительного клапана, мы увидим еще несколько форм, ранее не обсуждавшихся.Первый — стрелка. В большинстве случаев стрелки не используются, и предполагается, что жидкость может течь в любом направлении. В случае нашего предохранительного клапана жидкость проходит через него только в одном направлении, как видно по вертикальной смещенной стрелке. Вторая стрелка предохранительного клапана нарисована по диагонали, что означает возможность регулировки. В этом случае наложенная пружина означает, что этот предохранительный клапан имеет пружину с регулируемыми настройками давления.

Предположим, что предохранительный клапан настроен на 2000 фунтов на квадратный дюйм. Вы заметили пунктирную линию, идущую от нижней части символа, закругляющую угол и прикрепленную к левой стороне.Эта пунктирная линия указывает на то, что клапан управляется непосредственно давлением на его входном отверстии, и что управляющая жидкость может воздействовать на клапан, сдвигая стрелку вправо. На реальном клапане, конечно, нет стрелки, но, как и характер гидравлических символов, он просто представляет собой визуальную модель того, что происходит. Когда давление в пилотной линии приближается к 2000 фунтов на квадратный дюйм, стрелка перемещается до тех пор, пока клапан не достигнет центра, позволяя жидкости проходить, что, в свою очередь, снижает давление до уровня выше по потоку до 2000 фунтов на квадратный дюйм.

Редукционный клапан является единственным нормально открытым клапаном давления в гидравлике.Как видите, он очень похож на предохранительный клапан, за исключением двух изменений в символе. Во-первых, стрелка показывает, что он течет в нейтральном положении, тогда как предохранительный клапан заблокирован. Во-вторых, он получает пилотный сигнал после клапана. Когда давление на выходе поднимается выше значения настройки пружины, клапан закрывается, предотвращая попадание входящего давления на путь вниз по потоку, что позволяет давлению снова упасть до уровня ниже уставки давления.

Направленные клапаны по-прежнему используют квадратные оболочки, что видно на показанных тарельчатом клапане 2/2 и электромагнитных клапанах 4/3.Каждый конверт или квадрат представляет одно из возможных положений клапана. Тарельчатый клапан 2/2 не указывает, как смещается клапан, но он блокирует поток в одном положении и пропускает его в другом. Клапан 4/3 показывает, что он блокирует весь поток в среднем (нейтральном) положении. Затем его можно сместить в левую или правую оболочку, по существу реверсив поток из рабочих портов. Символы пружины расположены над каждым из символов соленоида, и это представляет собой двойные соленоиды с функцией центрирования пружины.

Круги обозначают насосы и двигатели в 90% используемых символов, а также могут использоваться в обратных клапанах или манометрах. Треугольные стрелки обозначают направление движения жидкости; в случае насосов он обращен наружу, а в случае двигателей — внутрь. Двигатели часто имеют двунаправленное вращение и также имеют треугольник внизу, позволяющий жидкости поступать через любой порт. Некоторые насосы могут одновременно быть двигателями и, кроме того, могут быть двухвращательными, как показано на следующем символе.Символ насоса переменной производительности с компенсацией давления широко варьируется, а иногда просто показан стрелкой внутри круга. Этот конкретный пример является моим любимым, и он несколько прост, хотя он может стать довольно сложным, показывая отдельные символы для различных компенсаторов, отверстий и/или электропропорциональных клапанов.

Последней базовой формой, обычно используемой в гидравлических символах, является ромб. Ромбами обозначены устройства кондиционирования, такие как фильтры, нагреватели или охладители.Вы можете себе представить, что пунктирная линия, разделяющая пополам символ фильтра, улавливает частицы по мере их прохождения. Для охладителя две направленные наружу стрелки представляют тепло, излучаемое охладителем. Наконец, показан теплообменник типа «жидкость-жидкость», показывающий путь входящей и выходящей жидкости, отводящей тепло из системы.

Основы гидравлической символики довольно просты, но я коснулся только поверхности. Есть много специализированных символов, представляющих такие вещи, как электроника, аккумуляторы, различные цилиндры и шаровые краны, которые я не могу показать.Кроме того, каждый символ, который я показал, представляет небольшую часть возможных модификаций каждого из них; существует, вероятно, сотня или более способов представить гидравлический насос с помощью схематического символа.

Наконец, способы комбинирования гидравлических символов для создания полной схемы, представляющей реальную машину, безграничны. Я рекомендую вам тратить время на чтение гидравлических схем, чтобы интерпретировать символы, когда у вас есть время. Вы не только откроете для себя уникальные символы, но и увидите уникальные способы использования старых символов и компонентов в гидравлической схеме.

Пилотное давление — обзор

Электромагнитный клапан

Электромагнитные клапаны обычно представляют собой небольшие запорные клапаны с магнитным приводом. Некоторые специальные версии могут быть модулированы, см. . ПРИМЕЧАНИЕ: Электромагнитные клапаны в главе 6. Электромагнитные клапаны можно рассматривать как герметичный шаровой клапан с электрическим приводом.

На рис. 3.33 показан типичный клапан прямого действия. Металлический корпус, показанный с резьбовыми соединениями с внутренней резьбой, отлит за одно целое. Корпус имеет фланец, обращенный вверх, где обычно находится крышка. Легкая нержавеющая сталь, немагнитная, прессованная, образующая границу давления. Внутри соленоидный якорь скользит, открывая и закрывая клапан; нижнее торцевое уплотнение на седле корпуса.

Рисунок 3.33. Электромагнитный клапан прямого действия

Предоставлено Danfoss A/S

Нормально открытые клапаны (НО) имеют пружину под якорем, которая удерживает клапан в открытом положении. В нормально закрытых (NC) клапанах пружина находится сверху. Электрическая катушка, создающая рабочее магнитное поле, расположена вокруг корпуса из нержавеющей стали.Катушки обычно находятся под напряжением в течение всего периода работы от пружины. Небольшие клапаны могут быть двунаправленными или однонаправленными, поэтому следует обращаться к инструкциям производителей. Для работы некоторых клапанов требуется минимальное давление на входе; поэтому спецификации должны быть проверены тщательно.

Эффективный размер электромагнитных клапанов можно увеличить за счет сервопривода или пилотного управления. Электромагнитный клапан работает в жидкостном контуре малого диаметра, который приводит в действие главный клапан, см. Рисунок 3.34. Эти клапаны будут однонаправленными, так как входное и выходное давление необходимы для правильной работы.

Рисунок 3.34. Электромагнитный клапан с сервоприводом

Предоставлено Danfoss A/S

Главный клапан, заглушка типа «гусиная лапка», изолирован диафрагмой, которая также усиливает усилия сервопривода. Питание сервопривода берется от входа клапана и направляется над диафрагмой. Подача сервопривода фильтруется сетчатой ​​сеткой в ​​отверстии корпуса главного клапана. Электромагнитный клапан действует на пути выхода сервопривода к выходу главного клапана. В закрытом состоянии входное давление клапана воздействует на диафрагму, удерживая главный клапан закрытым.Когда соленоид открывается, сервожидкость вытекает быстрее, чем может поддерживать впускное отверстие; поэтому давление сервопривода снижается, и главный клапан открывается. Некоторые клапаны могут быть демпфированы гидравлическим ударом. Гидравлический удар — это разрушительный эффект, создаваемый слишком быстрым изменением скорости жидкости. Это может быть вызвано слишком быстрым открытием или закрытием клапанов. Небольшие электромагнитные клапаны могут открываться и закрываться за 10 мс. Клапаны большего размера с сервоприводом можно замедлить до 5 или 10 с. На рис. 3.34 хорошо видно отверстие на входе сервопривода.

Клапаны с пилотным управлением большего размера представляют собой шаровые клапаны со встроенным поршнем. Поршень имеет диск шарового клапана, обращенный к его нижней поверхности, а верхняя часть поршня подвергается управляющему давлению. Уплотнения из эластомера могут быть установлены для контроля утечек как поршня, так и седла. Большие поршни могут направляться снизу для облегчения выравнивания. Демпфирование главного клапана может иметь две формы:

отверстие в питании пилотного управления

вязкостное демпфирование, встроенное в нижнюю направляющую

входной порт и выходной порт. Эти клапаны могут быть названы «двухходовыми» электромагнитными клапанами и обозначены как «2/2», за которыми следует NC или NO. Электромагнитные клапаны могут быть сконструированы с тремя портами для отводных применений, «трехходовыми» клапанами, обозначенными как «3/2», за которыми следует НЗ или НО.

Они также могут быть выполнены в виде трехходовых отводных клапанов. При подаче питания на катушку выходные порты меняются местами. Многоклапанные коллекторы производятся с количеством клапанов до шести, что позволяет сливать до шести входов в один выход.

Катушки электромагнитных клапанов очень важны.Потому что катушки электрические — обычные электрические параметры требуют рассмотрения:

физическая защита

Изоляция

Rating

Блок питания

Физическая защита варьируется от IP00 (без защиты) до IP67 (полная защита от пыли и кратковременного погружения в воду). Качество изоляции катушки определяет, насколько горячая катушка может работать без повреждений.Изоляция класса «F»: температура окружающего воздуха 40°C, повышение температуры на 100°C является довольно стандартным. Изоляция класса «H»: температура окружающего воздуха 40°C, повышение температуры до 125°C, доступна на некоторых промышленных клапанах для тяжелых условий эксплуатации. Режим работы имеет решающее значение для успешной долгосрочной работы. Если катушка должна находиться под напряжением в течение длительного времени, то необходим непрерывный или 100% номинал. Некоторые катушки рассчитаны только на 30%, 18 минут в час. В соленоид можно встроить снижение напряжения, что снижает энергопотребление и нагрев после подачи питания в течение определенного времени.

Источник питания катушки может сильно различаться. Следующие очень распространены; 12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока, 110 В постоянного тока, 220 В постоянного тока, 24 В переменного тока, 36 В переменного тока, 48 В переменного тока, 110 В переменного тока, 220 В переменного тока, 240 В переменного тока, 380 В переменного тока. Важное значение имеет частота подачи переменного тока. Катушки для постоянного тока могут иметь встроенный выпрямитель для использования в сети переменного тока. Катушки не потребляют много энергии, обычно от 10 до 20 Вт. Катушки могут быть искробезопасными. В некоторых случаях соленоидные клапаны требуют вентиляции. Это требование необходимо обсудить перед заказом.

Разновидностью стандартной конструкции соленоида является импульсный клапан нулевой мощности. Клапан «переключается» или «защелкивается» при подаче импульса питания. Эти клапаны могут экономить энергию, не требуя подачи питания на катушку в течение длительного времени. Некоторые электромагнитные клапаны могут быть оснащены местным ручным дублером.

Электромагнитные клапаны доступны в различных материалах и размерах корпуса. В Таблице 3.9 перечислены типичные размеры и номинальные характеристики.

Таблица 3.9. Типичные размеры электромагнитных клапанов и рейтинги давления

Размеры тела Размеры соединения 3 Латунь ⅛ «до ⅜» BSP 30 Латунь ½ » NPT 50 50 ⅜ «до 2» BSP

10 ¼ «до 2» 21 Латунь 2½ «до 4» Фланец 10 Зинк Бронза ⅛ «до ⅜» BSP 30 Зинк Бронза ⅜ «до 2» BSP 10 Нержавеющая сталь ⅛ «до ½» 24 24 24 Нержавеющая сталь ⅛ «до ⅜» BSP 30 Нержавеющая сталь ⅜ «до 2» BSP 10 пятно Меньше стали ¼ «NPT 100

Как гидравлические тормоза MTB справляются с нагревом и советы экспертов по предотвращению перегрева

Помните выдающийся запах школьных кабинетов естествознания? Наша учительница биологии заставляла плотоядных жуков трудиться над любой добычей, которую она могла собрать по дороге на работу, и она регулярно ссылалась на них в примерах эволюции и экзистенциальной философии. Вы, вероятно, помните из того или иного урока естествознания, что большинство твердых тел расширяются при нагревании, и это касается жидкостей.И минеральное масло, и тормозные жидкости DOT для гидравлических горных велосипедов подпадают под этот зонтик, и наши тормозные системы должны предусматривать способы управления этим расширением по мере его возникновения. Мы спросили Джуда Монику из Magura, как и где выделяется большая часть этого тепла, как оно управляется внутри тормозной системы и что мы можем сделать, чтобы уменьшить его.

Самый короткий ответ на вопрос «где и как вырабатывается тепло?» находится на суппорте, а на обоих концах шланга находятся охлаждающие или сбрасывающие давление растворы. Вся тормозная жидкость будет нагреваться на длинных и крутых спусках, когда вы сильно нажимаете на тормоза, требуя их максимальной мощности.

Этой расширяющейся жидкости нужно куда-то деваться, и современные производители тормозов нашли для нее место. В разрезанном рычаге ниже вы можете увидеть, где Магура творит эту магию. Стрелка номер три указывает на главный тормозной цилиндр, который проталкивает масло к суппорту, когда вы дергаете рычаг. Пружина слева помогает лезвию втягиваться со скоростью вашего пальца, в то время как подушечки втягиваются с помощью гибкого четырехугольного кольца на другом конце. Черная резина, которой касается третья стрелка, герметизирует систему и позволяет маслу и давлению поступать с заданной скоростью в резервуар, на который нацелена вторая стрелка.Резервуар номер два — это место, куда жидкость поступает по мере расширения и возвращается обратно в систему, когда все остывает.

Фото предоставлено Джудом Моникой

Рядом со стержнем этой второй стрелы в корпусе рычага есть крошечное отверстие. Это отверстие позволяет герметичному пузырю внутри расширяться по мере нагревания масла. Это известно как «открытая система», и Джуд Моника из Magura говорит, что тормозные системы практически любого колесного транспортного средства сегодня работают именно так. Без этого сброса давления масло будет расширяться до тех пор, пока поршни не выдвинутся, что приведет к заеданию или блокировке тормозов. Этот малюсенький расширительный пузырь важен. Другие стрелки на фото выше в значительной степени связаны с функциональностью рычага и выработкой энергии, о которых мы поговорим в другой раз.

Моника еще больше расширила это маленькое отверстие в корпусе рычага. «Крошечная дырочка в нашей верхней крышке, а также в большинстве других (на самом деле, все современные/нынешние гидравлические тормозные системы имеют какое-то «отверстие» или способ не полностью герметизировать тормозную систему) предназначена для атмосферных изменений во всем гидравлическом контуре. тормозная система, независимая от гидравлической части системы.Это означает, что у масла нет возможности просачиваться/вытекать из системы, а воздух и мусор не могут проникнуть внутрь, и все же термин «открытая система» все еще применяется».

Затем он упомянул, что произойдет, если система не позволит этому пространству для камеры расширяться, а также объяснил, как масло в камере компенсирует дополнительное пространство в суппортах по мере износа колодок и продвижения поршней. «Система «открыта» по отношению к атмосфере (отделяя масло через гибкую резиновую мембрану резервуара) и позволяет колебаться расширению тормозной жидкости без негативного влияния на функции и обязательства системы.Важные обязательства расширения нагретой жидкости и способность системы компенсировать, не позволяя нагретым жидкостям вдавливать тормозные колодки в ротор, а также, что важно, позволяя системе приспосабливаться к износу колодок. Если бы система не была «открытой», удобство саморегулирующихся колодок было бы невозможно. Вместо этого потребуется ручная регулировка износа колодок. [Чтобы продемонстрировать разницу между закрытой и открытой системой] я использовал пример, когда вы кладете палец на конец соломинки и вынимаете ее из стакана с водой.Жидкость остается внутри поднятой соломинки. Уберите палец с конца соломинки, и жидкость внезапно вытечет. Этот пример иллюстрирует возможность перемещения жидкости из основного резервуара вниз к новым пустотам в отверстиях суппорта по мере того, как колодки становятся тоньше по мере износа».

На другом конце шланга тепло и необходимое давление создаются за счет трения между тормозными колодками и ротором. Сам диск может лучше смягчить тепло с большим количеством материала либо за счет большего диаметра, либо за счет меньшего количества отверстий.Роторы большего диаметра предлагают дополнительные рычаги для повышения тормозной способности и больше металла для распределения тепла. Они также предлагают меньшую модуляцию, поэтому некоторые гонщики предпочитают использовать роторы разных размеров для разных стилей трасс, отдавая предпочтение модуляции, а не рассеиванию тепла, и наоборот. Моника упомянула, что отверстия в тормозных дорожках роторов предназначены для заточки тормозной колодки, чтобы она имела плоскую поверхность для идеального сопряжения с ротором. Остальные отверстия в роторе существуют в основном для снижения веса, а более тяжелый ротор будет быстрее распространяться и уменьшать тепло.

Суппорты и тормозные колодки также могут снижать температуру несколькими способами. Материалы колодки и подложки влияют на тепловыделение, как и состав поршня, а форма суппорта может повлиять на то, куда в конечном итоге попадает вся эта энергия. Именно здесь вступают в игру такие технологии, как ребристые колодки Shimano, нагнетающие воздух в суппорт и расширяющие охлаждающую поверхность колодок. Другие бренды, такие как Alligator, Jagwire и Uberbike, последовали их примеру и разработали собственные ребристые колодки.

Моника говорит, что классический спор между жидкостью DOT и минеральным маслом немного неправильно понят.Теоретически, поскольку жидкость DOT имеет гораздо более высокую температуру кипения, она с меньшей вероятностью перегреется. Это верно до тех пор, пока в систему не попадает вода, но жидкость DOT гигроскопична, что означает, что она естественным образом притягивает воду. h30 в конечном итоге войдет в картину и значительно снизит температуру кипения. Моника говорит, что как только вода попадает в систему, температура кипения DOT падает до точки, при которой жидкость DOT не имеет преимуществ, тогда как минеральное масло не гигроскопично и не страдает от такого же ухудшения характеристик.

Согласно статье Epic Bleed Solutions, температура сухого кипения тормозной жидкости DOT 3 составляет 204°C, а температура кипения с водой в системе – 140°C. Вариант жидкости DOT 5.1 имеет самую высокую температуру кипения 270°C. °С в сухом состоянии и 190°С во влажном состоянии. В той же статье говорится, что минеральные масла кипят в диапазоне от 120° до 290° в зависимости от марки, а розовый сок Shimano находится в середине при 280° C.

Хотя мы сосредоточены на рассеивании и растворении тепла с помощью лазера, важно отметить, что тормозной системе также требуется определенное количество тепла для правильной работы.Если вы едете на более низких скоростях с 220-миллиметровыми роторами, колодки и масло могут никогда не нагреться настолько, чтобы тормоза работали наилучшим образом. Возможно, вы заметили, что некоторые тормоза не работают так же хорошо, как только вы нажимаете их в первый раз на быстром спуске, и это, вероятно, связано с тем, что им нужно немного прогреться. Все системы рассчитаны на разные варианты использования, и для гидравлических дисковых тормозов, безусловно, есть «слишком холодная» точка.

Помимо механических характеристик, лучший способ уменьшить нагрев тормозной системы — это меньше ее использовать.Если вы не используете безопасное торможение или тормоза во время спуска, у них будет больше шансов остыть. Один из способов сократить использование тормозов — искать точки торможения на трассе; места, где есть хорошая опора для ваших шин и достаточное сцепление, чтобы сделать торможение эффективным. Люди, которые часто ездят по скользким корням и камням, вынуждены изучать технику торможения с меньшим сопротивлением, поскольку постоянное торможение по скользкому материалу приведет к заносу. Точно так же, как искать опору в углу, вы можете искать лучшее место, чтобы сжать эти рычаги, а затем отпустить их, чтобы остыть и ускориться в остальное время.

Есть ли подробные сведения о компонентах, о которых вы хотели бы узнать подробнее? Пожалуйста, напишите их в комментариях, и мы спросим у инженеров все подробности.

Основы гидравлической системы и безопасность

Жидкость под высоким давлением воздействует на шток и поршень внутри гидравлического цилиндра. Каждый ход цилиндра преобразует мощность жидкости (давление) в работу (механическую силу). Уровень масла в резервуаре падает, когда шток и поршень выдвигаются.

Когда шток и поршень втягиваются, жидкость возвращается в резервуар.Металлические стенки резервуара охлаждают жидкость, отводя тепло. Пониженное давление в резервуаре позволяет захваченному или растворенному воздуху выходить из жидкости.

Гидравлическая жидкость находится под огромным давлением, которое может превышать 2000 фунтов на квадратный дюйм (psi), согласно отчету о гидравлической безопасности на сайте extension.org. Некоторые более крупные сельскохозяйственные машины имеют гидравлические системы с давлением, превышающим 3000 фунтов на квадратный дюйм, по сравнению с водопроводной водой из бытового крана, которая обычно составляет около 40 фунтов на квадратный дюйм.

Зная это, гидравлические системы и гидравлическая жидкость могут быть опасны для тех, кто эксплуатирует машины с этими системами. Опять же, я думаю, что все это знают, но приятно получить мягкое напоминание о том, насколько опасными могут быть эти системы.

Много лет назад я пошел в общественный колледж с парнем старше меня, который вернулся, чтобы продолжить свое образование в более позднем возрасте. У него было несколько неприятных шрамов на руках и руках. Один из наших одноклассников, наконец, спросил, что случилось, и он сказал, что гидравлический шланг лопнул у него в руках, и масло под давлением сильно обожгло его.

Я вдруг лучше осознал опасность гидравлической системы.

Согласно сайту extension.org, надлежащее техническое обслуживание имеет решающее значение для всех типов машин и оборудования, включая гидравлическую систему. При обслуживании системы надевайте средства индивидуальной защиты, включая перчатки и защитные очки.

Не полагайтесь исключительно на гидравлический подъемник, если вам необходимо работать с гидравлическими компонентами при поднятой системе. В качестве меры предосторожности установите рабочий блок на блоки.

В отчете говорится, что если вы не прокачиваете систему, не запускайте двигатель машины во время обслуживания системы. Гидравлическая жидкость может быть очень горячей и может вызвать ожоги, поэтому дайте гидравлической системе остыть перед заменой трубопроводов, соединений, фильтров или фитингов.

Операторы должны осмотреть гидравлические линии на наличие утечек и износа. Периодически заменяйте фильтры и предохраняйте гидравлическое масло от загрязнений, так как грязь является основной причиной повреждения гидравлической системы.

Перед снятием цилиндров с рабочих агрегатов убедитесь, что агрегаты опираются на землю, страховочные стойки или предохранительные блоки, а двигатель выключен.Используйте цепь, напольный домкрат или другое вспомогательное устройство, если вам нужно снять тяжелые гидравлические насосы или регулирующие клапаны, рекомендуется на сайте.

Чтобы увидеть весь выпуск TSC, перейдите на http://bit. ly/….

Чтобы прочитать весь отчет extension.org о гидравлической безопасности, посетите http://bit.ly/….

С Рассом Куинном можно связаться по адресу [email protected]

(JP/AG)

© Copyright 2017 DTN/The Progressive Farmer. Все права защищены.

Помощь викторины: Fluid Flow | EZ-ПДХ.com

Используйте поиск, чтобы быстро найти ответы на вопросы — откройте окно поиска (ctrl+f), затем введите ключевое слово из вопроса, чтобы перейти к этим терминам в материалах курса

Введение

Поток жидкости важная часть большинства промышленных процессов; особенно те, которые связаны с передачей тепла. Часто, когда требуется отвести тепло от точки, в которой оно генерируется, в процессе теплопередачи участвует какой-либо тип жидкости. Примерами этого являются охлаждающая вода, циркулирующая через бензиновый или дизельный двигатель, поток воздуха, проходящий через обмотки двигателя, и поток воды через активную зону ядерного реактора. Системы потока жидкости также обычно используются для обеспечения смазки.

Течение жидкости в ядерной области может быть сложным и не всегда подлежит строгому математическому анализу. В отличие от твердых тел, частицы жидкости движутся по трубопроводам и компонентам с разной скоростью и часто подвергаются разным ускорениям.

Несмотря на то, что детальный анализ течения жидкости может быть чрезвычайно трудным, основные понятия, связанные с проблемами течения жидкости, довольно просты.Эти основные концепции могут применяться при решении задач о течении жидкости за счет использования упрощающих допущений и средних значений, где это уместно. Несмотря на то, что этого типа анализа недостаточно для инженерного проектирования систем, он очень полезен для понимания работы систем и прогнозирования приблизительной реакции жидкостных систем на изменения рабочих параметров.

Основные принципы течения жидкости включают три концепции или принципа; с первыми двумя из них учащийся познакомился в предыдущих руководствах. Первый — это принцип импульса (приводящий к уравнениям гидродинамических сил), который был описан в руководстве по классической физике. Второе — это сохранение энергии (приводящее к Первому закону термодинамики), которое изучалось в термодинамике. Третье — это сохранение массы (ведущее к уравнению неразрывности), которое будет объяснено в этом модуле.

Свойства жидкостей

Жидкость — это любое вещество, которое течет, потому что его частицы не связаны жестко друг с другом.Сюда входят жидкости, газы и даже некоторые материалы, обычно считающиеся твердыми, например стекло. По сути, жидкости — это материалы, не имеющие повторяющейся кристаллической структуры.

Некоторые свойства жидкостей обсуждались в разделе «Термодинамика» этого текста. К ним относятся температура, давление, масса, удельный объем и плотность. Температура была определена как относительная мера того, насколько горячим или холодным является материал. Его можно использовать для прогнозирования направления, в котором будет передаваться тепло. Давление было определено как сила на единицу площади. Общепринятыми единицами измерения давления являются фунты силы на квадратный дюйм (psi). Масса была определена как количество материи, содержащейся в теле, и ее следует отличать от веса, который измеряется силой тяжести, действующей на тело. Удельный объем вещества – это объем на единицу массы вещества. Типичные единицы измерения: фут 3 /фунт. Плотность , с другой стороны, является массой вещества на единицу объема.Типичные единицы измерения: фунт/фут 3 . Плотность и удельный объем обратны друг другу. И плотность, и удельный объем зависят от температуры и в некоторой степени от давления жидкости. При повышении температуры жидкости плотность уменьшается, а удельный объем увеличивается. Поскольку жидкости считаются несжимаемыми, увеличение давления не приведет к изменению плотности или удельного объема жидкости. В действительности жидкости могут быть слегка сжаты при высоких давлениях, что приводит к небольшому увеличению плотности и небольшому уменьшению удельного объема жидкости.

Плавучесть

Плавучесть определяется как тенденция тела всплывать или всплывать при погружении в жидкость. У всех нас были многочисленные возможности наблюдать плавучие эффекты жидкости. Когда мы плаваем, наше тело почти полностью удерживается водой. Дерево, лед и пробка плавают на воде. Когда мы поднимаем камень со русла ручья, он вдруг кажется тяжелее при выходе из воды. Лодки полагаются на эту выталкивающую силу, чтобы оставаться на плаву. Величина этого плавучего эффекта была впервые рассчитана и сформулирована греческим философом Архимедом.Когда тело помещают в жидкость, оно поднимается вверх под действием силы, равной весу воды, которую оно вытесняет.

Если тело весит больше, чем вытесняемая им жидкость, оно тонет, но теряет вес, равный весу вытесненной жидкости, как наш камень. Если тело весит меньше, чем вес вытесненной жидкости, то тело поднимется на поверхность, в конце концов всплыв на такую ​​глубину, что вытеснит объем жидкости, вес которого как раз будет равен его собственному весу. Плавающее тело вытесняет под своим весом жидкость, в которой оно плавает.

Сжимаемость

Сжимаемость — это мера изменения объема вещества, которое претерпевает вещество, когда на него оказывается давление. Обычно жидкости считаются несжимаемыми. Например, давление 16 400 фунтов на квадратный дюйм приведет к уменьшению данного объема воды только на 5% по сравнению с его объемом при атмосферном давлении. С другой стороны, газы очень сжимаемы. Объем газа можно легко изменить, воздействуя на газ внешним давлением

Связь между глубиной и давлением

Любой, кто ныряет под воду, замечает, что давление на его барабанные перепонки на глубине даже несколько футов заметно превышает атмосферное давление.Тщательные измерения показывают, что давление жидкости прямо пропорционально глубине, и для данной глубины жидкость оказывает одинаковое давление во всех направлениях.

Рисунок 1: Давление в зависимости от глубины

Как показано на рисунке 1, давление на разных уровнях в резервуаре различается, что приводит к тому, что жидкость покидает резервуар с различной скоростью. Давление определялось как сила, приходящаяся на единицу площади. В случае этого резервуара сила обусловлена ​​весом воды над точкой, где определяется давление.где m = масса в фунтах

g = ускорение свободного падения 32,17 фут/сек 2

g c = 32 фунт-фут/фунт-сила-сек

V = объем в футах

ρ = плотность жидкости в фунтах/футах 3

Объем равен произведению площади поперечного сечения на высоту (h) жидкости.Подставляя это в приведенное выше уравнение, получаем:

P = (ρ A hg)/(A g c )

P = (ρ hg)/(g c )

Это уравнение говорит нам, что давление сила столба воды прямо пропорциональна высоте столба и плотности воды и не зависит от площади поперечного сечения столба. Давление в тридцати футах ниже поверхности напорной трубы диаметром один дюйм такое же, как давление в тридцати футах под поверхностью большого озера.

Пример 1:

Если резервуар на рис. 1 заполнен водой плотностью 62,4 фунта/фут3, рассчитайте давление на глубине 10, 20 и 30 футов.

Решение:

p = (ρhg) / g c

p

p 10 футов = (62,4 lbm / ft 3 ) (1o ft) (32.17 ft / sec 2 /(32.17 lbm- FT / IBF-SEC 2 )

= 624 LBF / FT 2 (1 FT 2 /144 в 2 )

= 4,33 LBF / в 2

P 20 = ( 624 фунт/фут 3 )(20 футов)(32.17 Ft / SEC 2 / (32.17 LBM-FT / IBF-SEC 2 )

= 1248 LBF / FT 2 (1FT 2 / 144IN 2 )

= 8,67 IBF / в

P 30 футов  = (62,4 фунта/фут3) (30 футов) (32,17 фута/сек) 2 /32,17 фунт-фут/фунт-сила-сек ft 2 /144  in 2 )

= 13,00 lbf/in 2

из 61.9 фунтов/фут 3 .

а) Каково давление воды на дно бака?

(b) Какова средняя сила, действующая на дно?

Решение:

(a)   P = (phg)/г c

P = (61,9 фунт/фут 3 ) (40 футов) (32,17 фут/сек 2 LBF-SEC 2 )

= 2476 LBF / FT 2 (1 ft 2 /144 в 2 )

= 17. 2 LBF / в 2

(b) Давление = Сил / область

Сила = (Давление)(Площадь)

Площадь = πr 2

F = (17.2 LBF / в 2 ) π (10 футов) 2 (144 в 2 /1 Ft 2 )

= 7.78 x 10 5 LBF

Закон Pascal

Давление жидкостей в каждом из ранее приведенных случаев был обусловлен весом жидкости. Давление жидкости также может быть результатом приложения внешних сил к жидкости. Рассмотрим следующие примеры. На рис. 2 представлена ​​емкость, полностью заполненная жидкостью. A, B, C, D и E представляют собой поршни одинаковой площади поперечного сечения, вставленные в стенки сосуда.На поршни C, D и E будут действовать силы из-за давлений, вызванных различной глубиной жидкости. Предположим, что силы, действующие на поршни из-за давления, вызванного весом жидкости, следующие: A = 0 фунтов силы, B = 0 фунтов силы, C = 10 фунтов силы, D = 30 фунтов силы и E = 25 фунтов силы. Теперь пусть к поршню А приложена внешняя сила в 50 фунтов силы. Эта внешняя сила заставит давление во всех точках сосуда увеличиться на одинаковую величину. Поскольку все поршни имеют одинаковую площадь поперечного сечения, увеличение давления приведет к увеличению сил на всех поршнях на 50 фунтов силы.Таким образом, если к поршню А приложена внешняя сила в 50 фунтов силы, сила, действующая со стороны жидкости на другие поршни, теперь будет следующей: B = 50 фунтов силы, C = 60 фунтов силы, D = 80 фунтов силы и E = 75 фунтов силы. ».

Это влияние внешней силы на замкнутую жидкость было впервые сформулировано Паскалем в 1653 году.

Давление, приложенное к замкнутой жидкости, передается без уменьшения по всему
ограничивающему сосуду системы.

Рисунок 2: Закон Паскаля

Контрольный объем

В термодинамике контрольный объем был определен как фиксированная область в пространстве, где изучаются массы и энергии, пересекающие границы области.Эта концепция контрольного объема также очень полезна при анализе проблем с потоком жидкости. Граница контрольного объема для течения жидкости обычно принимается за физическую границу части, через которую протекает течение. Концепция контрольного объема используется в приложениях гидродинамики с использованием принципов непрерывности, импульса и энергии, упомянутых в начале этой главы. Как только контрольный объем и его граница установлены, различные формы энергии, пересекающие границу с жидкостью, могут быть рассмотрены в форме уравнения для решения проблемы жидкости.Поскольку в задачах о потоке жидкости обычно рассматривают жидкость, пересекающую границы контрольного объема, подход с контрольным объемом называется анализом «открытой» системы, что аналогично концепциям, изучаемым в термодинамике. В ядерной области есть особые случаи, когда жидкость не пересекает контрольную границу. Такие случаи изучаются с использованием «закрытого» системного подхода.

Независимо от характера потока все потоковые ситуации подчиняются установленным основным законам природы, которые инженеры выразили в форме уравнения. В задачах о жидкости всегда выполняются законы сохранения массы и энергии, а также законы движения Ньютона. Кроме того, каждая проблема будет иметь физические ограничения, называемые математически граничными условиями, которые должны быть удовлетворены, прежде чем решение проблемы будет соответствовать физическим результатам.

Объемный расход

Объемный расход расход расход ( V˙ ) единица измерения объема жидкости в системе в единицу времени.Объемный расход можно рассчитать как произведение площади поперечного сечения (A) для потока и средней скорости потока (v).

V˙   =    A  v             (3-1)

Если площадь измеряется в квадратных футах, а скорость – в футах в секунду, уравнение 3-1 дает объемный расход, измеренный в кубических футах в секунду. Другие распространенные единицы объемного расхода включают галлоны в минуту, кубические сантиметры в секунду, литры в минуту и ​​галлоны в час.

Пример:

Труба с внутренним диаметром 4 дюйма содержит воду, которая течет со средней скоростью 14 футов в секунду. Рассчитайте объемный расход воды в трубе.

Решение:

Используйте уравнение 3-1 и подставьте площадь.

V˙ = (π R 2) V

V˙ = (3.14) (2/12 футов) 2 (14 футов / с)

V˙ = 1.22 FT 3 / с

Масса Расход

Массовый расход (м˙) системы – это мера массы жидкости, проходящей через точку системы в единицу времени. Массовый расход связан с объемным расходом, как показано в уравнении 3-2, где ρ — плотность жидкости.

м˙   =   ρV˙                 (3-2)

Если объемный расход выражен в кубических футах в секунду, а плотность выражена в фунтах массы на кубический фут, уравнение 3-2 дает массовый расход, измеренный в фунтах- масса в секунду. Другие распространенные единицы измерения массового расхода включают килограммы в секунду и фунты массы в час.

Замена V˙ в уравнении 3-2 соответствующими членами уравнения 3-1 позволяет напрямую вычислить массовый расход.

m˙   =    ρ  A  v            (3-3)

Пример:

Вода в трубе из предыдущего примера имела плотность 62. 44 фунта/фут3. Рассчитайте массовый расход.

Решение:

m˙ = ρ v˙

m˙ = ρ v˙

m˙ = (62,44 lbm / ft 3 ) (1.22 ft 3 / с)

m˙ = 76,2 lbm / sec

Сохранение массы

Из термодинамики вы узнали, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, а только изменить форму. То же верно и для массы. Сохранение массы — это инженерный принцип, который гласит, что все массовые расходы в контрольном объеме равны всем массовым расходам из контрольного объема плюс скорость изменения массы в контрольном объеме.Этот принцип математически выражен уравнением 3-4. где: указанный период времени)

Установившийся поток

Установившийся поток относится к состоянию, при котором свойства жидкости в любой точке системы не изменяются с течением времени. Эти свойства жидкости включают температуру, давление и скорость.Одним из наиболее важных свойств, которое является постоянным в системе с установившимся потоком, является массовый расход системы. Это означает, что ни в одном из компонентов системы не происходит накопления массы.

Уравнение неразрывности

Уравнение неразрывности — это просто математическое выражение принципа сохранения массы. Для контрольного объема с одним входом и одним выходом принцип сохранения массы гласит, что для стационарного потока массовый расход в объеме должен равняться массовому расходу на выходе.Уравнение непрерывности для этой ситуации выражается уравнением 3-5.

м˙

вход  =   м˙ выход          (3-5)

(ρAv) вход = (ρAv) выход

Для Масса требует, чтобы сумма массовых расходов в контрольном объеме равнялась сумме массовых расходов из контрольного объема. Уравнение непрерывности для этой более общей ситуации выражается уравнением 3-6.

∑ м˙

вход = ∑ м˙ выход         (3-6)

трубка.

Пример: уравнение неразрывности – расширение трубопровода

В трубе, диаметр которой постепенно расширяется от 6 дюймов до 8 дюймов, существует стационарный поток. Плотность жидкости в трубе постоянна и равна 60 .8 фунтов/фут3. Если скорость потока составляет 22,4 фута/сек в 6-дюймовом сечении, какова скорость потока в 8-дюймовом сечении?

Решение:

Из уравнения неразрывности мы знаем, что массовый расход в секции 6 дюймов должен равняться массовому расходу в секции 8 дюймов. Если нижний индекс 1 представляет 6-дюймовую секцию, а 2 представляет 8-дюймовую секцию, мы получаем следующее.

1 = M˙ 2

ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2

V 2 = V 1 1/ ρ 2 ) ( 1 / A 2 )

V 2 = V 1 / R 1 2 ) (π / / г 2 2 )

v 2 = (22.4 фута/сек) [(3 дюйма) 2 / (4 дюйма) 2 ]

v 2 =  12,6 фута/сек

Таким образом, используя уравнение неразрывности, мы уменьшаем диаметр трубы от От 6 до 8 дюймов вызвало снижение скорости потока с 22,4 до 12,6 футов/сек.

Уравнение неразрывности также можно использовать, чтобы показать, что уменьшение диаметра трубы вызовет увеличение скорости потока.

Пример: Уравнение непрерывности – центробежный насос Рис. 3: Уравнение непрерывности

Входной диаметр ГЦН реактора, показанный на Рис. 3, составляет 28 дюймов.в то время как выходной поток через насос составляет 9200 фунтов/сек. Плотность воды составляет 49 фунтов/фут3. Какая скорость на входе в насос?

Решение:

A Вход = πR 2 = (3.13) (14 в ((1 фут / 12 д)) 2

= 4.28 Ft 2

вход = м ˙ выпуск = 9200 фунтов/сек

(ρAv) вход = 9200 фунтов/сек

v вход = 9200 фунтов/сек /Aρ

0 сек.28 футов 2) (49 фунтов/фут 3 )]

v вход = 43,9 фут/сек

Приведенный выше пример показывает, что скорость потока в систему такая же, как и на выходе из системы. Та же самая концепция верна, даже несмотря на то, что более одного пути потока могут входить или выходить из системы одновременно. Баланс массы просто корректируется, чтобы указать, что сумма всех потоков, входящих в систему, равна сумме всех потоков, выходящих из системы, если существуют устойчивые условия. Пример этого физического случая включен в следующий пример.

Пример: уравнение неразрывности — несколько выпускных отверстий Рис. 4. Y-образная конфигурация для примера задачи

Система трубопроводов имеет Y-образную конфигурацию для разделения потока, как показано на рис. 4. Диаметр впускного патрубка составляет 12 дюймов, а диаметры выпускных патрубков 8 и 10 дюймов. Скорость на 10-дюймовом патрубке 10 фут/сек. Поток через основную часть составляет 500 фунтов/сек. Плотность воды составляет 62,4 фунта/фут3. Какова скорость на выходе из 8-дюймового участка трубы?

Решение:

  A 8 = π [4 дюйма.(1ft / 12 in)] 2

= 0,349 ФТ 2

A 10 = π [5 дюйма. (1 футов / 12 дюйма)] 2

= 0,545 футов 2

σm˙ входы = σm˙ olets

12 = M˙ 10 + M˙ 8 + M˙ 8

8 = M˙ 12 — M˙ 10

(ρav) 8 = 8 = 12 12 — (ρav) 10

V 8 = (M˙ 12 — (ρav) 10 ) / (ρa) 8

= [(500 фунтов/сек) – (62.4 фунта/фут3) (0,545 фута 2) (10 футов/сек)] / (62,4 фунта/фут3)(0,349 фута 2 )

   v 8 = 7,3 фута/сек

Основные положения этой главы резюмируются на следующей странице.

  • Изменения плотности жидкости обратно пропорциональны изменениям температуры.
  • Плавучесть — это тенденция тела плавать или всплывать при погружении в жидкость.
  • Давление столба воды прямо пропорционально высоте столба и плотности воды.

P = ρ h g / g c

  • Закон Паскаля гласит, что давление, приложенное к замкнутой жидкости, передается без уменьшения по всему ограничивающему сосуду системы.
  • Объемный расход — это объем жидкости в единицу времени, проходящий через точку в жидкостной системе.
  • Массовый расход — это масса жидкости в единицу времени, проходящая через точку в жидкостной системе.
  • Объемный расход рассчитывается как произведение средней скорости жидкости и площади поперечного сечения потока.

V˙ =  A v

  • Массовый расход рассчитывается как произведение объемного расхода и плотности жидкости.

m˙ = ρ  A  v

  • Принцип сохранения массы гласит, что все массовые расходы в контрольном объеме равны всем массовым расходам из контрольного объема плюс скорость изменения массы в контрольном объеме.
  • Для контрольного объема с одним входом и выходом уравнение неразрывности может быть выражено следующим образом:

∑m˙ на входе = ∑m˙ на выходе

Режимы потока

Весь поток жидкости классифицируется по одной из двух широких категорий или режимов.Эти два режима течения представляют собой ламинарный поток и турбулентный поток. Режим потока, будь то ламинарный или турбулентный, важен при проектировании и эксплуатации любой жидкостной системы. Величина жидкостного трения, которая определяет количество энергии, необходимой для поддержания желаемого потока, зависит от режима потока. Это также является важным соображением в некоторых приложениях, связанных с передачей тепла жидкости.

Ламинарное течение

Ламинарное течение также называют обтекаемым или вязким течением.Эти термины описывают поток, потому что при ламинарном потоке (1) слои воды текут друг по другу с разной скоростью, практически не смешиваясь между слоями, (2) частицы жидкости движутся по определенным и наблюдаемым траекториям или линиям тока и (3) ) течение характерно для вязкой (густой) жидкости или такое, в котором вязкость жидкости играет существенную роль.

Турбулентное течение

Турбулентное течение характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Нет определенной частоты, как в волновом движении.Частицы движутся по неправильным траекториям без какой-либо наблюдаемой закономерности и без определенных слоев.

Профили скорости потока

Не все частицы жидкости движутся по трубе с одинаковой скоростью. Форма кривой скорости (профиль скорости на любом заданном участке трубы) зависит от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Если течение в трубе ламинарное, распределение скорости в поперечном сечении будет иметь параболическую форму с максимальной скоростью в центре, примерно вдвое превышающей среднюю скорость в трубе.В турбулентном потоке существует довольно плоское распределение скорости по сечению трубы, в результате чего вся жидкость течет с заданным единственным значением. Рисунок 5 помогает проиллюстрировать приведенные выше идеи. Скорость жидкости, контактирующей со стенкой трубы, практически равна нулю и увеличивается по мере удаления от стенки.

Рисунок 5: Профили скорости ламинарного и турбулентного потоков

Обратите внимание на рисунок 5, что профиль скорости зависит от состояния поверхности стенки трубы. Более гладкая стенка обеспечивает более равномерный профиль скорости, чем шероховатая стенка трубы.

Средняя (объемная) скорость

Во многих задачах о течении жидкости вместо определения точных скоростей в разных точках одного и того же поперечного сечения потока достаточно, чтобы одна средняя скорость представляла скорость всей жидкости в этой точке в трубе. Это довольно просто для турбулентного потока, поскольку профиль скорости плоский на большей части поперечного сечения трубы. Разумно предположить, что средняя скорость равна скорости в центре трубы.

Если режим течения ламинарный (профиль скорости параболический), по-прежнему существует проблема попытки представить «среднюю» скорость в любом данном поперечном сечении, поскольку в уравнениях течения жидкости используется среднее значение. Технически это делается с помощью интегрального исчисления. На практике учащийся должен использовать среднее значение, равное половине значения центральной линии.

Вязкость

Вязкость — это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации под действием силы сдвига.Вязкость — это внутреннее трение жидкости, которое заставляет ее сопротивляться протеканию мимо твердой поверхности или других слоев жидкости. Вязкость также можно рассматривать как меру сопротивления жидкости течению. Густое масло имеет высокую вязкость; вода имеет низкую вязкость. Единица измерения абсолютной вязкости:

µ = абсолютная вязкость жидкости (фунт-сила-сек/фут2).

Вязкость жидкости обычно в значительной степени зависит от температуры жидкости и относительно не зависит от давления.Для большинства жидкостей по мере повышения температуры жидкости вязкость жидкости уменьшается. Пример этого можно увидеть в смазочном масле двигателей. Когда двигатель и его смазочное масло холодные, масло становится очень вязким или густым. После запуска двигателя и повышения температуры смазочного масла вязкость масла значительно снижается, и масло кажется намного более жидким.

Идеальная жидкость

Идеальная жидкость несжимаема и не имеет вязкости.Идеальных жидкостей на самом деле не существует, но иногда полезно рассмотреть, что произойдет с идеальной жидкостью в конкретной задаче о течении жидкости, чтобы упростить задачу.

Число Рейнольдса

Режим потока (ламинарный или турбулентный) определяется путем оценки числа Рейнольдса потока (см. рис. 5). Число Рейнольдса, основанное на исследованиях Осборна Рейнольдса, представляет собой безразмерное число, состоящее из физических характеристик потока. Уравнение 3-7 используется для расчета числа Рейнольдса (N R ) для потока жидкости.

N

R = PvD/мкг c      (3-7)

где:

N R = число Рейнольдса (безразмерное)

v = средняя скорость 9 (0/00 с) трубы (футы)

µ = абсолютная вязкость жидкости (фунт-сила-сек/фут2)

ρ = массовая плотность жидкости (фунт/фут3)

г c = гравитационная постоянная (32,2 фут-фунт/фунт-сила-сек2 )

Для практических целей, если число Рейнольдса меньше 2000, поток является ламинарным. Если оно больше 3500, поток турбулентный. Течения с числами Рейнольдса от 2000 до 3500 иногда называют переходными. Большинство жидкостных систем на ядерных установках работают с турбулентным потоком. Числа Рейнольдса удобно определять с помощью диаграммы Муди; пример которого показан в Приложении B. Дополнительные подробности об использовании Moody Chart приведены в последующем тексте.

Ниже кратко изложены основные положения этой главы.

• Ламинарный поток Слои воды текут друг над другом с разной скоростью, практически не смешиваясь между слоями.Профиль скорости потока для ламинарного потока в круглых трубах имеет параболическую форму с максимальным потоком в центре трубы и минимальным потоком на стенках трубы. Средняя скорость потока составляет примерно половину максимальной скорости.

• Турбулентный поток Течение характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Профиль скорости потока для турбулентного потока довольно плоский по центральному сечению трубы и быстро падает очень близко к стенкам. Средняя скорость потока примерно равна скорости в центре трубы.

• Вязкость – это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации под действием силы сдвига. Для большинства жидкостей температура и вязкость обратно пропорциональны.

• Идеальная жидкость несжимаема и не имеет вязкости.

• Увеличение числа Рейнольдса указывает на усиление турбулентности потока.

Общее уравнение энергии

Принцип сохранения энергии утверждает, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена.Это эквивалентно Первому закону термодинамики, который был использован для построения общего уравнения энергии в модуле по термодинамике. Уравнение 3-8 представляет собой формулировку общего уравнения энергии для открытой системы.

Q + (U + PE + KE + PV) в =

W + (U + PE + KE + PV)

вых + (U + PE + KE + PV) сохранено       (3-8 )

где:

Q = теплота (БТЕ) ​​

U = внутренняя энергия (БТЕ) ​​

PE = потенциальная энергия (фут-фунт-сила)

KE = кинетическая энергия (фут-фунт-сила)

P = давление ( lbf/ft 2 )

V = объем (ft 3 )

W = работа (ft-lbf)

Упрощенное уравнение Бернулли

Уравнение Бернулли получается из применения общего уравнения энергии и первого закона термодинамики к стационарной системе, в которой не совершается работа над жидкостью или ею, тепло не передается жидкости или от жидкости и не происходит изменения внутренней энергии (т. е., без изменения температуры) жидкости. В этих условиях общее уравнение энергии упрощается до уравнения 3-9.

(PE + KE + PV)

1 = (PE + KE + PV) 2           (3-9)

Подставив соответствующие выражения для потенциальной энергии и кинетической энергии, уравнение 3-9 можно переписать как уравнение 3-10.

MGZ

1/ G C + C + + MV 1 2/ 2G C + P 1 V 1 = MGZ 2/ G C + мВ 2 2 2/ 2G C + C + P 2 V 2 (3-10)

Где:

M = Масса (LBM)

Z = высота выше ссылка (ft)

v = средняя скорость (ft/sec)

g = ускорение свободного падения (32.17 ft/sec 2 )

gc = гравитационная постоянная, (32,17 ft-lbm/lbf-sec 2 )

масса измеряется в фунтах массы. По сути, это коэффициент преобразования, необходимый для прямого вывода единиц измерения. Никакой фактор не требуется, если масса измеряется в порциях или если используется метрическая система измерения.

Каждый член в уравнении 3-10 представляет форму энергии, которой обладает движущаяся жидкость (потенциальная, кинетическая энергия и энергия, связанная с давлением).По сути, уравнение физически представляет собой баланс энергий KE, PE, PV, так что если одна форма энергии увеличивается, одна или несколько других уменьшаются, чтобы компенсировать это, и наоборот.

Умножение всех членов уравнения 3-10 на коэффициент гс/мг приводит к форме уравнения Бернулли, показанному уравнением 3-11.

Z

1 + V 1 + V 1 + V 1 2 / 2G + P 1 ν 1 г C / G = Z 2 + V 2 + V 2 2 / 2G + P 2 ν г c/ г           (3-11)

Напор

Поскольку единицы измерения всех различных форм энергии в уравнении 3-11 измеряются в единицах расстояния, эти термины иногда называют «напоры» (напорный, скоростной и подъемный напор). Термин «напор» используется инженерами по отношению к давлению. Это ссылка на высоту, обычно в футах, столба воды, который будет поддерживать данное давление. Каждая из энергий, которыми обладает жидкость, может быть выражена в терминах напора. Высота напора представляет собой потенциальную энергию жидкости из-за ее подъема над опорным уровнем. Скоростной напор представляет собой кинетическую энергию жидкости. Это высота в футах, на которую текущая жидкость поднялась бы в столбе, если бы вся ее кинетическая энергия была преобразована в потенциальную энергию.Напор представляет собой энергию потока столба жидкости, вес которого эквивалентен давлению жидкости.

Сумма подъемного, скоростного и напорного напора жидкости называется полным напором. Таким образом, уравнение Бернулли утверждает, что общий напор жидкости постоянен.

Преобразование энергии в жидкостных системах

Уравнение Бернулли позволяет легко исследовать, как происходит передача энергии между подъемным напором, скоростным напором и напором. Можно исследовать отдельные компоненты трубопроводных систем и определить, какие свойства жидкости изменяются и как это влияет на энергетический баланс.

Если труба, содержащая идеальную жидкость, подвергается постепенному расширению в диаметре, уравнение неразрывности говорит нам, что по мере увеличения диаметра и проходного сечения скорость потока должна уменьшаться, чтобы поддерживать тот же массовый расход. Поскольку скорость на выходе меньше скорости на входе, скоростной напор потока должен уменьшаться от входа к выходу.Если труба расположена горизонтально, напор не меняется; следовательно, уменьшение скоростного напора должно компенсироваться увеличением напора. Поскольку мы рассматриваем идеальную несжимаемую жидкость, удельный объем жидкости не изменится. Единственный способ увеличения напора несжимаемой жидкости — это увеличение давления. Таким образом, уравнение Бернулли показывает, что уменьшение скорости потока в горизонтальной трубе приведет к увеличению давления.

Если труба постоянного диаметра, содержащая идеальную жидкость, подвергается уменьшению высоты, возникает тот же суммарный эффект, но по другим причинам. В этом случае скорость потока и скоростной напор должны быть постоянными, чтобы удовлетворять уравнению неразрывности массы.

Таким образом, уменьшение высоты подъема может быть компенсировано только увеличением высоты напора. Опять же, жидкость несжимаема, поэтому увеличение напора должно привести к увеличению давления.

Хотя на уравнение Бернулли наложено несколько ограничений, существует множество задач с физическими жидкостями, к которым оно применяется.Как и в случае сохранения массы, уравнение Бернулли может быть применено к задачам, в которых более чем один поток может входить или выходить из системы одновременно. Особо следует отметить тот факт, что задачи последовательной и параллельной системы трубопроводов решаются с использованием уравнения Бернулли.

Пример: уравнение Бернулли

Предположим, что в длинной горизонтальной конической трубе течет без трения. Диаметр составляет 2,0 фута на одном конце и 4,0 фута на другом. Высота напора на меньшем конце составляет 16 футов водяного столба. Если вода течет через этот конус со скоростью 125,6 фут3/с, найдите скорости на двух концах и напор на большем конце.

Решение:

1 =

9 1 V 1

V 1 = 1 / A 1 V 2 = 2 /   А 2

v 1 =   125.6 FT 3 / SEC / π (1 футов) 2 v 2 = 125,6 футов 3 / с / π (2 ft) 2

v 1 = 40 FT / SEC = 10 футов / сек

Z 1 + V 1 + V 1 2 / 2G + P 1 ν 1 G C / G = Z 2 + V 2 + V 2 2 / 2G + P 2 ν 2 G C / G

P 2 ν 2 G C / G = P 1 ν 1 г 1 г C / G + (Z 1 — Z 2 ) + (V 1 2 — V 2 2 ) / 2G

= 16 футов + 0 футов + [(40 футов/сек) 2 – (10 футов/сек) 2  / 2 (32. 17 ft-lbm/lnf – sec 2 )]

  = 39,3 фута

Ограничения на упрощенное уравнение Бернулли

Практическое применение упрощенного уравнения Бернулли к реальным трубопроводным системам невозможно из-за двух ограничений. Одним из серьезных ограничений уравнения Бернулли в его нынешнем виде является то, что при решении задач о трубопроводах не допускается жидкостное трение. Следовательно, уравнение 3-10 применимо только к идеальным жидкостям. Однако в действительности полный напор, которым обладает жидкость, не может быть полностью перенесен из одной точки в другую из-за трения.Учет этих потерь напора дал бы гораздо более точное описание того, что происходит физически. Это особенно верно, потому что одной из целей насоса в жидкостной системе является преодоление потерь давления из-за трения в трубах.

Второе ограничение уравнения Бернулли состоит в том, что жидкость не может совершать работу над жидкостью. Это ограничение предотвращает анализ двух точек в потоке жидкости, если между двумя точками есть насос. Поскольку большинство проточных систем включают насосы, это является существенным ограничением.К счастью, упрощенное уравнение Бернулли можно изменить так, чтобы оно удовлетворительно учитывало как потери напора, так и работу насоса.

Расширенный вариант Бернулли

Уравнение Бернулли можно модифицировать, чтобы учесть увеличение и уменьшение напора. Полученное уравнение, называемое расширенным уравнением Бернулли, очень полезно при решении большинства задач о течении жидкости. На самом деле расширенное уравнение Бернулли, вероятно, используется чаще, чем любое другое уравнение течения жидкости. Уравнение 3-12 является одной из форм расширенного уравнения Бернулли.

Z

1 + V 1 + V 1 2 / 2G + P 1 ν 1 G C / G + H P = Z 2 + V 2 + 2 / 2g + P 2 ν g c /g + H f          (3-12)

где:

z = средняя скорость жидкости над исходным уровнем (футы)

3

фут/сек)

P = давление жидкости (фунт-сила/фут 2 )

ν = удельный объем жидкости (фут 3 /фунт)

Hp = напор, добавляемый насосом (футы)

Hf = потеря напора из-за жидкостного трения (ft)

g = ускорение свободного падения (ft/sec 2 )

трубка. Хотя это представляет собой потерю энергии с точки зрения потока жидкости, обычно это не представляет собой значительную потерю общей энергии жидкости. Это также не нарушает закон сохранения энергии, поскольку потеря напора из-за трения приводит к эквивалентному увеличению внутренней энергии (u) жидкости. Эти потери максимальны, когда жидкость протекает через входы, выходы, насосы, клапаны, фитинги и любые другие трубопроводы с шероховатой внутренней поверхностью.

Большинство методов оценки потери напора из-за трения являются эмпирическими (основаны почти исключительно на экспериментальных данных) и основаны на константе пропорциональности, называемой коэффициентом трения (f), которая будет обсуждаться в следующем разделе.

Пример: Расширенный Бернулли

Вода перекачивается из большого резервуара в точку на 65 футов выше резервуара. Сколько футов напора должен добавить насос, если через 6-дюймовую трубу протекает 8000 фунтов/ч, а потеря напора на трение составляет 2 фута? Плотность жидкости составляет 62,4 фунта/фут3, а площадь поперечного сечения 6-дюймовой трубы составляет 0,2006 фута 2 .

Решение:

Для использования модифицированной формы уравнения Бернулли опорные точки выбираются на поверхности резервуара (точка 1) и на выходе из трубы (точка 2).Давление на поверхности резервуара такое же, как давление на выходе из трубы, т. е. атмосферное давление. Скорость в точке 1 будет практически нулевой.

Использование уравнения для массового расхода для определения скорости в точке 2:

м˙ = ρ A v 2

v 2 9 904 90 = m˙ 2

V 2 = 8000 LBM / HR / (62,4 LBM / FT 3 ) 0.2006 FT 2

V 2 = 639 FT / HR (1 HR / 3600 SEC)

V = 0.178 FT / SEC

Z 1 + V 1 + 1 2 / 2G + P 1 ν 1 G C / G + H P = Z 2 + V 2 2 / 2G + P 2 ν 2 G C / G + H C / G + H F / G + H F

H

H P = (Z 2 — Z 1 ) + (V 2 2 V 1 2 ) / 2G + (P 2 — P 1 ) ν (G C / G) + H F

H P = 65 футов + [(0. 178 фут/сек) 2   (o фут/сек) 2 ]/ [2 (32,17 фут-фунт/фунт-сила-сек 2 )]   + 5 0

2 + 0 H p = 67 футов[/box]

Обратите внимание, что решение этой примерной задачи имеет числовое значение, которое «имеет смысл» из данных, приведенных в задаче. Общее увеличение напора на 67 футов связано в первую очередь с увеличением оценки на 65 футов и на 2 фута фрикционного напора.

Применение уравнения Бернулли к трубке Вентури

Многие компоненты установки, такие как трубка Вентури, могут быть проанализированы с использованием уравнения Бернулли и уравнения неразрывности.Вентури представляет собой устройство для измерения расхода, состоящее из постепенного сжатия, за которым следует постепенное расширение. Пример трубки Вентури показан на рисунке 6. Путем измерения перепада давления между входом трубки Вентури (точка 1) и горловиной трубки Вентури (точка 2) можно определить скорость потока и массовый расход на основе формулы Бернулли. уравнение.

Рисунок 6: Расходомер Вентури

Уравнение Бернулли утверждает, что общий напор потока должен быть постоянным. Поскольку превышение существенно не изменяется, если вообще изменяется между точками 1 и 2, высота подъема в этих двух точках будет по существу одинаковой и не будет учитываться в уравнении.Таким образом, уравнение Бернулли упрощается до уравнения 3-13 для трубки Вентури.

v

1

V

1 2 / 2G + P 1 ν 1 G C / G = V 2 2 / 2G + P 2 ν 2 G C / g       (3-13)

Применение уравнения неразрывности к точкам 1 и 2 позволяет нам выразить скорость потока в точке 1 как функцию скорости потока в точке 2 и отношения двух площадей потока.

ρ 1 V 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2

V 1 = ρ 2 A 2 V 2 / ρ 1 A 1

V 1 = V 2 A 2 A 2 / A 2 / A 1 / A 1

Использование алгебры для перестройки уравнения 3-13 и подстановка вышеуказанного результата для V 1 позволяет нам решать для v 2 .

V 2

V 2 2 — V 1 2 / 2G = (P 1 -P 2 ) ν G C / G

V 2 2 — (V 2 A 2 / A 2 / A 1 / A 1 ) 2 = (P 1 — P 2 ) 2 ν G C

V 2 2 (1 — (A 2 / A 1 ) 2 ) = (P 1 — P 2 ) 2 ν G C

V 2 2 = (P 1 — P 2 ) 2 ν г с / (1 – (А2/А1) )

v 2 =  √ [(P – P 2 9 9044 g ) – (A2/A1) )]

v 2 =  √ (P – P 2 ) √ [2 ν g c / (1) 1 92 4 1 – (A2/A2/A1) )]

Следовательно, скорость потока в горловине трубки Вентури и объемный расход прямо пропорциональны y пропорционален квадратному корню из дифференциального давления.

Давления в верхней части и горловине являются фактическими давлениями, а скорости из уравнения Бернулли без учета потерь являются теоретическими скоростями. Когда в уравнении энергии учитываются потери, скорости являются фактическими скоростями. Во-первых, с помощью уравнения Бернулли (то есть без члена потери напора) получается теоретическая скорость в горловине. Затем, умножив это на коэффициент Вентури (C v ), который учитывает потери на трение и равен 0.98 для большинства трубок Вентури получается фактическая скорость. Фактическая скорость, умноженная на фактическую площадь горловины, определяет фактический объемный расход нагнетания.

Падение давления P 1  – P 2 на трубке Вентури можно использовать для измерения расхода с помощью U-образного манометра, как показано на рис. 6. Показание манометра R’ пропорционально к перепаду давления и, следовательно, к скорости жидкости.

Ниже кратко изложены основные положения этой главы.

• Резюме уравнения Бернулли

• Уравнение Бернулли является приложением первого закона термодинамики.

• Уравнение Бернулли представляет собой приложение общего уравнения энергии к системе с установившимся потоком, в которой над жидкостью или ею не совершается никакой работы, теплота не передается жидкости или от жидкости и не происходит изменения внутренней энергии. жидкости.

• Напор — это термин, используемый для описания давления, оказываемого на жидкость или со стороны жидкости.

• Когда жидкость течет по системе трубопроводов, изменения высоты, скорости и напора должны быть постоянными, чтобы удовлетворялось уравнение Бернулли.

• Уравнение Бернулли можно изменить, чтобы учесть потери на трение и работу насоса.

• Трубку Вентури можно использовать для определения массового расхода из-за изменений давления и скорости жидкости.

• Объемный расход через трубку Вентури прямо пропорционален квадратному корню перепада давления между входом трубки Вентури и ее горлом.

Потеря напора

Потеря напора — это мера снижения общего напора (сумма подъемного, скоростного и напорного напора) жидкости при ее движении через систему флюидов. Потеря напора неизбежна в реальных жидкостях. Он возникает из-за: трения между жидкостью и стенками трубы; трение между соседними частицами жидкости при их движении относительно друг друга; и турбулентность, возникающая всякий раз, когда поток перенаправляется или каким-либо образом подвергается влиянию таких компонентов, как входы и выходы трубопроводов, насосы, клапаны, редукторы потока и фитинги.

Потери на трение — это часть общей потери напора, возникающая при протекании жидкости по прямым трубам. Потеря напора для потока жидкости прямо пропорциональна длине трубы, квадрату скорости жидкости и члену, учитывающему трение жидкости, называемому коэффициентом трения. Потеря напора обратно пропорциональна диаметру трубы.

Потеря напора ∝ f Lv 2 /D

Коэффициент трения

Определено, что коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса для потока и степени шероховатости внутренней поверхности трубы.

Величина, используемая для измерения шероховатости трубы, называется относительной шероховатостью, которая равна средней высоте неровностей поверхности (ε), деленной на диаметр трубы (D).

Относительная шероховатость = ε/D

Значение коэффициента трения обычно получают из диаграммы Муди (рис. A). Диаграмму Муди можно использовать для определения коэффициента трения на основе числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

Рисунок A: Диаграмма Муди Пример:

Определите коэффициент трения (f) для течения жидкости в трубе с числом Рейнольдса 40 000 и относительной шероховатостью 0.01.

Решение:

Используя диаграмму Муди, число Рейнольдса 40 000 пересекает кривую, соответствующую относительной шероховатости 0,01 при коэффициенте трения 0,04.

Уравнение Дарси

Потеря напора на трение может быть рассчитана с использованием математической зависимости, известной как уравнение Дарси для потери напора. Уравнение принимает две различные формы. Первая форма уравнения Дарси определяет потери в системе, связанные с длиной трубы.

H

r = f  L v / D 2 g       (3-14)

где:

f = коэффициент трения (безразмерный)

L = длина трубы (футы)

3 D

3

v = скорость жидкости (фут/сек)

g = ускорение свободного падения (фут/сек 2 )

Пример:

Уравнение потери напора по Дарси Труба длиной 100 футов и диаметром 20 дюймов содержит воду при температуре 200°F, текущую с массовым расходом 700 фунтов/сек.Вода имеет плотность 60 фунтов/фут 3 и вязкость 1,978 x 10 -7 фунт-сила-сек/фут 2 . Относительная шероховатость трубы 0,00008. Рассчитайте потери напора трубы.

Решение:

Последовательность шагов, необходимых для решения этой проблемы, состоит в том, чтобы сначала определить скорость потока. Во-вторых, используя скорость потока и заданные свойства жидкости, рассчитайте число Рейнольдса. В-третьих, определите коэффициент трения по числу Рейнольдса и относительной шероховатости.Наконец, используйте уравнение Дарси, чтобы определить потери напора.

m˙ = ρ A v

v = m˙/ρ A

= (700 lb/sec) / (60 lbm/ft 3 ) π (10 дюймов) 2  (1 фут 2 / 144 в 2)

V = 5,35 футов / с

N R = ρ v d / μ G C

N R = (60 lbm / ft 3 ) (5.35 ft /сек) (20 дюймов )(1 фут/12 дюймов)/ (1,978 x 10 -7 фунт-сила-сек/фут 2 )( 32,17 фут-фунт/фунт-сила-сек 2) =

N R = 8.4 x 10 7

Используйте диаграмму Муди для числа Рейнольдса 8,4 x 10 7 и относительной шероховатости 0,00008.

f = 0,012

H f = f (Д/Г) (v 2 /2g)

H = (o. o12) [100 футов/(20 дюймов)(1 фут/12 дюймов) )] * (5,35 фут/сек) 2 /(2)(32,17 фут/сек 2 )

H f = 0,32 фут

Незначительные потери

Потери из-за изгибов трубопроводов колена, соединения, клапаны и т.д.иногда называют незначительными потерями. Это неправильное название, поскольку во многих случаях эти потери более значительны, чем потери из-за трения трубы, рассмотренные в предыдущем разделе. При всех незначительных потерях в турбулентном потоке потери напора зависят от квадрата скорости. Таким образом, удобным методом выражения незначительных потерь потока является коэффициент потерь (k). Значения коэффициента потерь (k) для типичных ситуаций и фитингов можно найти в стандартных справочниках. Форма уравнения Дарси, используемая для расчета незначительных потерь отдельных компонентов жидкостной системы, выражается уравнением 3-15.

H

f = kv 2 /2g      (3-15)

Эквивалентная длина трубопровода

одинаковая скорость нагнетания. Эту связь можно найти, приравняв две формы уравнения Дарси друг к другу.

f L v 2 / D 2g = kv 2 /2g

Это дает два полезных соотношения

L

eq = k D/f      eq /D       (3-17)

Типичные значения L eq /D для обычных компонентов системы трубопроводов приведены в таблице 1.Эквивалентная длина трубопровода, которая вызовет такую ​​же потерю напора, как и конкретный компонент, может быть определена путем умножения значения L eq /D для этого компонента на диаметр трубы. Чем выше значение L eq /D, тем больше эквивалентная длина трубы.

Таблица 1: Типичные значения Leq/D Пример:

Полностью открытая задвижка находится в трубе диаметром 10 дюймов. Труба какой эквивалентной длины вызовет такую ​​же потерю напора, как и задвижка?

Решение:

Из таблицы 1 мы находим, что значение L eq /D для полностью открытой задвижки равно 10.

L eq = (L/D) D

= 10 (10 дюймов)

= 100 дюймов

Добавляя эквивалентные длины всех компонентов к фактической длине трубы в системе, мы можем получить L эквивалентно значению для всей системы трубопроводов.

Ниже кратко изложены основные положения этой главы.

• Потеря напора – это уменьшение общего напора (сумма потенциального напора, скоростного напора и напора) жидкости, вызванное трением, присутствующим при движении жидкости.

• Потери на трение – это часть общей потери напора, возникающая при протекании жидкости по прямым трубам.

• Незначительные потери – это потери напора, возникающие из-за изгибов, колен, соединений, клапанов и других компонентов. Каждый раз, когда поток испытывает изменение направления или площади поперечного сечения, он испытывает потерю напора.

• Коэффициент трения для потока жидкости можно определить с помощью диаграммы Муди, если можно определить относительную шероховатость трубы и число Рейнольдса потока.

• Уравнение Дарси можно использовать для расчета потерь на трение.

• Для расчета незначительных потерь можно использовать специальную форму уравнения Дарси.

• Длина трубы, при которой потеря напора будет такой же, как у клапана или фитинга, может быть определена путем умножения значения L/D для компонента, указанного в справочниках или руководствах поставщиков, на диаметр трубы.

Принудительная и естественная циркуляция

В предыдущих главах, посвященных потоку жидкости, объяснялось, что каждый раз, когда жидкость течет, возникает некоторое трение, связанное с движением, которое вызывает потерю напора.Было указано, что эта потеря напора обычно компенсируется в трубопроводных системах насосами, которые работают с жидкостью, компенсируя потерю напора из-за трения. Циркуляция жидкости в системах с помощью насосов называется принудительной циркуляцией .

Некоторые жидкостные системы можно спроектировать так, чтобы не требовалось наличие насосов для обеспечения циркуляции. Напор, необходимый для компенсации потерь напора, создается градиентами плотности и изменениями высоты. Поток, возникающий при таких обстоятельствах, называется естественной циркуляцией .

Тепловая приводная головка

Тепловая приводная головка – это сила, вызывающая естественную циркуляцию. Это вызвано разницей в плотности между двумя телами или областями жидкости.

Рассмотрим два равных объема жидкости одного типа. Если два объема имеют разную температуру, то объем с более высокой температурой также будет иметь меньшую плотность и, следовательно, меньшую массу.Поскольку объем при более высокой температуре будет иметь меньшую массу, на него также будет действовать меньшая сила тяжести. Эта разница в силе тяжести, действующей на жидкость, приводит к тому, что более горячая жидкость поднимается, а более холодная опускается.

Этот эффект наблюдается во многих местах. Одним из примеров этого является воздушный шар. Сила, заставляющая воздушный шар подниматься, является результатом разницы в плотности между горячим воздухом внутри воздушного шара и более холодным воздухом, окружающим его.

Тепло, добавленное к воздуху в воздушном шаре, добавляет энергию молекулам воздуха. Движение молекул воздуха увеличивается, и молекулы воздуха занимают больше места. Молекулы воздуха внутри воздушного шара занимают больше места, чем такое же количество молекул воздуха снаружи воздушного шара. Это означает, что горячий воздух менее плотный и легче, чем окружающий воздух. Поскольку воздух в воздушном шаре менее плотный, гравитация оказывает на него меньшее влияние. В результате воздушный шар весит меньше окружающего воздуха.Гравитация втягивает более холодный воздух вниз в пространство, занимаемое воздушным шаром. Нисходящее движение более холодного воздуха выталкивает воздушный шар из ранее занятого пространства, и воздушный шар поднимается.

Условия, необходимые для естественной циркуляции

Естественная циркуляция возможна только при наличии правильных условий. Даже после того, как естественная циркуляция началась, устранение любого из этих условий приведет к остановке естественной циркуляции. Условия естественной циркуляции следующие.

1. Существует разница температур (имеются источник тепла и радиатор).

2. Источник тепла находится ниже радиатора.

3. Жидкости должны соприкасаться друг с другом.

Должно быть два тела жидкости с разной температурой. Это также может быть одно тело жидкости с участками разной температуры. Разница в температуре необходима, чтобы вызвать разницу в плотности жидкости. Разница в плотности является движущей силой естественного циркуляционного потока.

Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур. Добавление тепла от источника тепла должно иметь место в области высоких температур. В области низких температур должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором. В противном случае температуры со временем выровнялись бы, и дальнейшей циркуляции не произошло бы.

Источник тепла должен находиться на более низкой высоте, чем радиатор. Как показано на примере воздушного шара, более теплая жидкость менее плотная и будет стремиться подняться, а более холодная жидкость более плотная и будет стремиться опуститься. Чтобы воспользоваться преимуществами естественного движения теплых и холодных жидкостей, источник тепла и радиатор должны находиться на соответствующей высоте.

Две области должны соприкасаться, чтобы между ними был возможен поток. Если путь потока затруднен или заблокирован, то естественная циркуляция невозможна.

Пример охлаждения с естественной циркуляцией

Естественная циркуляция часто является основным средством охлаждения реакторов бассейнового типа и облученных тепловыделяющих сборок, хранящихся в бассейнах с водой после удаления из реактора.Источником тепла является ТВС. Радиатор – это основная часть воды в бассейне.

Вода в нижней части топливной сборки поглощает энергию, вырабатываемую сборкой. Температура воды увеличивается, а плотность уменьшается. Гравитация втягивает более холодную (более плотную) воду в нижнюю часть сборки, вытесняя более теплую воду. Более теплая (более легкая) вода вынуждена уступить свое место более холодной (более тяжелой) воде. Более теплая (более легкая) вода поднимается выше в узле. По мере того, как вода проходит по всей длине сборки, она поглощает больше энергии.Вода становится все легче и легче, постоянно вытесняемая вверх более плотной водой, движущейся под ней. В свою очередь, более холодная вода поглощает энергию сборки и также вынуждена подниматься по мере продолжения естественного циркуляционного потока. Вода, выходящая из верхней части топливной сборки, отдает свою энергию, смешиваясь с основной массой воды в бассейне. Основная часть воды в бассейне обычно охлаждается за счет циркуляции через теплообменники в отдельном процессе.

Расход и разница температур

Тепловой напор, вызывающий естественную циркуляцию, возникает из-за изменения плотности, вызванного разностью температур.Как правило, чем больше разница температур между горячей и холодной областями жидкости, тем больше тепловой напор и результирующая скорость потока. Однако рекомендуется держать горячую жидкость переохлажденной, чтобы предотвратить изменение фазы. В двухфазном потоке возможна естественная циркуляция, но поддерживать поток обычно сложнее.

Для индикации или проверки наличия естественной циркуляции можно использовать различные параметры. Это зависит от типа растения.Например, для реактора с водой под давлением (PWR) выбранные параметры системы теплоносителя реактора (RCS), которые будут использоваться, следующие.

1. RCS ∆T (T Горячий – T Холодный ) должен составлять 25-80% от значения полной мощности и либо быть постоянным, либо медленно уменьшаться. Это указывает на то, что остаточное тепло отводится из системы с достаточной скоростью для поддержания или снижения температуры ядра.

2. RCS Температуры горячих и холодных участков должны быть постоянными или медленно снижаться. Опять же, это указывает на то, что тепло отводится, а нагрузка остаточного тепла снижается, как и ожидалось.

3. Давление пара в парогенераторе (давление на вторичной стороне) должно соответствовать температуре RCS. Это подтверждает, что парогенератор отводит тепло от хладагента RCS.

Если естественная циркуляция для реактора PWR осуществляется или неизбежна, можно выполнить несколько действий для обеспечения или улучшения возможностей охлаждения активной зоны. Во-первых, уровень компенсатора давления может поддерживаться выше 50%. Во-вторых, поддерживать переохлаждение RCS на 15 o F или выше.

Оба эти действия помогут предотвратить образование паровых/паровых карманов в СТР, где они могут ограничивать поток СТР.В-третьих, поддерживайте уровень воды в парогенераторе на уровне ≥ нормального диапазона. Это обеспечивает адекватный теплоотвод для обеспечения достаточного отвода тепла для предотвращения закипания RCS.

Основные пункты этой главы перечислены ниже.

• Естественная циркуляция – это циркуляция жидкости без использования механических устройств.

• Поток с принудительной циркуляцией – это циркуляция жидкости через систему с помощью насосов.

• Тепловой напор – это движущая сила естественной циркуляции, вызванная разницей в плотности между двумя участками жидкости.

• Для обеспечения естественной циркуляции необходимы три элемента:

  • Должен быть радиатор и источник тепла.
  • Источник тепла должен располагаться ниже радиатора.
  • Между теплой и холодной жидкостью должны существовать пути потока.

• Как правило, чем больше разница температур, тем выше скорость естественной циркуляции.

• Естественная циркуляция в PWR может быть проверена путем мониторинга:

  • RCS ∆T – значение полной мощности 25–80 % Уменьшение
  • S / G Паровая давление — отслеживание RCS Температура

• Натуральная циркуляция в PWR может быть улучшена на:

    • Увеличение прессуризатора> 50%
    • Поддерживает RCS ≥ 15O F переохлаждение
    • поддержание адекватного теплоотвода, уровень S/G ≥ нормального диапазона

    Двухфазный поток жидкости

    Все отношения потока жидкости, обсуждавшиеся ранее, относятся к потоку одной фазы жидкости, будь то жидкость или пар . В некоторых важных местах в системах с потоком жидкости происходит одновременный поток жидкой воды и пара, известный как двухфазный поток. Этих простых соотношений, используемых для анализа однофазного течения, недостаточно для анализа двухфазного течения.

    Существует несколько методов, используемых для прогнозирования потери напора из-за трения жидкости для двухфазного потока. Трение двухфазного потока больше, чем трение однофазного потока при тех же размерах трубопровода и массовом расходе. Разница, по-видимому, является функцией типа потока и является результатом увеличения скорости потока.Потери на двухфазное трение определяются экспериментально путем измерения перепада давления на различных элементах трубопровода.

    Двухфазные потери обычно связаны с однофазными потерями через одни и те же элементы. Один из общепринятых методов определения двухфазных потерь на трение на основе однофазных потерь включает множитель двухфазного трения (R), который определяется как отношение двухфазных потерь напора к потерям напора, оцененным с использованием насыщенного свойства жидкости.

    R = H

    f,  двухфазный / H f, насыщенная жидкость         (3-18)

    где:

    R = двухфазный множитель трения (без единиц)

    H f 0, два -фаза = двухфазная потеря напора из-за трения (футы)

    H f , насыщенная жидкость = однофазная потеря напора из-за трения (футы)

    Коэффициент трения (R) оказался намного выше при более низком давлении, чем при более высоком.Потери напора в двухфазном режиме могут быть во много раз больше, чем в однофазном.

    Хотя для двухфазных течений использовался широкий диапазон названий, мы определим только три типа течений. Используемые модели потока определяются следующим образом:

    1. Пузырьковый поток: пузырьки пара рассеиваются в континууме жидкости.

    2. Снарядное течение: при пузырьковом течении пузырьки растут путем слияния и в конечном итоге становятся того же порядка диаметра, что и трубка. При этом образуются типичные пузырьки пулевидной формы, характерные для снарядного режима.

    3. Кольцевой поток: теперь жидкость распределяется между пленкой жидкости, текущей вверх по стенке, и дисперсией капель, текущих в паровом ядре потока.

    Нестабильность потока

    Нестабильный поток может проявляться в форме колебаний или реверсирования потока. Колебания потока — это изменения потока из-за образования пустот или механических препятствий, возникающих при проектировании и производстве. Колебания потока в одном из каналов теплоносителя реактора иногда вызывают колебания потока в окружающих каналах теплоносителя из-за перераспределения потока.Колебания потока нежелательны по нескольким причинам. Во-первых, длительные колебания потока могут вызвать нежелательную вынужденную механическую вибрацию компонентов. Это может привести к выходу из строя этих компонентов из-за усталости. Во-вторых, колебания потока могут вызвать проблемы управления системой, которые особенно важны в ядерных реакторах с жидкостным охлаждением, поскольку теплоноситель также используется в качестве замедлителя. В-третьих, колебания потока влияют на локальные характеристики теплопередачи и кипения. В результате испытаний было обнаружено, что критический тепловой поток (CHF), необходимый для выхода из пузырькового кипения (DNB), может быть снижен на целых 40%, когда поток колеблется.Это резко снижает тепловой предел и удельную мощность по длине активной зоны реактора. Опять же, в результате испытаний было обнаружено, что колебания потока не представляют серьезной проблемы для некоторых реакторов с водой под давлением, если только мощность не превышает 150% для нормальных условий потока. Колебания потока могут быть проблемой во время операций с естественной циркуляцией из-за низкого расхода.

    При естественной циркуляции пузырьки пара, образующиеся при колебаниях потока, могут иметь достаточное влияние, чтобы вызвать полный реверс потока в пораженном канале.

    Как колебания потока, так и реверсирование потока приводят к очень неустойчивому состоянию, поскольку паровые одеяла, образующиеся на нагретых поверхностях, напрямую влияют на способность отводить тепло от этих поверхностей.

    Трубный хлыст

    В случае разрыва трубы реактивная сила, создаваемая высокоскоростной струей жидкости, может привести к смещению трубопровода и серьезному повреждению компонентов, приборов и оборудования в зоне разрыва. Эта характеристика похожа на оставленный без присмотра садовый шланг или пожарный шланг, который непредсказуемо «хлещет».Этот тип отказа анализируется, чтобы свести к минимуму ущерб, если биение трубы произойдет вблизи оборудования, важного для обеспечения безопасности.

    Гидравлический удар

    Гидравлический удар представляет собой ударную волну жидкости, возникающую в результате внезапного запуска или остановки потока. На него влияют начальное давление в системе, плотность жидкости, скорость звука в жидкости, упругость жидкости и трубы, изменение скорости жидкости, диаметр и толщина трубы, а также клапан. время работы.

    При закрытии клапана кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в потенциальную энергию. Упругость жидкости и стенки трубы создает волну положительного давления, направленную обратно к источнику жидкости. Когда эта волна достигнет источника, масса жидкости будет находиться в состоянии покоя, но под огромным давлением. Сжатая жидкость и растянутые стенки трубы теперь начнут выпускать жидкость в трубе обратно к источнику и возвращаться к статическому давлению источника. Это высвобождение энергии сформирует еще одну волну давления обратно к клапану.Когда эта ударная волна достигает клапана, из-за импульса жидкости стенка трубы начинает сжиматься. Это сжатие передается обратно к источнику, который снижает давление в трубопроводе ниже статического давления источника. Эти волны давления будут перемещаться туда и обратно несколько раз, пока жидкостное трение не гасит чередующиеся волны давления до статического давления источника. Обычно весь процесс молотка занимает менее одной секунды.

    Первоначальный толчок внезапного прекращения потока может вызвать переходные изменения давления, которые превышают статическое давление. Если клапан закрывается медленно, потеря кинетической энергии происходит постепенно. Если его закрыть быстро, потеря кинетической энергии будет очень быстрой. Возникновение ударной волны происходит из-за быстрой потери кинетической энергии. Ударная волна, вызванная гидравлическим ударом, может иметь достаточную величину, чтобы нанести физический ущерб трубопроводу, оборудованию и персоналу. Известно, что гидравлический удар в трубах вырывает опоры труб из их креплений, разрывает трубы и вызывает биение труб.

    Всплеск давления

    Всплеск давления возникает в результате быстрого повышения давления выше статического, вызванного гидравлическим ударом.Максимальный скачок давления будет достигнут в момент изменения расхода и определяется следующим уравнением.

    Δp = ρ C δ C ΔV / G C

    Где:

    Δp = Спайк давления (LBF / FT 2 )

    ρ = плотность жидкости (LBM / FT 3 )

    c = скорость волны давления (фут/сек) (скорость звука в жидкости)

    ∆v = изменение скорости жидкости (фут/сек)

    gc = гравитационная постоянная 32. 17 (lbm-ft / lbf-sec 2 )

    Пример:

    Всплеск давления Вода с плотностью 62,4 lbm/ft 3 и давлением 120 psi течет по трубе со скоростью 10 ft/sec. Скорость звука в воде 4780 футов в секунду. Обратный клапан внезапно закрылся. Каково максимальное давление жидкости в фунтах на квадратный дюйм?

    Решение

    P MAX = P Static + ΔP Spike

    P MAX = 120 LBF / в 2 + ρ C ΔV / G C

    P Max = 120 фунтов силы/дюйм 2 + (62.4 lbm/ft 3 )(4780 ft/sec)(10 ft/sec) / (32,17 lbm ft/ lbf sec 2 )

    P Max = 120 lbf/in 2

    2 + lbf 6 в 2

    P Макс. = 76,3 фунтов на кв. дюйм

    Паровой молот

    Паровой молот аналогичен гидравлическому молоту, за исключением того, что он предназначен для паровой системы. Паровой удар представляет собой газовую ударную волну, возникающую в результате внезапного запуска или остановки потока. Паровой удар менее опасен, чем гидравлический, по трем причинам:

    1.Сжимаемость пара гасит ударную волну

    2. Скорость звука в паре составляет примерно одну треть скорости звука в воде.

    3. Плотность пара примерно в 1600 раз меньше плотности воды.

    К проблемам, связанным с паропроводом, относятся тепловой удар и водяные пробки (т. е. конденсация в паровой системе) в результате неправильного прогрева.

    Вопросы эксплуатации

    Гидравлический и паровой удары не редкость на промышленных предприятиях.Изменения расхода в трубопроводных системах должны выполняться медленно в соответствии с передовой практикой оператора. Во избежание гидравлического и парового ударов операторы должны обеспечить надлежащий выпуск жидкостных систем и обеспечить надлежащий дренаж газообразных или паровых систем во время запуска. По возможности инициируйте запуск насоса при закрытом нагнетательном клапане и медленно открывайте нагнетательный клапан, чтобы запустить поток в системе. По возможности запускайте насосы меньшей производительности перед насосами большей производительности. По возможности используйте клапаны прогрева вокруг запорных клапанов основного потока.Если возможно, закройте выпускные клапаны насосов перед остановкой насосов. Периодически проверяйте правильность работы влагоуловителей и воздухозаборников во время работы.

    Основные положения этой главы приведены ниже.

    Сочетание жидкости и пара, протекающих по трубе, называется двухфазным потоком.

    Типы двухфазного потока включают:

    • Пузырьковый поток: дисперсия пузырьков пара в континууме жидкости.

    • Снарядное течение: пузырьки растут путем слияния и в конечном итоге становятся того же порядка диаметра, что и трубка, образуя пузырьки пулевидной формы.

    • Кольцевой поток: жидкость распределяется между жидкой пленкой, текущей вверх по стенке, и дисперсией капель, текущих в паровом ядре потока.

    Колебания и нестабильность основного потока могут вызвать:

    • нежелательную механическую вибрацию компонентов.

    • уменьшение теплового потока, необходимое для возникновения DNB.

    • перебои в реальном циркуляционном потоке.

    Колебания и нестабильность потока могут возникать при следующих условиях:

    • сердечник выходит за пределы проектных условий, мощность > 150%

    • механическое повреждение, вызывающее блокировку потока

    9000 естественная циркуляция, при которой происходит кипение

    Всплеск трубы – это смещение трубопровода, вызванное силами реакции высокоскоростной струи жидкости после разрыва трубы.

    Гидравлический удар представляет собой ударную волну жидкости, возникающую в результате внезапного запуска или остановки потока.

    Преобразование энергии в центробежном насосе

    Жидкость, поступающая в центробежный насос, сразу же направляется в область низкого давления в центре или в глазу рабочего колеса. Когда крыльчатка и лопасти вращаются, они передают импульс поступающей жидкости. Передача импульса движущейся жидкости увеличивает скорость жидкости. С увеличением скорости жидкости увеличивается ее кинетическая энергия.Жидкость с высокой кинетической энергией вытесняется из зоны рабочего колеса и поступает в улитку.

    Улитка представляет собой область с постоянно увеличивающейся площадью поперечного сечения, предназначенную для преобразования кинетической энергии жидкости в давление жидкости. Механизм этого преобразования энергии такой же, как и при дозвуковом течении через расширяющуюся часть сопла. Математический анализ течения через улитку основан на общем уравнении энергии, уравнении неразрывности и уравнении, связывающем внутренние свойства системы.Ключевыми параметрами, влияющими на преобразование энергии, являются расширяющаяся площадь поперечного сечения улитки, более высокое противодавление в системе на выходе из улитки и несжимаемый дозвуковой поток жидкости. В результате взаимозависимости этих параметров течение жидкости в улитке, подобно дозвуковому течению в расширяющемся сопле, испытывает уменьшение скорости и увеличение давления.

    Рабочие характеристики центробежного насоса

    Рис. 7: Типичная кривая характеристик центробежного насоса

    Обычно центробежный насос создает относительно небольшое увеличение давления жидкости.Это увеличение давления может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен фунтов на квадратный дюйм в центробежном насосе с одноступенчатым рабочим колесом. Термин PSID (перепад силы на квадратный дюйм) эквивалентен ∆P. В данном контексте это разница давлений между всасыванием и нагнетанием насоса. PSID также можно использовать для описания перепада давления на компоненте системы (сетчатые фильтры, теплообменники, клапаны, деминерализаторы и т. д.). Когда центробежный насос работает с постоянной скоростью, увеличение противодавления системы на текущий поток вызывает уменьшение величины объемного расхода, который может поддерживать центробежный насос.

    Анализ взаимосвязи между объемным расходом ( ), который может поддерживать центробежный насос V˙, и перепадом давления на насосе (∆Pнасоса) основан на различных физических характеристиках насоса и жидкости в системе. Переменные, оцениваемые инженерами-конструкторами для определения этой взаимосвязи, включают эффективность насоса, мощность, подаваемую на насос, скорость вращения, диаметр рабочего колеса и лопастей, плотность и вязкость жидкости. Результат этого сложного анализа для типичного центробежного насоса, работающего с одной конкретной скоростью, показан на графике на рисунке 7.

    Напор насоса по вертикальной оси представляет собой разницу между противодавлением в системе и давлением на входе в насос (∆Ppump). Объемный расход (V) по горизонтальной оси представляет собой скорость, с которой жидкость проходит через насос. График предполагает одну конкретную скорость (N) для рабочего колеса насоса.

    Кавитация

    Когда перекачиваемая жидкость попадает в отверстие центробежного насоса, давление значительно снижается. Чем больше скорость потока через насос, тем больше это падение давления.Если перепад давления достаточно велик или если температура жидкости достаточно высока, перепад давления может быть достаточным для того, чтобы жидкость испарилась, когда локальное давление падает ниже давления насыщения для перекачиваемой жидкости. Эти пузырьки пара увлекаются жидкостью вдоль крыльчатки насоса. По мере уменьшения скорости потока давление жидкости увеличивается. Это приводит к тому, что пузырьки пара внезапно схлопываются на внешних частях крыльчатки. Образование этих пузырьков пара и их последующее схлопывание и есть кавитация.

    Кавитация может быть очень серьезной проблемой для центробежных насосов. Некоторые насосы могут быть рассчитаны на работу с ограниченным уровнем кавитации. Большинство центробежных насосов не могут выдерживать кавитацию в течение значительных периодов времени; они повреждены эрозией крыльчатки, вибрацией или какой-либо другой проблемой, вызванной кавитацией.

    Чистый кавитационный запас

    Во время работы насоса можно исключить кавитацию, контролируя чистый кавитационный запас насоса.Чистый положительный напор на всасывании (NPSH) для насоса представляет собой разницу между давлением всасывания и давлением насыщения перекачиваемой жидкости. NPSH используется для измерения того, насколько жидкость близка к условиям насыщения. Уравнение 3-19 можно использовать для расчета чистого положительного напора на всасывании, доступного для насоса. Единицами NPSH являются футы водяного столба.

    NPSH = P

    всасывание — P — P Насыщенность (3-19)

    Где:

    P Всасывание = Всасывание Насоса

    P Насыщенность = Насыщенность Давление для жидкости

    доступный NPSH на уровне больше, чем NPSH, требуемый производителем насоса, можно избежать кавитации.

    Законы о насосах

    Центробежные насосы обычно подчиняются так называемым законам о насосах. Эти законы гласят, что расход или производительность прямо пропорциональны скорости насоса; напор нагнетания прямо пропорционален квадрату скорости насоса; а мощность, необходимая двигателю насоса, прямо пропорциональна кубу скорости насоса. Эти законы резюмируются в следующих уравнениях.

    v˙ α n (3-20)

    h

    p α n 2 (3-21)

    p α n

    3 (3-22)

    Где:

    n = скорость рабочее колесо насоса (об/мин)

    V = объемный расход насоса (галлонов в минуту или фут3/час)

    H p = напор, развиваемый насосом (psi или футы)

    p = мощность насоса (кВт)

    Использование этих пропорциональности можно разработать уравнения, связывающие состояние при одной скорости с условиями при другой скорости.

    1 (N 2 / N 1 / N 1 ) = V 2 (3-23)

    (3-23)

    H

    P1 (N 2 / N 1 ) 2 = H P2 (3-24)

    P

    1 (N 2 / N 2 / N 1 ) 3 = P 2 = P 2 (3-25)

    Пример: Законы насоса

    Охлаждающий водяной насос работает на скорости 1800 об/мин. Его расход составляет 400 галлонов в минуту при напоре 48 футов. Мощность насоса составляет 45 кВт.Определите расход насоса, напор и требования к мощности, если скорость насоса увеличивается до 3600 об/мин.

    Решение:

    Расход

    2 = V˙ 1 (N 2 / N 1 / N 1 )

    = (400 GPM) (3600 об / мин / 1800 об / мин)

    = 800 GPM

    Глава

    H P2 = H P1 (N P1 / N 1 / N 1 ) 2

    = 48 футов (3600 об / мин / 1800 об / мин) 2

    = 192 Ft

    Power

    P 2 = P 1 = P 1 (N 2 / N 1 ) 3

    = 45 кВт (3600 об / мин / 1800 об / мин) 3

    = 360 кВт

    Рисунок 8 : Изменение скорости центробежного насоса

    Можно построить характеристическую кривую для новой скорости насоса на основе кривой для его исходной скорости. Техника заключается в том, чтобы взять несколько точек на исходной кривой и применить законы насоса для определения нового напора и расхода при новой скорости. Кривая зависимости напора насоса от расхода, полученная в результате изменения скорости насоса, графически представлена ​​на Рисунке 8.

    Характеристическая кривая системы

    потери и незначительные потери в трубопроводных системах были пропорциональны квадрату скорости потока.Поскольку скорость потока прямо пропорциональна объемному расходу, потери напора в системе должны быть прямо пропорциональны квадрату объемного расхода. Исходя из этого соотношения, можно построить кривую зависимости потери напора системы от объемного расхода. Кривая потери напора для типичной системы трубопроводов имеет форму параболы, как показано на рисунке 9.

    Рабочая точка системы

    Рисунок 10: Рабочая точка центробежного насоса

    Точка, в которой насос работает в данной от скорости потока и потери напора этой системы.Для данной системы объемный расход сравнивается с потерями напора системы на характеристической кривой системы. Построив кривую характеристики системы и кривую характеристики насоса в одной и той же системе координат, можно определить точку, в которой должен работать насос. Например, на рисунке 10 рабочая точка центробежного насоса в исходной системе обозначена пересечением кривой насоса и кривой системы (h Lo ).

    Расход в системе равен V˙ 0 , а общая потеря напора в системе равна ∆P 0 .Для поддержания расхода V˙ 0 напор насоса должен быть равен ∆P o . В системе, описываемой системной кривой (h L1 ), в системе был открыт клапан для уменьшения сопротивления системы потоку. Для этой системы насос поддерживает большой расход (V˙ 1 ) при меньшем напоре насоса (∆P 1 ).

    Система Использование нескольких центробежных насосов

    Типичный центробежный насос имеет относительно небольшое количество движущихся частей и может быть легко адаптирован к различным первичным двигателям.Эти первичные двигатели включают электродвигатели переменного и постоянного тока, дизельные двигатели, паровые турбины и воздушные двигатели. Центробежные насосы обычно имеют небольшие размеры и обычно могут быть построены по относительно низкой цене. Кроме того, центробежные насосы обеспечивают высокий объемный расход при относительно низком давлении.

    Для увеличения объемного расхода в системе или для компенсации больших гидравлических сопротивлений центробежные насосы часто используются параллельно или последовательно. На рис. 11 показаны два идентичных центробежных насоса, работающих параллельно с одинаковой скоростью.

    Рисунок 11: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых параллельно

    Центробежные насосы, подключенные параллельно

    Поскольку вход и выход каждого насоса, показанного на рисунке 11, находятся в одинаковых точках системы, каждый насос должен производить один и тот же насос голова. Однако общий расход в системе является суммой индивидуальных расходов каждого насоса.

    Если кривая характеристики системы рассматривается параллельно с кривой для насосов, рабочая точка на пересечении двух кривых представляет более высокий объемный расход, чем для одного насоса, и большую потерю напора в системе. Как показано на рис. 12, большая потеря напора в системе происходит при увеличении скорости жидкости в результате увеличения объемного расхода. Из-за большего напора системы объемный расход фактически в два раза меньше, чем при использовании одного насоса.

    Рис. 12: Рабочая точка для двух параллельных центробежных насосов

    Центробежные насосы в серии

    Центробежные насосы используются последовательно для преодоления больших потерь напора в системе, чем один насос может компенсировать по отдельности.Как показано на рис. 13, два идентичных центробежных насоса, работающих с одинаковой скоростью и с одинаковым объемным расходом, обеспечивают один и тот же напор насоса. Поскольку вход второго насоса является выходом первого насоса, напор, создаваемый обоими насосами, представляет собой сумму отдельных напоров. Объемный расход от входа первого насоса до выхода второго остается прежним.

    Рис. 13: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых в серии

    Как показано на Рис. 14, последовательное использование двух насосов фактически не удваивает сопротивление потоку в системе.Два насоса обеспечивают адекватный напор для новой системы, а также поддерживают несколько более высокий объемный расход.

    Рис. 14: Рабочая точка для двух центробежных насосов серии

    Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

    • Чистый кавитационный запас – это разница между давлением всасывания насоса и давлением насыщения жидкости.

    • Кавитация – это образование и последующее схлопывание пузырьков пара на рабочем колесе насоса, когда локальное давление падает ниже, а затем поднимается выше давления насыщения перекачиваемой жидкости.

    • Законы насосов можно использовать для определения влияния изменения скорости центробежного насоса на подачу, напор и мощность.

    1 (N 2 / N 1 / N 1 ) = V˙ 2

    H P1 (N 2 / N 1 ) 2 = H P2 P2

    P 1 (N 1 / N 1 / N 1 ) 3 = P 2

    • Кривая комбинированного насоса для двух центробежных насосов параллельно может быть определена путем добавления добавления отдельные потоки для любого заданного напора.