Материал: 1348
СибАДИ |
||||
Рис.1.1. Основные характеристики струи: |
|
|||
1 – насадок; 2 – струя; 3 – поверхность; 2 – зона действия нормальных сил; |
||||
R – зона эффектной мойки; hg – глубина потока в зоне растекания |
|
|||
Расход жидкости через насадки (подача насосов) определяется |
||||
соотношением [4]: |
dn2 |
|
|
|
Q fnwn 2gHi fn |
2gHi , |
(1.5) |
||
4 |
||||
где f – коэффициент запаса, f =1,1-1,3; wn – площадь живого сечения |
||||
насадка, м2; dn – диаметр насадка, м; n – число насадков, n=13…250; |
||||
– коэффициент расхода (таблица 1.2), |
=0,4…0,99. |
|
||
В общем случае расход через насадок |
|
|
||
Q0= wx Vx , |
|
(1.6) |
||
где x – площадь сечения струи, м2 . |
|
|
|
|
Средняя плотность жидкости Н, изменяется в соответствии с |
||||
зависимостью [3]: |
|
|
|
|
Н=k x, |
|
|
(1.7) |
|
где x – плотность на расстоянии x от насадка; k – коэффициент аэрации, зависящий от соотношения x/dn (таблица 1.3).
6
|
|
|
Характеристика насадков |
Таблица 1.1 |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Профиль |
Коэффициент |
Коэффициент |
|
|
№ |
Тип насадка |
продольного |
|
||
|
расхода μ |
скорости φ |
|
|||
|
|
|
сечения |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
СибАДИ |
|
|||||
1 |
Цилиндрический |
|
0,820 |
0,820 |
|
|
|
|
Кон ческ й, |
|
0,940 |
0,963 |
|
2 |
сходящ йся под |
|
|
|||
|
|
углом 13°24′ |
|
|
|
|
3 |
Коно дальный |
|
0,980 |
0,980 |
|
|
|
|
Кон ческ й, рас- |
|
|
|
|
4 |
ходящ йся под уг- |
|
0,450 |
0,775 |
|
|
|
|
лом 5…7° |
|
|
|
|
5 |
Сложный |
|
0,830 |
0,870 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для насадков с dn =3…10 мм значение x/dn подчиняется эмпи-
рической зависимости [1]: |
|
|||
|
|
x/ dn =278,5 – 2,1 10-4Re, |
(1.8) |
|
где Re |
2gH H dn |
– число Рейнольдса; – кинематическая вяз- |
||
|
||||
|
|
|
||
кость воды, м2/с. |
|
|
||
В первом приближении, когда задается расстояние от насадка и |
||||
известно давление перед насадком, его коэффициент расхода |
гео- |
|||
метрические размеры, можно оценить силу удара струи при встрече с поверхностью.
Из формулы 1.6 следует, что выгоднее иметь насадок малого диаметра, так как если при неизменном расходе площадь сечения насадка уменьшить в n раз, во столько же раз возрастет Vx, а гидродинамическое давление Px увеличится в n2 раз.
7
Однако диаметр насадков на практике выполняют в пределах
3,5...8 10-3 м, так как при меньшем диаметре насадки быстро засоряются. Кроме того, тонкая струя обладает малой устойчивостью при полете в воздухе и быстро распадается.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
|
СибАДИную силу [4]. Выделяют четыре участка течения струи (рис.1.2): |
||||||||
|
|
Значения коэффициента k в зависимости от расстояния x от насадка |
||||||
|
|
|
x, мм |
|
k |
|
|
|
|
|
100 |
|
0,97 |
|
|
||
|
|
200 |
|
0,65 |
|
|
||
|
|
500 |
|
0,52 |
|
|
||
|
|
1000 |
|
0,4 |
|
|
||
|
|
|
Ф з ческие характеристики загрязнений |
Таблица 1.3 |
||||
|
№ |
|
На менование загрязнения |
|
|
Адгезия, Н/м2 |
|
|
|
1 |
|
Пыле-грязевые |
|
|
0,05–0,2 |
|
|
|
2 |
|
Остатки перевоз мых грузов |
|
|
- |
|
|
|
3 |
|
Остатки масел двигателей |
|
|
0,5–3 |
|
|
|
4 |
|
Остатки трансмиссионных масел |
|
|
0,1–1 |
|
|
|
5 |
|
Остатки пластичных смазок и консервационных мате- |
|
0,5–2 |
|
||
|
|
|
риалов |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
Масло-грязевые |
|
|
0,1–1,5 |
|
|
|
7 |
|
Асфальтосмолистые |
|
|
3–60 |
|
|
|
8 |
|
Нагар |
|
|
5–70 |
|
|
|
9 |
|
Накипь |
|
|
100–200 |
|
|
|
10 |
|
Лакокрасочные покрытия |
|
|
50–300 |
|
|
Лучшая форма насадков – коноидальная. Но из-за сложности их изготовления чаще используют конические или цилиндрические насадки.
Струя в воздушной среде постепенно теряет структуру удар-
I - компактный, длина его равна примерно 5dn. Скорость жидкости примерно равна скорости в насадке.
II - участок перехода длиной до 100 dn. Здесь начинается торможение струи за счет трения воды о воздух. Скорость воды в центре струи примерно равна скорости в насадке. Диаметр поперечного сечения струи на расстоянии 100 dn составляет примерно 5 dn.
8
III - участок установившегося потока. Здесь происходит расширение струи и ее аэрация. Длина участка 100...450 dn, а угол при вер-
шине расширяющегося конуса струи составляет около 10 .
IV – участок разрушения струи. Скорость струи падает до 0,3...0,5 м/с и она распадается.
СибАДИТаким образом, при известном давлении НH, определив x ско- |
||||
|
|
Рис.1.2. Схема свободного истечения струи |
|
|
Третий участок струи является рабочим в струйных и струйно- |
||||
щеточных установках. |
|
|
||
Коэффициент аэрации |
k=Fx/FH, |
(1.9) |
||
где Fx – площадь сечения струи в момент соприкосновения ее с омы- |
||||
ваемой поверхностью, м2; FH= d2Н /4 – площадь отверстия насадка, |
||||
м2. |
|
|
|
|
Величина Fx |
представляет собой площадь основания усеченного |
|||
конуса |
струи на |
III участке |
(рис.1.3). иаметр основания |
конуса |
|
|
. Если |
, то после преобразований |
|
рость |
Vx , можно рассчитать гидродинамическое давление Px |
и про- |
||
верить условие (1.1), необходимое для удаления загрязнений. |
|
|||
Можно решить и обратную задачу: задавшись условием (1.1) |
||||
рассчитать величину необходимого давления PН. Однако при этом следует иметь в виду, что для определения давления воды, требуемого для качественной мойки, необходимо учитывать особенности про-
9
цесса растекания струи по поверхности (рис.1.4). Заключается эта особенность в том, что в месте удара об омываемую поверхность струя движется по некоторой кривой поверхности, так как перед плоскостью остается определенный, практически неподвижный объем жидкости коноидальной формы. Не принимая участия в общем движении остальной струи, частицы жидкости в коноидальном объеме находятся в сравнительно медленном водоворотном движении. Коноидальный объем является своеобразной прокладкой между движущейся струей загрязненной поверхностью. В месте удара струя изменяет направлен е , следовательно, неизбежно происходит потеря скорости.
При дальнейшем движении по плоскости водяной поток перемещается с меньшей скоростью и не прямо по поверхности, а по пограничному слою, который представляет собой тончайший, почти неподвижный слой воды, наличие которого обусловлено вязкостью воды и с лами вза модействия между молекулами воды и поверхностью.
Этот погран чный слой, как и коноидальный объем, является “мертвым” пространством и не оказывает моющего воздействия. Поэтому частицы загрязнений, которые имеют размеры меньше толщины пограничного слоя, почти не смываются и остаются на поверхности в виде матового серого налета.
Таким образом, качественная мойка на струйных установках должна обеспечивать минимальную толщину пограничного слоя, по крайней мере не большую, чем средняя величина частиц загрязнений.
Ориентировочно, толщина пограничного слоя, м, [4] |
|
|
X |
|
|
S 0,346 196gP |
, |
(1.10) |
где – кинематическая вязкость воды, м2 /с (при t = 20 , |
= 1·10-6 |
|
м2/с). |
|
|
Мощность на привод насоса, кВт |
|
|
6 |
|
|
СибАQP10 ДИ |
||
N 102 H ý g , |
|
(1.11) |
где Н – К.П.Д. насоса; э – К.П.Д. электродвигателя, э =0,90,...,0,92. Насос, во избежание появления кавитации, лучше устанавливать как можно ниже по отношению к уровню воды в заборном колодце.
Если высота насоса над уровнем воды более 3 м, необходимо производить дополнительный расчет на возможность кавитации.
10