Расчет гидрантов струйных установок
Струйные моечные установки могут иметь одну или две моющие рамки. Имеются конструкции, в которых, кроме того, предусмотрены рамки смачивания и ополаскивания или только рамка ополаскивания. Давление воды во вспомогательных рамках чаще не превышает 0,25...0,5 МПа, и расход через них невелик.
Давление в основных моющих рамках гораздо выше, так как природа удаления загрязнений с помощью струй заключается в меха- ническом разрушении слоя загрязнений за счет удара движущейся жидкости о преграду. Загрязнения будут удаляться, если максималь- ная сила сцепления между частицами загрязнений Fм не превышает величины гидродинамического давления Рх при встрече струи с пре- градой. Условием удаления загрязнений является неравенство:
Рх ³ Fм. (5.1)
Сила сцепления (Н/м2) вычисляется приблизительно:
Fм = p·s/2D(1/W - 1), (5.2)
где s – поверхностное натяжение воды, Н/М, для чистой воды s =
= 0,073 Н/м; D – диаметр частиц загрязнений, м; W – влажность за- грязнений.
Радиус частиц загрязнения определяется гранулометрическим анализом и в среднем составляет: для легковых автомобилей – 10…30·10–6 м, а для грузовых и автобусов – 25…300·10–6 м. Для рас- четов принимают D = 20…80·10–6 м.
Из уравнения (5.2) следует, что силу сцепления можно снизить, увеличив влажность загрязнений или уменьшив поверхностное натя- жение жидкости.
Pж = rж·Vж·sina, (5.3)
где rж – плотность жидкости в струе, кг/м3; Vж – скорость жидкости при встрече с поверхностью, м/с; a – угол встречи струи с поверхностью, град. Характеристики струи (рис. 5.2) можно использовать при расче-
тах моечных установок [15]. Исследования процесса мойки показали, что если автомобиль постоянно смачивать водой, то влажность W не может превысить 0,2 (20%), что соответствует максимальному коли- честву влаги, которое может удержать загрязнение. Поверхностное натяжение s снижают применением подогретой воды или CMC (на- пример, моющий раствор «Прогресс» уменьшает поверхностное на- тяжение до s = 0,034 Н/м). Гидродинамическое давление Рx (Н/м2) оп- ределяют на расстоянии х (рис. 5.2) от насадка.
dн |
x |
a |
R0 |
r |
b = 10° |
Рис. 5.2. Характеристики струи: 1 – очищаемая поверхность; 2 – струя; 3 – насадок; 4, 5 – граница зоны действия и зона касательных сил;
r – зона действия нормальных сил; R0 – зона эффективной мойки
Скорость потока в струе Vx (м/с) на расстоянии х от насадка можно считать равной начальной скорости потока.
VX » VH = j
2g × HH ,
(5.4)
где j – коэф. скорости, зависящий от профиля сопла (табл. 3.1 [16]); g – ускорение силы тяжести, м/с2; НН – напор перед насадком, м. Если на- пор неизвестен, а задано давление в насадке РН, МПа, то можно счи- тать, что 1 МПа = 98 м напора водяного столба. Тогда:
VX = j
196g × PH .
(5.5)
Для подачи воды к моющим рамкам используются насосы с дав- лением до 5,0 МПа, а скорость жидкости на выходе из насадка может достигать 30…90 м/с.
Расход жидкости Q (м3/с) через насадки:
196g × PH |
H |
(5.6)
где f и m – коэффициенты запаса и расхода (f = 1,2); dН – диаметр со- пла, м; n – число насадков.
В общем случае расход воды через насадок площадью wx вы- числяется:
QН = mwxVx. (5.7)
Отсюда следует, что выгоднее иметь насадок малого диаметра, так как, если при неизменном расходе площадь сечения насадка уменьшить в n раз, во столько же возрастет Vx, а гидродинамическое давление Рх увеличится в n2 раз. 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. Лучшая форма насадков – коноидальная (рис. 5.3, а). Но из-за сложности их из- готовления чаще используют конические или цилиндрические насадки.
Таким образом, при известном давлении QН, определив х r по формуле (5.7), а по формулам (5.4) или (5.3) скорость Vх, можно рас- считать гидродинамическое давление Рх и проверить условие (5.1), необходимое для удаления загрязнений.
Струя в воздушной среде постепенно теряет структуру и ударную силу. Различают четыре участка течения струи в воздухе (рис. 5.4).
Рис. 5.3. Насадки гидрантов струйных установок: а – шарообразный насадок с коноидальным профилем канала; б – насадок на гибком шланге;
1 – пружина; 2 – труба; 3 – корпус; 4 – гайка; 5 – шаровый насадок; 6,7 – кольца; 8 – гибкий шланг
Первый участок самый короткий, длина его » 5dН. Скорость жидко- сти » равна скорости в насадке. Во втором переходном участке длиной до 100dН начинается торможение струи за счет трения воды о воздух. Скорость воды в центре струи мерно равна скорости в насадке. Диаметр поперечного сечения струи на расстоянии 100dн составляет » 4dН.
Рис. 5.4. Схема свободного истечения струи воды в воздухе
На третьем участке установившегося потока происходит расши- рение струи и ее аэрация. Длина участка 100...450dН, а угол при вер- шине расширяющегося конуса струи составляет около 10 градусов. Третий участок струи является рабочим в струйных и струйно-щеточ- ных установках. Средняя плотность жидкости на третьем участке на расстоянии х от насадка:
rх = rн/k, (5.8)
где rх = 1000 кг/м3 – плотность жидкости на выходе из насадка; k – ко- эф. аэрации:
k = Fх/FН, (5.9)
где Fх – площадь сечения струи в момент соприкосновения ее с омы-
ваемой поверхностью, м2; FН =
pd 2 /4
– площадь отверстия насадка, м2.
H |
Дата добавления: 2022-04-12; просмотров: 213;