Прокладочные набивочные и уплотнительные материалы

В трубопроводах и арматуре в качестве прокладочных материалов обычно используется резина, паронит, асбест, картон, термораспшренный графит.

6.6.1.1 Резины

Резинами называют высокомолекулярные материалы, которые получают при вулканизации смеси натурального или синтетического каучука с различными наполнителями.

В зависимости от количества серы различают мягкие резины (от 2 % до 4 % S), жесткие – полуэбониты (от 12 % до 13 % S) и эбониты (от 30 % до 50 % S),

По назначению резины классифицируют на резины общего назначения (производство шин, рукавов, амортизаторов пористой или губчатой структуры и т. д.) и специальные (химически стойкие, бензо-маслостойкие, морозостойкие, газонепроницаемые, электротехнические и т. д.). Резины классифицируют также по типу каучука (например, из дивинил-стирольного, нитрильного, акрилонитрильного, силиконового и других каучуков), по технологическим методам их переработки и т. д.

Резины, благодаря таким свойствам, как высокая эластичность, высокое сопротивление разрыву и износу, газо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, морозоустойчивость и т. д., нашли широкое использование в самых различных областях. Это, прежде всего, для производства шин, приводных ремней, транспортерных лент и т. п.; шлангов и труб для перекачки нефти/нефтепродуктов, химических реагентов и других веществ; уплотняющих устройств (сальники, манжеты, сильфоны и т.п.); амортизаторов; электроизоляторов; защиты химической аппаратуры — гуммирования (обкладка внутренних поверхностей емкостей, цистерн, колонн, труб и т. п.); водоплавательных средств; строительных конструкций; изделий бытового назначения; игрушек и многих других изделий.

Основным способом соединения резиновых деталей является склеивание резиновыми клеями, приготовляемыми путем растворения невулканизированного каучука в органических растворителях (бензине, бензоле и др.). Соединение осуществляют внахлестку.

6.6.1.2 Паронит, электронит

Паронит применяется в виде прокладок различных размеров и конфигурации для уплотнения соединений деталей моторов, трубопроводов, гидравлических установок, механизмов и аппаратуры, работающих в различных средах.

Изготовляется вальцеванием из асбестового волокна, синтетических каучуков, наполнителей и вулканизующей группы.

Имеет высокую прочность на разрыв.

Помимо паронита листового, промышленность выпускает паронитовые прокладки различной конфигурации по согласованным чертежам.

Электронит применяется в качестве электроизоляционного материала в электрических машинах и аппаратах. Изготовляется из асбокаучуковой композиции в листах до 1200x1500 мм при толщине от 0,2 до 3,0 мм. Среднее значение пробивного напряжения при толщине 0,5 мм - не менее 7 кВ/мм. Удельное объемное сопротивление 8,4* 10¹² Ом-см и удельное поверхностное сопротивление 1,6'10^!2Ом.

Электронитовая масса или асбодин используется для формования различных деталей машин и аппаратов в электромашиностроении.

6.6.1.3 Терморасширенный (гибкий) графит

Термораспшренный графит – это характерный гибкий листовой материал, унаследовавший от графита высокую стойкость к температурным и химическим воздействиям и приобретший дополнительные свойства гибкости, податливости и прочности, на сжатие и растяжение. Эти свойства отличают терморасширенный графит от прочих видов углерода и графита и делают его превосходным и высокоэффективным набивочным и уплотнительным материалом.

Благодаря своим уникальным особенностям, гибкие графитовые прокладки и набивка из терморасширенного графита особенно хорошо подходят для оборудования, работающего в условиях высоких температур и агрессивных коррозийных сред (рисунок 6.3). Прокладки из графита широко используются для замены прокладок и уплотнений из асбеста.

Терморасширенный графит в течение долгого времени считается одним из наиболее безопасных материалов для практически любых задач герметизации систем, работающих с жидкостями. Прокладка и набивка из терморасширенного графита признана пожаробезопасной в условиях применения высоколетучих жидкостей и исключительно высоких температур.

Процесс термораспшрения или расслоения превращает графит в червеобразную структуру с высокоактивной, ветвящейся, неровной поверхностью, что позволяет легко формировать из нее листы готового материала штамповкой или каландрированием. Получающийся материал состоит из высшей степени чистого графита (обычно гораздо выше 98 % элементарного углерода по массе) с высокоструктурйрованной решеткой.

Рисунок 6.3 – Гибкие графитовые прокладки и набивка из терморасширенного графита

Уникальный процесс производства придает терморасширенному графиту – все характеристики, необходимые для уплотнительного материала: гибкость, хорошее прилегание, прочность на сжатие и растяжение, низкое проседание под нагрузкой, пожаробезопасность и прекрасную герметичность. Гибкий терморасширенный графит может быть использован сам по себе как набивочный и уплотнительный материал или усилен различными материалами, такими как нержавеющая сталь или стекловолокно, чтобы повысить его потребительские свойства.

Терморасширенный графит (под маркой ТРГ) применяется как материал для изготовления фланцевых эластичных прокладок, спирально-навитых прокладок, сальниковой набивки с превосходными характеристиками. Терморасширенный графит нашел широкое применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, в автомобилестроении, а также как тепло-, шумоизоляционный материал.

6.6.1.4 Войлок

Войлоки технические и детали из них для машиностроения, а также войлочные полировочные круги разделяют на грубошерстные, полугрубошерстные и тонкошерстные.

Войлоки применяют: для сальников, задерживающих смазочные масла в местах трения и предохраняющих места трения от попадания в них воды и пыли, для прокладок между металлическими поверхностями, предохраняющих их от коррозии, истирания, а также для смягчения ударови сотрясений и поглощения звука, для фильтров, используемых при фильтрации масел.

Размеры войлоков всех видов по длине и ширине устанавливаются соглашением между потребителем и изготовителем. Минимальная толщина полугрубошерстного войлока 6 мм, грубошерстного 8 мм.

Войлочные детали для машиностроения в зависимости от их назначения и формы разделяются на кольцо сальниковое грубошерстное, полугрубошерстное и тонкошерстное (обозначения соответственно кольцо СГ, кольцо СП или кольцо СТ); кольцо-прокладка (соответственно кольцо ПрГ, ПрП и ПрТ); кольцо-фильтр (соответственно кольцо ФГ, ФП и ФТ); лента сальниковая (лента СГ, СП и СТ); лента-прокладка (лента ПрГ, ПрП и ПрТ); лента-фильтр (лента ФГ, ФП и ФТ).

6.6.1.5 Асбестовые материалы

Листы асбостальные для уплотняющих прокладок блока цилиндров и других деталей двигателей (отверстия в прокладках должны дополнительно окантовываться металлической фольгой) изготовляют из стального перфорированного каркаса толщиной от 0,22 до 0,31 мм, обложенного с двух сторон специальной асбестолатексной бумагой или асболатексной массой, с последующим графитированием поверхности и вулканизацией в печах или прессах. Полотно армированное асбестовое употребляется для прокладок, применяющихся при уплотнении мест соединения деталей двигателей, работающих в средах воды, масла и бензина при температуре до 250 °С и давлении до 6 МПа (60 кгс/см).

Изготовляется в виде ткани с основой из латунной проволоки. Полотно подвергают графитированию и вулканизации.

Пластины асбесто-целлюлозные фильтрующие и стерилизующие применяют в виде прокладок в фильтр-прессах для стерилизации и фильтрации.

Асбестовую бумагу применяют в качестве уплотнительного и изоляционного материала в машиностроении, энергетике п других отраслях народного хозяйства.

Бумага асбестовая теплоизоляционная изготовляется из волокон хризотилового асбеста. Потери в весе при прокаливании при температуре от 700 °С до 790 °С в течение 1 ч не более 17 %.

Бумага асбестовая электроизоляционная поставляется в рулонах. Объемный вес не менее 0,5 г/см³. Влажность не более 3%. Потери при прокаливании при температуре от 700°С до 750°С не более 25%.

Бумага асбестовая диафрагменная применяется при электролизе водных растворов хлористых солей щелочных металлов.

Бумага асбестовая с латексом для набивки валов каландров при производстве конденсаторной бумаги. Влажность не более 3%.

Картон асбестовый применяется для уплотнения мест соединений в приборах и аппаратах при давлении до 1,6 МПа и температуре до 300°С, а также для термоизоляционных, электроизоляционных и огнезащитных целей при температурах до 500°С.

6.6.1.6 Эбонитовые изделия

Эбонит является одним из лучших электроизолирующих материалов.

Поделочный электротехнический эбонит выпускают в виде пластин, стержней и трубок марок А и Б для электротехнической, авиационной и автомобильной промышленности.

6.6.1.7 Материалы из мягкой резины

Изоляционная прорезиненная лента изготовляется из сурового миткаля, промазанного липкой резиновой смесью с одной стороны (односторонняя лента) или с двух сторон (двусторонняя лента).

Выпускают также изоляционную ленту «Пара» из натурального каучука или мало наполненной смеси из натурального каучука. Ее применяют в качестве изоляционного материала, а также для заделки швов водолазных костюмов, кислородных подушек и других изделий, требующих герметичности.

Резина РШ-1 должна быть морозостойкой при минус 50 °С, резина РШ-2 при минус 40 °С, резина РШН-1 и РШН-2 - при минус 30 °С.

Для обмотки кабельных изделий из хлопчатобумажной ткани миткаля изготовляют прорезиненную (с одной стороны или двусторонней) невулканизованную ткань.

В качестве защитного средства в электроустановках применяют резиновые диэлектрические маты.

Резиновые изоляционные полутвердые трубки служат для дополнительной изоляции изолированных проводов постоянного и переменного тока.

6.6.1.8 Бумажные материалы

Бумага и картон являются упругопластическими капиллярно-пористыми материалами, пластическая деформация которых возрастает с повышением влажности. К бумаге относится в основном продукция с плотностью до 250 г/м², к картону - с плотностью свыше 250 т/и².

Адсорбционное поглощение воды в количествах, превышающих равновесное состояние, значительно понижает прочность бумаги и картона, за исключением влагопрочных сортов, в состав которых введены специальные смолы, например, меламиноформальдегидные и др.

Основой состава бумаги и картона являются волокнистые материалы: древесная целлюлоза, древесная масса белая и бурая, макулатура и вторичное сырье (тряпье), полуцеллюлоза и химическая древесная масса.

В отдельных случаях для выработки специальных видов бумаги и картона используют стеклянные нити, асбест, слюду и синтетические волокна.

Для придания гидрофобных свойств – устойчивости по отношению к действию воды и различных водных растворов, в состав бумаги и картона вводят проклеивающие вещества, чаще всего канифоль, а также парафин, жидкое стекло, крахмал и различные синтетические смолы и латексы.

Минеральные наполнители (каолин и редко бланфикс, мел, тальк, титановые белила) вводят с целью улучшения свойств поверхности.

Бумага конденсаторная из 100 % древесной сульфатной целлюлозы применяется в качестве диэлектрика для конденсаторов.

Бумага электроизоляционная намоточная неклееная предназначена для изготовления намоточных изделий.

Кроме того, для уплотнения резьб при температуре до 105 °С применяют льняную прядь, пропитанную суриком или белилами; при большей температуре - асбестовый шнур с льняной прядью, пропитанный графитом. При температуре теплоносителя до 200 °С используют ленту и шнур ФУМ (фторопластовый уплотнительный материал).

6.6.1.9 Лакокрасочные покрытия

Лаки предназначаются для защиты металлов от коррозии, неметаллических материалов (древесины, тканей, пластмасс) от увлажнения и гниения, придания им декоративного внешнего вида и для специальных целей.

Лаки покровные представляют собой растворы синтетических или естественных смол в органических растворителях или мономерах с добавкой. При высыхании они образуют твердые сплошные пленки.

По условиям эксплуатации лаки разделяются на две группы: атмосферостойкие, устойчивые к воздействию солнечной радиации (акриловые, пентофталевые, нитроцеллюлозные, полиуретановые и др.), и неатмосферостойкие, пленки которых разрушаются от воздействия солнечных лучей, но устойчивы к действию влаги и химикатов

Краски состоят из пленкообразующего и тонкодисперсного пигмента, иногда с добавкой минеральных наполнителей. Масляная краска состоит из олифы и пигмента, эмалевая - из лака и пигмента. Пигменты придают необходимый цвет, повышают светостойкость и атмосферостойкость пленки покрытия. В качестве пигментов применяют металлические порошки чешуйчатого (чистого алюминия, бронзы) и зернистого (цинка, свинца) строения, а также окислы металлов (цинка, титана, железа, хрома, марганца, кобальта и др.) и их соли.

6.6.1.10 Незамерзающие жидкости

Применяются в системе охлаждения двигателей, а также в теплообменных аппаратах. Чаще всего это водный раствор этиленгликоля с применением антикоррозионных и антипенных присадок. Этиленгликоль опасен при попадании внутрь, имеет ядовитое и наркотическое действие.

6.6.1.11 Смазочные материалы

Смазочные материалы широко применяются в современной технике с целью уменьшения трения в движущихся механизмах и с целью уменьшения трения при механической обработке конструкционных и других материалов на станках. В зависимости от назначения и условий работы смазочных материалов, они бывают твердыми (графит, дисульфид молибдена, йодид кадмия, диселенид вольфрама, нитрид бора гексагональный и т.д.), полужидкими (расплавленные металлы, солидолы, консталины и др.), жидкими.

6.6.1.12 Рукава и шланги резиновые, их применение и условное обозначение Рукава и шланги резиновые, применяются в качестве гибких трубопроводов для транспортировки/перемещения жидкостей, насыщенного пара, газов и сыпучих материалов. В зависимости от назначения и конструкции различают следующие рукава и шланги:

- напорные с нитяным усилением;

- для газовой сварки и резки металлов;

- высокого давления с металлическими оплетками;

- напорно-всасывающие с текстильным каркасом;

- для автомобилей, тракторов и сельскохозяйственного машиностроения;

- специального назначения;

- напорные с текстильным каркасом.

Основы гидравлики

Общие сведения

Гидравликой называется наука о законах движения и равновесия жидкостей и приложениях этих законов к решению инженерных задач. Жидкость – это одно из агрегатных состояний вещества наряду с газами и твердыми телами. Отличие жидкости и газа заключается в том, что газ можно сжать, в то время как в жидкости расстояние между молекулами почти «несокращаемое», т.е. жидкость в отличие от газа несжимаема.

Основные разделы теоретической гидравлики: гидростатика и гидродинамика.

Основные разделы практической гидравлики:

- гидравлика трубопроводов - течение по трубам;

- гидравлика открытых русел (динамика русловых потоков) – течение в каналах и реках;

- истечение жидкости из отверстия и через водосливы;

- гидравлическая теория фильтрации (фильтрация воды через плотины, фильтрация нефти, газа и воды в пластовых условиях, фильтрация из каналов, приток к грунтовым колодцам и пр.);

- гидравлика сооружений.

Гидростатика

7.2.1 Гидростатика — раздел гидравлики, в котором изучаются законы жидкости в состоянии равновесия и распределение давления покоящейся жидкости на различные поверхности.

7.2.2 Массовые силы в веществе пропорциональны массе тела и действуют на каждую жидкую частицу этой жидкости. К категории массовых сил относятся силы тяжести и силы инерции.

7.2.3 Силы поверхностного натяжения – это внутренние силы, оказывающие сопротивление растягивающим силам. Силы взаимодействия между молекулами жидкости внутри объёма взаимно уравновешены, но силы взаимодействия с молекулами внешней среды на поверхности (в пограничном слое) не уравновешены. Так в пограничном слое возникают усилия, которые называются поверхностным натяжением жидкости. Под действием этих сил малые объёмы жидкости принимают сферическую форму (форму капли), в трубках малого диаметра жидкость поднимается (или опускается) на некоторую высоту по отношению к уровню покоящейся жидкости. Последнее явление носит название капиллярности. Жидкость в трубке малого диаметра (капилляре) будет подниматься, если жидкость по отношению к стенке капилляра будет смачивающей жидкостью, и, наоборот, будет опускаться, если жидкость для стенки капилляра окажется не смачивающей.

7.2.4 Жидкость может воспринимать («держать») нагрузку, только распределенную по поверхности ее приложения (например, легкую монету). Сила, нормально действующая на единицу поверхности тела и отнесенная к площади этой поверхности, называется давлением. Единицей измерения давления в системе СИ является Паскаль (1 Па = 1 Н/м²), в технике употребляют устаревшие единицы 1 кгс/см² (она же техническая атмосфера) и 1 атмосфера физическая, а также миллиметры ртутного столба. Основные соотношения между единицами: 1 МПа=9,807 кгс/см² (приблизительно 10), 1 кгс/см² =735,56 мм рт. ст. (миниметров ртутного столба), 1 кгс/см -10 м вод. ст. (метров водяного столба).

7.2.5 Абсолютное или полное давление представляет собой силу, действующую по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности, то есть на объект (трубопровод), находящийся под слоем воды, будет действовать абсолютное давление, которое будет складываться из атмосферного давления и давления столба воды.

7.2.6 Атмосферное давление образуется за счет веса атмосферного столба, действующего на единицу площади поверхности земли. Атмосферное давление с некоторым допущением можно считать постоянной величиной для любой точки на поверхности земли (хотя реально оно будет зависеть от высоты над уровнем моря). Атмосферное давление называют также барометрическим давлением.

7.2.7 Манометрическим или избыточным давлением называют давление, избыточное над атмосферным (иногда измеряют в единицах атмосфер избыточных - ати). Недостаток давления до атмосферного называется вакуумметрическим давлением или просто вакуумом. Вакуум измеряют либо в единицах обычного давления, либо в процентах от атмосферного давления, подразумевая, что 100 % соответствуют атмосферному давлению.

7.2.8 При строительстве МТ знания гидростатики используются, чтобы обеспечить устойчивость трубопроводов. Это достигается закреплением на них специальных грузов, причем веса грузов рассчитываются, чтобы обеспечить устойчивость трубопровода и в заполненном нефтью, и в пустом состоянии.

Гидродинамика

7.3.1 Гидродинамика – раздел гидравлики, в котором изучается движение идеальных и реальных жидкости и газа.

7.3.2 Причинами движения жидкости являются действующие на нее объемные или массовые силы (сила тяжести, инерционные силы) и поверхностные силы (давление, трение). В гидродинамике двумя основными элементами, характеризующими движение жидкости, являются: гидродинамическое давление и скорость движения (течения) жидкости.

7.3.3 Гидродинамическое давление - это внутреннее давление, развивающееся при движении жидкости.

7.3.4 В гидродинамике определяется скорость движения жидкости в данной точке. Одной из основных характеристик движения жидкости является линия тока. Линией тока называется линия, проведенная через ряд точек в движущейся жидкости так, что в данный момент времени векторы (направление движения) скорости частиц жидкости, находящихся в этих точках, направлены по касательной к этой линии. Эта линия тока соединяет разные частицы и дает некоторую мгновенную характеристику движущейся жидкости в момент времени.

7.3.5 Если через неподвижную в пространстве кривую провести линии тока, то полученная поверхность называется поверхностью тока, а образованное этой поверхностью тело будет называться трубкой тока. Жидкость, наполняющая трубку тока, называется элементарной струйкой. Поскольку линии тока никогда не пересекаются, то поверхность трубки тока является непроницаемой внешней границей для элементарной струйки жидкости. Сечение трубки тока, нормальное к линиям тока, называется живым сечением элементарной струйки. При установившемся движении жидкости понятия линии тока и траектории движения частицы жидкости совпадают.

7.3.6 Объём жидкости, протекающий через живое сечение элементарной струйки в единицу времени, называется (объемным) расходом элементарной струйки.

7.3.7 Совокупность элементарных струек движущейся жидкости, проходящих через площадку достаточно больших размеров, называется потоком жидкости.

7.3.8 Живым сечением называется поверхность в пределах потока, проведенная перпендикулярно к линиям тока (элементарным струйкам). В общем случае эта поверхность криволинейная. Однако в большинстве случаев практической гидравлики поток жидкости можно представить параллельно-струйным или с очень малым углом расхождения струек, а за живое сечение принять плоско© поперечное сечение потока.

7.3.9 Расходом жидкости называется количество жидкости, проходящей через данное живое сечение потока в единицу времени.

7.3.10 В гидродинамике выделяют ряд видов движения жидкости, что важно для расчета и проектирования гидродинамических механизмов.

7.3.11 Установившимся стационарным движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости -скорость движения и гидродинамическое давление Р не изменяются с течением времени, т.е. зависят только от координат точки.

7.3.12 Неустановившимся (нестационарным) движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости -скорость движения и и гидродинамическое давление Р - постоянно изменяются, т.е. зависят не только от положения точки в пространстве, но и от времени.

7.3.13 Примером установившегося, движения может быть: движение жидкости в канале, в реке при неизменных глубинах, истечение жидкости из резервуара при постоянном уровне жидкости в нем и др. Неустановившееся движение - это движение жидкости в канале или реке при переменном уровне или при опорожнении резервуара, когда уровень жидкости в нем непрерывно изменяется. Установившееся движение в свою очередь подразделяется на равномерное и неравномерное.

7.3.14 Равномерным называется такое установившееся движение, при котором живые сечения вдоль потока не изменяются. Примером равномерного движения является движение жидкости в цилиндрической трубе, в канале постоянного сечения при одинаковых глубинах.

7.3.15 Установившееся движение называется неравномерным, когда распределение скоростей в различных поперечных сечениях неодинаково; при этом средняя скорость и площадь поперечного сечения потока могут быть и постоянными вдоль потока. Примером неравномерного движения может быть движение жидкости в конической трубе или в речном русле переменной ширины.

7.3.16 Напорным называется движение жидкости, при котором поток полностью заключен в твердые стенки и не имеет свободной поверхности. Напорное движение происходит вследствие разности давлений и под действием силы тяжести. Примером напорного движения является движение жидкости в замкнутых трубопроводах (например, в водопроводных трубах).

7.3.17 Безнапорным называется движение жидкости, при котором поток имеет свободную поверхность. Примером безнапорного движения может быть: движение жидкости в реках, каналах, канализационных и дренажных трубах. Безнапорное движение происходит под действием силы тяжести и за счет начальной скорости. Обычно на поверхности безнапорного потока давление атмосферное.

7.3.18 Свободной струей называется поток, не ограниченный твердыми стенками. Примером может служить движение жидкости из пожарного брандспойта, гидромонитора, водопроводного крана, из отверстия резервуара и т. п. В этом случае движение жидкости происходит по инерции (т. е. за счет начальной скорости) и под действием силы тяжести.

7.3.19 Для упрощения выводов, связанных с изучением потока жидкости, вводится понятие о плавно изменяющемся движении жидкости.

7.3.20 Плавно изменяющимся называется такое движение жидкости, при котором кривизна струек незначительна (равна нулю или близка к нулю) и угол расхождения между струйками весьма мал (равен нулю или близок к нулю), т. е. практически поток жидкости мало отличается от параллельно-струйного. Это предположение вполне оправдывается при изучении многих случаев движения жидкости в каналах, трубах и других сооружениях.

7.3.21 При плавно изменяющемся движении имеют место следующие свойства:

- поперечные сечения потока плоские, нормальные к оси потока;

- распределение гидродинамических давлений по сечению потока подчиняется закону гидростатики, т.е. гидродинамические давления по высоте сечения распределяются по закону прямой;

- удельная потенциальная энергия (т. е. потенциальная энергия единицы веса жидкости) по отношению к некоторой плоскости сравнения для всех точек данного сечения потока жидкости есть величина постоянная. Другими словами, справедливо основное уравнение гидростатики.

7.3.22 Одним из основных соотношений в гидродинамике является уравнение неразрывности, которое позволяет определять изменение средней скорости потока в разных сечениях при установившемся течении.

7.3.23 Основным уравнением гидродинамики является уравнение Бернулли, с его помощью решаются основные задачи гидродинамики. Уравнение описывает стационарное течение несжимаемой жидкости (или «идеальной жидкости»). Уравнение Бернулли является выражением закона сохранения механической энергии движущейся жидкости, по этой причине все части уравнения представляют собой величины удельной энергии жидкости:

7.3.24 При движении жидкости в канале (например, в трубе), скорость в центре потока будет отличаться от скорости вблизи стенки, а на самой стенке эта скорость будет близка к нулевой. Таким образом, средняя скорость потока не позволяет самостоятельно учитывать кинетическую энергию движения жидкости. Для этих целей в уравнение Бернулли для потока вводят корректирующие коэффициенты, называемые коэффициентами Кориолиса.

7.3.25 При движении потока между жидкостью и стенками, ограничивающими поток, возникают силы сопротивления. Кроме того, вследствие вязкости жидкости между ее отдельными слоями возникают силы сцепления, которые также затормаживают движение потока. Скорость движения частиц жидкости уменьшается по мере удаления от оси потока к стенкам трубы, лотка и т. д.

7.3.26 Для преодоления сил гидравлического трения и сохранения поступательного движения жидкости необходимо приложить силу, направленную в сторону движения и равную силам сопротивления. Работу этой силы называют потерями напора по длине потока (путевые потери напора).

7.3.27 Сети трубопроводов, распределяющие или отводящие жидкость от потребителей, меняют свой диаметр (сечение); на сетях устраиваются повороты, ответвления, устанавливаются запорные устройства и т. п. В этих местах поток меняет свою форму, резко деформируется. Вследствие изменения формы возникают дополнительные силы сопротивления, так называемые местные сопротивления. На их преодоление расходуется напор. Напор, затрачиваемый на преодоление местных сопротивлений, называют местными потерями напора.

7.3.28 Местные потери напора вызываются сопротивлениями в арматуре, фасонных частях и оборудовании, вследствие сужения и расширения потока, изменения направления движения жидкости, слияния и разделения потока и т. п.

7.3.29 Потери на преодоление местных сопротивлений в наружных сетях трубопровода обычно не превышают 10 % - 15 %, во внутренних сетях - 30 % от потерь напора по длине.

7.3.30 Однако местные потери напора в некоторых видах инженерных сетей могут достигать значительной величины.

7.3.31 В зависимости от рода жидкости, скорости ее движения и характера стенок, ограничивающих поток, различают два основных режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный.

7.3.32 Ламинарным называют упорядоченное движение, когда отдельные слои скользят друг по другу, не перемешиваясь. Иллюстрация ламинарного течения жидкости приведена на рисунке 7.1а). Ламинарный режим движения можно наблюдать чаще у вязких жидкостей, таких как нефть, масла и т.п.

7.3.33 Турбулентным называют режим, при котором наблюдается беспорядочное движение, когда частицы жидкости движутся по сложным траекториям и слои жидкости постоянно перемешиваются друг с другом. Иллюстрация турбулентного течения жидкости приведена на рисунке 7.1.

а) ламинарное б) турбулентное

Рисунок 7.1 – Режимы течения жидкости

7.3.34 Большинство течений жидкостей и газов в природе (движение воздуха в земной атмосфере, воды в реках и морях и т. п.) и в технических устройствах (в трубах, каналах, струях, в пограничных слоях около движущихся в жидкости или газе твёрдых тел, в следах за такими телами и т. п.) оказываются турбулентными.

7.3.35 Переход от турбулентного режима к ламинарному происходит при определенной скорости (эта скорость называется критической), которая различна для разных жидкостей и диаметров труб; при этом критическая скорость растет с увеличением вязкости жидкости и с уменьшением диаметра труб.

7.3.36 Гидравлический удар – это комплекс явлений, возникающий в жидкости напорного трубопровода при быстром изменении скорости потока и приводящий к резкому изменению давления (например, при резком закрытии или открытии запорной арматуры). При этом в жидкости возникает колебательный процесс чередования резкого повышения и понижения давления (примерно в 10 и даже в 100 раз), что опасно для прочности труб и даже может вызвать их разрыв.

7.3.37 Если на трубопроводе со скоростью течения 1 м/с, внезапно закрыть задвижку, то возникает мгновенное повышение напора на 100 м, что составляет 981 кН/м².

7.3.38 Для ослабления гидравлического удара на трубопроводах устанавливают медленно закрывающиеся предохранительные клапана (гасители гидравлического удара), воздушные колпаки и т.д.

7.3.39 Изменение давления в жидкости может приводить и к изменению агрегатного состояния жидкости (переход жидкости в пар и пара в жидкое состояние).

7.3.40 Если жидкость движется в закрытой системе, то колебания давления в потоке могут приводить к образованию локальных зон низкого давления и, как следствие, в этих зонах происходят процессы образования паров жидкости («холодное» кипение жидкости) и разгазирование. Процесс разгазирования, как правило, процесс более медленный, чем процесс парообразования. Однако и в том, и в другом случае появление свободного газа и, тем более пара, в замкнутом пространстве крайне нежелательно.

7.3.41 Появление пузырьков газовой фазы говорит о том, что в жидкости появился разрыв. Далее эти пузырьки переносятся движущейся жидкостью.

7.3.42 Процесс образования пузырьков пара в жидкости носит название паровой кавитации, образование пузырьков газа вызывает газовую кавитацию. При попадании в зону высокого давления пузырьки газа растворяются в жидкости, а пузырьки пара конденсируются. Поскольку последний процесс происходит почти мгновенно, говорят о том, что пузырьки схлопываются. Особенно интенсивно процессы схлопывания пузырьков пара происходят в месте контакта их с твёрдыми телами (стенки труб, элементы гидромашин и т.д.).

7.3.43 Отрицательное воздействие пузырьков пара на элементы гидросистем заключаются в особенности их контакта с твёрдыми телами: при приближении к твёрдой границе пузырьки пара деформируются, что приводит к явлению подобному детонации. При таком воздействии свободного пара и газа на твердые элементы внутренних конструкций гидромашин, они разрушаются и выходят из строя.

7.3.44 Кавитация сопровождается специфическим шумом, особенно в местах изменения поперечного сечения потока. Увеличение уровня шума возникает в водоразборной, запорной и регулирующей арматуре, когда происходит резкое, быстрое ее срабатывание.