Местные сопротивления

Общие указания

Как выше указано, любое местное сопротивление условно считается сосредоточенным в определенном сечении тракта, хотя в действитель­ности потеря механической энергии потока, вызванная изменением формы или направления канала, происходит на более или менее длин­ном участке тракта. Поэтому принимается, что местное сопротивление представляет собой разность между фактической потерей механической энергии на этом участке и потерей, которая имела бы место при не­изменных форме и направлении газохода (сопротивлением трения).

Так, например, под сопротивлением поворота понимается суммарное сопротивление участка с поворотом, минус сопротивление трения, рассчитанное по выпрямленной длине этого участка. Поэтому суммарное сопроти­вление на участке тракта, включающем местное сопротивление, склады­вается из местного сопротивления и сопротивления трения, вычислен­ного по выпрямленной длине этого участка.

Все местные сопротивления рассчитываются по общей формуле (5)

Величина коэффициента местного сопротивления принимается в зависимости от типа местного сопротивления согласно указаниям, приводимым ниже. Для всех местных сопротивлений , как правило, принимается не зависящим от числа Рейнольдса, так как значения последнего при больших сечениях газо- и воздухопроводов в котельных агрегатах достаточно велики. Значения коэффициентов сопротивления для некоторых местных сопротивлений приведены на графиках 6, 7 и 8.

Рис. 3. Зависимость коэффициента сопротивления от степени открытия шибера.

При любом местном сопроти­влении, связанном с изменением сечения, численное значение коэффициента сопротивления зависит от того, к какому сечению и, следовательно, к какой расчетной скорости оно относится. При переходе, в случае необходимости, к скорости в другом сечении коэффициент сопротивления пересчитывается по формуле

(16)

Иногда при специальных расчетах необходимо определить сопротивление частично открытого шибера или поворотной заслонки. Коэффициент сопротивления для этого случая принимается по рис. 3 в зависимости от степени открытия заслонки и относится к скорости в полном сечении канала.

Повороты (отводы)

Плавным поворотом (отводом) называется поворот с обеими закругленными кромками наружной и внутренней: и , где –радиус закругления наружной кромки, а гв„ внутренней. При отсутствии закругления на обеих кромках или при закруглении только внутренней кромки (рис. 4) при поворот называется резким. Повороты с закруглением одной наружной кромки ( при ) не должны применяться, так как они имеют большее сопротивление, чем повороты без закруглений.

Рис. 4. Схема резкого поворота.

Рис. 5. Схема плавного («нормального») поворота.

Плавные повороты равного сечения на входе и на выходе обычно выполняются «нормальными», т. е. такими, у которых , где ‑ размер канала в плоскости поворота (рис. 5); для круглого канала b=d. Поскольку закругления обеих кромок такого поворота описаны из общего центра, кривизна поворота характеризуется радиу­сом закругления осевой линии канала , причем . При «нормальный» поворот превращается в резкий поворот с за­круглением наружной кромки (, ), который, как уже указано, применять не следует.

Ниже приводятся данные по коэфициентам местного сопротивлении различных типов поворотов (отводов) с равными сечениями на входе и на выходе, а также отдельно – поворотов с изменением сечений.

Плавные «нормальные» повороты (). Коэффициент местного сопротивления для этого типа поворотов подсчиты­вается по формуле

,

(17)

где		–	определяется по графику 9 в зависимости от относительной кривизны поворота ;
		–	определяется по графику 10 в зависимости от угла поворота ; при коэффициент В = 1,0;
	C	–	определяется по графику 11 в зависимости от отношения раз­меров поперечного сечения , где a–перпендикулярный к плоскости поворота размер1. При круглом или квадратном поперечном сечении С =1,0.

При малых размерах сечения канала и малой скорости потока (при небольших значениях числа Re) и при необходимости уточнения величины сопротивления «нормального» поворота, последнее производится с помощью рис. 6, дающей поправочный множитель в зависимости от числа Рейнольдса.

Сопротивление составных поворотов, сваренных из отдельных прямых элементов (так называемые сегментные отводы), при хорошей сварке и зачистке швов, а также при правильной разбивке всего отвода на сегменты лишь незначительно больше сопротивления плавных «нормальных» отводов и практически может подсчитываться так же, как и для последних.

Резкие «нормальные» повороты. Коэфициент местного сопротивления резкого поворота без закруглений () относится к скорости в прямом канале (до или за поворотом) и определяется по формуле

,

(18)

где

–

принимается по графику 10 в зависимости от угла поворота .

Коэфициент местного сопротивления резкого поворота с закругленной внутренней кромкой (; ) также относится к скорости в прямом канале и подсчитывается по формуле

,

(19)

где		–	определяется по графику 12 в зависимости от отношения ;
		–	принимается по графику 10 в зависимости от угла поворота .

Повороты с изменением сечений. При неравенстве сечений на входе в поворот и выходе из него, сопротивление резко зависит от того, имеет ли место сужение сечения в повороте (поворот‑конфузор) или расширение (поворот‑диффузор).

Рис. 6. Поправочный множитель для плавных поворотов в зависимости от числа Рейнольдса.

Для поворотов-конфузоров принимаются те же значения коэфициентов местного сопротивления, что и для соответствующих поворотов с равными сечениями, но относятся они к средней скорости, равной полусумме входной и выходной скоростей. При этом определяющие геометрические параметры поворотов , и –принимаются по входному сечению.

Расчет поворотов-диффузоров ведется по максимальной, т. е. по входной скорости, а коэффициенты местного сопротивления предварительно подсчитываются так же как и для соответствующих поворотов с равными сечениями. При этом резкие повороты без закруглений и повороты с закруглением внутренней кромки при дополнительных поправок из-за увеличения сечения не требуют. Для резких по­воротов-диффузоров с закругленной внутренней кромкой при коэфициент сопротивления, подсчитанный по формуле (19), дополнительно умножается на квадрат отношения выходного сечения к входному, т. е. окончательно

.

(20)

Для плавных поворотов-диффузоров коэфициент сопротивления, подсчитанный для «нормального» поворота с равными сечениями по формуле (17), дополнительно умножается на куб отношения сечений, т. е.

.

(21)

При расчете поворотов-диффузоров определяющие геометрические параметры поворотов , и также принимаются по входному сечению.

Величина коэффициента сопротивления, подсчитанная по формуле (20) или (21), не должна превышать значения для такого же резкого поворота без закруглений, определяемого по формуле (18). В противном случае в расчет принимается значение С по формуле (18).

Плавные повороты–диффузоры или конфузоры–могут иметь различные соотношения и , так как понятие «нормального» поворота становится в этом случае неопределенным. Рекомендуется определение «нормального» поворота относить также к входному сечению, что дает

.

Повороты с направляющими листами и лопатками. Направляющие (разделительные) листы применяются для уменьшения сопротивления плавных нормальных поворотов прямоугольного сечения (рис. 7) при условии выравненного потока перед поворотом. Эти листы следует располагать по всей длине поворота таким образом, чтобы для всех отдельных поворотов, образованных разделительными листами, отношения , а следовательно, и коэфициенты сопротивления были одинаковы (влиянием можно пренебречь)¹.

В этом случае сопротивление разделенного поворота считается равным сопротивлению внутреннего поворота, образованного разделительными листами, т. е. определяется, как обычно, по графику 9 для значения , а С определяется по графику 11 для .

Увеличение сопротивления трения при установке листов учитывать не следует, по крайней мере, до при одном разделительном листе и до при двух листах. Применение разделительных листов при больших значениях , а также установка трех и более листов дают незначительный выигрыш в сопротивлении и, как правило, нецелесообразны. Также не следует устанавливать направляющих листов при невыравненном потоке перед поворотом.

Направляющие лопатки применяются для уменьшения сопротивления резких или незначительно скругленных поворотов (), а также для выравнивания потока за поворотом. В котельных установках целесообразно применение лишь упрощенных лопаток из листового железа (непрофилированных) или, в крайнем случае, небольшого числа профилированных лопаток.

При выравненном перед поворотом потоке рекомендуется расстановка лопаток с шагом по арифметической прогрессии, причем отношение первого шага от наружной кромки к первому шагу от внутренней равно двум. Лопатки должны ставиться по линии, соединяющей углы внутренней и наружной кромок (под 45° при повороте на 90° без изменения сечений). При наличии закругленных кромок, оба закругления, внутреннее и наружное, выполняются равными радиусами (рис. 8).

Коэффициент сопротивления поворота с такими лопатками можно принимать по табл. 2.

Таблица 2