Практическое применение насадков

Рассмотрим область применения часто встречающихся насадков, а также их достоинства и недостатки (рис. 8.7-8.12).

Внешний цилиндрический насадок применяется для получения ком­пактной дальнобойной струи (рис. 8.7). Как насадки такого типа ра­ботают водовыпуски в плотинах, трубы под насыпями и т.д. Зна­че­ния коэффициентов для воды равны: .

                                

         

Рис. 8.7

 

В силу конструктивных причин внутренний цилиндрический насадок может применяться вместо внешнего цилиндрического на­садка. В этом случае некоторые линии тока изменяют свое направ­ле­ние на 180° (рис. 8.8).

                                   

 

Рис. 8.8

 

Сжатие потока и потери энергии в насадке больше, чем для внешнего цилиндрического насадка, т.е.

.

Конические сходящиеся насадки применяются для получения больших выходных скоростей, увеличения силы и дальности полета струи жидкости в пожарных брандспойтах, в форсунках для по­дачи топлива; гидромониторах для размыва грунта, фонтанных соп­­лах, соплах активных гидравлических турбин и т.д. (рис. 4.9). При углах ко­нусности q = (12–14°) коэффициент расхода дости­гает макси­маль­­­ного значения порядка m = 0,94…0,95, а коэф­фи­циент ско­рос­ти j = 0,96, так как из-за сужающихся направляющих стенок струя выходит из насадка с небольшим сжатием (e = 0,98...0,99).

                                                     

 

Рис. 8.9

 

Конические расходящиеся насадки применяются в коротких водоводах для наполнения шлюзовых камер, в эрлифтах и других установках, где необходим значительный всасывающий эффект для увеличения расхода (рис. 8.10). Такие насадки применяются в механизмах для замедления по­дачи смазочных веществ.

                                        

 

Рис. 8.10

 

В насадке после сжатого сечения расширение потока больше чем в цилиндрическом насадке, что приводит к большим потерям напора и уменьшению скорости.

При этом расход возрастает благодаря увеличению рас­чет­ного выпускного сечения.

Диаметр выходного сечения:

                                                       ,                                  (8.33)

где  – диаметр входного отверстия,  – угол конусности насадка,  – длина насадка.

Причем сечение насадка может доходить до 9 d,  = 9 d и  = 8°, коэффициенты расхода и скорости m = j = 0,45.

Площадь сечения на выходе по формуле (8.31) в этом случае в 5,1 раза больше площадки отверстия. Коэффициент расхода такого насадка в  раза меньше коэффициента расхода отверстия.

С учетом этого, согласно формуле , при равно­знач­ных условиях расход через конический расходящийся насадок в
раза больше чем через отверстия в тонкой стенке диа­мет­ром d.

В технике для различных целей применяют и другие насадки. Коноидальный насадок (рис. 8.11) имеет форму входной части, близкую к форме вытекающей струи.

Гидравлическое сопротивление в насадке небольшое, поэтому
m = j = 0,97…0,98, m = 1, x_н = 0,06. При особенно тщательном из­го­товлении и гладких стенках можно получить m = j = 0,995.

                                    

 

Рис. 8.11

 

Применяется также комбинация двух насадков: коноидального (сопло) и конического (диффузор) (рис. 8.12).

 

 

Рис.8.12

 

Приставка диффузора к соплу влечет за собой снижение дав­ления в узком месте насадка, что приводит к увеличению расхода и скорости через насадок. При том же диаметре узкого сечения 1–1 и том же напоре диффузорный насадок позволяет увеличить расход в 2,5 раза по сравнению с соплом. Они применяются при малых на­порах (Н =1–4 м), так как в узком месте (сечение 1–1) воз­ни­кает кавитация, что увеличивает сопротивление насадка (см. рис. 8.12).

Коэффициент расхода определяется по формуле (рис. 8.13)

,

где  – площадь узкого сечения.

Пример 8.1. Определить расход и скорость истечения воды из круг­лого отверстия диаметром d = 0,01 м в боковой стенке резер­ву­а­ра больших размеров. Напор воды над центром отверстия Н = 1 м, температура воды t = 20 °С (n = 10^-6 м²/с).

Решение: Число Рейнольдса, характеризующее истечение:

.

По рис. 8.6 находим m и j при Re = 44300, m = 0,62, j = 0,95 и определяем скорость истечения воды через отверстия:

 м/с.

Расход вытекающей жидкости через отверстие

 м³/с.

 

Пример 8.2. Определить диаметры: в начале и в конце водо­вы­пуска, имеющего форму конически расходящегося насадка, рабо­таю­щего в затопленном режиме (см. рис. 8.13), если Q =0,5 м³/с,:
m = 0,5, z = 0,25 м, длина насадка = 4 м.

 

                               

Рис. 8.13

Решение: Расход через насадок

.

 

Находим диаметр

 

 м.

Приняв угол конусности q = 6°, найдем диаметр входной части насадка (рис. 8.14)

                           

 

Рис. 8.14