Практическое применение насадков

Рассмотрим область применения часто встречающихся насадков, а также их достоинства и недостатки (рис. 4.7-4.12).

Внешний цилиндрический насадок применяется для получения ком­пактной дальнобойной струи (рис. 4.7). Как насадки такого типа ра­ботают водовыпуски в плотинах, трубы под насыпями и т.д. Зна­че­ния коэффициентов для воды равны: .

 

 

Рис. 4.7

Внутренний цилиндрический насадок в силу конструктивных причин может применяться вместо внешнего цилиндрического на­садка. В этом случае некоторые линии тока изменяют свое направ­ле­ние на 180° (рис. 4.8).

 

 

 

Рис. 4.8

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. 4.9

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. 4.10).

Такие насадки применяются в механизмах для замедления по­дачи смазочных веществ.

 

Рис. 4.10

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

При этом расход увеличивается благодаря увеличению рас­чет­ного выпускного сечения.

Диаметр выходного сечения:

                                 ,                                 (4.33)

где d –	диаметр входного отверстия;
q –	угол конусности насадка;
ℓ –	длина насадка.

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

Площадь сечения на выходе по формуле (4.31) 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
 = 3,7 раза больше, чем через отверстия в тонкой стенке диа­мет­ром d.

В технике для различных целей применяют и другие насадки. Коноидальный насадок (рис. 4.11). 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. 4.11

Применяется также комбинация двух насадков: коноидального (сопло) и конического (диффузора) (рис. 4.12).

 

 

Рис. 4.12

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. 4.12).

Коэффициент расхода определяется по формуле (рис. 4.13)

,

где S 1 –

площадь узкого сечения.

 

 

 

Рис. 4.13

Примеры

Пример 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 = 110^-6 м²/с).

Решение: Число Рейнольдса, характеризующее истечение:

.

По рис. 4.6 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 2. Определить диаметры: в начале и в конце водо­вы­пуска, имеющего форму конически расходящегося насадка, рабо­таю­щего в затопленном режиме (см. рис. 4.13), если Q = 0,5 м³/с,:
m = 0,5, z = 0,25 м, длина насадка  = 4 м.

Решение: Расход через насадок

.

Отсюда

,

находим диаметр:

 

 м.

Приняв угол конусности q = 6°, найдем диаметр входной части насадка (рис. 4.14)

 

 

Рис. 4.14

 

 

Контрольные вопросы

1. Что называется насадком и какие насадки вы знаете?

2. При каких условиях образуется сжатое сечение и на каком удалении от входа?

3. Почему в насадках коэффициент сжатия струи  прини­ма­ется равным единице?

4. Чем отличаются коэффициенты m и j для отверстия?

5. Как учитывается влияние вязкости на коэффициенты m и j?

6. Что такое предельное (критическое) значение напора при и­с­те­чении жидкости через насадки и почему действительное значение меньше критического?

7. Назовите область применения цилиндрических насадков и дай­те им краткую характеристику.

8. Назовите область применения конических насадков и дайте им краткую характеристику.