При обычных условиях затвор (клапан, задвижка, кран и т. д.) либо полностью открыт, либо полностью закрыт; промежуточные положения могут иметь место лишь как исключение и не являются основными рабочими положениями затвора. В связи с этим наибольший интерес представляют собой величины сопротивления затворов в открытом положении. Величина коэффициента сопротивления ζ зависит от его размеров, конструкции и конфигурации внутренних полостей, определяющих прямолинейность потока, постоянство сечений и т. д. ζ определяется для каждой конструкции опытным путем. С определенной степенью точности можно считать, что каждое из изделий в арматуре представляет собой систему последовательно установленных элементов, создающих сопротивления (поворот струи, расширение, сужение, снова поворот и т. д.), поэтому потеря напора в арматуре будет примерно равна сумме потерь напора в каждом из элементов арматуры. Общий коэффициент сопротивления изделия приближенно можно рассматривать как сумму аналогичных коэффициентов отдельных элементов, отнесенных к одной и той же скорости среды в трубопроводе, т. е. ζ = ζ l + ζ 2 + ζ 3 +… + ζ i, Ниже приводятся данные о сопротивлении наиболее часто встречающихся элементов арматуры в зависимости от их формы и соотношения размеров. При расчете необходимо значения ζ относить именно к тем сечениям и скоростям, относительно которых они получены. Внезапное расширение струи (рис. 1, а) создает наибольшие потери напора. В этом случае скорость частиц жидкости теряется на образование завихрений, перемешивание жидкости, нагревание ее и т. д. Приближенная зависимость коэффициента местного сопротивления от соотношения площади сечения трубы до и после расширения потока выражается формулами: где ζ и ζ’ — коэффициенты сопротивления, отнесенный к скорости среды в трубе до и после расширения (табл. 1). Рисунок 1 – Схема движения жидкости в переходах при расширении: а) внезапное; б) постепенное Таблица 1 — Значение ζ при внезапном расширении f/F 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 ζ 0 0,01 0,04 0,09 0,16 0,25 0,36 0,49 0,64 0,81 Постепенное расширение струи — диффузор (рис. 1, б) обычно вызывает значительно меньшие потери напора, чем в случае внезапного; поэтому там, где это возможно, переход с внезапным расширением следует заменять конусным переходом с возможно большей длиной l конусной части, т. е. с возможно малой величиной φ. При малых углах (φ ≤ 12°) можно приближенно принимать где f и F — площадь сечения трубы до и после расширения соответственно. φ — угол конуса в переходной части. Общие потери давления в диффузоре состоят из потерь на расширение и на трение, в соответствии с этим при величине φ = 0 ÷ 25° здесь k = 1 ÷ 2 – коэффициент, учитывающий влияние условий входа на коэффициент сопротивления где λ — коэффициент сопротивления трения единицы длины диффузора, зависящий от числа ReD и степени шероховатости стенок. Диффузоры с углом φ > 40° дают большое сопротивление, поэтому применение их нецелесообразно. В случае необходимости установки короткого диффузора с φ > 40° более целесообразно выполнить внезапное расширение. Постепенное сужение потока (рис. 2, а) создает обычно небольшие потери напора. Рисунок 2 – Схема движения жидкости в переходах при расширении: а) внезапное; б) постепенное При небольшом угле конусности (φ < 5°) и при хорошо закругленном переходе потеря напора имеет место лишь на трение. При этом можно принимать ζ’= 0,06 ÷ 0,005. ζ’, отнесенный к скорости среды после сужения, можно определить по формуле Значения η — коэффициента смягчения входа — приведены в таблице 2. Таблица 2 — Значения коэффициента смягчения входа η φ° η при l/D φ° η при l/D 0,25 0,60 1,00 0,25 0,60 1,00 5 0,80 0,70 0,60 45 0,20 0,13 0,10 10 0,67 0,45 0,31 50 0,18 0,12 0,10 15 0,55 0,32 0,23 55 0,17 0,12 0,10 20 0,45 0,27 0,19 60 0,16 0,12 0,10 25 0,35 0,22 0,16 65 0,16 0,13 0,10 30 0,30 0,19 0,12 70 0,17 0,14 0,10 35 0,26 0,16 0,11 75 0,18 0,15 0,11 40 0,22 0,14 0,10 80 0,19 0,16 0,12 Внезапное сужение потока (рис. 2, б) создает сопротивление, зависящее от отношения сечений f/F. ζ’, отнесенный к скорости потока, после сужения определяется по формуле Рисунок 3 – Поворот трубы: а – плавный; б — резкий Плавный поворот трубы (рис. 3, а) создает сопротивление, зависящее от величины D/R, т. е. от ее отношения диаметра к радиусу закругления и от ее угла поворота в месте закругления. В связи с действием сил трения, сил инерции и разности скоростей движения жидкости в трубе по внутреннему и внешнему закруглениям в ее повороте образуются поперечные потоки жидкости. Эти поперечные потоки создают дополнительные сопротивления и увеличивают площади мертвой зоны в потоке при повороте. В арматуре целесообразно при поворотах потока создавать сечения, приближающиеся к прямоугольным с малой стороной прямоугольника по направлению радиуса закругления. Для круглой трубы постоянного сечения при повороте на 90° и условии D 2R 5D (табл. 3) Таблица 3 — Значения коэффициента местного сопротивления при повороте трубы При закруглении. Угол поворота φ = 90° При резком повороте трубы D/R ζ φ ζ Гладкие трубы Шероховатые трубы 0,4 0,137 15 0,04 0,06 0,5 0,145 30 0,13 0,20 0,6 0,157 45 0,30 0,35 0,7 0,177 60 0,47 0,55 0,8 0,204 90 1,10 1,27 0,9 0,241 1,0 0,291 D/R — отношение диаметра трубы к радиусу закругления Если угол поворота не равен 90°, то Рисунок 4 — График изменения ζ для симметричных патрубков.
