[GBT] Độ nén,độ giãn nở nhiệt và độ nhớt của chất lỏng - Phần 1

Chương 1: Chất lỏng

Bài 1.1. Xác định thể tích nước cần bổ sung vào đường ống dẫn nước có đường kính d=500 mm, chiều dài l=1 km để tăng áp suất lên Δp=5×10⁶ Pa. Đường ống đủ bền và nước được rót vào trong điều kiện áp suất khí quyển. Bỏ qua biến dạng của ống dẫn. Cho hệ số nén thể tích của nước β_V=5×10^-10 Pa^-1.

Đáp số:ΔV=0,492 m³

Bài 1.2.  Hệ thống sưởi bằng nước của một ngôi nhà (bao gồm bình nước nóng, ống dẫn, bộ tản nhiệt) chứa lượng nước V=0,4 m³. Hỏi lượng nước đổ bớt sang bình phụ là bao nhiêu khi nung nóng nước lên nhiệt độ 90 ^oC. Cho nhiệt độ phòng là 20 ^oC. Khối lượng riêng của nước ρ₂₀=998 kg/m³ và ρ₉₀=965 kg/m³.

Đáp số: ΔV=0,014 m³

Bài 1.3.  Xác định độ dày trung bình δ của lớp cặn bám vào thành trong của một ống dẫn kín có đường kính trong là d=0,3 m và chiều dài l=2 km. Khi tháo ra khỏi ống dẫn một lượng nước ΔV=0,05 m³ thì áp suất trong ống giảm một lượng Δp=1×10⁶ Pa.

Cho hệ số nén thể tích của nước là β_V=5×10^-10 Pa^-1. Coi bề dày lớp cặn đều theo chiều dài và đường kính thành trong của ống dẫn.

Đáp số: δ=24mm.

Bài 1.4. Xác định sự thay đổi khối lượng riêng của nước khi nén nó từ áp suất p₁=1×10⁵ Pa đến ấp suất p₂=1×10⁷ Pa. Biết hệ số nén thể tích của nước β_V=5×10^-10 Pa^-1.

Đáp số: ρ₂/ ρ₁=1,005

Bài 1.5.  Để đảm bảo làm việc ổn định cho hệ thống sưởi khi thay đổi nhiệt độ. Người ta lắp thêm một bình chứa nước phụ phía trên bình chứa chính, bình phụ thông với khí quyển. Xác định thể tích nhỏ nhất của bình chứa phụ? Biết rằng thể tích nước của hệ thống sưởi V=0,55 m³, nhiệt độ hệ thống sưởi dao động trong khoảng 70 ^oC - 95 ^oC. Hệ số giãn nở nhiệt của nước β_t=600×10^{-6 o}C^-1.

Đáp số: ΔV=8,3 l

Bài 1.6.

Bình nóng của hệ thống sưởi có thể tích V=50 m³ chứa nước nóng ở 70 ^oC  . Xác định thể tích nước bị tràn ra khỏi bình khi đun nước tới nhiệt độ 90 ^oC.Cho biết hệ số giãn nở nhiệt của nước β_t=600×10^{-6 o}C^-1.

Đáp số: ΔV=8,3 m³

Bài 1.7.

Xác định tỷ số thay đổi khối lượng riêng của nước khi đun nóng nó từ nhiệt độ t₁=7^oC tới  t₂=97^oC. Cho hệ số giãn nớ nhiệt của nước β_t=400×10^{-6 o}C^-1.

Đáp số: ρ₂/ ρ₁=0,964

Bài 1.8.

Độ nhớt của dầu đo được theo Nhớt kế Engle – 8.5 ^oE. Xác định độ nhớt động lực học của dầu, biết khối lượng riêng của nó: ρ=850 kg/m³.

Đáp số: µ=0,052 Pa.s.

Bài 1.9.

Xác định áp suất, được tạo bởi sức căng bề mặt ,trong giọt nước có đường kính d=0,001 m. Nhiệt độ của nước t=20 ^oC.  Cho ứng suất căng bề mặt của nước tại nhiệt độ 20 ^oC là  σ =7,26×10^-2 N/m.

Đáp số: P = 292 Pa.

Bài 1.10.

Xác định sự thay đổi chiều cao cột nước trong ống thủy tỉnh đường kính d=1 mm, nhiệt độ nước trước và sau là t₁=20 ^oC và t₂=80 ^oC. Cho ứng suất căng bề mặt nước tại t₁=20 ^oC  là σ=7,3×10^-2 N/m, khối lượng riêng của nước  ρ₁=998 kg/m ³ và ρ₂=972 kg/m ³. Hệ số giãn nở nhiệt  β_t=0,00015  ^oC^-1.

Đáp số: giảm Δh=0,3 cm.

Công nghệ rót bia, đóng thùng bia

Một thời gian trước có bạn hỏi mình về kỹ thuật rót bia đẳng áp. Mình đã tìm kiếm trên mạng, tổng hợp thành một bài và chia sẻ với mọi người.

Bia được rót vào thùng chứa ở điều kiện đẳng áp, nghĩa là bia luôn ở trạng thái áp suất dư không đổi (áp suất bia>áp suất khí quyển). Khi rót bia ở ngoài không khí sẽ tạo bọt, do xảy ra hiện tượng mất CO₂ và vì vậy không thể rót đầy thể tích bình chứa, hoặc chai chứa. Đó là nhược điểm cần khắc phục. Để rót bia dưới áp suất dư cần sử dụng máy rót đẳng áp. Trước khi rót bia vào, thùng chứa hoặc chai phải được đóng kín hoàn toàn. Khi đó “thùng chứa nhận” được nối thông chỉ với phần không gian chứa khí của “thùng chứa cho” (thùng này nằm trong máy rót). Bằng cách đó cân bằng áp suất trong thùng chứa nhận với áp suất thùng chứa của máy rót. Và chỉ khi đó mới tiến hành việc rót bia. Khi đó phần bia rót vào lấn dần phần CO₂trong thùng nhận, phần khí bị lấn theo lối thông di chuyển sang phần không gian chứa khí của thùng chứa cho. Ưu điểm của rót đẳng áp – hầu như không có bọt, lượng CO₂ trong bia mất ít, tận dụng tối đa dung tích bình chứa.

Đóng thùng bia: Bia được rót vào thùng gỗ với dung tích từ 50 hoặc 100 lít và vào thùng nhôm dung tích 100 lít. Cần bảo đảm nhiệt độ khi rót bia luôn giữ dưới 3^oC. Hình dưới: dụng cụ rót bia tự động cân bằng áp suất để rót bia bia vào chai.

Dụng cụ rót gồm: 2 hoặc nhiều vòi rót đẳng áp 1, thùng chứa 2 và giá đỡ 3.


Để vận chuyển bia đi xa cần những bể bia lớn. Phổ biến là các dạng bể elip dẹt, bọc xốp hoặc các vật liệu giữ nhiệt. Hình dẹt để dễ dàng lắp đặt vào xe chuyên chở.


Dụng cụ nén CO₂ được lắp đặt ở một ngăn riêng nằm giữa cabin xe và bể chứa. Xe chuyên dụng này sẽ đem bể chứa bia từ nhà máy bia tới điểm phân phối.


Xem xét vấn đề rót đầy bia vào bể chứa tại nhà máy, khi mà giữ áp suất nén CO₂ở 0,07 MPa – đây là áp suất dư.


Trước khi rót bia vào bể chứa (hình dưới) cần phải lùa CO₂ vào bể chứa trước. Để làm được điều đó cần nối bể chứa với hệ thống cấp CO₂ của nhà máy thông qua ống dẫn 8 bằng cách mở các van 9, 10 . Đối với  việc mở van 6 hoặc 7 phụ thuộc vào sử dụng khoang rót (phễu) A hay B.

 Giả sử sử dụng khoang B để rót bia vào bể. Khí CO₂  đi từ hệ thống cấp của nhà máy qua ống dẫn 8 van 9 và ống dẫn 3 đổ vào bể chứa. Không khí có sẵn trong bể bị dồn vào khoang A qua van 10, ống dẫn 5 và van 6 – lúc này van 7 đóng.


Kết thúc bước lùa CO₂ vào bể chứa ta đóng van 6, mở van 7. Bia từ khoang B theo ống dẫn 5 và ống 4 đi vào bể chứa. Khí trong bình sẽ bị đẩy dần ra theo van 9, ống dẫn 8 đổ vào khoang A.


Kiểm tra bể bia được rót đầy bằng cách sử dụng ống trong 3. Việc rót dừng lại tại quá ống 3 không còn bọt bia. Sau khi rót đầy bia vào bể ta đóng các van 7,9, 10. Phần ống dẫn và các van gắn với bể được đặt vào một khoang riêng của bể chứa.


Rót bia từ bể chứa ra thùng hoặc chai tại điểm phân phối cần được duy trì dưới ấp suất dư  CO₂. Áp suất dư  CO₂ được tạo ra từ những bình tích áp 1, khi đó mở van 2 và đóng các van 10, 11. Để bảo vệ bể chứa khỏi sự tăng áp lắp cụm thiết bị ổn áp gồm van 12 và 13, cụm thiết bị này duy trì áp suất ở 0.07 MPa. Ta có thể hiểu quá trình rót bia tại các điểm phân phối cũng tương tự quá trình rót bia tại nhà máy. Chỉ có điều việc duy trì áp suất dư cho CO₂ tại điểm phân phối được thực hiện bằng các bình tích áp có sẵn trên xe chuyên chở.


Trong quá trình rót cần duy trì nhiệt độ ở 3-5°С.


Trong sơ đồ này có sử dụng van ổn áp 12 và 13. Về nguyên lý hoạt động của van này đối với chất khí và chất lỏng cũng tương đối giống nhau. Bạn nào muốn tìm hiểu thêm về van giảm áp mời đọc bài này: Van giảm áp


Bài hôm này kết thúc tại đây. Hẹn gặp lại!

Van giảm áp : Phân loại, cấu tạo và nguyên lý

    Van giảm áp là một van áp suất có tác dụng giữ áp suất đầu ra của van ở một giá trị thiết lập sẵn thấp hơn áp suất đầu vào. Điểm khác nhau cơ bản giữa van giảm áp và các van áp suất đầu vào (van an toàn, van tràn) là thiết lập áp suất tại đầu ra của van.  Có 2 dạng van giảm áp.

Dạng 1: Thiết lập quan hệ áp suất đầu vào và đầu ra của van P₁ và P₂

  Cấu tạo của van: gồm phần tử điều khiển dạng ống trượt 1, ống trượt này bị ép vào đế bởi lò xo 2, lực ép của lò xo 2 được điều chỉnh bởi vít xoay 3. Cửa 4 của vỏ van nối với ống dẫn áp suất cao, cửa 5 của van nối với ống dẫn áp suất thấp. Ở vị trí ban đầu của van là vị trí bị ép vào đế đỡ, cửa vào và cửa ra không được thông nhau. Khi tăng áp suất cửa vào P₁, áp suất P₁ càng lớn tiết diện thông nhau giữa 2 cửa càng lớn và áp suất P₂ càng lớn.



  Quan hệ giữa áp suất đầu vào và đầu ra của van thể hiện bằng biểu thức dưới, lực lò xo ban đầu P_npvà C độ cứng của lò xo.



Dạng 2: Giữ cố định áp suất P₂ tại cửa ra của van – vì vậy có thể gọi là van ổn áp

   Van giảm áp  dạng này giữ cố định áp suất tại cửa ra của van mà không phụ thuộc vào độ biến động áp suất của dòng chất lỏng tới hoặc đi khỏi van. Có 2 loại van dạng 2: van tác động trực tiếp và van tác động gián tiếp.

Van tác động trực tiếp


   1- Vỏ van, 2 – phần tử điều khiển, 3 – lò xo, 4 – vít điều chỉnh, 5 – rãnh nối, 6 – thùng chứa.
   Tại vị trí ban đầu van mở hoàn toàn, độ rộng cửa ra thiết lập bởi vít 4. Tác dụng của van là hầu như giữ không đổi giá trị P₂ tại cửa ra.
   Giả sử vì một lý do nào đó trong hệ thủy lực làm P₂  tăng. Khi đó áp suất khoang trống nối với cửa ra của van bằng rãnh 5 cũng tăng lên, đẩy phần tử điều khiển đi lên trên, kết quả là làm giảm tiết diện cửa thoát, dẫn tới làm giảm P₂ . Trường hợp P₂ giảm thì phần tử điều khiển đi xuống làm tăng tiết diện cửa thoát kéo theo tăng P₂ Như vậy quá trình này làm cho P₂ gần như không đổi.

Van giảm áp tác động gián tiếp.

   Cấu tạo : gồm phần tử điều khiển chính - ống trượt 1, ống trượt có dạng trụ với các đoạn có kích thước khác nhau (hình dưới), lò xo cố định 2 với độ cứng nhỏ, phần tử điều khiển phụ 5 ở dạng van bi trượt. Lực nén của lò xo 4 ở van phụ có thể điều chỉnh bởi vít xoay 3. Vỏ của van có các rãnh nối khoang 7 và 8 với cửa ra của van. Ống trượt 1 có rãnh 9 nối liền khoang 6 với khoang 8.



    Lò xo 4 thiết lập một áp suất lớn hơn áp suất cửa vào của van P₁ , khi đó ống trượt 1 ở vị trí ban đầu (nhìn hình ). Trong trường hợp khoang 6, 7 và 8 có cùng áp suất là P₁, khoang 10 nối với khoang 11, khi đó chất lỏng chảy tự do qua van (tính chất giảm áp - ổn áp không được thể hiện).

Khi thiết lập lò xo 4 một giá trị P_2>P₁,van phụ dạng bi trượt sẽ mở và chất lỏng từ khoang 6 thoát ra thùng chứa một lượng nhỏ. Nhờ đó dòng chảy qua rãnh 9 được tạo thành, cùng với nó trở lực thủy lực bị mất đi. Kết quả là áp suất ở khoang 6 tụt và ống trượt chính bị nâng lên, làm giảm tiết diện thông nhau giữa khoang 10 và 11.Vì thế mà áp suất trong khoang 11, 8 và 7 giảm xuống, tác động vào ống trượt và làm tăng tiết diện thông nhau giữa khoang 10 và 11. Quá trình đó lặp đi lặp lại, làm cho ống trượt thực hiện dao động quanh vị trí thiết lập. Mọi sự thay đổi áp suất ở cửa vào hoặc cửa ra của van đều kéo theo sự di chuyển của ống trượt. Tóm lại tại cửa ra áp suất được giữ cố định.
   Trong van dạng này khoang 7 là một rãnh hẹp, nối khoang với cửa ra có tác dụng như một thiết bị chống rung và làm giảm dao động.

Van tiết lưu - Phần 2

Nhắc lại phần 1 van tiết lưuchúng ta đã phân tích thấy rằng van tiết lưu chảy tầng có đặc tính quan hệ Q(Δp)  tuyến tính nhưng lại phụ thuộc nhiệt độ, còn van tiết lưu chảy rối không phụ thuộc nhiệt độ nhưng lại đặc tính quan hệ Q(Δp) lại là phi tuyến. Nếu có thể kết hợp cả 2 ưu điểm của 2 loại van trên vào một van thì thật là tốt. Trong bài này chúng ta cùng tìm cách kết hợp 2 loại van đó.

Vấn đề từ phụ thuộc nhiệt độ chuyển sang không phụ thuộc nhiệt độ rất khó khắc phục bởi vậy chúng ta sẽ giải quyết vấn đề phi tuyến sang tuyến tính. Tức là sẽ tuyến tính hóa van tiết lưu chảy rối.
Ta có một dang van tiết lưu chảy rối như hình sau:

Ở đó: 1 – vỏ van, 2 – con trượt, 3 – lò xo.

Viết các phương trình đặc trưng cho van:

1)Phương trình lưu lượng:

Ở đó: S_v – tiết diện van, là phần trắng trên hình từ hướng nhìn A xuống. µ - hệ số lưu lượng, ρ – khối lượng riêng của chất lỏng. 2)Phương trình cân bằng lực con chạy:

3)Phương trình tiết diện van:

b_i(x_i) – hàm số biên dạng mép cửa van.

Khi hàm số biên dạng mép cửa van có dạng:

Với C - hệ số tỷ lệ. Khi đó ta có:

Đến đây ta đã thu được Q=f(Δp) – quan hệ tuyến tính. Vậy mấu chốt của bài toán chính là hàm biên dạng cửa van b_i(x_i). Trên thực tế không thể chế tạo được chính xác biên dạng của theo hàm trên, bởi vậy van thu được của chúng ta vẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, dù là rất nhỏ.

Tuy nhiên quan hệ tuyến tính và không phụ thuộc nhiệt độ đôi khi vẫn chưa đáp ứng hết được yêu cầu kỹ thuật cho bài toán. Ở một bài toán điều tiết lưu lượng cao hơn đặt ra yêu cầu giữ nguyên lưu lượng qua van mặc dù có thay đổi áp suất. Vấn đề này sẽ được bàn đến trong phần tiếp theo.

Tổng hợp bài viết về Van Thủy Lực

Van tiết lưu - Phần 1: Phân loại và Cấu tạo

Chúng ta đã tìm hiểu khá nhiều về van thủy lực. Bài hôm nay mình sẽ trình bày tiếp một loại van thủy lực, đó là van tiết lưu. Van tiết lưu có công dụng điều chỉnh lưu lượng chất lỏng trong hệ thủy lực hoặc một bộ phận hệ thủy lực, qua đó điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành: động cơ thủy lực.

Để điều chỉnh lưu lượng, từ công thức Q=V.S dẫn tới có thể điều chỉnh vận tốc hoặc tiết diện dòng chảy. Với chất lỏng thực sự thay đổi vận tốc liên quan trực tiếp tới sự hao phí áp suất – hay chính là độ tụt áp suất qua van (cái này thì đo khá dễ đó là lắp 2 cái đồng hồ đo áp suất trước vào sau van ). Do đó ta vấn đề điều chỉnh lưu lượng có thể thu được từ điều chỉnh độ tụt áp suất  Δp. Hao phí áp suất qua van có thể là hao phí do ma sát theo độ dài hoặc hao phí do trở lực cục bộ.

Phân loại van tiết lưu:

-      Phân loại theo chế độ chảy: van tiết lưu chảy tầng, van tiết lưu chảy rối

-    Phân loại theo khả năng điều chỉnh: van tiết lưu điều chỉnh được và van tiết lưu không điều chỉnh được.

-  Phân loại theo quan hệ giữa độ tụt áp suất và lưu lượng qua van: van tiết lưu tuyến tính Δp=f(Q)và van tiệt lưu phi tuyến ( chính xác là tỷ lệ bình phương) Δp=f(Q²).

Vấn đề chế độ chảy và van tiết lưu:

Chế độ chảy tầng:
Ta biết rằng đối với chất lỏng thực khi chảy qua một ống dẫn có kích thước l/d>10 thì chế độ chảy của chất lỏng đó trong ống được coi là chảy tầng. Như hình dưới là ví dụ van tiết lưu chảy tầng đơn giản. 

l₀– chiều dài đoạn quá độ, l₁ – chiều dài đoạn thiết lập chế độ chảy tầng với Re<2300.

Δp=p₁ - p₂.

l₀=0,03×Re×d.
Ở chế độ chảy tầng hao phí áp suất chủ yếu là do hao phí ma sát theo độ dài rãnh:

Trong biểu thức của Δpkhi chiều dài đoạn thiết lập lớn khi đó Δp₁>> Δp₀  và Δp≈ Δp₁.

Khi đó ta quan hệ giữa độ tụt áp suất và lưu lượng có dạng  Δp=f(Q). Đó chính là một van tiết lưu tuyến tính. Đặc tính tuyến tính chỉnh là ưu điểm của van tiết lưu chảy tầng. Các bạn sẽ thấy điều đó khi đi sâu vào nghiên cứu điều khiển hệ thống. Từ công thức trên ta còn thấy Δp ngoài phụ thuộc vào lưu lượng, tiết diện van còn phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng. Điều đó có nghĩa là Δp phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng. Đó chỉnh là nhược điểm van tiết lưu chảy tầng.

Phương pháp tăng chiều dài thiết lập cho van tiết lưu chảy tầng thể hiện ở hình dưới. 

1-vỏ van, 2-Vít vặn

Trong van kiểu này chất lỏng đi theo rãnh xoắn. Có thể thay đổi chiều dài bằng cách tăng giảm số vòng xoắn nhờ một vít vặn. Số vòng xoắn và tiết diện rãnh liên quan trực tiếp tới giá trị tụt áp suất Δp theo yêu cầu.

Chế độ chảy rối:

Chế độ của chất lỏng qua van tiết lưu với chảy rối đặc trưng cho dạng van tiết lưu phi tuyến. Ở dạng van này độ tụt áp suất tỷ lệ với bình phương lưu lượng chảy qua van Δp=f(Q²). Hao phí áp suất trong trường hợp này chủ yếu là do biến dạng dòng chất lỏng và tạo xoáy – đó chính là dạng hao phí do trở lực cục bộ. Điều chỉnh Δp bằng cách điều chinh tiết diện van hoặc hệ số trở lực cục bộ. Tiết diện van lớn nhất ứng với van mở hoàn toàn. Tiết diện van nhỏ nhất ứng với điều kiện ngăn ngừa hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực. 

(Hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực –  là một quá trình hóa học phức tạp tạo các phân tử phân cực bám vào thành ống dẫn. Khi thiết kế mạch thủy lực và các thiết bị thủy lực cần tính tới ngăn ngừa hiện tượng này. Có thể hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực không gây ảnh hưởng khi tiết diện ống dẫn lớn. Nhưng đôi với van tiết lưu, tiết diện thường nhỏ, các lớp phân tử phân cực được tạo thành không những làm giảm tiết diện van mà còn tạo điều kiện cho các cặn kim loại có trong dầu bám vào. Trường hợp tệ nhất có thể xảy ra là lớp phần tử phân cực kết hợp với lắng cặn lâu ngày sẽ bit kín van. Dẫn tới gây tắc nghẽn mạch.)

Ở hình dưới ( a, b , c , e) là van phi tuyến điều chỉnh được.

Và hình ( d, f ) là van phi tuyến không điều chỉnh được.

Ở đó hình a - van tiết lưu dạng kim chặn, b - van tiết lưu dạng liên bợp, c - van tiết lưu dạng khoang rỗng xoay, d - van tiết lưu dạng vách ngăn tổ hợp, e - van tiết lưu dạng nút xoay lệch tâm,  f - van tiết lưu dạng vách ngăn đơn.
1- vỏ van, 2 - kim van, 3,5- vách van, 4 - nút xoay, 6 - ống lót.

Đặc điểm các van tiết lưu phi tuyến là rút ngắn chiều dài van, chính nhờ đó mà sự tụt áp và lưu lượng không phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng, cũng chính là không phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng. Đặc điểm này làm cho van phi tuyến làm việc ổn định hơn và là ưu điểm chính của van phi tuyến. Nhưng quan hệ tỷ lệ bình phương lại chính là nhược điểm cho vấn đề điều khiển.

Hình f )  là một van tiết lưu dạng vách ngăn, trở lực phụ thuộc vào đường kính lỗ (d_min ≥0,5 mm ).

Quan hệ lưu lượng và độ sụt áp thể hiện bằng biểu thức:

Ở đó µ - hệ số lưu lượng, S – tiết diện van, ρ – khối lượng riêng của chất lỏng. C – trở lực thủy lực. Hệ số  µ  phụ thuộc vào cấu trúc của van, chuẩn số Reynolds, dạng và kích thước lỗ vách.

Vấn đề kích thước lỗ vách càng nhỏ càng dễ xảy ra hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực. Mà để tạo ra một sự sụt áp lớn thì cần phải giảm tiết diện van. Khác phục nhược điểm này bằng cách sử dụng tổ hợp nhiều vách chắn đặt liên tiếp như hình d . Ở van tiết lưu dạng này yêu cầu mặt cấu trúc : khoảng cách giữa các vách l ≥ (3…5)d và bề dày vách s≤ (0,4…0,5) d. Ở đây có một câu hỏi cho các bạn: Đó là tại sao các lỗ lại phải thiết kế lệch nhau?

Lúc này độ sụt áp của van là tổng độ sụt áp qua từng vách.

Bài hôm nay dừng tại đây! Chúc cả nhà vui vẻ!


>>Phần 2 - Van tiết lưu

Ống dẫn thủy lực - Phần 3: Tính toán ống dẫn

Trong quá trình thiết kế mạch thủy lực. Vấn đề chọn ống dẫn sao cho vừa đảm bảo yêu cầu làm việc, vừa kinh tế phải cần được tính tới. Trong bài này mình sẽ trình bày vấn đình tính toán để chọn được ống dẫn thích hợp. Mục đích của tính toán ống dẫn là xác định đường kính trong của ống dẫn, hao phí áp suất trên đường ống và độ dày của ống dẫn.

• Ống dẫn thủy lực - Phần 1: Phân loại và cấu tạo
• Ống dẫn thủy lực - Phần 2: Mối nối thủy lực

Đường kính trong d của ống dẫn xác định theo công thức :

Ở đó Q – lưu lượng chất lỏng chảy qua ống, m³/s;

υ – vận tốc dòng chảy trong ống, m/s;

d – đường kính trong của ống dẫn, m.

Như vậy ở công thức trên muốn tính được đường kính trong d ta phải xác định được 2 giá trị Q và υ. Lưu lượng Q sẽ được quyết định bởi cơ cấu làm việc, còn vận tốc υ phụ thuốc vào áp suất của hệ thủy lực và chức năng của ống dẫn đó.

Các giá trị vận tốc υ khuyên dùng khi tính toán dựa trên bảng sau:

	Chức năng của ống dẫn
	Ống hút	Ống xả	Ống nén
PH,MPa	-	-	2,5	6,3	16	32	63	100
υ, m/s	1,2	2	3	3,5	4	5	6,3	10

Hao phí áp suất trên đoạn ống dẫn.
Hao phí do trở lực ma sát theo chiều dài ống xác định theo công thức:

Ở đó

ρ– khối lượng riêng của chất lỏng làm việc, kg/m³;

λ –hệ số ma sát ;

l – chiều dài ống dẫn, m.

Xác định λ – hệ số ma sát theo bảng sau.

Ở đây Δ – là độ nhám tương đương bề mặt trong ống dẫn (Δ=0,05mm với đoạn ống thép , Δ=0,02mm với đoạn ống đồng, Δ=0,06mm đối với ống nhôm, Δ=0,03 với ống mềm cao su ) thì hệ số ma sát tính theo công thức.

Hao phí do trở lực cục bộ được tính theo công thức Weisbach:

Ở đó ξ – hệ số trở lực cục bộ.

Giá trị ξ phụ thuộc vào dạng trở lực cục bộ.

Một vài dạng trở lục cục bộ phổ biến:
-Tại đoạn ống gập 1 góc 90^o : ξ = 1,5…2,0
-Tại đoạn ống 3 nhánh tạo thành từ 1 đường ống vuông góc với đường ống chính : ξ=0,9…2.5.
-Tại đoạn ống có mối nối nối tiếp: ξ=0,1…0,15.
-Tại mối nối ra khỏi thùng chứa: ξ=0,5 ; và mối nối vào thùng chứa: ξ=1.

Ngoài ra ta còn phải kể tới hao phí áp suất tại các thiết bị thủy lực Δp_tb  trong mạch như: các loại van thủy lực, bộ lọc dầu, …

Như vậy tổng hao phí áp suấtΔp_­= Δp_ms+ Δp_cb+ Δp_tb

Xác định độ dày thành ống dẫn

Độ dày thành ống dẫn cần đảm bảo độ bền trong quá trình làm việc của ống dẫn.

Độ dày thành ống xác định theo công thức sau:

Ở đó p_max – áp suất tĩnh lớn nhất σ_v- ứng suất tới hạn của vật liệu làm ống, bằng 30…35% độ bền mỏi. n – hệ số an toàn. Ngoài ra đối với vật liệu ống là thép thì bề dày không nhỏ hơn 0,5 mm; đối với đồng – bề dày không nhỏ hơn 1mm.