Chọn đường kính trong theo vận tốc khuyến nghị của từng loại đường, tính tổn thất áp suất và chiều dày thành ống.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
Bài toán dùng để làm gì
Ống thủy lực quá nhỏ làm dầu chảy quá nhanh: tổn thất áp suất lớn, dầu nóng, máy ồn; ống hút nhỏ còn làm bơm bị xâm thực và hỏng. Bài toán chọn đường kính trong theo vận tốc khuyến nghị của từng loại đường, tính tổn thất áp suất và kiểm tra chiều dày thành ống chịu áp.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Dầu trong ống giống xe trên đường: đường nhỏ thì xe phải chạy nhanh mới chở đủ lượng, và chạy nhanh thì hao xăng (mất áp). Đường hút về bơm phải rộng rãi nhất, vì bơm chỉ ‘hút’ được nhờ áp suất khí quyển đẩy dầu vào, rất yếu.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.2 đơn vị · 0.5 ứng suất · 0.7 hệ số an toàn · 0.15 áp suất và lưu lượng
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| lt | Loại đường ống: hút / đẩy (áp suất) / hồi | – | Sơ đồ thủy lực |
| Q | Lưu lượng qua ống | L/ph | Từ TB10 |
| d, Do | Đường kính trong chọn và đường kính ngoài ống | mm | Catalogue ống thép chính xác DIN 2391 / EN 10305-4 (Parker, Stauff), ống mềm |
| L | Chiều dài ống (kể cả tương đương phụ kiện) | m | Bố trí bộ nguồn – máy |
| ν, ρ | Độ nhớt động học và khối lượng riêng của dầu | cSt, kg/m³ | Dầu ISO VG 46 ở 40 °C: ν = 46, ρ ≈ 870 |
| p | Áp suất làm việc | bar | Bộ nguồn |
| σzul | Ứng suất cho phép vật liệu ống | MPa | Thép E235: Rm/4 ≈ 90–120 |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Vận tốc khuyến nghị và đường kính tối thiểu
Mỗi loại đường có vận tốc giới hạn (Rexroth): hút 0,5–1,5; đẩy 3–6; hồi 2–4 m/s. Từ Q = v·A suy ra d:
dmin = √(4·Q / (π·vmax))
Bước 2. Vận tốc thực
Với ống đã chọn:
v = Q / (π·d²/4) ≤ vmax
Bước 3. Số Reynolds và hệ số ma sát
Reynolds cho biết dòng chảy êm (tầng, Re < 2300) hay xoáy (rối). Mỗi chế độ có công thức hệ số ma sát riêng:
Re = v·d/ν ; λ = 64/Re (tầng) ; λ = 0,3164/Re^0,25 (rối, Blasius)
Bước 4. Tổn thất áp suất
Công thức Darcy–Weisbach:
Δp = λ·(L/d)·ρ·v²/2
Bước 5. Chiều dày thành ống
Công thức Barlow cho ống chịu áp suất trong:
t = p·Do / (2·σzul) ≤ (Do − d)/2
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Loại đường ống | lt | Đẩy (áp suất) | ||
| 2 | Lưu lượng | Q | 40 | L/ph | |
| 3 | Đường kính trong chọn | d | 13 | mm | |
| 4 | Chiều dài (kể cả tương đương) | L | 5 | m | |
| 5 | Độ nhớt động học dầu | ν | 46 | cSt | VG 46 ở 40 °C |
| 6 | Khối lượng riêng | ρ | 870 | kg/m³ | |
| 7 | Áp suất làm việc | p | 160 | bar | |
| 8 | Đường kính ngoài ống | Do | 18 | mm | |
| 9 | Ứng suất cho phép vật liệu ống | σzul | 120 | MPa | E235: Rm/4 ≈ 90–120 |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | Vận tốc khuyến nghị lớn nhất | vmax | 6 | m/s | Hút 0,5–1,5 · đẩy 3–6 · hồi 2–4 |
| 11 | Đường kính trong tối thiểu | dmin | 11,89 | mm | d = √(4Q/(π·v)) |
| 12 | Vận tốc thực | v | 5,02 | m/s | |
| 13 | v ≤ khuyến nghị | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 14 | Số Reynolds | Re | 1 419 | Re = v·d/ν | |
| 15 | Hệ số ma sát λ | λ | 0,0451 | Tầng: 64/Re ; rối: 0,3164/Re^0,25 (Blasius) | |
| 16 | Tổn thất áp suất | dp | 1,9 | bar | Δp = λ·(L/d)·ρv²/2 |
| 17 | Chiều dày ống tối thiểu | t | 1,2 | mm | t = p·Do/(2σ) (Barlow) – cộng dung sai, ăn mòn |
| 18 | Chiều dày thực ≥ tối thiểu | Kiểm tra | ĐẠT |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: Đường kính trong tối thiểu = 11,89 mm; Vận tốc thực = 5,02 m/s; Tổn thất áp suất = 1,9 bar.
Kiểm tra: v ≤ khuyến nghị: ĐẠT; Chiều dày thực ≥ tối thiểu: ĐẠT.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Chọn ống chuẩn có đường kính trong ≥ dmin và chiều dày ≥ t cộng dung sai chế tạo, ăn mòn; ống mềm chọn theo áp suất làm việc trong catalogue (Parker, Gates, Manuli) với hệ số an toàn nổ 4:1.
- Đường hút: luôn ưu tiên ống to, ngắn, ít co; vận tốc ≤ 1 m/s là an toàn cho hầu hết bơm.
- Nếu tổn thất áp suất lớn: tăng một cỡ ống, rút ngắn đường, hoặc dùng dầu độ nhớt thấp hơn nếu nhiệt độ cho phép.
- Lỗi hay gặp: dùng đường kính ngoài thay đường kính trong; quên độ nhớt dầu tăng mạnh khi trời lạnh (Re giảm, λ tăng).