Dòng Chảy Tầng Trong Đường Ống Thuỷ Lực

Khác với các vật chất cứng khi mà các phần tử ở trạng thái cố định, thì các phân tử của chất lỏng có thể chuyển động dễ dàng trừ khi nó bị đóng băng. Do đó, nó là một lựa chọn hoàn hảo cho việc di chuyển trong các đường ống và tạo ra dòng chảy năng lượng.    

Các loại dòng chảy tầng trong đường ống

Trong các dòng chảy thông thường thì sẽ gồm 2 dòng chảy là: dòng chảy tầng và dòng chảy xoáy. Các dòng chảy xoáy sẽ nằm ở trên, dòng chảy tầng nằm ở dưới, dòng chảy xoáy sẽ ảnh hưởng đến việc rơi áp suất và hiệu quả làm việc của hệ thống thủy lực. Do chất lỏng dễ dàng dịch chuyển nên chúng sẽ chuyển động hỗn loạn nếu không có sự kiểm soát. 

Nếu bạn là người thường xuyên làm việc với bơm thì chắc chắn dòng chảy tầng là một thuật ngữ rất quen thuộc. Bởi vì bơm tạo ra vận tốc của chất lỏng để thực hiện các chức năng làm việc cho hệ thống. Tức là tạo ra dòng chảy. 

Do đó tốc độ dòng chảy cũng là một yếu tố quan trọng như là áp suất. Các hệ thống thủy lực phải xem xét tới các yếu tố làm cản trở dòng chảy để dòng chảy được dễ dàng hơn. Dòng chảy tầng thể hiện cho việc dòng chảy đã được loại bỏ các yếu tố cản trở dòng chảy và các phần tử chất lỏng đang chuyển động song song với nhau. 

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy trong đường ống 

Các yếu tố ảnh hưởng chính đến tốc độ dòng chảy trong đường ống được kể đến bao gồm: lưu lượng cấp của bơm, độ nhớt của chất lỏng, đường kính trong của ống. Để đảm bảo dòng chảy tầng thì phải đảm bảo chỉ số Renoylds < 4000 hoặc tốc độ dòng chảy nhỏ hơn 7m/s. Công thức tính chỉ số Renoylds là:

Re =  K.Q / V.d 

• K: hằng số 21220.
• Q là lưu lượng bơm l/p.
• V là độ nhớt của dầu (Cst).
• d là đường kính trong của ống (mm).

Khi dòng chảy bị ngăn cản vợt quá mức và tạo ra dòng chảy xoáy, các phần tử chất lỏng sẽ chảy hỗn loạn và phản xạ theo các hướng khác nhau. Việc này sẽ tạo ra sự tiêu hao năng lượng rất là lớn. 

Trong các ứng dụng thủy lực, sự ảnh hưởng của dòng chảy xoáy sẽ làm tụt áp suất, tốc độc và quán tính của dòng chảy xoáy tạo ra các rung động mạnh và có thể làm bẻ cong đường ống, phá hủy khớp nối, làm hư hỏng bề mặt của ống dẫn. Năng lượng tiêu hao sẽ sản sinh ra năng lượng khiến chất lỏng bị nóng lên. Lợi ích duy nhất mà chúng tôi thấy được của dòng chảy xoáy là ứng dụng trong việc xúc rửa đường ống thủy lực. 

Do đó khi thiết kế, chúng ta phải đảm bảo triệt tiêu được dòng chảy xoáy đảm bảo dòng chảy tầng để tránh tổn hao năng lượng và an toàn đường ống. Việc này có ích hơn là chúng ta đi khắc phục các vấn đề do dòng chảy xoáy gây ra. 

Khi xét về các ứng dụng thủy tĩnh, có phải lúc nào chúng ta cũng cần đảm bảo phải đạt được dòng chảy tĩnh bằng mọi giá hay không. Câu trả lời là “tùy thuộc”. Thật khó để trả lời, chúng ta hay thực hiện một phép tính để xem xét. 

Cân nhắc trong 2 trường hợp một là thủy động lực học, hai là thủy tĩnh. Trong trường hợp lý tưởng hiệu suất 100%. Với công suất giả định là 5HP, chúng ta sẽ chia năng lượng này cho 2 trường hợp là 120 psi áp suất thủy tĩnh và 3000 psi áp suất thủy động. 

120 psi x 71 gpm / 1714 = 5 hp Hydrodynamic
3000 psi x 2.86 gpm / 1714 = 5 hp Hydrostatic

Với công suất giả định là 5HP như ví dụ trên, bơm thủy tĩnh có thể bơm được 71 gpm tại áp suất giới hạn và ứng dụng thủy động tực tế đạt đường nhỏ hơn 3 gpm. Bây giờ giả sử có tổn hao 60psi cho mỗi ứng dụng. Mức giảm 60psi này là kết quả của việc  tổn hao áp suất trong quá trình chất lỏng di chuyển từ bơm tới cơ cấu vận hành. Bây giờ ta tính ngược lại sẽ có 

(120 psi – 60 psi) x 71 gpm / 1714 = 2.5 hp Hydrodynamic
(3000 psi – 60 psi) x 2.86 gpm / 1714 = 4.9 hp Hydrostatic

Do đó với cùng một sự tổn hao áp suất trong thủy động sẽ tổn hao một nữa so với thủy tĩnh. Tuy nhiên do đối với hệ thống thủy lực, thì ảnh hưởng về tổn hao năng lượng ko nghiêm trọng. Bởi vì yếu tố chính của cơ cấu thủy lực hoạt động là áp suất chứ không phải lưu lượng, đường ống thủy lực khá là nhỏ.

Ngoại trừ với một số hệ thống, vị trí có đường ống lớn thì sự tổn hao năng lượng mới được thể hiện rõ ràng. Tuy nhiên việc tổn hao áp suất cũng là mối lo lắng nhất định trong hệ thống thủy lực, nhất là các hệ thống cần độ chín xác cao. 

Việc đảm bảo dòng chảy tầng thì rất là dễ dàng và tốn chi phí ít hơn rất nhiều so với chi phí của tổn thất năng lượng, hư hỏng và sự cố gây ra. Vì thế, chúng ta cần phải đảm bảo dòng chảy tầng trong hệ thống thủy lực.

Trên đây là một số thông tin tổng quan về dòng chảy tầng. Hy vọng những thông tin mà B2bmart.vn tổng hợp được sẽ giúp bạn có những kiến thức hữu ích để nâng cao hiệu quả làm việc, tiết kiệm chi phí vận hành hệ thống thủy lực.