Шпаргалка Шпаргалка по Гидравлике
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-29Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
1. Жидкость – физ. тело спос-е изменять свою форму при возд-и на нее сколь угодно малых сил. 2 вида ж.: капельные и газообразные. К. ж. - это ж. в обычном, общепринятом понимании (вода, нефть, и.т.д.). Газ-ые ж. - газы, в обычных условиях представляют собой газ-ые вещ-ва (воздух, кислород, и т.д.). Отличительная особенность др. от друга - способность сжиматься (изменять объем) под воздействием внешних сил. В гидравлике рассматриваются реальная и идеальная ж. И. ж. в отличие от р. ж. не обладает внутр. трением и трением о стенки сосудов, не существует в дейст-ти.
=
F
\
S, Если Р отсчитывают от абсолютного 0, то абсолютное Рабс. Если Р от атмосферного, то избыточное Ризб. Атм. Ра постоянно = 103 кПа. Механические характеристики - плотность p
=
m
\
V (кг/м3). Удельным весом называют вес единицы объема жидкости. Физические свойства 1. Сжимаемость – св-во ж. изменять свой объем под действием Р. Сжатие ж. обусловлено сжатием растворенного в них газа. Сж-ть понижает жесткость гидропривода, т.к., на сжатие затрачивается энергия. Иногда сж-сть ж. полезна - используют в гидр-х амортизаторах и пружинах. 2. Темп-ое расширение – относит-ое изменение объема ж. при увел. t0 1°С при Р = const. Для капельных ж. коэф. темп. расшир-я ничтожно мал, при прак-х расчетах не учит-ют.
3. Сопр-ние растяж-ю. Физ. опытами показано, покоящаяся ж. (вода, ртуть) способна сопротивляться очень большим растягивающим усилиям. Но в обычных условиях такого не происходит, и поэтому считают, что ж. не способна сопрот-ся растяг. усилиям.
4. Силы поверх-го натяж-я - эти силы стремятся придать сферическую форму ж. Направлены всегда внутрь объема, перпенд-но свободной поверхности ж.
6. Пенообразование. Выделение воздуха из рабочей ж. при падении Р вызвает пено-е. На это влияет содерж-ся в раб. ж. вода.. Образов-е и стойкость пены зависят от типа рабочей ж., от ее t0 и размеров пузырьков, от матер-ов и покрытий гидроаппаратуры. При t0 ж. свыше 70С происходит быстрый спад пены.
7. Хим. и мех. стойкость. Хар-ет способ-ть ж. сохранять свои первонач-ые физ. св-ва при экспл-и и хранении. Окисление ж. ведет к выпадению из нее смол и шлаков, кот-е отклад-ся на поверхности элементов гидропривода в виде тв. налета. Сниж. вязкость и изм-ся цвет ж. Вызывают коррозию мет. и умен. надеж-ть работы.
8. Совместимость. Сов-ть раб. ж. с констр-ми матер-ми и матер-ми уплотнений имеет очень большое значение. Рабочие ж. на нефтяной основе совместимы со всеми металлами и плохо совместимы с уплотнениями из синтетической резины и из кожи.
9. Испаряемость жидкости. Свойственна всем капельным ж., интенсивность исп-я неодинакова у различных ж. и зависит от условий: от t0, от S исп-ия, от H, от скор-и движ-я газо-й среды над своб-ой поверх-ю ж. (от ветра).
10. Растворимость газов в жидкостях хар-ся объемом раств-го газа в единице объема ж., опред-ся по закону Генри:
2. Назначение, устр-во и пр. действия пред-ных клапанов объемного гидропривода
Гидроприводом наз-ся совокупность устр-в, предназ-х для приведения в движение мех-мов и машин посредством раб. ж., наход-ся под Р, с одновр-ым вып-ем функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя.
Г. 2 типов: гидродинамические и объемные. В гидродин. пр. используется кинетическая энергия потока ж. В объемных потенциальная энергия давления раб. ж. Объемный г. состоит из гидропередачи, устр-в управления, вспомогательных устройств и гидролиний
4. Объемный гидропривод, устройство и принцип работы. Схемы ОГ с разомкнутой и замкнутой циркуляцией раб ж, достоинства и недостатки.
Гидроприводом наз-ся совокупность устр-в, предназ-х для приведения в движение мех-мов и машин посредством раб. ж., наход-ся под Р, с одновр-ым вып-ем функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя.
Г. 2 типов: гидродинамические и объемные. В гидродин. пр. используется кинет-я энергия потока ж. В объемных потенц-я энергия давления раб. ж. Объемный г. состоит из гидропередачи, устр-в управления, вспомогательных устройств и гидролиний
Объемная гидропередача, являющаяся силовой частью Г, состоит из объемного насоса (преобразователя мех-кой энергии приводящего двигателя в энергию потока раб. ж.) и объемного гидродвигателя (преобразователя энергии потока раб. ж. в мех-кую энергию выходного звена). В состав некоторых ОГ входит гидроаккумулятор (предназнач. для аккум-ния энергии раб ж, нах-ся под Р, с последующим использ-м для приведения в работу Гдвигателя). гидропреобразователи - для преобр-ния энергии потока раб. ж. с одними значениями P и расхода Q в энергию другого потока с другими значениями P и Q.
Устройства управления - для управления потоком или др. устр-ми ГП. Под управ-ем потоком понимается изменение или поддержание на определенном уровне Р и Q в Гсистеме, а также изменение направления движ. потока раб ж. Относятся: Граспределители, (изменения направления движения потока раб. ж) регуляторы давления (предохранительный, редукционный, переливной и другие клапаны), для регулирования Р раб. ж. в Гсистеме; регуляторы расхода (управляют потоком раб. ж.); гидравлические усилители, (управление работой насосов, Гдвигателей). Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех элементов Гпривода. Это: кондиционеры раб. ж. (фильтры, теплообм-ые аппараты ); уплотнители, (герметизация Гсистемы); гидравлические реле Р; гидроемкости
5. Уравнение равновесия ж. – Ур-ние Эйлера. Область применения.
Ур-е Эйлера явл-ся одним из фундам-ных в гидравлике, к-рое служит исходным пунктом для выхода на др. выражения. Пусть имеем бесконечно малый параллелепипед с гранями dxdydz в невязкой жидкости с плотностью ρ. Он заполнен ж. и движется как составная часть потока. На выделенный объект действуют силы массы и силы поверх-ых Р, которые действуют на dV = dxdydz со стороны ж., в к-рой находится выделенный dV. Как силы массы пропорц-ны массе, так и поверх-ные силы пропорц-ны площадям, на к-рые оказывается Р. Эти силы направлены к граням вовнутрь по нормали. Определим математическое выражение этих сил. Назовем грани параллелепипеда: 1, 2 – перпенд-ные к оси ОХ и парал-ные оси ОY; 3, 4 – перпенд-ные к оси OY и парал-ные оси ОХ; 5, 6 – перпенд-ные к оси OZ и парал-ные оси ОХ. Сила, прилож-я к центру массы парал-педа, к-рая заставляет эту ж. совершать движ-е, есть сумма найденных сил
Ур-е Эйлера для разных состояний 1) движение неустановившееся. 2) жидкость в покое. Следовательно, Ux = Uy = Uz = 0. В таком случае Ур-е Эйлера превращается в уравнение равномерной ж. Это Ур-е также дифференциальное и является системой из 3 уравнений; 3) жидкость невязкая. Для такой ж. Ур-е движения имеет вид
Ур-е Эйлера в сочетании с Ур-ем неразрывности может быть применено для любого случая. Ур-е состояния в общем виде:
6. Изобразите принципиальную схему и объясните устройство и принцип действия аксиально-поршневого насоса. Достоинства и недостатки
Отличит-й особ. аксиально-поршневых насосов явл-ся наличие между основными их элементами (1, состоящего из ведущего вала и закрепленного на нем диска-фланца с раб. шатунами и поршнями, и 2, пред-щего собой блок насоса), угла отклонения в соосности между указанными элементами. Применение в Гприводах, (преимущества): меньшие радиальные размеры, масса, габарит и момент инерции вращающихся масс; возможность работы при большом числе оборотов; удобство монтажа и ремонта. Аксиально-поршневой насос состоит из блока цилиндров 8 (рис.3.8) с поршнями (плунжерами) 4, шатунов 7, упорного диска 5, распределительного устройства 2 и ведущего вала 6.
Во время работы насоса при вращении вала приходит во вращение и блок цилиндров. При наклонном расположении упорного диска (см. рис.3.8, а, в) или блока цилиндров (см. рис.3.8, б, г) поршни, кроме вращательного, совершают и возвратно-поступательные аксиальные движения (вдоль оси вращения блока цилиндров). Когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание, а когда вдвигаются - нагнетание. Через окна 1 и 3 в распределительном устройстве 2 цилиндры попеременно соединяются то с всасывающей, то с напорной гидролиниями. Для исключения соединения всасывающей линии с напорной блок цилиндров плотно прижат к распределительному устройству, а между окнами этого устройства есть уплотнительные перемычки, ширина которых b больше диаметра dк отверстия соединительных каналов в блоке цилиндров. Для уменьшения гидравлического удара при переходе цилиндрами уплотнительных перемычек в последних сделаны дроссельные канавки в виде небольших усиков, за счет которых давление жидкости в цилиндрах повышается равномерно.
Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов являются цилиндры, аксиально расположенные относительно оси ротора, а вытеснителями - поршни. По виду передачи движения вытеснителям аксиально-поршневые насосы подразделяются на насосы с наклонным блоком (см. рис.3.8, б, г) и с наклонным диском (см. рис.3.8, а, в).
Насосы с точечным касанием поршней наклонного диска (см. рис.3.8, в) имеют наиболее простую конструкцию, поскольку здесь нет шатунов и карданных валов. Однако для работы в режиме насоса, необходимо принудительно выдвижение поршней из цилиндров для прижатия их к опорной поверхности наклонного диска (например, пружинами, помещенными в цилиндрах). Аксиально-поршневые машины бескарданного типа (см. рис.3.8, г) блок цилиндров соединяется с ведущим валом через шайбу и шатуны поршней. По сравнению с гидромашинами с карданной связью машины бескарданного типа проще в изготовлении, надежнее в эксплуатации, имеют меньший габарит блока цилиндров.
7. Тупиковая водопроводная сеть. Методика проверочного гидравлического расчета.
Гидравлический расчет внутренней водопроводной сети выполняется для определения диаметров труб и необходимого напора в системе Особенностью расчета сети, питаемой из одной точки, с подключенными сосредоточенными потребителями является то, что определение диаметров участков ведут по суммарным расходам на участках и допускаемой потере давления. Тупиковые системы состоят из магистрали и отдельных ветвей, заканчивающихся непосредственно у потребителя.
Исходными данными для расчета тупиковой системы являются: длины отдельных участков li, расходы у потребителей Qi: отделяемые в каждом узле магистральной линии (узловые расходы) и непосредственно в конце участка (возможная путевая раздача на каждом или некоторых участках системы в данном примере не рассматривается). Кроме этого, могут быть заданы высотные привязки (геодезические, строительные или монтажные) в узловых точках системы и у потребителей и так называемые допускаемые остаточные статические (потенциальные) напоры, равные разности отметок пьезометрической линии и отметок трубопровода в узловых точках системы. Величина необходимого остаточного напора зависит от объекта, который обеспечивается водой и устанавливается соответствующими техническими условиями. При расчете обязательным является условие, чтобы фактические остаточные напоры у потребителей (hC, hD, hЕ, см. рис. 5.13) были больше или равнялись заданным по технологическим требованиям. Как уже известно, напор, созданный в начале системы, при движении жидкости тратится на создание необходимого остаточного напора и на потери напора в гидравлических сопротивлениях. Определяются расходы в сечениях участков через заданные расходы у потребителей: Q1 = QC+ QD + QЕ; Q2 = QD + QЕ;
Q3 = QC; Q4 = QD; Q5 = QЕ.
При незаданных диаметрах участков они предварительно определяются, исходя из значения заданной или принятой экономически наивыгоднейшей скорости
.
Рассчитываются полные потери напора на каждом участке hwi = (1,05?1,15)·hli = (1,05?1,15) АiQi2li,
где 1,05?1,15 - поправочный коэффициент на местные сопротивления, принимаемый в соответствии с условием задания.
Находится напор, потребный для подачи жидкости каждому потребителю по любому из направлений из условия последовательного соединения труб и создания у потребителя заданного остаточного напора. Для рассматриваемой схемы
до потребителя С: НС = hw1 + hw3 +hзад; до потребителя D: НD = hw1 + hw2 + hw4 +hзад; до потребителя Е: НЕ = hw1 + hw2 + hw5 +hзад.
(При выходе в атмосферу hзад не учитывается).
Потребный действующий напор в начале системы или высота водонапорной башни Н принимается по максимальной величине из полученных напоров.
Пьезометрическая линия для рассмотренной схемы, где потребители расположены на одном уровне, построена в аксонометрии (примерно). Здесь линия начального напора для каждого участка проведена параллельно начертанию участка. Затем от нее вниз в конце участка отложена величина потерь напора на участке. Минимальный остаточный напор у потребителя (в примере hD) равен заданному по условию задачиhзад.
Если рассчитываются системы для водоснабжения, очень важно учитывать геодезические отметки местности. Вначале рассчитывается магистральная линия, в качестве которой принимается наиболее нагруженная расходами, наиболее длинная и с наибольшими высотными отметками местности. Расчет участков магистрали аналогичен приведенному выше. Кроме рассмотренных остаточных напоров при расчете ответвлений требуется дополнительно учитывать высоты, на которые возможна подача жидкости.
Потери по длине для труб водоснабжения в соответствии со СНиП 2.04.02-84 (с изм. 1986 г., попр. 2000 г.) определяются по гидравлическому уклону I, который следует рассчитывать с учетом гидравлического сопротивления стыковых соединений
8. Совместная работа центробежных насосов установки. Эксплуатационные параметры насосной установки при параллельной работе насосов. Ограничения на совместную работу насосов.
При параллельном соединении не удается плавно соединить потоки, напорные трубопроводы из-за удобства монтажа заужают, делают лишние повороты. Это всё приводит к дополнительному сопротивлению и соответственно к смещению рабочей точки на меньшую подачу обоих насосов. Параллельной работой насосов называется одновременная подача перекачиваемой жидкости несколькими насосами в общий напорный коллектор. Необходимость в параллельной работе нескольких одинаковых или разных насосов возникает в тех случаях, когда невозможно обеспечить требуемый расход воды подачей одного насоса. Кроме того, поскольку водопотребление в городе неравномерно по часам суток и по сезонам года, то подачу насосной станции можно регулировать числом одновременно работающих насосов. При проектировании совместной работы центробежных насосов нужно хорошо знать их характеристики; подбирать насосы следует с учетом характеристики трубопровода. Центробежные насосы могут работать параллельно при условии равенства развиваемого напора. Если один из насосов имеет напор меньше, чем другие, то он может быть подключен на параллельную работу только в поле рекомендуемой работы. При повышении напора в системе этот насос может принимать участие в работе, но его КПД будет падать. При достижении максимального напора подача насоса будет равна 0. Дальнейшее увеличение напора в системе приведет к закрытию обратного клапана и выключению насоса из работы. Поэтому для параллельной работы следует подбирать насосы однотипные с равными или незначительно отличающимися напорами и подачами. Различные схемы параллельной работы насосов применяются весьма часто для водоснабжения и перекачивания сточных вод, где целесообразно подачу от нескольких насосов или станций объединять в общий коллектор.
9.
Модели жидкой среды.
В зависимости от тех свойств получают различные ее модели. Под моделью реальной среды понимают такую гипотетическую среду, в которой учтены только некоторые из физических свойств, существенные для определенного круга явлений и технических задач. Одной из основных в гидромеханике является модель несжимаемой идеальной (или невязкой) жидкости. Так называется гипотетическая сплошная среда, обладающая текучестью, лишенная вязкости и полностью несжимаемая. С помощью этой модели с большой точностью решаются задачи гидростатики и выполняются многие теоретические выводы. Кроме того, эта модель является базой для других моделей, более полно учитывающих свойства реальных жидкостей. Более полно свойства реальной жидкости учитываются в модели вязкой несжимаемой жидкости, которая представляет собой среду, обладающую текучестью и вязкостью, но абсолютно несжимаемую, является достаточно широко применяемой в гидродинамике. Она позволяет получить точные решения полных уравнений движения лишь в ограниченном числе случаев с простейшими граничными условиями. Поэтому большое значение при использовании этой модели имеют приближенные решения уравнений.. Теория вязкой несжимаемой жидкости лишь в ограниченном числе случаев с простейшими граничными условиями позволяет получить точные решения полных уравнений движения. Гипотезу сплошности: упрощенные модели, представляющими собой материальный континуум, т. е. материальную среду, масса которой непрерывно распределена по объему, т.е. жидкость можно рассматривать как сплошную среду (континуум), лишенную молекул и межмолекулярных пространств. Кроме упомянутых моделей находят применение модели сжимаемой вязкой жидкости при расчете гидравлического удара или сжимаемой невязкой жидкости в некоторых расчетах газов и т. д.
10. Гидродинамическая муфта
Гидродинамическая муфта осуществляет немеханическое соединение валов: крутящий момент передается от одного вала другому посредством движения жидкости. Колесо, соединённое с ведущим валом, называется насосным колесом, а колесо, соединённое с ведомым валом, называется турбинным колесом. Моменты на насосном и турбинном колёсах всегда практически одинаковы. Насосное колесо представляет собой лопастной насос, турбинное — лопастной гидравлический двигатель. Оба эти колеса находятся в одном герметичном корпусе и максимально сближены друг с другом (но не соприкасаются), и жидкость при вращении насосного колеса попадает непосредственно на турбинное колесо, сообщая последнему вращающий момент.
Гидродинамическая муфта создает плавное ускорение ведомого вала, а масло гасит вибрации от вала двигателя, так что они не сообщаются ведомому валу, и наоборот. Кроме того, при малых оборотах ведущее колесо муфты может вращаться вхолостую, не приводя в движение ведомое колесо. Одним из первоначальных применений гидромуфт были суда с дизельными двигателями; гидромуфта устанавливалась между двигателем и редуктором. Гидромуфты применяются в коробках передач автомобилей, некоторых тракторов, в авиации и других областях техники. +: Перед механическими муфтами, гидромуфты имеют те преимущества, что ограничивают максимальный передаваемый момент, и таким образом, предохраняют приводной двигатель от перегрузок (что особенно важно при пуске двигателя), а также сглаживают пульсации момента. -: Однако КПД гидравлической муфты ниже, чем КПД механической.
11. Основное уравнение гидростатики
Рассмотрим распространенный случай равновесия жидкости, когда на нее действует только одна массовая сила - сила тяжести, и получим уравнение, позволяющее находить гидростатическое давление в любой точке рассматриваемого объема жидкости. Пусть ж. содержится в сосуде и на ее свободную поверхность действует давление P0 . Найдем гидростатическое давление P в произвольно взятой точке М, расположенной на глубине h. Выделим около точки М элементарную горизонтальную площадку dS и построим на ней вертикальный цилиндрический объем жидкости высотой h. Рассмотрим условие равновесия указанного объема ж., выделенного из общей массы ж. Давление ж. на нижнее основание цилиндра теперь будет внешним и направлено по нормали внутрь объема, т.е. вверх. Запишем сумму сил, действующих на рассматриваемый объем в проекции на вертикальную ось: PdS - P0 dS - ρghdS = 0 Последний член Ур-я представляет собой вес ж., заключенный в рассм-мом вертикальном цилиндре объемом hdS. Силы давления по боковой поверхности цилиндра в уравнение не входят, т.к. они перпендикулярны к этой поверхности и их проекции на вертикальную ось равны нулю. Сократив выражение на dS и перегруппировав члены, найдем P = P0 + ρgh = P0 + hγ - это Ур-е называют основным Ур-ем гидростатики. По нему можно посчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления P0 на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости. Из основного уравнения гидростатики видно, что давление, приложенное к внешней поверхности ж., передается всем точкам этой ж. одинаково. Это положение известно под названием закона Паскаля.
12. Параметры насосной установки при последовательной работе насосов
При параллельном соединении насосов суммируется подача при последовательном - напор. Если на насосной станции необходимо получить нужные рабочие параметры ( Q и Н), то всегда существует возможность путем комбинаций набора ряда насосов с ограниченной подачей соединить их параллельно, чтобы получить большую подачу и последовательно - чтобы получить больший напор На насосных станциях это осуществляется всегда. Для получения необходимого напора на автономных насосных станциях последовательное соединение (бустерные или напорные насосы) применяется реже. В практике это осуществляется через отдельные каскады насосных станций (станции I , II , III -го подъема). При последовательном соединении насосов уменьшение напора происходит из-за потерь на промежуточном участке между насосами. Это вызвано наличием арматуры на промежуточном участке и уменьшенным диаметром трубопровода, принимаемым, как правило, равным диаметру всасывающего патрубка насоса, в который подает жидкость другой насос. При последовательном соединении следует обратить внимание на допустимое давление на входе в насос в зависимости от материала корпуса и типа уплотнения. Допустимое давление на входе насоса, корпус которого изготовлен из чугуна, не должно превышать 8 кГс/см2 (80 м.в.ст.), в то же время для стального корпуса давление 25 r Гс/см2 ,как правило, является допустимым.
13. Закон Паскаля для жидкостей и газов. Гидравлический домкрат.
Как следует из названия, принцип действия таких домкратов использует жидкость, а точнее – принцип сообщающихся сосудов. В качестве рабочей жидкости обычно используют гидравлическое масло. На иллюстрации – типичная конструкция так называемого бутылочного гидравлического домкрата. Качая насос вручную или с помощью электричества, пользователь заполняет маслом нижнюю часть цилиндра и поднимает поршень вверх. Характерная и необходимая деталь такого домкрата – перепускной клапан, состоящий, в свою очередь, из всасывающего и нагнетательного клапанов. Именно они позволяют создавать и поддерживать давление в рабочем цилиндре. Всасывающий расположен на патрубке резервуара и препятствует возврату жидкости в резервуар при опускании плунжера насоса. Нагнетательный, соответственно – на патрубке цилиндра, он не дает гидравлической жидкости покинуть цилиндр при подъеме насосного плунжера. Открывая клапан с помощью винта можно сбросить давление и опустить груз на землю. Собственно – надежная и проверенная временем конструкция.
Недостатки. Медлительны – один рабочий цикл насоса соответствует небольшой высоте подъема. Еще один недостаток – сложность хранения и транспортировки. Вертикальный гидравлический домкрат можно хранить и перевозить только в вертикальном положении иначе рабочая жидкость может покинуть отведенный ей объем и произвольно растечься по окружающей действительности
15.
Гидравлический расчет трубопроводов системы снабжения ж. выполняют с целью определения расчетного циркуляционного Р для всех циркуляционных колец, выбора диаметров трубопроводов, достаточных для пропуска заданного количества ж. Перед гидравлическим расчетом проводят расчет и подбор регулирующих клапанов, устанавливаемых на трубопроводах. Потери давления на участках определяют способом удельных линейных потерь давления на трение по формуле:
16. Гидропривод, классификация по принципу действия. Параметры и роль в механизации сельхозпроизводства. Достоинства и недостатки.
По виду источника энергии жидкости объемные гидроприводы целятся на три типа.
1. Насосный гидропривод — в нем источником энергии ж. является объемный насос, входящий в состав гидропривода. По характеру циркуляции разделяют на гидроприводы с разомкнутой циркуляцией жидкости (ж. от Гдвигателя поступает в Гбак, из к-рого всасывается насосом) и с замкнутой циркуляцией жидкости (ж. поступает Глинию насоса).
2. Аккумуляторный гидропривод — в нем источником энергии жидкости является предварительно заряженный гидроаккумулятор. Такие гидроприводы используются в гидросистемах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов.
3. Магистральный гидропривод — в этом гидроприводе раб. ж. поступает в Гсистему из централизованной гидравлической магистрали с заданным располагаемым напором.
Гприводы подразделяются также по виду движения выходного звена. Выходным звеном гидропривода считается выходное звено Гдвигателя, совершающее полезную работу. поступательного движения — в них выходное звено совершает возвратно-поступательное движение; вращательного движения — в них выходное звено совершает вращательное движение; поворотного движения — в них выходное звено совершает ограниченное (до 360°) возвратно-вращательное движение (применяются крайне редко).
Если в Гприводе имеется возможность изменять только направление движ. выходного звена, то такой Гпривод называется нерегулируемым. Если в Гприводе имеется возможность изменять скорость выходного звена как по направлению, так и по величине, то такой гидропривод называется регулируемым.
Широко используется Гпривод в сельскохозяйственных, строительных, дорожных, коммунальных машинах и на транспорте. Здесь применение гидропривода обусловлено простотой и удобством управления, возможностью применения стандартных узлов и элементов, бесступенчатым регулированием в большом диапазоне скоростей, независимым расположением узлов привода, надежным предохранением привода от перегрузок. Регулируемые объемные Гприводы широко используют в качестве приводов станков, прокатных станов, прессового оборудования, трансп-ных и сельскохоз. машин. Это объясняется рядом преимуществ этого типа привода по сравнению с механическими и электрическими приводами.
1. Высокая удельная мощность Гпривода, Этот параметр у Гприводов в 3... 5 раз выше, чем элек-ких, данное преимущество возрастает с ростом передав-ой мощности. 2. Простота обеспечения возможности бесступенчатого регулирования скорости выходного звена. 3. Высокое быстродействие Гпривода. Операции пуска, реверса и останова выполняются гидроприводом значительно быстрее, чем другими приводами. 4. Высокий коэффициент усиления Гусилителей по мощности, значение которого достигает 105. 5. Сравнительная простота осуществления технологических операций при заданном режиме, а также возможность простого и надежного предохранения приводящего двигателя и элементов гидропривода от перегрузок. 6. Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. 7. Свобода компоновки агрегатов гидропривода.
Недостатки обусловлены в основном свойствами рабочей среды.
1. Сравнительно невысокий КПД гидропривода и большие потери энергии при ее передаче на большие расстояния. 2. Зависимость характеристик гидропривода от условий эксплуатации (температура-вязкость, давление-кавитация). 3. Чувствительность к загрязнению рабочей жидкости абразивными частицами приводит к быстрому износу элементов прецизионных пар в гидравлических агрегатах и выходу их из строя.
4. Снижение КПД и ухудшение характеристик Гпривода после выработки им или его элементами эксплуатационного ресурса. (износ, возрастание утечек жидкости,)
17.
Устройство и принцип действия гидродинамического трансформатора (ГЦТ)
Простейший ГДТ состоит из следующих элементов: - насосного колеса, жестко связанного с корпусом тороидальной конфигурации; - турбинного колеса, имеющего шлицевое соединение с первичным валом редуктора; - реактора, представляющего собой лопастное колесо, расположенное между турбинным и насосным и соединённое с корпусом редуктора через муфту свободного хода.
1-рабочее колесо насоса, установленное на ведущем валу; 2-рабочее колесо Гтурбины, установленное на ведомом валу; 3 — неподвижный направляющий аппарат — реактор. Стрелками показано направление потока рабочей жидкости. Наиболее важные функции ГДТ: - плавная передача крутящего момента от двигателя к компонентам трансмиссии; - увеличение крутящего момента двигателя на определённых режимах работы; - привод главного насоса АКПП. На работающем двигателе корпус ГДТ, жёстко связанный с маховиком, вращается. При этом вращается и насосное колесо, действуя аналогично центробежному насосу. Оно захватывает рабочую жидкость лопастями и ускоряет её в направлении от центра к периферии. Попадая на лопасти турбинного колеса, рабочая жидкость приводит турбину во вращение. При этом крутящий момент передаётся на первичный вал редуктора. На малых оборотах двигателя разница частоты вращения насосного и турбинного колеса велика. При этом крутящий момент, передаваемый ГДТ на редуктор, выше, чем отбираемый от двигателя. Этому способствует реактор, особым образом организуя и направляя поток рабочей жидкости между ведущим и ведомым колёсами ГДТ. По мере увеличения оборотов двигателя турбина также увеличивает частоту вращения. «Проскальзывание» турбины уменьшается до величины в несколько процентов, трансформирующее воздействие ГДТ уменьшается, и он работает аналогично фрикционному сцеплению. На высоких оборотах двигателя реактор начинает оказывать негативное воздействие, уменьшая КПД гидротрансформатора, и его разобщают с корпусом редуктора. Для этого разблокируют муфту свободного хода, что позволяет колесу реактора вращаться свободно.
Как уже отмечалось, ГДТ позволяет существенно облегчить управление автомобилем в основном из-за устранения педали сцепления. Кроме того, ГДТ позволяет работать двигателю при полностью остановленном автомобиле, не выключая передачи. + свойство осуществлять плавный разгон, плавное изменение крутящего момента, нагружающего трансмиссию, что увеличивает долговечность агрегатов трансмиссии и снижает затраты на ее ремонт. Кроме того, трансформатор является превосходным демпфером крутильных колебаний двигателя, которые гасятся маслом и не пропускаются в механическую часть трансмиссии
19. Устройство и принцип работы объемных Гдвигателей вращ. движ. Применение.
Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические (ГД) и объёмные (О):
В ГД приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В О гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.
О. гидропривод — в к-ром используются объёмные Гмашины (насосы и Гдвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры ж. и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят поршневые насосы, аксиально-поршневые, шестерённые Гмашины и др. Отличие ГД от О, — большие Р в Гсистемах. Объёмный гидропривод намного более компактен и меньше по массе, чем ГД, и поэтому он получил наибольшее распространение.
Гидропривод вращательного движения когда в качестве Гдвигателя применяется Гмотор, у к-рого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;
Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Насос является источником гидравлической энергии, а гидродвигатель — её потребителем, то есть преобразует гидравлическую энергию в механическую. Управление движением выходных звеньев Гдвигателей осуществляется либо с помощью регулирующей аппаратуры — дросселей, гидрораспределителей и др., либо путём изменения параметров самого Гдвигателя и/или насоса. Также составными частями Гпривода являются Глинии, по к-рым ж. перемещается в Гсистеме. Системы Гпривода обязательно содержат фильтрующие устройства, хотя принципиально Гпривод некоторое время может работать и без них. Поскольку рабочие параметры гидропривода существенно зависят от температуры раб. ж., то в Гсистемах в некоторых случаях, но не всегда, устанавливают системы регулирования температуры (подогревающие и/или охладительные устройства).
Объёмный Гпривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах. В настоящее время более 50% общего парка мобильных строительно-дорожных машин является гидрофицированной. В станкостроении, в авиации (длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров). В автомобильной промышленности самое широкое применение нашли Гусилители руля, существенно повышающие удобство управления автомобилем. Эти устройства являются разновидностью следящих гидроприводов.
20
Сущность гидравлических потерь по длине, способы их вычисления и влияние на них режимов движения жидкости и шероховатости внутренних стенок трубы. вид гидравлических потерь - потери на трение по длине h
тр — это потери, которые имеют место в длинных прямых трубах постоянного сечения. Потери на трение по длине вызваны как внутренним трением в жидкости, так и трением о стенки трубы. Эти потери пропорциональны длине трубы l и обратно пропорциональны ее диаметру d. Они имеют достаточно сложную зависимость от средней скорости жидкости (это будет рассмотрено позднее), но во всех случаях для их оценки может быть использована универсальная для гидравлики формула Дарси
П.н. можно назвать одним из древнейших изобретений человечества. П.н., выпускаемые в широком ассортименте, разнообразны по своей конструкции и применяемых материалах. Чтобы понять принцип работы поршневой гидравлической машины, можно рассмотреть рабочий цикл обыкновенного одноступенчатого насоса. Изучаемый вариант насоса состоит из рабочей камеры (цилиндра), и поршня, совершающего в нем возвратно-поступательное движение. Как правило, в современных устройствах для передачи движения поршню применяют кривошипно-шатунный механизм, преобразовывающий движение вращения в возвратно-поступательное. Камера имеет напорное и всасывающее отверстия, оснащенные клапанами. При движении поршня и увеличении объема рабочего цилиндра давление в нем падает, в результате чего открывается клапан и пропускает внутрь определенное количество жидкости.
При обратном движении поршня в камере насоса генерируется избыточное давление; клапан всасывания перекрывается, а подачи – наоборот, открывает жидкости доступ в нагнетательный трубопровод. При этом жидкость будет поступать в напорный коллектор прерывисто, в зависимости от частоты движения поршня.
В качестве дополнительного прибора, обеспечивающего равномерную подачу поршневых насосов, применяются также воздушные колпаки, представляющие собой емкость, заполненную до некоторого уровня воздухом. При выбросе жидкости из камеры насоса, воздух, благодаря своей упругости, гасит часть давления, а при обратном цикле – воздух расширяется, и подача жидкости в напорный трубопровод или резервуар продолжается.
К недостаткам поршневых насосов следует отнести сложность изготовления, и как следствие, их высокую стоимость. К тому же, такие насосы требуют дополнительных уплотнительных приспособлений между стенками рабочей камеры и поршня, которые в результате воздействия сил трения подвержены износу.
П.н. описанной конструкции не применимы для перекачки сред, содержащих абразивные частицы. Зачастую такие насосы требуют дополнительной системы охлаждения. Последовательное соединение поршневых насосов с возвратно поступательным движением поршня не применяется, т.к. высокое давление на входе неприемлемо. Неоспоримыми достоинствами п.н. является возможность генерирования больших напорных значений при малых габаритах, взаимозаменяемость деталей, возможность регулировки давления в напорном трубопроводе путем изменения частоты движения или хода поршней.
Такие насосы широко применяются в химической и пищевой промышленности, в системах водоснабжения и в быту.
22. Уравнение неразрывности потока Уравнение неразрывности представляет собой закон сохранения массы вещества применительно к жидкостям. При соблюдении этого уравнения жидкость движется сплошным потоком без разрывов и пустот. Уравнение неразрывности может быть представлено в дифференциальной форме для частицы жидкости и элементарной струйки, а также в конечных величинах для потока жидкости. Для потока жидкости: рассмотрим какую-либо трубку тока. Выберем два ее сечения S1 и S2, перпендикулярные направлению скорости За время Δt через сечение S проходит объем жидкости SvΔt; следовательно, за 1 с через S1 пройдет объем жидкости S1ν1, где ν1 - скорость течения жидкости в месте сечения S1. Через сечение S1 за 1 с пройдет объем жидкости S2ν2, где ν2 - скорость течения жидкости в месте сечения S2. Мы предположили, что скорость жидкости в сечении постоянна. Если жидкость несжимаема (ρ=const), то через сечение S2 пройдет такой же объем жидкости, как и через сечение S1, т. е. S1ν1=S2ν2 (1) Следовательно, произведение скорости течения несжимаемой жидкости на поперечное сечение трубки тока есть величина постоянная для данной трубки тока. Соотношение (1) называется уравнением неразрывности для несжимаемой жидкости. Из уравнения неразрывности или сплошности следует, что чем больше площадь сечения, тем меньше скорость и наоборот.
23. Устройство и принцип работы объемных Гдвигателей прямолинейного движения - гидроцилиндров (ГЦ). Где применяются ГЦ? Гидроцилиндр - объемный гидравлический двигатель, где поршень, определяемый как ведомое звено, совершает возвратно-поступательное движение вызываемое гидростатическим напором жидкости. Этот механизм позволяет получить прямолинейное движение без каких бы то ни было кинематических преобразований. Гидроцилиндры подразделяются на поршневые, плунжерные мембранные и сильфонные. Гидроцилиндры являются объемными гидромашинами и предназначены для преобразования энергии потока рабочей жидкости механическую энергию выходного звена. Гидроцилиндры работают при высоких давлениях (до 32 МПа), их изготовляют одностороннего и двухстороннего действия, с односторонним и двухсторонним штоком и телескопические. Основой конструкции является гильза 2, представляющая собой трубу с тщательно обработанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень 6, имеющий резиновые манжетные уплотнения 5, которые предотвращают перетекание жидкости из полостей цилиндра, разделенных поршнем. Усилие от поршня передает шток 3, имеющий полированную поверхность. Для его направления служит грундбукса 8. С двух сторон гильзы укреплены крышки с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости. Уплотнение между штоком и крышкой состоит из двух манжет, одна из которых предотвращает утечки жидкости из цилиндра, а другая служит грязесъемником 1. Проушина 7 служит для подвижного закрепления гидроцилиндра. На нарезанную часть штока крепится проушина или деталь, соединяющая гидроцилиндр с подвижным механизмом. Ход поршня ограничивается крышками цилиндра. В некоторых случая она достигает 0,5 м/с. Жесткий удар поршня о крышку в гидроцилиндрах строительных машин предотвращают демпферы (тормозные устройства). Принцип действия большинства из них основан на запирании небольшого объема жидкости и преобразования энергии движущихся масс в механическую энергию жидкости. Из запертого объема жидкость вытесняется через каналы малого сечения. Предназначены для промышленного оборудования и для спецавтотранспорта, Главная деталь в любом грузовом автомобиле, самосвеле, бульдозере, подъемнике, экскаваторе и другой спецтехнике
24. Геометрический, энергетический и гидравлический смысл слагаемых уравнения Бернулли, правила их графического изображения.
называется потерей напора при движении жидкости между сечениями 1-1 и 2-2. Напомним, что сумма пьезометрической высоты
во всех точках живого сечения установившегося, плавно изменяющегося потока одна и та же, т.е.
Сумма скоростного напора
как потерю механической энергии на преодоление сил трения при перемещении единицы массы жидкости от сечения 1-1 к сечению 2-2. В связи с этим линию NN можно назвать линией полной удельной энергии потока, а линию рр – линией удельной потенциальной энергии. Гидравлический уклон с энергетической точки зрения необходимо рассматривать как уменьшение полной удельной энергии на единицу длины потока.
26. Плавание тел. Закон Архимеда Плавание — способность тела удерживаться на поверхности ж. или на определенном уровне внутри ж. или газа. Плавание тел объясняется законом Архимеда: на тело, погружённое в ж., действует выталкивающая сила, = весу вытесненной этим телом ж. (называемая силой Архимеда) FA = ρgV, где ρ — плотность ж, g — ускорение свободного падения, а V — объём погружённого тела. Если тело плавает на поверхности или равномерно движется вверх или вниз, то выталкивающая сила (называемая также архимедовой силой) = по модулю (и противоположна по направлению) силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объём ж., и приложена к центру тяжести этого объёма. Тело, помещённое в воду, плавает, если сила Архимеда уравновешивает силу тяжести тела. Следует заметить, что тело должно быть полностью окружено ж. (либо пересекаться с поверхностью ж.). Так, з-н Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна. Что касается тела, которое находится в газе, например в воздухе, то для нахождения подъёмной силы нужно заменить плотность жидкости на плотность газа. Например, шарик с гелием летит вверх из-за того, что плотность гелия меньше, чем плотность воздуха. Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давлений на примере прямоугольного тела. PB − PA = ρgh FB − FA = ρghS = ρgV, где PA, PB — давления в точках A и B, ρ — плотность жидкости, h — разница уровней между точками A и B, S — площадь горизонтального поперечного сечения тела, V — объём погружённой части тела
25. Принципиальная схема, устройство и принцип действия шестеренного насоса (НШ). Достоинства и недостатки НШ. Шестеренные машины в современной технике нашли широкое применение. Их основным преимуществом является конструкционная простота, компактность, надежность в работе и сравнительно высокий КПД. В этих машинах отсутствуют рабочие органы, подверженные действию центробежной силы, что позволяет эксплуатировать их при частоте вращения до 20 с-1. В машиностроении шестеренные гидромашины применятся в системах с дроссельным регулированием. Шестеренные насосы: - с внешним зацеплением; - с внутренним зацеплением; - трехшестеренный Шестеренный насос с внешним зацеплением (рис.а) состоит из ведущей 1 и ведомой 2 шестерен, размещенных с небольшим зазором в корпусе 3. При вращении шестерен жидкость, заполнившая рабочие камеры (межзубовые пространства), переносится из полости всасывания 4 в полость нагнетания 5. Из полости нагнетания жидкость вытесняется в напорный трубопровод. Шестерённый насос с внешним зацеплением работает следующим образом. Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого из гидробака в полость всасывания поступает рабочая жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок колодцев в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен. Шестеренные насосы с внутренним зацеплением сложны в изготовлении, но дают более равномерную подачу и имеют меньшие размеры. Внутренняя шестерня 1 ( рис. б) имеет на два-три зуба меньше, чем внешняя шестерня 2. Между внутренней и внешней шестернями имеется серпообразная перемычка 3, отделяющая полость всасывания от напорной полости. При вращении внутренней шестерни жидкость, заполняющая рабочие камеры, переносится в напорную полость и вытесняется через окна в крышках корпуса 4 в напорный трубопровод. Равномерность подачи жидкости шестерным насосом зависит от числа зубьев шестерни и угла зацепления. Чем больше зубьев, тем меньше неравномерность подачи, однако при этом уменьшается производительность насоса. Для устранения защемления жидкости в зоне контакта зубьев шестерен в боковых стенках корпуса насоса выполнены разгрузочные канавки, через которые жидкость отводится в одну из полостей насоса.
Работа шестеренных Гмоторов осуществляется следующим образом. Ж. из Гмагистрали (рис. а) поступает в полость 4 Гдвигателя и, воздействуя на зубья шестерен, создает крутящий момент. Шестеренные машины являются обратимыми, т.е. могут быть использованы и как Гмоторы и как насосы. Преимущества: простота конструкции; высокая надёжность в сравнении, например, с аксиально-плунжерными гидромашинами; низкая стоимость; способность работать при высокой частоте вращения, поэтому их можно соединять непосредственно с валами тепловых или электрических двигателей. Недостатки: нерегулируемость рабочего объёма; неспособность работать при высоких давлениях; в сравнении с пластинчатыми гидромашинами — бо́льшая неравномерность подачи
27. Насосы по принципу действия. Области применения. Эксплуатационные параметры насосов подачи, напора (давления), мощности, объемного, механического и гидравлического КПД, высоты всасывания и частоты вращения приводного вала. насосы могут быть разделены на два вида: динамические и объемные. В динамических насосах ж. движется под силовым воздействием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящими и отводящими устройствами. В зависимости от вида силового воздействия на ж. динамические насосы делятся на лопастные насосы и насосы трения. Объемные насосы раб-т по принципу вытеснения ж. из камеры за счет уменьшения ее объема. Периодическое изменение объема камеры происходит за счет возвратно-поступательного или вращательного движения рабочего органа насоса. Попеременное заполнение и опорожнение камеры перекачиваемой ж. обеспечиваются клапанными устройствами входного и выходного патрубков насоса.
28. Состояние равновесия жидкости. Виды равновесия жидкости.
3) Вращение цилиндрического сосуда с жидкостью с постоянной угловой скоростью В этом случае проекции массовых сил: X=
29. Схема, устройство и принцип действия осевого насоса. Достоинства и недостатки осевого насоса. Рабочее колесо ОН состоит из втулки, на к-рой укреплено несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закругленной передней, набегающей на поток кромкой. Раб. колесо насоса вращается в трубчатой камере заполненной перекачиваемой ж. При динамическом воздействии лопасти на ж. за счет изменения скорости течения Р над лопастью повышается, а под ней понижается. Благодаря образующейся при этом подъемной силе основная масса ж. в пределах колеса движется в осевом направлении, что и определило название насоса. Двигаясь поступательно, перекач-ая ж. одновременно несколько закручивается рабочим колесом. Для устранения вращ. движения ж. служит выправляющий аппарат, через который она проходит перед выходом в коленчатый отвод, соединяемый с напорным трубопроводом. Ж. подводится к рабочим колесам небольших осевых насосов с помощью конических патрубков. У крупных насосов для этой цели служат камеры и всасывающие трубы относительно сложной формы. Осевые насосы выпускаются двух модификаций: с жестко закрепленными на втулке лопастями рабочего колеса и с поворотными лопастями. Изменение в определенных пределах угла установки лопастей рабочего колеса позволяет поддерживать высокое значение КПД насоса в широком диапазоне изменения его рабочих параметров. В качестве привода осевых насосов используются эл.двигатели синхронного и асинхронного типа, непосредственно соединяемые с насосом муфтой. Насосные агрегаты изготовляют с вертикальным, горизонтальным или наклонным валом. Подача серийно выпускаемых промышленностью осевых насосов колеблется от 0,5 до 45 м3/с при напорах от 2,5 до 27 м. Таким образом, по сравнению с центробежными осевые насосы имеют значительно большую подачу, но меньший напор. КПД высоко производительных осевых насосов достигает 0,9 и выше. В связи с проектированием систем межбассейновой переброски части стока рек ведутся работы по созданию крупных осевых насосов с подачей 100 м3/с и более при напорах от 2 до 20 м. Достоинства Эти насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекач-мой ж. при достаточно высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно простое устр-во обеспечивает их высокую надежность и достаточную долговечность. Отсутствие поверхностей трения, клапанов создает возможности для перекачивания загрязненных жидкостей. Простота непосредственного соединения с высокооборотными двигателями способствует компактности насосной установки и повышению её к. п. д. Они явл-ся основными насосами в хим. промышленности. К недостаткам относится ограниченность их применения в области малых производительностей и больших напоров, что объясняется снижением к. п. д. при увеличении числа ступеней для достижения высоких значений Н.
30. Схема, устройство и принцип действия пластинчатого насоса (ПН). Достоинства и недостатки ПН Изготавливают пластинчатые гидромашины однократного действия и двукратного действия. Известны также гидромашины многократного действия[2]. В машинах однократного действия за один оборот вала гидромашины процесс всасывания и нагнетания осуществляется один раз, в машинах двукратного действия - два раза. Пластинчатые насосы могут использоваться в режиме гидромотора только в том случае, если в пространстве под пластинами расположены пружины, осуществляющие прижим пластин к корпусу статора. При отсутствии таких пружин насос не является обратимым. Принцип работы насоса однократного действия состоит в следующем. При сообщении вращающего момента валу насоса ротор гидромашины приходит во вращение. Под действием центробежной силы (или под действием силы упругости пружин, находящихся под пластинами) пластины прижимаются к корпусу статора, в результате чего образуется две полости, герметично отделённых друг от друга. Объём одной из полостей постепенно увеличивается (в эту полость происходит всасывание), а одновременно с этим объём другой полости постепенно уменьшается (из этой полости осуществляется нагнетание рабочей жидкости).Рисунок, поясняющий принцип работы пластинчатой гидромашины с двумя пластинами Изменение рабочего объёма в процессе работы возможно осуществлять только в машинах однократного действия. Однако в таких гидромашинах со стороны полости высокого давления на ротор действует постоянная радиальная сила, что приводит к более быстрому износу деталей гидромашины. В машинах двукратного действия полостей высокого давления — две, и радиальные силы скомпенсированы друг другом. Изменение рабочего объёма (регулирование гидромашины) осуществляется путём изменения эксцентриситита — величины смещения оси ротора относительно оси статора. Пластинчатые гидромашины способны работать при давлениях до 14 МПа [3], рекомендуемые частоты вращения обычно лежат в пределах 1000—1500 об/мин[3]. В сравнении с шестерёнными, пластинчатые гидромашины создают более равномерную подачу [4], а в сравнении с роторно-поршневыми и поршневыми гидромашинами — дешевле, проще по конструкции и менее требовательны к фильтрации рабочей жидкости. Пластинчатые гидромашины широко применяются в системах объёмного гидропривода (например, в приводе металлорежущих станков). Достоинства сравнительно низкая пульсация подачи (для насосов) и расхода (для гидромотора); достаточно низкий уровень шума; принципиальная возможность реализовать регулируемость рабочего объёма; хорошие характеристики всасывания (для насоса). Недостатки сложность конструкции и низкая ремонтопригодность; довольно низкие рабочие давления.
31. правила пуска центробежного насоса Перед пуском центробежных насосов всасывающий трубопровод и внутреннюю полость корпуса насоса следует залить перекачиваемой жидкостью. Существует несколько способов заливки центробежных насосов: из напорного трубопровода, путем отсасывания воздуха вакуум-насосом или струйным насосом. Заливка насоса из напорного трубопровода возможна при наличии на всасывающей линии приемного клапана. Заливку необходимо продолжать до тех пор, пока из воздушного крана насоса не польется вода. Заливку насоса путем отсасывания воздуха струйным насосом или вакуум-насосом применяют, как правило, на крупных или автоматизированных насосных станциях. Обычно используют один или два вакуум-насоса для заливки всех насосов данной станции. Для этого устанавливают общий циркуляционный бачок и от него – сеть воздушных всасывающих линий, идущих к каждому насосу. При заливке насосов, перекачивающих загрязненную жидкость, необходимо, кроме того, предусматривать приспособления, предотвращающие попадание загрязнений в вакуум-насос. Заливка насосов путем отсасывания воздуха струйным насосом осуществима при достаточно высоком давлении в напорном трубопроводе. Струйный насос присоединяют к верхней части корпуса насоса. Перед пуском струйного насоса задвижку на напорном трубопроводе закрывают, а насос включают тогда, когда струйный насос начинает откачивать вместо воздуха перекачиваемую жидкость. В некоторых случаях на насосных станциях, оборудованных крупными насосами, для питания струйных насосов специально устанавливают вихревой или центробежно-вихревой насос. Перед пуском залитого тем или иным способом насоса нужно открыть кран у манометра и включить электродвигатель. При этом задвижка на напорном трубопроводе должна быть закрыта. После того как насос разовьет требуемую частоту вращения, а манометр покажет соответствующее давление, следует открыть кран вакуумметра и краны на трубах, подводящих воду к сальникам. Если подшипники насоса охлаждаются водой, то необходимо открыть и краны на трубах, подводящих воду к подшипникам, и только после этого можно открыть задвижку на напорном трубопроводе. Следует отметить, что в тех случаях, когда это не приводит к опасным перегрузкам электродвигателя, запуск насоса допустим и при открытой задвижке на напорном трубопроводе.
32. Существующие системы водоснабжения. Требования предъявляемые к качеству питьевой воды. Водоводы подразделяются на напорные, самотечные и комбинированные. В напорных подача воды осуществляется насосом, в самотечных – самотеком под действием сил тяжести. Комбинированный водовод состоит из напорных и самотечных водоводов. В свою очередь напорные системы, делятся на круглогодичные и летние системы водоснабжения. Самотёчная система была популярна несколько лет назад, из-за недостатка водоподъёмного оборудования. Сейчас, эта система используется довольно редко и делается в тех местах, где источник воды, из которого ведётся забор, даёт недостаточное количество воды. Для того чтобы осуществить бесперебойную подачу воды, необходимо установить накопительный бак, так чтобы он был выше всех точек потребления. (водонапорные башни) Сначала вода из колодца (скважины) подаётся в накопительный бак, а затем вода из бака распределяется самотёкам к точкам потребления. Напорная система. Принцип действия - комплексная работа водоподъёмного оборудования. В основном это насос, гидроаккумулятор и реле давления. Процесс водоснабжения начинается с подачи воды насосом в Гаккумулятор. Гаккумулятор сделан в виде метал. бака, внутри него расположена мембрана в виде груши. Мембрана герметично соединена с металлическим корпусом фланцем, к-рый имеет резьбовое соединение для присоединения к сетям водопровода. Свободное пространство между мембраной и метал. корпусом заполнено воздухом под Р 1,5 бара. При попадании под давлением воды из скважины, мембрана, присоединённая к водопроводу, начинает увеличивается в объёме. За счёт этого объём воздуха, который находится между мембраной и металлическими стенками бака, начинает уменьшаться, создавая еще большее Р. Реле давления, установленное на необходимый уровень, при наборе нужного давления, размыкает контакты подачи электроэнергии на насос и он перестаёт качать воду в бак. Если открыть кран, воздух, давящий на мембрану будет под Р выталкивать воду из бака в кран. По мере расхода воды в мембране будет падать Р до определенного уровня, на реле давления сомкнутся контакты подающие электроэнергию на насос, и он вновь заработает. Требования к качеству питьевой воды, а также к системам водоснабжения и водозаборным сооружениям, обеспечивающим подготовку питьевой воды и ее подачу населению, устанавливаются техническим регламентом - федеральным законом о питьевой воде и питьевом водоснабжении. Питьевая вода – это вода, пригодная к употреблению человеком и отвечающая критериям качества, то есть, - вода безопасная и приятная на вкус. В масштабах мирового сообщества критерии качества были утверждены Европейским сообществом и приняты каждой из стран. В России действует ГОСТ «Вода питьевая». Санитарные Правила и Нормы 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», утверждены постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 24.10.1996 г. и введенны в действие с 1 июля 1997 года. По большинству параметров российский СанПиН удовлетворяет рекомендациям ВОЗ и не уступает зарубежным стандартам. Качество воды характеризуют следующие параметры: общие физико-химические показатели качества воды, орагнолептические показатели, бактериологические и паразитологические показатели, радиологические показатели, показатели неорганических и органических примесей, а также ряд других параметров, часто употребляемых в водоподготовке.
33. Местные гидравлические потери, способы их вычисления и влияние на них режимов движения жидкости и видов сопротивления
Местными гидравлическими сопротивлениями называются участки трубопроводов (каналов), на которых поток жидкости претерпевает деформацию вследствие изменения размеров или формы сечения, либо направления движения. Простейшие местные сопротивления можно условно разделить на расширения, сужения, которые могут плавными и внезапными, и повороты, которые также могут плавными и внезапными. Но большинство местных сопротивлений являются комбинациями указанных случаев, так как поворот потока может привести к изменению его сечения, а расширение (сужение) потока — к отклонению от прямолинейного движения жидкости. Кроме того, различная гидравлическая арматура (краны, вентили, клапаны и т.д.) практически всегда является комбинацией простейших местных сопротивлений. К местным сопротивлениям также относят участки трубопроводов с разделением или слиянием потоков жидкости.
Необходимо иметь в виду, что местные гидравлические сопротивления оказывают существенное влияние на работу гидросистем с турбулентными потоками жидкости. В гидросистемах с ламинарными потоками в большинстве случаев эти потери напора малы по сравнению с потерями на трение в трубах.
Таким образом, основной причиной гидравлических потерь напора в большинстве местных сопротивлений является вихреобразование. Практика показывает, что эти потери пропорциональны квадрату скорости жидкости, и для их определения используется формула Вейсбаха
34. Гидравлический расчет тупиковой водопроводной сети. Сущность расчета водопроводных сетей сводится к подбору правильных диаметров труб и определению потерь напора для преодоления сопротивлений в трубах при пропуске по ним расчетных расходов воды. Определять потери напора необходимо для расчета водопроводных сооружений, работающих совместно с сетью (водонапорной башни, насосов, подающих воду в сеть). Расчет тупиковой сети Требуется определить диаметр труб, потери напора в трубах тупиковой сети, изображенной на рис.с отбором воды в узлах сети, построить на чертеже линию пьезометрических напоров и определить высоту водонапорной башни при заданном наименьшем свободном напоре Н = 20 м.
Средства для механизации подъема воды, начертить их принципиальные схемы Предшественники современных гидравлических машин появились в глубокой древности. Древнейший известный нам механизм - водоподъемное колесо - поднимал 8 м3 воды в час на высоту 3 метра. В 1700 г. до н.э. в Каире для подъема воды из колодца глубиной 90 м использовали так называемый цепной насос (цепь с прикрепленными ковшами). Архимедов винт стали применять для орошения полей за 1000 лет до н.э. Наклонно расположенный вал с винтовой нарезкой вращался в полуоткрытом лотке и обеспечивал подъем воды на высоту до 5 м. Первым насосом был поршневой. Изобретателем его считают древнегреческого механика Ктезебия (II - I в. до н.э.). В настоящее время во всем мире практически невозможно назвать такую отрасль промышленности или сельского хозяйства, в которых не применялся бы гидропривод. А возросшие в последние годы темпы создания и освоения серийного производства новых машин с гидравлическим приводом являются наглядным подтверждением научно- технического прогресса. Использование гидроприводов в строительных и дорожных машинах способствует значительному повышению уровня механизации в этих отраслях. Гидравлические устройства устанавливаются в системах управления на экскаваторах, бульдозерах, подъемниках, погрузчиках, кранах, а также в качестве силовых передач на движитель этих машин. Для подачи воды из водозаборных сооружений их оборудуют насосами и водоподъемниками. Насосы создают свободный напор, достаточный для подъема воды на некоторую высоту над поверхностью земли. По принципу действия насосы подразделяют на лопастные, объемные, струйные и инерционные. Лопастные насосы могут быть центробежными, вихревыми и пропеллерными. Объемные насосы, или насосы вытеснения, разделяют на поршневые, плунжерные, ротационные (винтовые, шестеренчатые и пластинчатые), диафрагмальные и насосы замещения. Работа этих насосов основана на попеременном изменении объема рабочей камеры. В первой половине процесса объем рабочей камеры увеличивается, в камере создается разрежение, и жидкость из источника вследствие разностей давлений засасывается в камеру. В течение второй половины процесса объем рабочей камеры уменьшается, и жидкость вытесняется из нее. Объемные насосы отличаются от центробежных тем, что их подача не зависит от напора, развиваемого насосом. Инерционные (вибрационные) насосы могут быть с поверхностным и погружным вибратором. Работа инерционных насосов основана на использовании силы инерции, возникающей в столбе жидкости при изменении давления в трубопроводе насоса. Водоструйные установки подают воду из шахтных колодцев и буровых скважин.+ Водоподъемники (ленточные, шнуровые, водочерпальные) не располагают свободным напором и могут поднимать воду из источника только на поверхность земли.+ Гидравлические тараны - это автоматически действующие водоподъемники, простые по конструкции, надежные в эксплуатации и не требующие двигателя для их пуска и работы. Принцип действия этих водоподъемников основан на использовании силы гидравлического удара, всегда возникающего в трубопроводе, если резко затормозить в нем движение жидкости. Ими поднимают воду из открытых источников при наличии естественного перепада воды от 0,5 до 10 м.
37.
Принцип действия струйного насоса Пожалуй, среди всех гидравлических машин струйные насосы можно назвать самыми простыми по конструктивному исполнению. Они не имеют движущихся деталей, которые подвержены износу, просты в эксплуатации и ремонте. Струйные насосы относят к классу гидравлических аппаратов. Ж., пар, или газ под большим давлением подается по трубе, имеющей сопло, в подводящую камеру. Из-за сужения сопла жидкость обладает большей скоростью, следовательно, и кинетической энергией. В подводящей камере давление падает ниже атмосферного, и из питающего трубопровода, соединенного с этой камерой, происходит всасывание. Обе ж. попадают в следующую камеру, где смешиваются и обмениваются кинетической энергией. Затем перемешавшееся вещество попадает в диффузор насоса, где теряет часть давления, а оттуда - в напорный трубопровод или сборный резервуар. В зависимости от назначения рабочая и перекачиваемая среда может быть одной и той же (например, в водоструйных насосах), или различной. Струйные насосы относят к т.н. "динамическим насосам". Главным недостатком таких насосов является низкий коэффициент полезного действия - до 30%. Струйные насосы почти никогда не соединяют параллельно - чаще последовательно. Выпускаются насосы с изменяемым соплом, что позволяет изменять характеристики в заданных заводом-изготовителем пределах. Иногда струйные аппараты применяют как вспомогательное оборудование для откачки воздуха в центробежных насосах перед их пуском. Одним из параметров, характеризующим струйные насосы, является коэффициент подсоса, или безразмерный расход. Это отношение расхода перекачиваемой ж. к расходу рабочей. Несмотря на кажущуюся простоту и низкий КПД, струйные насосы незаменимы во многих случаях, например, когда необходимо произвести откачку жидкости из каких-либо резервуаров, а применить насосы другой конструкции не представляется возможным. Широкое применение струйные аппараты получили в пищевой промышленности, где одновременно с функцией перекачивания жидкостей ими выполняется функция смешения различных сред. Струйные насосы легко монтируются в систему трубопроводов, они малогабаритны и иногда используются на стороне высокого давления как дополнительные насосы. Благодаря своим конструктивным особенностям струйные аппараты отличаются высокой надежностью и эффективностъю, особенно в осложненных условиях эксплуатации, например, при добыче пластовой жидкости со значительным содержанием механических примесей и коррозионно-активных веществ из наклонно направленных скважин. К преимуществам относят их малые габариты, большую пропускную способность и возможность стабильно отбирать пластовую жидкость с высоким содержанием свободного газа. Кроме того, проста конструкция установок, отсутствуют движущиеся детали, возможно исполнение струйного насоса в виде свободного, сбрасываемого агрегата.
38. Гидростатическое давление. Гидростатический парадокс. Гидростатическое давление — Благодаря полной малоподвижности своих частиц капельные и газообразные жидкости, находясь в покое, передают давление одинаково во все стороны; давление это действует на всякую часть плоскости, ограничивающей жидкость, с силой Р, пропорциональной величине w этой поверхности, и направленной по нормали к ней. Отношение Pw, то есть давление р на поверхность равную единице, называется гидростатическим давлением. Это основное свойство жидкостей было открыто и проверено на опыте Паскалем, в 1653 г., хотя несколько ранее оно было уже известно Стивену. Простое уравнение P = pw может действительно служить для точного вычисления давления на данную поверхность сосуда, газов и капельных жидкостей, находящихся при таких условиях, что часть давления, зависящая от собственного веса жидкостей, ничтожно мала по сравнению с давлением, передаваемым им извне. Сюда относятся почти все случаи давлений газов и расчеты давлений воды в гидравлических прессах и аккумуляторах. Условно-принятые меры Г. давления всегда выражают отношения силы к поверхности, поэтому в системе абсолютных единиц (см. Единицы мер) они выражают число «дин» на кв. см, В практике Гидростатическое измеряют давление в кг на 1 кв. см. Большие давления выражают часто в атмосферах, принимая за 1 атмосферу давление в 76 см столба ртути, при температуре 0° под широтой, где ускорение силы тяжести = 0,0635 кг на 1 кв. см = 6,21×106 дин на 1 кв. см. 1 атмосфера = 1,0333 кг на 1 кв. см = 1,0136×106 дин на 1 кв. см для широты Парижа или 1,0132×106 для широты в 45°. Гидростатический парадокс заключается в том, что вес жидкости, налитой в сосуд, может отличаться от силы давления, оказываемой ею на дно сосуда. Так, в расширяющихся кверху сосудах (рис.) сила давления на дно меньше веса жидкости, а в суживающихся — больше. В цилиндрическом сосуде обе силы одинаковы. Если одна и та же ж. налита до одной и той же высоты в сосуды разной формы, но с одинаковой площадью дна, то, несмотря на различный вес налитой ж., сила Р на дно одинакова для всех сосудов и = весу ж. в цилиндрическом сосуде. Это следует из того, что давление покоящейся ж. зависит только от глубины под свободной поверхностью и от плотности ж.. Объясняется Г. п. тем, что поскольку гидростатическое давление р всегда нормально к стенкам сосуда, сила давления на наклонные стенки имеет вертикальную составляющую p1, которая компенсирует вес излишнего против цилиндра 1 объёма жидкости в сосуде 3 и вес недостающего против цилиндра 1 объёма жидкости в сосуде 2. Г. п. обнаружен французским физиком Б. Паскалем
2 – поправочный коэффициент.
Путем арифметического суммирования определяют для каждого кольца
Если невязки потерь напора в отдельных кольцах получались не допустимы (более 0,50 м), необходимо произвести исправления предварительно намеченных расходов отдельных линий, для чего необходимо знать величину увязочного расхода.
Для увязки сети предложено много способов, из которых широкое применение в практических расчетах получил метод проф. В.Г. Лобачёва, величина увязочного расхода
42. Под регулированием работы насоса подразумевается процесс изменения подачи и напора. Существует два основных способа регулирования подачи центробежных насосов — изменение характеристики системы (дросселирование задвижками на напорной или на всасывающей линиях, перепуск части жидкости из напорного трубопровода во всасывающий, впуск воздуха во всасывающий патрубок насоса) и изменение частоты вращения рабочего колеса насоса. Первым способом можно только уменьшать подачу насоса. Как правило, этот способ неэкономичен, однако на практике им приходится часто пользоваться. Кроме того, следует иметь в виду, что системы с центробежными насосами могут непроизвольно регулироваться при изменении характеристики системы. Характеристики регулирования при постоянной частоте вращения. Способ регулирования подачи задвижкой на напорном патрубке насоса основан на увеличении сопротивления напорной линии. Если менять сопротивление сети, закрывая задвижку на напорной линии, то . насос будет выбирать режим работы на меньшей подаче, так как «вынужден» работать с большим напором, чтобы преодолеть дополнительное сопротивление задвижки. Существует ещё один способ изменения условий работы насоса на сеть - это байпасирование, т. е. установка регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание. По отношению к насосу - это аналогично снижению сопротивления, т. е. происходит повышение подачи (с учётом объёма жидкости, возвращаемой в линию всасывания) и соответствующее снижение напора. По отношению к потребительской сети - это аналогично снижению подачи. В результате в потребительской сети можно получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идёт на сброс). Снижение напора с помощью перепуска жидкости с напорной линии во всасывающую составляет 10... 30 % в зависимости от крутизны напорной характеристики насоса. Однако следует иметь в виду, что при этом способе регулирования есть опасность выхода за пределы рабочей зоны напорной характеристики. Это может привести к снижению КПД насоса, ухудшению условий всасывания и перегрузке двигателя
43.
С
вободная незатопленная струя, дальность полета и характер распада Струя, вытекающая под давлением в атмосферу и не ограниченная какими-либо стенками (так называемая «свободная струя») возле отверстия, из которого она вытекает, является практически монолитной, а затем постепенно превращается в поток отдельных капель. В гидродинамике выделяют 3 стадии развития свободной струи. 1.Компактная стадия начинается возле отверстия, через которое истекает жидкость, и продолжается на некотором расстоянии от него. Обычно это расстояние составляет от нескольких сантиметров до метра с небольшим и зависит от множества условий, среди которых не только скорость истечения и вызвавший её перепад давлений, но и вязкость жидкости, сила её поверхностного натяжения, а также сопротивление внешней среды (воздуха). На протяжении компактной части струя сохраняет свой средний диаметр практически неизменным. 2.Раздробленная стадия характеризуется началом разделения струи на отдельные очень мелкие капли, однако они не разлетаются далеко, а продолжают «сопровождать» ядро струи. При этом значительная часть струи остаётся компактной и сохраняет монолитность, но по мере удаления от начала струи кажется, что ядро струи слегка сужается. Длина раздробленной части обычно примерно равна или несколько меньше длины компактной части струи. 3.На распылённой (капельной) стадии струя уже представляет собой расширяющийся поток отдельно летящих капель — в центре более крупных, по краям более мелких. Постепенно под действием воздуха крупные капли дробятся до тех пор, пока силы поверхностного натяжения не смогут компенсировать разрывающее воздействие скоростного напора воздуха.
Длина первого участка струи составляет около (диаметр выходного отверстия насадки), второй находится в пределах 80…33(третий начинается на расстоянии от сопла свыше 3. Для струй низкого давления характерны гладкая поверхность и прозрачность на начальном участке. На определенном расстоянии от насадки на поверхности струи образуются волны, амплитуды которых нарастают по длине струи, в результате происходит отрыв отдельных капель, а затем дробление на капли всего объема воды и далее - факельное распыление раздробленной струи. Поэтому в свободной незатопленной струе выделяют участки компактного движения, дробления и распыления. Характер распада струи, описанный выше, называют волновым. При увеличении начальной скорости струи длина компактного участка уменьшается. В струях высокого давления компактный участок практически отсутствует. В этом случае характер распада струи определяется как турбулентный распыл.
44. При конструировании и эксплуатации центробежных насосов пользуются законами их подобия и в первую очередь законом подобия рабочих колес этих насосов. Различают геометрическое к кинематическое подобие рабочих колес. Геометрическое подобие рабочих колес означает пропорциональность всех соответственных размеров их проточной части (диаметра, ширины лопаток, радиусов кривизны лопаток и т. п.). Кинематическое подобие предполагает одинаковые направления векторов скорости в сходственных точках потоков. На практике часто возникает необходимость пересчета на другую частоту вращения насоса. Это может быть замена двигателя или осуществление регулирования подачи изменением частоты вращения. Зависимости создаваемого насосом напора и расхода от числа оборотов могут быть выведены из соответствующих теоретических зависимостей для скорости и напора. При необходимости Вы можете обратиться к рекомендуемой литературе, а сейчас попробуем получить эти уравнения из простых логических рассуждений. Прежде всего, расход определяется скоростью движения жидкости или просто скоростью движения кромки лопасти и площадью живого сечения рабочего колеса. Скорость численно равна произведению угловой скорости на радиус W = w * R. Площадь живого сечения (площадь сечения для прохода жидкости) – геометрическая характеристика колеса и не зависит от числа оборотов. Радиус лопаток также не изменяется. Следовательно мы получаем зависимость расхода и оборотов вала насоса Q / Q1 = n / n1, где n и n1 – новое и исходное числа оборотов соответственно; Q и Q1 – новый и исходный расходы (при старом числе оборотов). Аналогичные рассуждения можно привести для напора. Для этого необходимо вспомнить, что создаваемый напор определяется кинетической энергией жидкости. Кинетическая энергия в свою очередь пропорциональна квадрату скорости, а значит: H ~ n2. Н / Н1 = n2 / n12 Учитывая, что полезная мощность рассчитывается как N = g * Q * H, получим N / N1 = (Q * H) / (Q1 * H1) =n3 / n13
Замечание. При изменении числа оборотов изменяется и расход и напор. В связи с этим, при построении новой характеристики каждой точке старой характеристики будет соответствовать точка на новой характеристике с иными напором и расходом. Недопустимо строить новую характеристику только по одному из приведенных выше уравнений для напора или расхода. При изменении числа оборотов, каждая точка на старой характеристике будет смещаться по вполне определенной траектории, которая называется параболой подобия. Парабола подобия может быть построена при необходимости по простой зависимости: Н / Н1 = n2 / n12 = Q2 / Q12 Преобразуя получим: Н = (Н1 / Q12) * Q2
45.
(49) Гидравлический удар, явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное мгновенным изменением скорости её течения в напорном трубопроводе. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытии задвижки. В первом случае удар называют положительным, во втором - отрицательным. Опасен положительный гидроудар. Г.у. — сложный процесс образования упругих деформаций жидкости и их распространения по длине трубы. При очень большом увеличении давления Г.у. может вызывать аварии. Для их предупреждения на трубопроводе устанавливают предохранительные устройства (уравнительные резервуары, воздушные колпаки, вентили и др.). Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов 1. для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр. 2. увеличивать время закрытия затвора 3.Установка демпфирующих устройств Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.
46. Фильтры служат для очистки рабочей жидкости от содержащихся в ней примесей. Эти примеси состоят из посторонних частиц, попадающих в гидросистему извне (через зазоры в уплотнениях, при заливке и доливке рабочей жидкости в гидробак и т.д.), из продуктов износа гидроагрегата и продуктов окисления рабочей жидкости. Механические примеси вызывают абразивный износ и приводят к заклиниванию подвижных пар, ухудшают смазку трущихся деталей гидропривода, снижают химическую стойкость рабочей жидкости, засоряют узкие каналы в регулирующей гидроаппаратуре. Примеси задерживаются фильтрами (рис.7.3), принцип работы которых основан на пропуске жидкости через фильтрующие элементы (щелевые, сетчатые, пористые) или через силовые поля (сепараторы). В первом случае примеси задерживаются на поверхности или в глубине фильтрующих элементов, во втором рабочая жидкость проходит через искусственно создаваемое магнитное, электрическое, центробежное или гравитационное поле, где происходит оседание примесей. Гидравлическое сопротивление фильтра - Падение давления на фильтре при прохождении через него фильтруемой жидкости. Гидравлическое сопротивление фильтра (Rф)определяется как сумма гидравлических сопротивлений фильтродержателя (Rдф), фильтровальной перегородки (Rфп) и слоя осадка (Rос), образовавшегося на фильтровальной перегородке в процессе фильтрации. Гидравлическое сопротивление фильтра зависит от производительности фильтрации. В фильтре происходит задержка молекул гидравлической жидкости на стенках канала, которая приводит к увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению скорости течения. Гидродинамическое сопротивление растёт за счёт снижения общей площади пор фильтрующего материала. Итог: У фильтров есть три главные характеристики. 1. Степень отсева - это минимальный размер частиц, который задерживает фильтр. Все частицы меньшего размера через него проходят. 2. Гидродинамическое сопротивление. Это падение давления при прокачивании через него воздуха (или жидкости для масляного фильтра) с расходом, соответствующим максимальному для данного двигателя. 3. Ёмкость. Это количество загрязнителя, которое фильтр может аккумулировать в себе при условии, что сопротивление ещё лежит в пределах допуска.
47. При равномерном движении потока скорость течения вдоль потока, расход Q, площадь живого сечения w и его форма остаются неизменными, а гидравлический уклон
На практике наиболее употребительны каналы трапецеидального сечения Полукруглые или многогранные сечения применяются значительно реже, ввиду трудности их выполнения и значительной стоимости. Однако в наиболее часто встречающихся случаях земляных стенок трапецеидальные сечения редко получают форму наивыгоднейшего профиля в виде половины правильного шестиугольника с углом ? = 60°, так как при этом требуется крепление боковых стенок канала. Обычно этот угол выбирается в соответствии с углом естественного откоса грунта, и задача сводится к определению при заданных площади сечения и угле откоса соотношения между шириной и глубиной, при котором смоченный периметр будет наименьшим.
48. Работа насоса сформирована на передаче энергии от вращающегося колеса к жидкости, находящейся между его лопастями. Действие центробежного насоса определяется путем центробежной силы, которая в свою очередь возникает при действии лопаток рабочего колеса на жидкость. Так возникает нужный напор и движение жидкости. Использование центробежного насоса для горячего и холодного водоснабжения – не единственное его предназначение. Его так же можно использовать для перекачивания вязких и агрессивных жидкостей (кислот и щелочей). Чтобы давление жидкости было полностью уравнено на боковые поверхности колеса, насос может быть как с односторонним подводом жидкости, так и двухсторонним. Так же колеса могут быть двух типов: закрытый тип и открытый тип. У каждого типа могут быть как преимущества, та и недостатки. Не рекомендуется запускать работу центробежного насоса без перекачиваемого продукта. Как и любой агрегат, насос определяется потребляемой мощностью, которая характеризует комплектующий двигатель. Потребляемая мощность увеличивается в зависимости от величины удельного веса перекачиваемой жидкости и увеличением вязкости. Одной из важных практических характеристик рабочих колёс центробежных насосов является коэффициент быстроходности — число оборотов в 1 мин такого рабочего колеса, которое геометрически по-добно рассматриваемому и при подаче 75 л/с. развивает напор 1 м. Для создания больших напоров применяют многоступенчатые насосы, в которых жидкость проходит последовательно несколько рабочих колёс, получая от каждого из них соответствующую энергию. Важнейшей особенностью центробежных насосов является непосредственная зависимость напора, а также мощности, КПД и допустимой высоты всасывания от подачи, которая для каждого типа насос выражается соответствующими графиками, называемыми характеристиками. КПД центробежного насоса при определенном режиме его работы достигает максимального значения, а затем с увеличением подачи снижается.
49. Гидравлический удар, явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное мгновенным изменением скорости её течения в напорном трубопроводе. В результате жидкость останавливается, а её кинетическая энергия превращаются в потенциальную — потенциальную энергию упругого сжатия жидкости (ведь жидкости считаются несжимаемыми лишь по сравнению с газами, а на самом деле сжимаются примерно в той же степени, что и твёрдые тела с кристаллической структурой), а также потенциальную энергию упругого (а если не повезёт — то и пластического, то есть необратимого) растяжения стенок трубы. Всё это приводит к тому, что давление в месте остановки стремительно возрастает, тем больше, чем выше была скорость жидкости и чем меньше её сжимаемость Может возникать вследствие резкого закрытия или открытии задвижки. В первом случае удар называют положительным, во втором - отрицательным. Опасен положительный гидроудар. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением. Увеличение давления при Г.у. определяется Dp = r(v0 — v1) c, где Dp — увеличение давления в н/м2, r — плотность жидкости в кг/м3, v0 и v1 — средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки в м/сек, с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода. При абсолютно жёстких стенках с равна скорости звука в жидкости а (в воде а = 1400 м/сек). скорость распространения ударной волны c находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости материала E, из которого он выполнен, а также от диаметра трубопровода. Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводе, содержащем газ, так как газ легко сжимаем.Зависимость между скоростью ударной волны c, её длиной и временем распространения (L и τ соответственно) выражается следующей формулой:
Г. у. — сложный процесс образования упругих деформаций жидкости и их распространения по длине трубы. При очень большом увеличении давления Г. у. может вызывать аварии. Для их предупреждения на трубопроводе устанавливают предохранительные устройства (уравнительные резервуары, воздушные колпаки, вентили и др.). Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов 1. для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр. 2. увеличивать время закрытия затвора 3.Установка демпфирующих устройств Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.
50. Нормальная эксплуатация гидропривода возможна при использовании таких рабочих жидкостей ,которые одновременно могут выполнять различные функции. В первую очередь рабочая жидкость в гидроприводе является рабочим телом, т.е. является носителем энергии, обеспечивающим передачу последней от источника энергии (двигателя) к её потребителю (исполнительным механизмам). Кроме того, рабочая жидкость выполняет роль смазки в парах трения гидропривода, являясь смазывающим и охлаждающим агентом, и средой, удаляющей продукты изнашивания. К функциям рабочей жидкости относится и защита деталей гидропривода от коррозии. В связи с этим к рабочим жидкостям предъявляются разносторонние требования, в некоторой степени противоречивые и выполнение которых в полной мере не всегда возможно. К ним относятся: - хорошие смазочные свойства; - малое изменение вязкости при изменении температуры и давления; - малая склонность к вспениванию; - антикоррозийные свойства; способность предохранять детали гидропривода от коррозии; - малый коэффициент теплового расширения и т.д. Невыполнение этих условий приводит к различным нарушениям в функционировании гидропривода. В частности плохие смазочные или антикоррозийные свойства приводят к уменьшению сроков службы гидропривода; неоптимальная вязкость или её слишком большая зависимость от режимов работы гидропривода снижают общий к.п.д. и т.д. Нормальная и долговременная работа гидропривода определяется в равной мере как правильностью выбора марки рабочей жидкости при конструировании, так и грамотной эксплуатацией гидропривода. 1.Рабочие жидкости на нефтяной основе наиболее часто используются в гидроприводах. Однако базовые масла за редким исключением (веретенное АУ, турбинное и некоторые другие масла) не применяются, т.к. не обладают требуемыми для гидропривода свойствами. Для получения рабочих жидкостей с нужными эксплуатационными свойствами базовые масла подвергаются доработке с помощью различных присадок. 2. Для гидроприводов, работающих в условиях, отличающихся от нормальных (tраб >1000C, повышенные требования к пожаробезопасности, чрезмерно низкие температуры окружающей среды и т.п.), или от которых требуется повышенная стабильность характеристик, применяются синтетические рабочие жидкости.
51. Сопротивление, вызываемое трением, зависит от диаметра и длины трубопровода и скорости воды (если скорость увеличивается в 2 раза, то сопротивление - в 4 раза). Чем меньше диаметр и больше длина трубопровода и чем выше скорость воды, тем больше сопротивление создается на пути воды и наоборот. При большой длине труб сопротивление возрастает, с увеличением диаметра труб оно падает. Длина, диаметр и материал трубопровода, а также количество фитингов (уголков, тройников, клапанов) – необходимы для расчета потерь на гидравлические сопротивления в трубопроводе. Рост потерь находится в прямой зависимости от длины трубопровода и в квадратичной зависимости от расхода (при увеличении расхода вдвое, потери напора на гидравлические сопротивления возрастают вчетверо). Величину потерь для трубопроводов и фитингов различных диаметров и находят по таблицам.
Установить, в каком режиме будет работать насос, можно лишь при условии, если известна характеристика системы, в которую этот насос подает жидкость. В простейшем случае система—это напорный трубопровод, соединяющий насос с баком'. Как известно, напор, развиваемый насосом, складывается из геометрической высоты подъема жидкости и суммы гидравлических сопротивлений: H=Hг+∑hп, где ∑hп— сумма потерь напора. Она зависит от диаметра и длины трубопровода, шероховатости его стенок, числа местных сопротивлений и расхода Q подаваемой жидкости, т. е. ∑hп=SQ2=(Aι+Am∑ζ)Q2 где S — полное сопротивление системы; А — удельное сопротивление по длине труб; Am— удельное местное сопротивление; ι— длина трубопровода; ∑ζ— сумма коэффициентов местных сопротивлений
52/17.
Гидротрансформатор. Принцип действия ГТ такой же, как и Гмуфты. Те же самые относительное и переносное движения масла. (При вращении насосного колеса масло под воздействием центробежной силы начинает двигаться по направляющим лопаткам к периферии, приобретая при этом кинетическую энергию. Из насосного колеса оно попадает в турбинное колесо, где при соприкосновении с лопатками турбины отдает ему часть своей энергии, приводя его, тем самым, во вращение.) Но для увеличения крутящего момента на выходном валу трансформатора введен дополнительный элемент – реакторное колесо (реактор, иногда статор). Реактор устанавливается между выходом из турбины и входом в насосное колесо, и предназначен для направления потока масла, выходящего из турбинного колеса, таким образом, чтобы его скорость совпадала с направлением вращения насосного колеса. В этом случае неизрасходованная в турбинном колесе энергия масла используется для дополнительного увеличения частоты вращения насосного колеса, что соответствующем образом увеличивает кинетическую энергию масла. Следствием этого является увеличение крутящего момента на валу турбинного колеса, по сравнению с моментом, подводимым к насосному колесу от двигателя. Следует отметить, что соотношение моментов на насосном и турбинном колесах определяется отношением угловых скоростей этих элементов. Максимальное увеличение крутящего момента происходит при полностью остановленной турбине. Такой режим работы трансформатора называется стоповым. Под термином “коэффициент трансформации” понимается отношение момента, развиваемого турбинным колесом, к моменту на насосном колесе. Затем, в процессе увеличения частоты вращения турбинного колеса, происходит снижение эффективности работы реактора, и крутящий момент на валу турбинного колеса уменьшается. Это вполне объяснимо, поскольку, чем выше частота вращения турбинного колеса, тем меньше влияние переносной скорости потока масла на лопатки этого колеса. В момент, когда частота вращения турбины составит приблизительно 85% частоты вращения насосного колеса, реакторное колесо, благодаря муфте свободного хода, теряет связь с картером трансмиссии и начинает свободно вращается вместе с потоком, не воздействуя на него. В результате этого трансформатор переходит в режим работы гидромуфты. ГТ обладает несколькими благоприятными свойствами. Его установка приводит к плавному изменению крутящего момента, нагружающего трансмиссию, что увеличивает долговечность агрегатов трансмиссии и снижает затраты на ее ремонт. Плавное изменение крутящего момента самым благоприятным образом сказывается при движении по слабонесущим грунтам и скользкой дороге (лед, снег), поскольку в этом случае снижается вероятность срыва грунта и буксования ведущих колес. ГТ является превосходным демпфером крутильных колебаний двигателя, которые гасятся маслом и не пропускаются в механическую часть трансмиссии.
53. Используют перемещение принудительным смещением порции жидкости из рабочей камеры в напорный трубопровод, путем изменения рабочего объема камеры или механического перемещения порции жидкости. Насосы, работающие по такому принципу, называются насосами объемного действия. Насосы объемного действия не нарушают структуру перекачиваемой жидкости. Это: Поршневые. Роторные насосы Шестеренные насосы с внешним зацеплением шестерен Шестеренный насос с внутренним зацеплением шестерен Импеллерные насосы Кулачковые насосы Перистальтические насосы Винтовые насосы Основные особенности объемных насосов следующие: - Наличие рабочих камер (полостей), периодически сообщающихся с всасывающим и нагнетательным патрубками. - Нагнетательный патрубок геометрически изолирован от всасывающего.- Подача перекачиваемой жидкости неравномерная.- Количество жидкости, подаваемой насосом, не зависит от развиваемого давления. Максимальный развиваемый напор теоретически не ограничен и определяется мощностью двигателя, прочностью деталей насоса и нагнетательного трубопровода. Объемные насосы применяют для извлечения из скважин нефти, перекачивания нефти по трубопроводам, подачи в скважины различных реагентов. Помимо этого насосы объемного действия применяют при промывке и обработке скважин, гидравлическом разрыве пласта, т.е. тогда, когда необходимо перекачивать сравнительно небольшой объем жидкости, содержащий абразивную взвесь, растворенный газ, химически активные компоненты. Производительность объемных насосов прямопропорциональна рабочему объему полости внутри насоса и зависит от скорости вращения насоса; давление на выходе объемных насосов постоянно, не зависит от производительности.
54. Потребный напор равен геометрическому напору плюс разность давлений на поверхности уровней в напорном и приемном резервуарах, плюс потери напора в системе на преодоление гидравлических сопротивлений. Потребным напором установки называется энергия, которую необходимо сообщить единице веса жидкости для ее перемещения по трубопроводу установки при заданном расходе из приемного резервуара в напорный. Потребный напор - движении жидкости по трубопроводам установки. Зависимость потребного напора от расхода ( Нттр / ( Q)) называется характеристикой насосной установки, или характеристикой сети, на которую работает насос. Величина потребного напора складывается из следующих потерь: Потери в сети (трассы трубопроводов, арматура, фанкойлы). Определяются в каждом конкретном случае на основании гидравлического расчета системы с учетом характеристик.
Потери в насосной станции и потери на соединениях. Потребный напор - это и есть всё вместе (сума потерь по длине, сумма местных потерь, свободный напор) + геометрия. Крутизна кривых потребного напора зависит от сопротивления трубопровода K и возрастает с увеличением длины трубопровода и уменьшением диаметра, а также с увеличением местных гидравлических сопротивлений.
55. Максимальная высота всасывания сильно зависит от температуры перекачиваемой жидкости, от потерь на трение и изгибы трубопровода, а также от скорости (диаметра) во всасывающем трубопроводе. Повышение темп-ры перекачиваемой ж. уменьшает высоту всасывания, поскольку с увеличением температуры увеличивается давление парообразования. Чтобы сократить потери на трение и изгибы со стороны всасывающего трубопровода, его надо делать коротким и широким, без лишних вставных элементов. Забитая приемная сетка и трудно открывающийся клапан сильно увеличивают потери энергии. В связи с тем, что потери на трение и скоростной напор зависят от скорости во всасывающем трубопроводе, в лопастных насосах диаметр всасывающего патрубка по сравнению с диаметром напорного, как правило, больше.
Если нельзя обойтись без излишне длинного подающего трубопровода, то нужно увеличить его номинальный внутренний диаметр по сравнению с диаметром всасывающего патрубка. Если нельзя обойтись без прокладки длинных труб, то необходимо уложить всасывающую линию с постоянным наклоном в сторону насоса для предотвращения образования воздушных пробок. Если это требование по каким-то причинам неосуществимо, то следует обеспечить отсос воздуха в наивысшей точке всасывающего трубопровода. Чтобы нигде не было подсоса воздуха, всасывающая труба в любом случае должна быть герметичной. Конец трубы должен быть погружен в жидкость минимум на 0,8м, чтобы недопустить возможного подсоса воздуха. Если перекачиваемая жидкость содержит воздух или газ, то следует удалять их при помощи деаэратора или вакуумного насоса. Напорный трубопровод в любом случае следует оснастить запирающей задвижкой (кроме полуавтоматических установок и осевых насосов), поскольку центробежные насосы включают и останавливают в основном при закрытой задвижке на напорном трубопроводе. Это запирающее устройство необходимо для регулирования подачи, а также для беспрепятственного отключения насоса от напорной магистрали во время ремонта. При напорах свыше 10,0-15,0м необходимо установить обратный клапан, который располагают между напорным патрубком и задвижкой на напорном трубопроводе. Этот клапан препятствует обратному току перекачиваемой жидкости при резкой остановке насоса и защищает всасывающий трубопровод от гидравлического удара. Величина необходимой мощности насоса находится в зависимости от величины напора и подачи, плотности и вязкости перекачиваемой жидкости (с повышением удельного веса и увеличением вязкости возрастает потребляемая мощность).
Главное требование при эксплуатации центробежных насосов состоит в соблюдении двух основных условий: - пуск насоса следует производить при заполненных всасывающем трубопроводе и корпусе насоса и закрытой напорной задвижке (вихревые и осевые насосы запускаются при открытой напорной задвижке);- запрещается осуществлять пуск насоса при закрытой или не полностью открытой всасывающей - задвижке, а также работать более 2-3 минут при закрытой напорной задвижке.
