Шпаргалка по Гидравлике


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.

На ж. воздействуют внешние силы, разделяющиеся на массовые (силы тяжести и инерции) и поверхностные (воздействие соседних объемов ж. на данный объем или воздействием других тел). Если на ж. действует какая-то внешняя сила, то ж. находится под давлением P = 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. 5. Вязкость ж. – св-во сопрот-ся скольжению или сдвигу ее слоев. Суть – в возник-и внутр. силы трения между движущимися слоями ж. Для оценки вязкости учитывают 3 величины, связаные межу собой: динам. коэф – µ, кинем. коэф – ν(ню) и градусы Энглера 0 Е. При течении вязкой ж. вдоль твердой стенки происходит торможение потока. Скорость по мере расстояния y от стенки уменьш. При y = 0, скорость падает до 0, а между слоями происходит проскальзывание, сопровождающееся возникновением касательных напряжений τ. Величина обратная дин. коэф. вязкости (1/μ) наз-ся текучестью ж. Вязкость ж. зависит от t0 и от Р. При увел t0 вязкость ж. умен. и наоборот.

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: При пониж. Р выдел-ся раст-мый в ж. газ. Отрицательно сказ-ся на работе гидросистем.

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

Гидроклапан (ГК) это гидроаппарат, в к-ром проходное сечение (положение запорно-регулирующего элемента) изменяется от воздействия потока раб. ж. Предохранительным наз-ся напорный ГК, предох-ий гидропривод от Р, превышающего допустимое. Предох-ые ГК использ-ся в объемных гидроприводах и устанавливаются либо в непосред-ой близости у насоса, либо в тех местах гидросистемы, где возможно возник-ие опасных по величине Р. Режим работы клапана – эпизодический. Основным требованием, предъяв-ым к предох-му ГК, явл-ся надежность срабатывания. Т. е. необходимо исключить вероятность заклинивания его зап.-регулир-го элемента, поэтому предох-ый ГК для простейшей конструкции имеет либо шариковый (для малых расходов), либо конусный запорно-регулирующий элемент.

3. Механизм ламинарного и турбулентного движения ж. Сущ-ет 2 режима течения ж. Ламинарное (слоистое) – вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними. Турбулентное (вихревое) – вдоль потока проис-т интенс-е вихреобразование и перемешивание ж.(газа). Ламинарное как правило набл-ся при небольших скоростях ее движ-я. Внешний слой ж, примык-й к поверх-ти трубы, из-за сил молекулярного сцепления прилипает к ней и остается неподвижным. Скорости последующих слоев тем больше, чем больше их расстояние до поверхности трубы, наиб-шей скоростью обладает слой, который движется вдоль оси трубы. При турбулентном течении частицы ж. приобр-ют составляющие скоростей, к-рые перпенд-ны течению, и они могут двигаться из одного слоя в другой. Скорость частиц ж. быстро возрастает по мере удаления от поверх-и трубы, затем измен-ся незнач-но. Так как частицы ж. могут перейти из одного слоя в др, то их скорости в различных слоях мало отличаются. Из-за большого градиента скоростей у поверх-ти трубы обычно происходит образование вихрей.

Хаар-р течения зависит от безразмерной величины, называемой числом Рейнольдса ченый): Где ν = η/ρ – кинематическая вязкость; ρ-плотность жидкости; <v>-средняя по сечению трубы скорость ж.; d – диаметр трубы. При малых знач-ях числа Рейнольдса (Re≤1000) наблюдается ламинарное течение, область перехода от ламинарного течения к турбулентному происходит при 1000≤Re≤2000, а при Re=2300 (для гладких труб) течение – турбулентное. Если число Рейнольдса одинаково, то режим течения различных рассматриваемых ж. в трубах разных сечений одинаков.

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

По схеме циркуляции раб. ж.: Гпривод с замкнутой схемой циркуляции, в к-ром раб. ж. от Гдвигателя возвращается во всасывающую Глинию насоса. Достоинства – компактен, небольшая масса и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, т. к. в такой системе во всасывающей линии Р всегда превышает Ратм. Недостатки – плохие условия для охлаждения раб. ж., необходимость спускать из Гсист. раб. ж. при замене или ремонте Гап-ры; Гпривод с разомкнутой системой циркуляции, в к-ром раб. ж. постоянно сообщается с Гбаком или атмосферой. Достоинства – хорошие условия для охлаждения и очистки раб. ж. Недостатки – громоздки и имеют большую массу, а частота вращ. ротора насоса огранич-ся допускаемыми скоростями движ. раб. ж. во всас. труб-де.

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 силПолучили Ур-е движения парал-педа с dV1 по напр-нию оси Х. Делим (1) на массу ρdxdydz: Полученная сист Ур-й (2) есть искомое Ур-е движ. невязкой ж. – Ур-е Эйлера. К трем Ур-ям (2) добавляются еще два Ур-я, т. к 5 неизвестных, и решается сист. из 5 уравнений с пятью неизвестными: одним из двух дополн. Ур-й является Ур-е неразрывности. Еще одним Ур-ем является Ур-е состояния. Например, для несжимаемой ж. Ур-ем состояния может быть условие ρ = const. Ур-е состояния должно быть выбрано таким образом, чтобы оно содержало хотя бы одно из 5 неизвестных.

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 Где Fl – проекция плотности распределения сил массы на направление, по которому направлена касательная к линии тока; dU/dt – ускорение частицы Подставив U = dl/dt в (2) и учтя, что (∂U/∂l)U = 1/2(∂U2/∂l), получим уравнение.

Ур-е Эйлера в сочетании с Ур-ем неразрывности может быть применено для любого случая. Ур-е состояния в общем виде: Таким образом, для решения многих Гдинамических задач оказывается достаточно Ур-я Эйлера, Ур-я неразрывности и Ур-я состояния. С помощью 5 ур-й легко находятся 5 неизвестных: p, Ux, Uy, Uz, ρ. и

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 силовым карданом (см. рис.3.8, а) При такой схеме крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через кардан и наклонный диск. В насосах с двойным несиловым карданом (см. рис.3.8, б) углы между осью промежуточного вала и осями ведущего и ведомого валов принимают одинаковыми и равными 1 = 2 = /2. При такой схеме вращение ведущего и ведомого валов будет практически синхронным, а кардан полностью разгруженным, так как крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через диск 5, изготавливаемый заодно с валом 6.

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

. Полученные при расчете значения диаметров округляются до ближайшего значения из стандартного ряда нормальных условных проходов. Как правило, берется большее значение, чтобы не превышать назначенную величину скорости. Но при больших расхождениях с большим диаметром можно принять ближайшее меньшее значение.

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

, где (5.37) Значения показателя степени m и коэффициентов А0, А1 и С1 для стальных, чугунных, железобетонных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных труб должны приниматься по СНиП 2.04.02-84 (с изм. 1986 г., попр. 2000 г.) (ПРИЛОЖЕНИЕ, табл. 10).

8. Совместная работа центробежных насосов установки. Эксплуатационные параметры насосной установки при параллельной работе насосов. Ограничения на совместную работу насосов.

Насосы в насосных станциях и крупных установках, как правило, работают совместно, т. е. несколько насосов подают жидкость в одну систему. С общей точки зрения потребителя чаще интересует насосная система, обеспечивающая нужный напор и подачу. Такой системой выступает насосная станция. В отношении насосной станции вопрос регулирования напора и подачи может рассматриваться шире за счет возможностей соединения насосов параллельно и последовательно. 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

При параллельном соединении не удается плавно соединить потоки, напорные трубопроводы из-за удобства монтажа заужают, делают лишние повороты. Это все 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, соединенное с ведущим валом, называется насосным колесом, а колесо, соединенное с ведомым валом, называется турбинным колесом. Моменты на насосном и турбинном колесах 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.

Коэффициентом трансформации гидромуфты называют отношение угловой скорости ведомого вала к угловой скорости ведущего вала: где ω2, – угловая скорость ведомого вала; ω1 – угловая скорость ведущего вала.

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.

Эксперимент. В сосуде, закрытом пробкой, находится вода. В пробку вставлены три одинаковые по диаметру трубки, нижние отверстия которых находятся в воде на одинаковой глубине, но направлены в разные стороны (вниз, вбок и вверх), а также не достающая до воды трубка, к которой подсоединен резиновый баллон от пульверизатора. Закачивая с его помощью воздух в сосуд, мы увеличиваем давление, оказываемое воздухом на поверхность воды в сосуде. Замечаем, что при этом во всех трех трубках вода поднимается до одной и той же высоты. Следовательно, неподвижная жидкость, находящаяся в замкнутом сосуде, передает производимое на нее внешнее давление по всем направлениям одинаково. Наблюдения показывают, что так же передают внешнее давление и газы, находящиеся в закрытом сосуде. Описанная закономерность была впервые обнаружена французским ученым Паскалем и получила название закона Паскаля. Закон нашел огромное применение в современном мире. Были созданы суперпрессы с давлением свыше 750 000 кПа. Закон лег в основу гидравлического привода, который в свою очередь обусловил появление гидроавтоматики, управляющей современными реактивными лайнерами, космическими кораблями, станками с числовым программным управлением, самосвалами, горными комбайнами, прессами, экскаваторами…

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.

Достоинства – плавность подъема и опускания, фиксация груза на необходимой высоте и точность торможения. Высокий до 80%, КПД и значительной, до 100 и более тонн, грузоподъемностью при относительно малом усилии на плунжере насоса.

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

14. Вихревые насосы. Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами. Ж. поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и выбрасывается через выходное отверстие. Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами : создаваемое им давление в 3-7 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД). Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа. Схема вихревого насоса (1 – рабочее колесо; 2 – лопатка; 3 – корпус; 4 – всасывающее отверстие; 5 – выходное отверстие)

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: R – удельная линейная потеря давления на трение; l – длина участка; Z – потери давления на местных сопротивлениях на участке. Удельная линейная потеря давления на трение определяется по формуле: где λ- коэффициент гидравлического трения; d – диаметр трубопровода; v – скорость движения ж.; р – плотность, определяется для воды по табл. в зависимости от ее температуры, Значение коэффициента гидравлического трения зависит от режима движения (ламинарного или турбулентного) жидкости в трубопроводах, определяемого значением критерия Рейнольдса: где V – кинематическая вязкость жидкости, изменяющаяся в зависимости от температуры и концентрации растворенного вещества для водных растворов, м2/с При повышении температуры плотность и вязкость уменьшаются.

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 соединенное 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 определенных режимах работы; – привод главного насоса АКПП. На работающем двигателе корпус ГДТ, жестко связанный с маховиком, вращается. При этом вращается и насосное колесо, действуя аналогично центробежному насосу. Оно захватывает рабочую жидкость лопастями и ускоряет ее в направлении от центра к периферии. Попадая на лопасти турбинного колеса, рабочая жидкость приводит турбину во вращение. При этом крутящий момент передается 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 колесами 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

18. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости несколько отличается от уравнения Дело в том, что при движ-и реальной вязкой ж. возникают силы трения, на преодоление к-рых ж. затрачивает энергию. В результате полная удельная энергия ж. в сечении 1-1 будет больше полной удельной энергии в сечении 2-2 на величину потерянной энергии. Потерянная энергия или потерянный напор обозначаются и имеют также линейную размерность. Уравнение Бернулли для реальной жидкости будет иметь вид: Из рис. видно, что по мере движения жидкости от сечения 1-1 до сечения 2-2 потерянный напор все время увеличивается (потерянный напор выделен вертикальной штриховкой). Таким образом, уровень первоначальной энергии, которой обладает жидкость в первом сечении, для второго сечения будет складываться из четырех составляющих: геометрической высоты, пьезометрической высоты, скоростной высоты и потерянного напора между сечениями 1-1 и 2-2. Кроме этого в уравнении появились еще два коэффициента α1 и α2, которые называются коэффициентами Кориолиса и зависят от режима течения жидкости (α=2 для ламинарного режима, α=1 для турбулентного). Потерянная высота складывается из линейных потерь, вызванных силой трения между слоями жидкости, и потерь, вызванных местными сопротивлениями (изменениями конфигурации потока)

= hлин + hмест С помощью уравнения Бернулли решается большинство задач практической гидравлики. Для этого выбирают два сечения по длине потока, таким образом, чтобы для одного из них были известны величины Р, ρ, g, а для другого сечения одна или величины подлежали определению. При двух неизвестных для второго сечения используют уравнение постоянства расхода жидкости υ1ω 1 = υ2ω2.

19. Устройство и принцип работы объемных Гдвигателей вращ. движ. Применение.

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические (ГД) и объемные (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 объемные Гмашины (насосы и Гдвигатели). Объемной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры ж. и вытеснении ее из рабочей камеры. К объемным машинам относят поршневые насосы, аксиально-поршневые, шестеренные Гмашины и др. Отличие ГД от О, – большие Р в Гсистемах. Объемный 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 – ее потребителем, то есть преобразует гидравлическую энергию в механическую. Управление движением выходных звеньев Гдвигателей осуществляется либо с помощью регулирующей аппаратуры – дросселей, гидрораспределителей и др., либо путем 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).

Объемный 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 где λ – безразмерный коэффициент потерь на трение по длине, который принято называть коэффициентом Дарси. Следует отметить, что определение потерь энергии при расчете гидравлических систем является одной из наиболее важных проблем гидравлики. Состояние стенок трубы в значительной мере влияет на поведение жидкости в турбулентном потоке. Так при ламинарном движении жидкость движется медленно и плавно, спокойно обтекая на своем пути незначительные препятствия. Возникающие при этом местные сопротивления настолько ничтожны, что их величиной можно пренебречь. В турбулентном же потоке такие малые препятствия служат источником вихревого движения жидкости, что приводит к возрастанию этих малых местных гидравлических сопротивлений, которыми мы в ламинарном потоке пренебрегли. Такими малыми препятствиями на стенке трубы являются ее неровности. Абсолютная величина таких неровностей зависит от качества обработки трубы. В гидравлике эти неровности называются выступами шероховатости, они обозначаются литерой. В зависимости от соотношения толщины ламинарной пленки и величины выступов шероховатости будет меняться характер движения жидкости в потоке. В случае, когда толщина ламинарной пленки велика по сравнению с величиной выступов шероховатости выступы шероховатости погружены в ламинарную пленку и турбулентному ядру течения они недоступны (их наличие не сказывается на потоке). Такие трубы называются гидравлически гладкими (схема 1 на рисунке). Когда размер выступов шероховатости превышает толщину ламинарной пленки, то пленка теряет свою сплошность, и выступы шероховатости становятся источником многочисленных вихрей, что существенно сказывается на потоке жидкости в целом. Такие трубы называются гидравлически шероховатыми (или просто шероховатыми) (схема 3 на рисунке). Естественно, существует и промежуточный вид шероховатости стенки трубы, когда выступы шероховатости становятся соизмеримыми с толщиной ламинарной пленки (схема 2 на рисунке). Толщину ламинарной пленки можно оценить исходя из эмпирического уравнения

21. Изобразите принципиальную схему и объясните устройство и принцип действия поршневого насоса (ПН). Достоинства и недостатки ПН.

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.

Для того, чтобы увеличить КПД поршневых насосов и стабилизировать давление в напорном трубопроводе, применяют насосы двухстороннего действия и имеющие несколько цилиндров агрегаты. Насосы двухстороннего действия, в отличие от описанных выше, имеют поделенный пополам цилиндр, каждая часть которого имеет свой напорный и всасывающий патрубки, оснащенные клапанами. При движении поршня, в разных частях цилиндра создается либо избыточное, либо всасывающее давление, под действием которого открывается та или иная пара клапанов.

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.

Рассмотрим смысл уравнения Бернулли с точек зрения гидравлической, геометрической и энергетической. Гидравлическое истолкование С точки зрения гидравлики каждый член уравнения Бернулли имеет свое название, а именно:1. Первый член правой и левой частей уравнения Бернулли называется скоростным напором. Скоростной напор можно наблюдать в действительности. Если например в точке А (рис.) рядом с пьезометром поставить изогнутую трубку, обращенную отверстием навстречу потоку, то уровень жидкости в этой трубке будет выше уровня в пьезометре на высоту, равную скоростному напору в той точке, где находится отверстие трубки. Эта трубка называется гидрометрической, или трубкой Пито. Зная разницу уровней в трубке Пито и пьезометре, можно определить скорость движения жидкости в этой точке.2. Второй член правой и левой частей уравнения называется пьезометрической 3. Третий член правой и левой частей уравнения называется высотой положения точки живого сечения над плоскостью сравнения. 4. Четвертый член правой части уравнения hw называется потерей напора при движении жидкости между сечениями 1-1 и 2-2 . Напомним, что сумма пьезометрической высоты и высоты положения z во всех точках живого сечения установившегося, плавно изменяющегося потока одна и та же, т. е. и называется пьезометрическим напором.

Сумма скоростного напора и пьезометрического напора называется гидродинамическим напором . Учитывая это выражение, уравнение Д. Бернулли можно написать в следующем виде: . Таким образом, с гидравлической точки зрения уравнение Бернулли может быть прочитано так: гидродинамический напор в данном сечении потока жидкости равен гидродинамическому напору в другом сечении (лежащем ниже по течению) плюс потеря напора между этими сечениями. Геометрическое истолкование В связи с тем, что все члены уравнения Бернулли имеют линейную размерность, его можно представить графически. Проведя между сечениями 1-1 и 2-2 линию NN по верхним точкам гидродинамического напора, получим так называемую напорную линию, которая показывает изменение гидродинамического напора по длине потока. Поделив разность гидродин-ких напоров в 2сечениях на расстояния между ними, получим средний гидравлический уклон , но – потеря напора между сечениями 1-1 и 2-2 ; поэтому можно написать , т. е гидравлическим уклоном потока называется безразмерная величина, показывающая изменение гидродинамического напора на единицу длины потока. Заметим, что I может быть только положительной величиной, так как напорная линия NN всегда понижается ввиду того, что потери напора по длине потока неизбежны. Таким образом, с геометрической точки зрения уравнение Д. Бернулли можно прочитать так: напорная линия по длине потока всегда понижается, так как часть напора тратится на преодоление трения по длине поток. Энергетическое истолкование. Принимая во внимание Т. е. полная удельная энергия потока равна сумме удельной кинетической и удельной потенциальной (давления и положения) энергий потока., сумму членов уравнения Бернулли с энергетической точки зрения можно представить как сумму удельной кинетической и удельной потенциальной энергий в любом сечении потока при установившемся движении жидкости, а четвертый член уравнения hw 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, погруженное 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 – объем погруженного 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 объем ж., и приложена к центру тяжести этого объема. Тело, помещенное 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 подъемной 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 – объем погруженной 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. Шестеренный насос с внешним зацеплением работает следующим образом. Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит ее во вращательное движение. При вращении шестерен насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счет этого из гидробака в полость всасывания поступает рабочая жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерен, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок колодцев в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерен, 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 надежность 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 объема; неспособность работать при высоких давлениях; в сравнении с пластинчатыми гидромашинами – бо льшая неравномерность подачи

30. Схема, устройство и принцип действия пластинчатого насоса (ПН). Достоинства и недостатки ПН Изготавливают пластинчатые Гмашины однократного действия и двукратного действия. Известны также Гмашины многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот вала Гмашины процесс всасывания и нагнетания осуществляется 1 раз, в двукратного действия – 2 раза. Пластинчатые насосы могут использоваться в режиме Гмотора только в том случае, если в пространстве под пластинами расположены пружины, осущ-щие 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 Гмашины 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 отделенных друг от друга. Объем одной из полостей постепенно увеличивается (в эту полость происходит всасывание), а одновременно с этим объем другой полости постепенно уменьшается (из этой полости осуществляется нагнетание рабочей жидкости).Рисунок, поясняющий принцип работы пластинчатой гидромашины с двумя пластинами Изменение рабочего объема 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 объема (регулирование гидромашины) осуществляется путем 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 шестеренными, 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 объемного 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 объема; хорошие характеристики всасывания (для насоса). Недостатки сложность конструкции и низкая ремонтопригодность; довольно низкие рабочие давления.

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.

Кроме классификации, существует также разделение насосов по виду перекачиваемой жидкости, по виду привода и по другим классификационным признакам. Основные типы современных насосов. Центробежные насосы являются наиболее распространенными и предназначаются для подачи холодной или горячей (t° > 60°C) воды, вязких или агрессивных ж., сточных вод, смесей воды с грунтом, золой и шлаком и т. п. Их действие основано на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса тем частицам жидкости, которые находятся между его лопастями. Под влиянием центробежной силы частицы подаваемой среды из рабочего колеса перемещаются в корпус насоса и далее, а на их место под действием давления воздуха поступают новые частицы, обеспечивая непрерывную работу насоса Осевые насосы – для подачи больших объемов жидкостей. Их работа обусловлена передачей той энергии, к-рую получает ж. при силовом воздействии на нее лобовой поверхности вращающихся лопастей рабочего колеса. Частицы подаваемой ж. при этом имеют криволинейные траектории, но, пройдя через выправляющий аппарат, начинают перемещаться от входа в насос до выхода из него, в основном вдоль его оси (откуда и название). Рабочие колеса осевого насоса имеют очень высокий коэффициент быстроходности (от 500 до 1500 об/мин). Вихревые насосы обладают хорошей способностью самовсасывания, т. е. возможностью начинать действие без предварительного заполнения всасывающей трубы подаваемой средой, если она имеется в корпусе насоса. Благодаря этому они применяются для подачи легкоиспаряющихся или насыщенных газами капельных жидкостей и в комбинации с центробежными насосами. 2 разновидности вихревых насосов: закрытого и открытого типа. Вихревые насосы по сравнению с такими же (по размерам и скорости вращения) центробежными насосами развивают в 3-7 раз больший напор, но работают с более низким (в 2-3 раза) кпд. Поршневые насосы отличаются большим разнообразием конструкций и широтой применения. Действие поршневых насосов состоит из чередующихся процессов всасывания и нагнетания, которые осуществляются в цилиндре насоса при соответствующем направлении движения рабочего органа – поршня или плунжера. Эти процессы происходят в одном и том же объеме, но в различные моменты времени. По способу сообщения рабочему органу поступательно-возвратного движения насосы разделяют на приводные (обычно с коленчатым валом и шатунным механизмом) и прямодействующие. Во время работы насоса жидкость получает главным образом потенциальную энергию, пропорциональную давлению ее нагнетания. Поршневые насосы классифицируют на горизонтальные и вертикальные, одинарного и многократного действия, одно – и многоцилиндровые, а также по быстроходности, роду подаваемой жидкости и др. признакам. По сравнению с центробежными насосами поршневые имеют более сложную конструкцию, отличаются тихоходностью, а следовательно, и большими габаритами, а также массой на единицу совершаемой работы. Но они обладают сравнительно высоким кпд и независимостью подачи от напора, что позволяет использовать их в качестве дозировочных. Роторные насосы получили распространение главным образом для осуществления небольших подач жидкости. По особенностям конструкции рабочих органов роторные насосы можно подразделить на зубчатые (в том числе шестеренные), винтовые, шиберные, коловратные, аксиально – и радиально-поршневые, лабиринтные и др. Каждый из них имеет свои разновидности, но объединяющий их признак – общность принципа действия, в основном аналогичного действию поршневых насосов Роторные насосы отличаются отсутствием всасывающего и нагнетательного клапанов, что является их большим преимуществом и упрощает конструкцию. Шиберный пластинчатый насос действует в результате изменения рабочих объемов, заключенных между соседними пластинами и соответствующими участками поверхностей ротора и корпуса насоса В левой части насос при вращении по часовой стрелке эксцентрично расположенного ротора этот объем увеличивается, из-за чего давление в нем понижается и создается возможность для всасывания жидкости. В другой части насоса при вращении ротора межлопаточные пространства уменьшаются, что обеспечивает нагнетание подаваемой среды. Эти насосы бывают одинарными и сдвоенными. Они предназначены для нагнетания чистых не очень вязких минеральных масел до давления 60 кгс/см2 и более и применяются в системах гидропривода и др. устройствах. Струйные насосы из числа насос-аппаратов имеют наиболее широкую область применения и наибольшее разнообразие конструкций. Одним из них является водоструйный насос, действие которого состоит в основном из трех процессов – преобразования потенциальной энергии рабочей жидкости в кинетическую (в коническом сходящемся насадке), обмена количеством движения между частицами рабочей жидкости и подаваемой среды (в камере смешения), а также перехода кинетической энергии смеси рабочей и транспортируемой жидкостей в потенциальную (в диффузоре). Благодаря этому в камере смешения создается разрежение, что обеспечивает всасывание подаваемой среды. Затем давление смеси рабочей и транспортируемой жидкостей значительно повышается в результате снижения скорости движения, что делает возможным нагнетание. Струйные насосы просты по устройству, надежны и долговечны в эксплуатации, но их кпд не превышает 30%.

28. Состояние равновесия жидкости. Виды равновесия жидкости.

Относительным равновесием ж. называется такое сост-е, при к-ром каждая ее частица сохраняет свое положение относительно твердой стенки движущегося сосуда. При относительном равновесии рассматриваются две задачи: характер распределения давления и форма поверхности уровня. Решаем эти задачи при помощи уравнения для определения гидростатического давления При р=const Xdx+Ydy+Zdz=0. В общем случае любое сложное движение сосуда с жидкостью можно представить в виде суммы трех движений: поступательного по вертикали и горизонтали и вращательного. 1) Движение по вертикали с постоянным ускорением а. Проекции массовых сил на координатные оси будут: X=0, Y=0, Z= . Знак “-” соответствует равноускоренному подъему резервуара, “+”- спуску. Характер распределения давления получим следующий , Или проинтегрировав +С, где С – постоянная интегрирования, определяемая из граничных условий на свободной поверхности Z=Z0 и P=P0 Тогда ур-е поверхности уровня ( Если g А, то dz=0, z=const, т. е. поверхности равного давления представляют собой горизонтальные плоскости.

2) Горизонтальное перемещение резервуара с жидкостью с постоянным ускорением а. В этом случае X=-a, Y=0, Z=-g. Закон распределения давления получим После интегрирования с учетом граничных условий X=X0, Z=Z0, P=P0 получим закон распределения давления в следующем виде Т. о. распределение давления в жидкости подчиняется основному закону гидростатики для любой фиксированной вертикали. Поверхность равного давления определится уравнением После интегрирования Или Т. о. поверхностями равного давления будут плоскости, углы наклона которых к горизонтальной плоскости определяются угловым коэффициентом, равным – a/g.

3) Вращение цилиндрического сосуда с жидкостью с постоянной угловой скоростью В этом случае проекции массовых сил: X= Z= – g. Поверхность равного давления определяется уравнением Или проинтегрировав Или учитывая, что Получим . Откуда Т. о. при вращении сосуда с жидкостью вокруг вертикальной оси поверхностями равного давления будет семейство параболоидов вращения, осью которых является ось Oz. Закон распределения давления получим Или После интегрирования с учетом граничных условий r =0, z=z0, p=p0 получим закон распределения давления: – распределение давления подчиняется линейному закону для любой фиксированной круглоцилиндрической поверхности. В покоящейся ж. всегда присутствует сила Р, к-рая наз-ся гидростатическим давлением. Ж. оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы ж, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы ж, находящиеся у дна. Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости. Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях. Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.

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 ее 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 отделенных друг от друга. Объем одной из полостей постепенно увеличивается (в эту полость происходит всасывание), а одновременно с этим объем другой полости постепенно уменьшается (из этой полости осуществляется нагнетание рабочей жидкости).Рисунок, поясняющий принцип работы пластинчатой гидромашины с двумя пластинами Изменение рабочего объема 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 объема (регулирование гидромашины) осуществляется путем 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 шестеренными, 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 объемного 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 объема; 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. Самотечная система была популярна несколько лет назад, из-за недостатка водоподъемного оборудования. Сейчас, эта система используется довольно редко и делается в тех местах, где источник воды, из которого ведется забор, дает 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) подается в накопительный бак, а затем вода из бака распределяется самотекам к точкам потребления. Напорная система. Принцип действия – комплексная работа водоподъемного 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, присоединенная к водопроводу, начинает увеличивается в объеме. За счет этого объем 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 перестает 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 .При вычислении потерь напора по формуле Вейсбаха наибольшей трудностью является определение безразмерного коэффициента местного сопротивления ζ, большинство значений этого коэффициента получено в результате экспериментальных исследований. Значения коэффициентов ζ для наиболее распространенных видов местных сопротивлений принимают следующими: для штуцеров и переходников для труб ζ = 0,1…0,15; для угольников с поворотом под углом 90° ζ = 1,5…2,0; для прямоугольных тройников для разделения и объединения потоков ζ = 0,9…2,5; для плавных изгибов труб на угол 90° с радиусом изгиба, равным (3÷5)d ζ = 0,12…0,15; для входа в трубу ζ = 0,5; для выхода из трубы в бак или в цилиндр ζ = 1. При ламинарном режиме Т. М. Башта для определения коэффициента гидравлического трения λ рекомендует при Re<2300 где Re – число Рейнольдса, применять формулу а при турбулентном режиме течения жидкости в диапазоне Re = 2 300…100 000 коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса Если Где ΔЭ – эквивалентная шероховатость труб (для новых бесшовных стальных труб ΔЭ = 0,05 мм, для латунных – ΔЭ = 0,02 мм, для медных – 0,01, для труб из сплавов из алюминия – 0,06, для резиновых шлангов – 0,03), то коэффициент гидравлического трения определяется по формуле А. Д. Альтшуля Потери давления в гидроаппаратуре ΔPга принимают по ее технической характеристике после выбора гидроаппаратуры. После этого суммируют потери давления ΔP=ΔPдл+ΔPм+ΔP га

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.

Схема к расчету тупиковой сети и линия пьезометрических напоров

Решение. Для расчета вносим известные данные и результаты подсчета в табл. Отметим, что в данном случае при отборе воды в узлах сети расчетный расход для каждого участка сети равен соответс-му транзитному расходу. Так, расчетный расход для участка 1-2 равен 5 л/сек, для участка 2-3 5 + 6+5=16 л/сек. Соответственно расчетным расходам воды для других участков, подберем диаметры труб, принимая при этом скорости в пределах. Затем определим потери напора на отдельных участках главной магистрали, пользуясь таблицами ВОДГЕО, и определяем сумму потерь напора в магистрали от водонапорной башни до наиболее удаленной точки. Отложив в точке 1 величину заданного свободного напора Нсв = 20 м, получим начальную точку А пьезометрической линии. В точке 2 напор, очевидно, должен быть выше напора в точке 1 на величину 2,82 м (потери напора в трубах на участке 1-2), которую берем из табл. 10; отложив ее, получим точку В. Таким же образом находим точки Г, Д и Б пьезометрической линии. Линию АВГДБ называют пьезометрической линией. Пьезометрическая отметка в точке Б будет одновременно отметкой дна бака башни. В нашем примере величина этой отметки 137,93 м. Вычитая из нее величину отметки поверхности земли, получим высоту башни, которая равна 137,93- ПО = = 27,93 м. Для построения линии пьезометрических напоров и определения высоты башни вычерчивают продольный профиль (рис. 35, б) по главной магистрали от башни до наиболее удаленной от нее точки 1 с указанием их отметок. Далее проверяют величины свободных напоров во всех точках ответвлений: они не должны быть менее заданного свободного напора. В том случае, когда в каком-либо узле или на ответвлении сети величина свободного напора окажется меньше заданной, нужно увеличить либо высоту башни, либо диаметр трубы этого ответвления, чтобы уменьшить сопротивления, или же (при проектировании водопроводной сети промышленных предприятий) поставить насосы внутри здания для повышения напора во внутренней сети. Этот вопрос решается путем технико-экономического сравнения вариантов.

35. 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.

36. Расходная характеристика насадка Гидравлический насадок, гидравлическая насадка, короткая труба для выпуска жидкости в атмосферу или перетекания жидкости из одного резервуара в другой, тоже заполненный жидкостью. Г. н. являются не только трубы, но и каналы, отверстия в толстых стенках, а также щели и зазоры между деталями машин. Длина Г. н., при которой возможно заполнение всего сечения канала и достигается максимальная пропускная способность для внешних и внутренних цилиндрических насадков, составляет (3-4) d. Для конических сходящихся и расходящихся насадков существуют оптимальные углы конусности. Наибольшей пропускной способностью обладает коноидальный Г. н., продольное сечение которого выполняется по форме вытекающей из отверстия струи. Г. н. специальных конструкций применяют в форсунках для распыления топлива. Основным вопросом, который интересует в данном случае, является определение скорости истечения и расхода жидкости для различных форм отверстий и насадков. Расход жидкости при ее истечении через Г. н. определяется по формуле где wвых – площадь выходного сечения насадка, Н – напор, который обусловливает течение жидкости, mнас – коэффициент расхода, определяемый опытным путем и зависящий от конструкции насадка, напора, а также от физических свойств жидкости. В результате сжатия потока при истечении жидкости в атмосферу в Г. н. может образоваться область с пониженным давлением (до образования вакуума – hвак = 0,75 Н). Если давление достигнет предельного (0,1 Мн/м2, или 10,33 м вод. ст.), произойдет т. н. срыв работы насадка (нарушение сплошности сечения) и mнас станет равным коэффициенту расхода для отверстия. Напор, при котором наступает это явление, называют предельным Нпред, а его величина зависит от рода жидкости, ее температуры и длины насадка [например, для холодной воды Нпред = 0,14 Мн/м2 (14 м вод. ст.)].

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 объема жидкости в сосуде 3 и вес недостающего против цилиндра 1 объема жидкости в сосуде 2. Г. п. обнаружен французским физиком Б. Паскалем

39. Назначение, устройство и принцип действия гидравлического распределителя (ГР) объемного гидропривода Гидравлический распределитель (гидрораспределитель) – устройство, предназначенное для управления гидравлическими потоками в гидросистеме с помощью внешнего воздействия Гидрораспределитель управляет движением выходного звена гидродвигателя путем перенаправления потоков рабочей жидкости. На рисунке показана простейшая гидросхема. В показанном положении распределителя (Р) жидкость от насоса (Н) к гидроцилиндру (Ц) не поступает, и идет на слив в гидробак (Б) через предохранительный клапан (КП). Если оператор перемещает ручку гидрораспределителя таким образом, что запорно-регулирующий элемент смещается в положение 1, то рабочая жидкость поступает в поршневую полость гидроцилиндра и поршень движется вправо, а жидкость из штоковой полости гидроцилиндра идет на слив (направления движения рабочей жидкости через распределитель указаны стрелками). Если оператор возвращает ручку гидрораспределителя в исходное положение, то поршень гидроцилиндра останавливается, и рабочая жидкость опять идет на слив в бак. Чтобы поршень гидроцилиндра начал движение влево, оператору необходимо переместить ручку распределителя таким образом, чтобы запорно-регулирующий элемент сместился в положение 2. Гидрораспределители разделяют по типу запорно-регулирующих элементов на золотниковые, крановые, клапанные, струйные и распределители типа “сопло-заслонка”. Золотниковые распределители получили наибольшее распространение в гидроприводе благодаря простоте их изготовления, компактности и высокой надежности в работе. Они применяются при весьма высоких значениях давления (до 32 МПа) и значительно бо льших расходах, чем крановые распределители. Крановые распределители в гидроприводе нашли самое широкое применение. Конструктивно их запорный элемент выполнен в виде цилиндрической, конической, шаровой пробки или в виде плоского поворотного крана. Клапанные распределители. Главным недостатком наиболее распространенных золотниковых распределителей являются утечки, которые не позволяют удерживать гидродвигатель под нагрузкой в неподвижном состоянии, а также невозможность работы при высоких давлениях (свыше 32 МПа). В таких случаях для позиционного переключения предпочтительны клапанные распределители, имеющие увеличенные по сравнению с золотниками размеры и массу, но позволяющие герметически перекрывать гидролинии. Клапанные распределители применяются, в основном, в гидросистемах, в которых необходимо обеспечить хорошую герметичность. Для этого запорный элемент распределителя выполняют, как правило, в виде конического или шарового клапана.

40. Гидравлический расчет кольцевой водопроводной сети В основе гидравлического расчета кольцевой водопроводной сети лежит два следующих закона движения воды. Первый закон устанавливает зависимость расходов приходящих к узлу и уходящих от него. Согласно этому закону алгебраическая сумма расходов в каждом узле сети равна нулю, Второй закон – движение воды устанавливает зависимости между потерями напора в каждом замкнутом контуре сети, т. е. алгебраическая сумма потерь напора в каждом замкнутом контуре равна нулю, .Практически при расчете кольцевой сети поступают следующим образом: имея узловые расходы и точки питания сети намечают распределения потоков воды по всем участкам сети, соблюдая для каждого узла сети условия . Распределения потоков воды по всем участкам сети, соблюдая для каждого узла воды, следует производить, идя от конца сети к началу. Основными факторами, определяющими диаметр участка водопроводной сети, является расчетный расход и скорость. Для труб диаметр D, мм, определяют: где Q – расчетный расход, м3 /с; ν – средняя экономическая скорость, принимаемая для труб малых диаметров (до 300 мм) – 0,7 – 1,0 м/с, для средних и больших диаметров (более 300 мм) – 1,0 – 1,5 м/с. А также диаметр может быть определен по таблице предельных расходов, составленных на основании формул проф. Л. Ф. Коичеина. Следует отметить, что метод определения диаметров труб по предельным расходам применим лишь для независимо работающей линии. Для кольцевой сети этот метод приближенные значения экономических диаметров. Потери напора во всех линиях h, м, опред-ся по формуле:Где α – удельное сопротивление;k 2 – поправочный коэффициент.

Путем арифметического суммирования определяют для каждого кольца И путем алгебраического суммирования невязки потерь напора в кольцах . При этом для подсчета потерь напора по контуру кольца величина потери напора считается положительной в том месте, где направление потока совпадает с ходом часовой стрелки и отрицательный там, где направление потока противоположно ходу часовой стрелки.

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. Лобачева, величина увязочного расхода , л/с, по которому:Где – невязка кольца; S – сопротивление участка; q – расчетный расход участка. Заметим, что знак минус перед выражением для определения увязочного расхода, легко можно определить направлением расходов линий, не принадлежащих двум смежным кольцам, т. е. линий, расположенных по внешнему контуру сети. Очевидно, что положительные увязочные расходы должны прибавляться к положительным расходам линии и вычитаться из отрицательных расходов, а отрицательные наоборот, соответственно этому увязочные расходы записываются против каждого участка кольца со знаком плюс или минус.

41. Свободная затопленная струя, ее геометрия и дальность действия. Наиболее простым струйным течением считается свободная затопленная струя, вытекающая в среду той же плотности. Струя, вытекающая из насадки в среду той же плотности, имеет два характерных участка, отличающихся по структуре течения: начальный и основной. Иногда выделяют также переходный участок. В начальном сечении струи (совпадающем с выходным сечением насадки) профиль скоростей потока иo близок к равномерному. В пределах начального участка сохраняется ядро постоянных скоростей, ширина которого линейно уменьшается от paзмера внутреннего диаметра насадки до нуля. За пределами границы участка постоянных скоростей, скорости потока и закономерно уменьшаются как по направлению к периферии течения, так и по длине струи. Профиль скорости и на начальном участке изменяется по законам пограничного слоя, рассматри ваемого специальным разделом гидродинамики. На основном участке струи происходит падение скорости по оси струи ит и по сечению и. Длина начального участка Хн определяется выражением: где R0 – внутренний радиус насадки в выходном сечении, м; а – коэффициент структуры струи; для осесимметричных струй а ≈ 0,08. Изменение скорости по оси струи иmна основном участке для осесимметричной струи определяется зависимостью: Х – расстояние от начального сечения струи, м.

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 еще 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 учетом объема 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 идет 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 ее перепад давлений, но и вязкость жидкости, сила ее 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 остается 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 распыленной (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 ее 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.

Как упоминалось ранее, явление гидравлического удара может быть использовано для подъема воды специальным устройством, называемым гидравлическим тараном Гидравлический таран состоит из подводящего трубопровода А, обычно имеющего небольшую длину, рабочей коробки В с двумя клапанами С и Д, и воздушного колпака Е с нагнетающим трубопроводом F, подающим воду в резервуар К. Ударный клапан С открывается под действием собственного веса. При его открытии через подводящий трубопровод А под небольшим напором Н1 начинает поступать вода, которая вытекает через открытый клапан С. Вследствие увеличения силы воздействия вытекающий с нарастающей скоростью воды на ударный клапан он закрывается и скорость потока в трубопроводе падает до нуля. В связи с внезапной остановкой потока в подающем трубопроводе и рабочей коробке произойдет гидравлический удар с резким повышением давления. Под влиянием этого давления открывается нагнетательный клапан и часть воды поступит в воздушный колпак Е, сжимая имеющийся там воздух, который вытеснит часть воды в напорной трубопровод F, подняв ее на высоту H2 в резервуар К. После ухода части воды в воздушный колпак давление в рабочей коробке уменьшится и ударный клапан С под действием собственного веса откроется. При этом вода снова начнет выливаться через клапан С, а нагнетательный клапан Д закроется под действием силы давления воздуха в воздушном колпаке Е. Затем происходит повторение процесса: снова произойдет закрытие ударного клапана С и открытие нагнетательного клапана Д и т. д. Таким образом, происходит непрерывное повторение рассмотренного процесса подачи воды. Поступающий из напорного резервуара расход воды Q затрачивается в основном на излив воды Q1 через клапан С и создание давления на этот клапан, при котором он закрывается. Этот первый период работы гидравлического тарана называется разгонным периодом. Второй период его работы называется ударным, когда после закрытия клапана С произойдет гидравлический удар и в рабочей коробке появится повышенное (ударное) давление, соответствующее напору Н > Н1. Третий период называется рабочим. В течение этого периода вода из воздушного колпака будет поступать через напорный трубопровод F с расходом Q2 в резервуар К под давлением воздуха на высоту Н2. Напор Н1 обычно равен 1,5-5 м, а высота нагнетания Н2 от 15 до 40 м. При этом подача расхода Q2 = (0,4…0,07) Q, где Q= Q1+ Q2. Выпускаемые промышленностью гидравлические тараны могут поднимать воду на высоту до 60 м с расходом до 20-22 л/мин. Они очень просты в эксплуатации и могут беспрерывно работать длительное время, снабжая водой потребителей. Известны мощные тараны, производительность которых достигает 150 л/с.

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 растет за счет 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. Емкость. Это количество загрязнителя, которое фильтр может аккумулировать в себе при условии, что сопротивление еще 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 постоянен и равен геометрическому уклону дна водотока (i0): iс = i = const. Равномерное движение имеет место в искусственных водотоках и наиболее часто рассматривается в различных гидравлических расчетах. Элементы равномерного движения участвуют в решениях как общих, так и специальных гидравлических задач. Гидравлически наивыгоднейшим сечением канала является сечение, способное при заданной площади обеспечить максимальную пропускную способность. Как известно из геометрии, наименьшим периметром (из всех возможных) обладает круг, и гидравлически наивыгоднейшим сечением для открытых каналов было бы сечение, имеющее форму полукруга. Далее при данной площади меньшими периметрами обладают правильные многоугольники, причем длина их периметра будет тем меньше, чем больше число сторон. Следовательно, далее по выгодности идут различные сечения в форме половин правильных многоугольников, например половина шестиугольника, т. е. равнобочная трапеция с углом наклона боковых сторон? = 60°. Из прямоугольных профилей наивыгоднейшим является сечение в виде половины квадрата. Величина гидравлического радиуса для всех этих сечений равняется половине наибольшей глубины наполнения.

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 колес 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 колес, 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 ее течения в напорном трубопроводе. В результате жидкость останавливается, а ее 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 твердые тела с кристаллической структурой), а также потенциальную энергию упругого (а если не повезет – то и пластического, то есть необратимого) растяжения стенок трубы. Все это приводит к тому, что давление в месте остановки стремительно возрастает, тем больше, чем выше была скорость жидкости и чем меньше ее 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 жестких 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, ее 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 ее 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 ее 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 все 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.



Зараз ви читаєте: Шпаргалка по Гидравлике