Истечение жидкости через проходные сечения в гидравлических устройствах





При определении расхода Q через проходные сечения, образованные взаимным расположением деталей в гидравлических устройствах, кроме оценки коэффициента расхода необходимо, как правило, определять площадь Sпроходного сечения отверстия в функции смещения х одной из деталей относительно другой. Обычно величина х и определяет степень открытия проходного сечения.

Для расчетов рекомендуется использовать формулу

,

где S(x) — расчетная площадь проходного сечения, определяемая по значению смещения х перекрывающей детали; перепад давления на проходном сечении.

 

 

36. Гидравлический расчет простого трубопровода

Гидравлический расчет простого трубопровода производится с помощью уравнения Бернулли:

Здесь h1-2 – потери напора (энергии) на преодоление всех видов гидравлического сопротивления, приходящиеся на единицу веса движущейся жидкости.

ht – потери напора на трение по длине потока,

Σhм – суммарные потери напора на местном сопротивлении Потери напора на трение по длине потока определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

где L –длина трубопровода,

d -диаметр участка трубопровода,

v - средняя скорость течения жидкости,

λ -коэффициент гидравлического сопротивления, в общем случае зависящий от числа Рейнольдса (Re=v*d/ν), и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).

Значения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности различных труб представлены в таблице 2. А зависимости коэффициента гидравлического сопротивления λ от числа Re и относительной шероховатости Δ/d приведены в таблице 3.

Если режим движения ламинарный, то для труб некруглого сечения коэффициент гидравлического сопротивления λ определяется по частным для каждого случая формулам (табл. 4).

При развитом турбулентном течении с достаточной степенью точности при определении λ можно пользоваться формулами для круглой трубы с заменой диаметра d на 4 гидравлических радиуса потока Rг (d=4Rг)

Rг =w/c,

где w– площадь «живого» сечения потока,

c- «смоченный» его периметр (периметр «живого» сечения по контакту жидкость – твердое тело)

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха

Где ς– коэффициент местного сопротивления, зависящий от конфигурации местного сопротивления и числа Рейнольдса.

При развитом турбулентном режиме ς= const, что позволяет ввести в расчеты понятие эквивалентной длины местного сопротивления Lэкв, т.е. такой длины прямого трубопровода, для которого ht = hм. В этом случае потери напора в местных сопротивлениях учитываются тем, что к реальной длине трубопровода прибавляется сумма их эквивалентных длин

Lпр =L + Lэкв,

где Lпр – приведенная длина трубопровода.

Зависимость потерь напора h1-2 от расхода называется характеристикой трубопровода.

 

 

37Построение характеристики потребного напора простого трубопровода

Графическое представление в координатах Н—Q аналитической зависимости, полученной для данного трубопровода, в гидравлике называется характеристикой потребного напора. значение статического напора Нстможет быть как положительным (жидкость подается на некоторую высоту Δz или в конечном сечении существует избыточное давление p2), так и отрицательным (при течении жидкости вниз или при ее движении в полость с разрежением).

Крутизна характеристик потребного напора зависит от сопротивления трубопровода и возрастает с увеличением длины трубы и уменьшением ее диаметра, а также зависит от количества и характеристик местных гидравлических сопротивлений. Кроме того, при ламинарном режиме течения рассматриваемая величина пропорциональна еще и вязкости жидкости. Точка пересечения характеристики потребного напора с осью абсцисс определяет расход жидкости в трубопроводе при движении самотеком.

Графические зависимости потребного напора широко используются для определения расхода Q при расчете как простых трубопроводов, так и сложных. рассмотрим методику построения такой зависимости. Она состоит из следующих этапов.

1-й этап. определяем значение критического расхода Qкр, соответствующее Reкp=2300, и отмечаем его на оси расходов (ось абсцисс). Очевидно, что для всех расходов, расположенных левее Qкр, в трубопроводе будет ламинарный режим течения, а для расходов, расположенных правее Qкр, — турбулентный.

2-й этап. Рассчитываем значения потребного напора Н1 и Н2 при расходе в трубопроводе, равном Qкр, соответственно предполагая, что Н1 — результат расчета при ламинарном режиме течения, а Н2 — при турбулентном.

3-й этап. Строим характеристику потребного напора для ламинарного режима течения (для расходов, меньших Qкр). Если местные сопротивления, установленные в трубопроводе, имеют линейную зависимость потерь от расхода, то характеристика потребного напора имеет линейный вид.

4-й этап. Строим характеристику потребного напора для турбулентного режима течения (для расходов, больших Qкp). Во всех случаях получается криволинейная характеристика, близкая к параболе второй степени.

Имея характеристику потребного напора для данного трубопровода, можно по известному значению располагаемого напора Hрасп найти искомое значение расхода Qx

Если же необходимо найти внутренний диаметр трубопровода d, то, задаваясь несколькими значениями d, следует построить зависимость потребного напора Hпотр от диаметра d. Далее по значению Нрасп выбирается ближайший больший диаметр из стандартного ряда dст.

В ряде случаев на практике при расчете гидросистем вместо характеристики потребного напора используют характеристику трубопровода. Характеристика трубопровода — это зависимость суммарных потерь напора в трубопроводе от расхода. Аналитическое выражение этой зависимости имеет вид

.

 

 

38. Трубопровод с насосной подачей

Как уже отмечалось, основным способом подачи жидкости в машиностроении является принудительное нагнетание ее насосом. Насосом называется гидравлическое устройство, преобразующее механическую энергию привода в энергию потока рабочей жидкости. В гидравлике трубопровод, в котором движение жидкости обеспечивается за счет насоса, называется трубопроводом с насосной подачей.

Целью расчета трубопровода с насосной подачей, как правило, является определение напора, создаваемого насосом (напора насоса). Напором насоса Нн называется полная механическая энергия, переданная насосом единице веса жидкости. Таким образом, для определения Нннеобходимо оценить приращение полной удельной энергии жидкости при прохождении ее через насос, т.е.

, где Нвх, Нвых — удельная энергия жидкости соответственно на входе и выходе из насоса.

Рассмотрим работу разомкнутого трубопровода с насосной подачей (см. рисунок 5.4, а). Насос перекачивает жидкость из нижнего резервуара А с давлением над жидкостью p0 в другой резервуар Б, в котором давление р3. Высота расположения насоса относительно нижнего уровня жидкости H1 называется высотой всасывания, а трубопровод, по которому жидкость поступает к насосу, всасывающим трубопроводом, или гидролинией всасывания. Высота расположения конечного сечения трубопровода или верхнего уровня жидкости Н2называется высотой нагнетания, а трубопровод, по которому жидкость движется от насоса, напорным,илигидролинией нагнетания.

Под характеристикой насоса понимают зависимость напора, создаваемого насосом, от расхода. Точка пересечения этих зависимостей называется рабочей точкой гидросистемы и является результатом графического решения уравнения

 

39. Гидравлическим ударом называют резкое повышение давления, возникающее в напорном трубопроводе при внезапном торможении потока жидкости. По сути, гидравлический удар представляет собой колебательный процесс, возникающий в упругом трубопроводе с капельной жидкостью при внезапном изменении ее скорости, Этот процесс является очень быстротечным и характеризуется чередованием резких повышений и понижений давления. Изменение давления при этом тесно связано с упругими деформациями жидкости и стенок трубопровода.

Гидравлический удар чаще всего возникает при быстром закрытии или открытии крана или иного устройства управления потоком. Однако могут быть и другие причины его возникновения.

Теоретическое и экспериментальное исследования гидравлического удара в трубах было впервые выполнено Н.Е.Жуковским. В его опытах было зарегистрировано до 12 полных циклов с постепенным уменьшением Δpуд. В результате проведенных исследований Н.Е.Жуковский получил аналитические зависимости, позволяющие оценить ударное давление Δpуд. Одна из этих формул, получившая имя Н.Е.Жуковского, имеет вид

, (6.1)

где скорость распространения ударной волны с определяется по формуле

,

где К — объемный модуль упругости жидкости;

Е — модуль упругости материала стенки трубопровода;

d и δ — соответственно внутренний диаметр и толщина стенки трубопровода.

Формула (6.1) справедлива при прямом гидравлическом ударе, когда время перекрытия потока tзакр меньше фазы гидравлического удара t0:

,

где l — длина трубы.

Фаза гидравлического удара t0 — это время, за которое ударная волна движется от крана к резервуару и возвращается обратно. При tзакр > t0 ударное давление получается меньше, и такой гидроудар называют непрямым.

При необходимости можно использовать известные способы «смягчения» гидравлического удара. Наиболее эффективным из них является увеличение времени срабатывания кранов или других устройств, перекрывающих поток жидкости. Аналогичный эффект достигается установкой перед устройствами, перекрывающими поток жидкости, гидроаккумуляторов или предохранительных клапанов. Уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводе за счет увеличения внутреннего диаметра труб при заданном расходе и уменьшение длины трубопроводов (уменьшение фазы гидравлического удара) также способствуют снижению ударного давления.

 

 

40. Основными элементами гидросистем являются гидромашины. Гидромашина — это устройство, создающее или использующее поток жидкой среды.

Посредством этого устройства происходит преобразование под­водимой механической энергии в энергию потока жидкости или использование энергии потока рабочей жидкости для совершения полезной работы. К гидромашинам относятся насосы и гидродви­гатели.

Насосом называется гидромашина, преобразующая механиче­скую энергию привода в энергию потока рабочей жидкости. Ос­новными параметрами, характеризующими работу насоса, привод которого осуществляется от источника механической энергии вра­щательного движения, являются:

напор насоса Нн, м — приращение полной удельной механиче­ской энергии жидкости в насосе;

подана насоса QH, м3/с — объем жидкости, подаваемый насо­сом в напорный трубопровод в единицу времени;частота вращения вала насоса п, об/с, или с-1; угловая скоростью, рад/с (угловая скорость и частота вращения вала насоса связаны между собой соотношением со = 2пп);

потребляемая мощность насоса N, Вт — мощность, подводимая к валу насоса;

полезная мощность насоса Nn, Вт — мощность, сообщаемая на­сосом потоку жидкости;

коэффициент полезного действия (КПД) насоса ŋн — отноше­ние полезной мощности насоса к потребляемой.

Некоторые из отмеченных параметров необходимо рассмотреть подробнее.

Одним из важнейших параметров насоса является его напор. Он равен разности полных напоров жидкости на выходе насоса и на входе в него, т.е. зависит от нивелирных высот z, давлений р, ско­ростей течения жидкости v, а также коэффициентов Кориолиса α и плотности жидкости р. После алгебраических преобразований эта разность приводится к формуле

(5.1)

где индексы1 относятся к параметрам на входе в насос, а 2 — на выходе.

Все гидромашины по принципу действия делятся на два основ­ных типа: динамические и объемные.

Динамическая гидромашина — это гидромашина, в которой вза­имодействие ее рабочего органа с жидкостью происходит в про­точной полости, постоянно сообщенной с входом и выходом гид­ромашины.

Объемная гидромашина — это гидромашина, в которой взаимо­действие ее рабочего органа с жидкостью происходит в герметич­ной рабочей камере, попеременно сообщающейся с входом и вы­ходом гидромашины.

Гидродвигатель — это гидромашина, преобразующая энергию потока жидкости в механическую работу. Иными словами, гидродвигатель использует энергию потока жидкости для выполнения некоторой полезной работы.

Выходным звеном гидродвигателя называется его элемент, непосредственно совершающий полезную работу. В большинстве слу­чаев это или вращающийся вал, или шток, движущийся возврат­но-поступательно.

Основными параметрами, характеризующими работу гидродвигателя, являются:

напор, потребляемый гидродвигателем Нгд, м — полная удель­ная энергия, отбираемая гидродвигателем у потока рабочей жид­кости;

расход, потребляемый гидродвигателем Qm, м3/с — объем жид­кости, потребляемый гидродвигателем из трубопровода в единицу времени;

частота вращения выходного вала гидродвигателя п, об/с, или с-1;

скорость поступательного движения выходного штока v, м/с; ; момент на выходном валу гидродвигателя Мт, Н м (для гидродвигателей с вращательным движением выходного звена);

нагрузка (сила) на штоке гидродвигателя F, Н (для гидродвига­телей с возвратно-поступательным движением выходного звена);

потребляемая мощность гидродвигателя N, Вт — мощность, отби­раемая гидродвигателем у потока жидкости, проходящего через него;

полезная мощность гидродвигателя Nп Вт — мощность, разви­ваемая на выходном звене гидродвигателя;

коэффициент полезного действия (КПД) гидродвигателя ηгд — отношение полезной мощности гидродвигателя к потребляемой.

 

41 Объемный гидропривод, принцип действия и основные понятия

Гидроприводы в зависимости от типа используемых в них гид­ромашин делятся на объемные гидроприводы и гидродинамические передачи.

Объемный гидропривод — это гидропривод, в котором использу­ются объемные гидромашины. Принцип действия объемного гид­ропривода основан на практической несжимаемости рабочей жид­кости и на ее свойстве передавать давление по всем направлениям в соответствии с законом Паскаля.

Он состоит из двух гидроцилиндров ,расположенных вертикально. Нижние полости в них заполнены жидкостью и соединены трубопроводом.

Пусть поршень гидроцилиндра 1, имеющий площадь S1, под действием внешней силы F1 перемещается вниз с некоторой ско­ростью V1. При этом в жидкости создается давление р = F1/S1. Если пренебречь потерями давления на движение жидкости в трубопро­воде, то это давление передается жидкостью по закону Паскаля в гидроцилиндр 2 и на его поршне, имеющем площадь S2, создает силу, преодолевающую внешнюю нагрузку F2 = pS2.

Считая жидкость несжимаемой, можно утверждать, что коли­чество жидкости, вытесняемое поршнем гидроцилиндра 1 (расход Q = v1S1), поступает по трубопроводу в гидроцилиндр 2, поршень которого перемещается со скоростью v2 = Q/S2, направленной вверх (против внешней нагрузки F2).

Если пренебречь потерями энергии в элементах гидропривода, то можно утверждать следующее. Механическая мощность N1 = F1v1, затрачиваемая внешним источником на перемещение поршня гид­роцилиндра 1, воспринимается жидкостью, передается ею по тру­бопроводу и в гидроцилиндре2 совершает полезную работу в еди­ницу времени против внешней силы F2 со скоростью v2 (реализу­ется мощность N2 = F2v2). Этот процесс можно представить в виде следующего уравнения мощностей:

. Рис. 5.1. Принципиальная схема простейшего объемного гидропривода: 1- гидроцилиндр, работающий в режиме насоса; 2- гидроцилиндр, работающий в режиме гидравлического двигателя

 

гидропривод обязательно должен включать в себя следующие элементы или группы элементов:

энергопреобразователи — устройства, обеспечивающие преоб­разование механической энергии в гидроприводе: гидромашины, гидроаккумуляторы и гидропреобразователи;

гидросеть — совокупность устройств, обеспечивающих гидрав­лическую связь элементов гидропривода: рабочая жидкость, гид­ролинии, соединительная арматура и т.п.;

кондиционеры рабочей среды — устройства для поддержания за­данных качественных показателей состояния рабочей жидкости (чистота, температура и т.п.): фильтры, теплообменники и т.д.;

гидроаппараты — устройства для изменения или поддержания заданных значений параметров потоков (давления, расхода и др.): гидродроссели, гидроклапаны и гидрораспределители.

По виду источника энергии жидкости объемные гидроприводы делятся на три типа.

1. Насосный гидропривод (жидкость от гидродвигателя поступает сразу во всасывающую гид­ ролинию насоса).

2. Аккумуляторный гидропривод

3. Магистральный гидропривод

 

42Основные преимущества и недостатки объемных гидроприводов

Регулируемые объемные гидроприводы широко используются в качестве приводов станков, прокатных станов, прессового и ли­тейного оборудования, дорожных, строительных, транспортных и сельскохозяйственных машин и т. п. Такое широкое их применение объясняется рядом преимуществ этого типа привода по сравне­нию с механическими и электрическими приводами. Основные из этих преимуществ следующие.

1. Высокая удельная мощность гидропривода, т.е. передаваемая мощность, приходящаяся на единицу суммарного веса элементов. Этот параметр у гидравлических приводов в 3...5 раз выше, чем у электрических, причем данное преимущество возрастает с ростом передаваемой мощности.

2. Относительно просто обеспечивается возможность бесступен­чатого регулирования скорости выходного звена гидропривода в широком диапазоне.

3. Высокое быстродействие гидропривода. Операции пуска, ре­верса и останова выполняются гидроприводом значительно быст­рее, чем другими приводами. Это обусловлено малым моментом инерции исполнительного органа гидродвигателя (момент инер­ции вращающихся частей гидромотора в 5... 10 раз меньше соот­ветствующего момента инерции электродвигателя).

4. Высокий коэффициент усиления гидроусилителей 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.

Наряду с отмеченными достоинствами гидропривода, при его проектировании или решении вопроса о целесообразности его использования следует помнить также и о недостатках, присущих этому типу привода. Эти недостатки обусловлены в основном свойствами рабочей среды (жидкости). Отметим основные из этих не­достатков.

1. Сравнительно невысокий КПД гидропривода и большие по­тери энергии при ее передаче на большие расстояния.

2. Зависимость характеристик гидропривода от условий эксплуатации (температура, давление). От температуры зависит вязкость рабочей жидкости, а низкое давление может стать причиной воз­никновения кавитации в гидросистемеиливыделения из жидкости растворенных газов.

3. Чувствительность к загрязнению рабочей жидкости и необхо­димость достаточно высокой культуры обслуживания. Загрязнение 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 гидропривода по мере выработки им или его элементами эксплуатационного ресурса. Прежде всего происходит износ прецизионных пар, что приводит к увеличению зазоров в них и возрастанию утечек жидкости, т. е. снижению объемного КПД.

Таким образом, гидравлические приводы имеют, с одной сторо­ны, неоспоримые преимущества по сравнению с другими типами приводов, а с другой стороны — существенные недостатки. В связи с этим перед специалистами, связанными с проектированием, изготовлением и обслуживанием гидроприводов, ставятся определенные задачи.

Задачами конструктора при проектировании гидропривода яв­ляются оптимизация его схемы, обеспечивающей выполнение приводом функциональных требований, и обоснованный выбор элементов гидропривода.

Задачами технолога при изготовлении элементов гидропривода являются обеспечение требуемого высокого качества изготовления, так как это оказывает колоссальное влияние на эксплуатаци­онные характеристики гидропривода. Так, в прецизионных парах, современных гидравлических агрегатов зазоры составляют 5 мкм и г менее. Обеспечить такую точность достаточно сложно.

В задачи обслуживающего персонала во время эксплуатации гидропривода входит выполнение технических условий и требова­ний по его эксплуатации, заключающееся прежде всего в выпол­нении правил монтажа гидропривода, регулярной смене фильтру­ющих элементов фильтров и замене рабочей жидкости, а также при необходимости в ее доливке. Выполнение этих требований по­зволяет значительно продлить срок службы как отдельных элемен­тов гидропривода, так и всего гидропривода в целом.





Читайте также:
Роль языка в формировании личности: Это происходит потому, что любой современный язык – это сложное ...
Фразеологизмы и их происхождение: В Древней Греции жил царь Авгий. Он был...
Развитие понятия о числе: В программе математики школьного курса теория чисел вводится на примерах...
История русского литературного языка: Русский литературный язык прошел сложный путь развития...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.038 с.