ГІДРАВЛІКА І ГІДРО-, ПНЕВМОПРИВОД

Г.А.Чумаков, К.В.Луняка, С.В.Кривенко

ГІДРАВЛІКА І ГІДРО-, ПНЕВМОПРИВОД

КУРС ЛЕКЦІЙ

Навчальний посібник

Херсон - 2009

Рецензенти: Бондарев В.Т. - к.т.н., доцент кафедри механізації Херсонського державного аграрного університету …   Чумаков Г.А., Луняка К.В., Кривенко С.В. Курс лекцій з дисципліни “Гідравліка і гідро-, пневмопривод”: Навчальний…

ВСТУП

 

Навчальний предмет “Гідравліка і гідро-, пневмопровод” є дисципліною загальноінженерної підготовки, яка традиційно викладається майбутнім інженерам-механікам. Основна мета, яку переслідують при вивчення даного курсу – дати студентам відомості про закони рівноваги та руху рідин, навчити їх використовувати ці закони при рішенні практичних задач, ознайомити з гідравлічними машинами та передачами, які використовуються у виробництві, та методами розрахунку трубопроводів і гідравлічних машин.

Сучасна вища освіта характеризується прагненням більшої сумісності та порівнянності систем вищої освіти національних шкіл.

Приєднання України до Болонського процесу вимагає впровадження європейської системи обміну (трансферу) та накопичення залікових балів (кредитів) – European Credit Transfer and Accumulation System (ECTS).

Згідно з європейською системою, курс “Гідравліка і гідро-, пневмопровод” складається з 4 кредитів ECTS і включає 2 залікових модулі. Питання залікових модулів разом із сіткою завдань наведені у кінці конспекту лекцій. Успішна здача модулів (оцінки – “відмінно” та “добре”) звільняє студентів від здачі семестрового екзамену.

Гідравліка – наука про закони рівноваги і руху рідини. Закони гідравліки знаходять широке використання в інженерній практиці.

Курс “Гідравліка і гідро-, пневмопривод” складається з розділів:

· Гідростатика

· Гідродинаміка

· Гідравлічні машини

· Гідро- і пневмопривод.

 

ГІДРОСТАТИКА

 

Основні фізичні властивості рідин

При виведенні основних закономірностей в гідравліці користуються такими поняттями: Елементарний об’єм – це об’єм сукупних молекул, які знаходяться на малій… Ідеальна рідина – це така рідина, яка на відміну від реальної рідини не змінює свого об’єму при зміні температури і…

Густина й питома вага

  , кг/м3, (1.1)  

Здатність до стиску та температурне розширення

 

Здатність до стиску – властивість рідини змінювати свою густину при зміні тиску.

Здатність до стиску характерізується коефіціентом об’ємного стиску b_р:

 

. (1.13)

 

Температурне розширення – властивість рідини змінювати свій об’єм (а значить, і густину) при зміні температури. Відносна зміна об’єму рідини при відповідній зміні температури характеризується температурним коефіцієнтом об’ємного розширення рідини:

 

. (1.14)

 

Цей коефіціент показує зміну об’єму при зміні температури на 1⁰. Для води β_t =(1,4…6,61)10^{-4 0}С^-1.

 

Тиск

Рідина спричиняє тиск на стінки і дно посудини, на поверхню будь-якого зануреного в неї тіла. Розглядається площина S усередині об’єму рідини, що покоїться. Рідина тисне на неї з силою F, яка направлена по нормалі до цієї площини. Силу F називають силою гідростатичного тиску, а відношення - середнім гідростатичним тиском. Межа цього відношення при S®0 називається гідростатичним тиском в точці, або тиском P.

 

. (1.15)

 

Розмірність Р – Н/м², або Паскаль (Па).

При розрахунках тиск виражають в одиницях висоти стовпчика барометру.

 

. (1.16)

 

Тиск прийнято виражати через фізичну або технічну атмосфери.

 

Фізична атмосфера:

 

1 атм =760 мм рт.ст.=10,33 м вод.ст.=1,033 кгс/см²=1,013×10⁵ Па.

 

Технічна атмосфера:

 

1 ат = 735,6 мм рт.ст. = 10 м вод.ст. = 1 кгс/см² =9,81×10⁴ Па.

Прилади для вимірювання тиску показують різницю між абсолютним тиском усередині посудини і атмосферним. Ця різниця має назву надлишковий тиск.

Тиск, більший за атмосферний

 

. (1.17)

 

Тиск, менший за атмосферний

 

. (1.18)

 

Для виміру тиску використовуються різні манометричні прилади. Їхні тип і конструкція залежать від величини тисків, що вимірюються, і тієї точності, яка повинна бути забезпечена в результаті вимірів. Усі прилади, що служать для виміру тисків, можуть бути поділені на три групи: 1) п’єзометри; 2) манометри;3) вакууметри.

П’єзометри. Як п’єзометри найчастіше використовуються скляні трубки діаметром не менше 0,5 см.

Нижній кінець трубки п’єзометру (рис.1) з'єднується за допомогою спеціального патрубку з тією областю, де треба вимірювати тиск. Верхній кінець трубки повинний бути відкритим і сполученим з атмосферою. Трубка закріплена на дошці з нанесеною на ній вимірювальною шкалою, як правило, міліметровою.

Якщо п’єзометр підключений до області виміру тисків, рідина в ньому підніметься на п’єзометричну висоту h_p, вимірюючи яку по шкалі, визначають надлишковий гідростатичний тиск у резервуарі:

 

Р = rgh_p . (1.19)

 

Потім висоту стовпчика рідини h_p, яка виміряна в метрах або сантиметрах, множать на значення rg. Якщо ж гідростатичний тиск необхідно виражати висотою стовпчика рідини, то внаслідок рівності , гідростатичний тиск буде дорівнювати п’єзометричній висоті в метрах або сантиметрах водяного стовпа.

Отже, п’єзометр дає можливість вимірювати гідростатичний тиск в одиницях висоти стовпа тієї ж самої рідини, з якою працюють, що є великою перевагою даного методу вимірів.

Оскільки при вимірі великих тисків (більше 3-4 м вод. ст.) трубки п’єзометрів повинні мати значну висоту, даний метод виміру стає незручним і доводиться використовувати інші прилади, зокрема ртутні манометри, у трубці яких рідина заміняється ртуттю.

Таким чином, п’єзометри застосовують для виміру малих тисків (до 0,3-0,4 ат) і в першу чергу там, де потрібна досить висока точність вимірів. Тому п’єзометри особливо широко застосовуються при лабораторних гідравлічних дослідженнях.

Манометри. Манометри бувають двох систем: рідинні й механічні.

Рідинні манометри. Дуже розповсюдженими є U-подібні ртутні манометри, які при усій своїй простоті забезпечують високу точність вимірів. Такий манометр складається зі скляної трубки, закріпленої на дошці зі шкалою (рис. 2а). Один кінець трубки з'єднується з областю, у якій необхідно вимірити тиск, наприклад, з резервуаром, а інший є відкритим, з'єднаним з атмосферою. Трубка заповнюється ртуттю приблизно на половину висоти. До підключення манометру до області тиску ртуть буде стояти в обох колінах на одному рівні. Після того як манометр буде з'єднаний з областю тиску, рівень ртуті у лівому коліні почне знижуватися, а в правому - підвищуватися доти, поки вся система не врівноважиться. При цьому рівновага наступить у той момент, коли буде досягнута рівність тисків, що відповідає формулі (1.17).

 

	а	б
Рис. 1. П’єзометр.	Рис. 2. Манометри: а – рідинний; б - ртутно-чашковий

 

Для того, щоб визначити абсолютний гідростатичний тиск у резервуарі Р_А у тому місці, де приєднаний до нього манометр, потрібно внести поправки на зниження рівню ртуті в трубці у порівнянні з тією точкою, де виміряється тиск. Ця поправка дорівнює висоті а, що являє собою вертикальну відстань між точкою установки манометру і рівнем ртуті в лівому коліні.

Отже, величина шуканого абсолютного гідростатичного тиску визначиться за залежністю:

 

Р_А = Р_атм+r_рgh_p - rgа. (1.20)

Різниця рівнів у трубках h_p і величина поправки відраховуються по шкалі. Якщо замість ртуті трубку заповнити водою, то висота стовпчика рідини в трубці збільшиться у 13,6 рази, що свідчить про компактність ртутних вимірювальних приладів, тому ці прилади дозволяють вимірювати тиск до 3-4 ат.

Більш досконалим типом ртутного манометра, при роботі з яким необхідно робити тільки один відлік, є ртутно-чашковий манометр. Цей прилад - удосконалений U-подібний манометр, у якому одне коліно (ліве) замінено чашкою (рис. 2б). Він складається з металевої чашки, наповненої ртуттю і з'єднаної з відкритою скляною трубкою, розташованою на дошці з міліметровою шкалою. За нуль шкали звичайно приймається рівень ртуті в чашці, оскільки поперечні розміри останньої вибираються завжди такими, що при виконанні звичайних технічних вимірів зниженням рівня ртуті в чашці можна знехтувати.

Тоді

Р_абc= Р_ат+rgh_p ±rgа, (1.21)

 

де h_p — постійна величина поправки для даного приладу.

Таким чином, для визначення тиску Р_абc необхідно тільки вимірити висоту стовпчика ртуті h_p над нулем шкали, тобто зробити усього один відлік.

Для виміру різниці тисків у двох областях використовуються так звані диференціальні манометри. Найбільш часто застосовуються диференціальні ртутні манометри, що складаються з двох з’єднаних між собою скляних U-подібних трубок (рис.3). Ртуть міститься у середнім коліні. Коли прилад не включений, ртуть знаходиться в обох колінах на одному рівні. Якщо ж манометр включений, ртуть переміститься і займе нове положення, що відповідає умовам рівноваги, як це, наприклад, зображене на рис.3.

 

Рис. 3. Диференціальний манометр.	Рис. 4. Мікроманометр.

Позначимо через Р₁ і Р₂ тиски в першому і другому резервуарах, через h₁ і h₂ – висоти стовпчиків рідини в середньому коліні над рівнем ртуті, а через Dh - різницю рівнів ртуті. Складемо умови рівноваги відносно площини порівняння 0-0, проведеної на рівні поверхні ртуті в лівій частині середнього коліна. Зазначене рівняння рівноваги буде мати такий вигляд:

 

Р₁+gr₁h₁ = Р₂+gr₂h₂+gr_мDh, (1.22)

 

тут r₁, r₂ – густини рідин у першому і другому резервуарах;

r_м - густина манометричної рідини.

Таким чином, різниця тисків у резервуарах дорівнює

 

DР =Р₁ - Р₂ =Dh(gr_м - gr). (1.23)

Для виміру дуже малих тисків застосовуються мікроманометри, у яких вертикальна трубка замінена нахиленою (рис. 4). При цьому замість малої висоти h можна відраховувати значно більшу величину l=h/sina, уникаючи тим самим значних відносних похибок, неминучих при відліках малих величин. Мікроманометри, як правило, заповнюються водою або спиртом.

Механічні манометри. Механічні манометри - пружинні й мембранні - використовуються для виміру великих надлишкових тисків (більших за 3 - 4 ат).

Найбільш розповсюдженим у даний час є трубчастий пружинний манометр (рис. 5). Основна деталь його - порожня латунна трубка а, зігнута по колу. Переріз трубки має форму овалу або еліпсу. Верхній вільний кінець трубки запаяний, а нижній приєднується до тієї області, де повинний провадитися вимір тиску.

 

Рис. 5. Механічний манометр.	Рис. 6. Мембранний манометр.

 

Верхній кінець трубки з'єднаний зі стрілкою, яка може переміщатися по шкалі. Коли манометр з'єднується з областю виміру тиску, під дією останнього трубка починає розкручуватися, у зв'язку з чим її вільний кінець переміщається і тягне за собою стрілку. За показанням стрілки визначається тиск у тій області, до якої підключений манометр.

Градуювання шкал манометрів виконується на заводах, де вони виготовляються. Пружинні манометри повинні періодично повірятися, оскільки з часом пружини (трубки) деформуються, змінюючи свою первісну форму. За допомогою пружинних манометрів можна здійснювати вимір тисків у широкому діапазоні. Деякі спеціальні конструкції пружинних манометрів дозволяють вимірювати тиск до 10000 ат.

Мембранні манометри як основну деталь мають мембрану хвилеподібного перерізу в, з'єднану зі стрілкою, яка може переміщатися по спеціально проградуйованій шкалі (рис. 6). Тиск, який повинний вимірюватися, підводиться під низ мембрани й спричиняє її деформацію. В результаті цього стрілка пересувається по шкалі, відлік по який і дає величину тиску. Змінюючи розміри мембрани і її твердість, можна створювати манометри для виміру різних тисків, щоправда, у порівняно невеликих межах. В даний час мембранні манометри виготовляються лише для виміру тисків у діапазоні від 0,2 до 30 ат.

Вакууметри. Вакууметрами називаються прилади, що служать для виміру величини розрідження (вакууму). Принцип дії механічних і рідинних вакуумметрів і описаних вище манометрів однаковий, а тому їхня конструкція цілком повторює конструкцію манометрів. Так, наприклад, дія існуючих мембранних вакуумметрів базується на деформації мембрани, що прогинається під дією атмосферного тиску, після того, як під неї підведений знижений тиск.

Крім того, існують прилади, які називаються мановакууметрами, за допомогою яких можна вимірювати як надлишковий тиск, так і розрідження. Пружинні вакуумметри працюють на тому ж самому принципі, що й пружинні манометри.

Ртутно-чашковий вакуумметр показаний на рис. 2б. Прийнявши за нуль шкали рівень ртуті в чашці, величину вакууму можна визначити з умови рівноваги (1.18).

 

1.1.4. В’язкість

 

При русі реальної рідини в ній виникають сили внутрішнього тертя, які спричиняють опір руху.

Різні шари рідини мають різну швидкість: по центру труби швидкість максимальна, а біля стінки вона наближається до 0. Тут діє закон Ньютона: якщо у потоці рідини виділити площину S, то при русі рідини на площину діє сила тертя Т, вектор якої співпадає з дотичною до даної площини і розраховується за рівнянням:

 

, (1.24)

- напруження зсуву;; - динамічний коефіцієнт в’язкості, Па×с; - градієнт швидкості, який має позитивний або негативний знак у залежності від характеру зміни швидкості по перерізу; w - швидкість руху рідини, м/с; п – відстань між осями сусідніх шарів, м.

Старою одиницею в’язкості є пуаз (П). 1 Па×с = 10 П = 1000 сП (сантипуаз).

Динамічна в’язкість – це сила, необхідна для переміщення одного шару в рідині по іншому при значеннях площі контакту шарів і градієнту швидкості, що дорівнюють одиниці.

В’язкість також виражають у вигляді кінематичного коефіцієнту в’язкості

 

. (1.25)

 

(Стокс); .

Для суміші газів кінематичний коефіцієнт в’язкості знаходять зі співвідношення:

, (1.26)

 

А – вміст компонентів суміші, % (об.)

або

, (1.27)

 

x – об’ємна частка.

Для суміші нормальних (неасоційованих) рідин

 

. (1.28)

 

Сили, що діють у рідині, підрозділяються на сили поверхневі й сили масові.

Поверхневі сили діють на поверхнях, що відділяють об’єм, який розглядається, від оточуючого середовища. До цих сил відносяться сили тиску, які є нормальними, і сили внутрішнього тертя (в’язкості), які є дотичними.

Масові сили пропорційні масі речовини, що знаходиться в певному об’ємі. До цих сил відноситься сила тяжіння й сила інерції. Масові сили характеризуються прискореннями, котрі вони надають одиниці маси. Для сили тяжіння, наприклад, прискорення направлене вертикально вниз і дорівнює g=9,8066м/с².

 

Основний закон гідростатики

В гідростатиці вивчається рівновага рідини, яка знаходиться у стані абсолютного або відносного спокою. Відносний спокій – це стан, у якому в рідині, що рухається, її частинки не переміщуються одна відносно одної.

При виведенні рівняння стану або руху рідини в останній виділяють елемент об’єму і розглядають сили, які діють на рідину. Записують рівняння цих сил і визначають проекцію сил на певну координатну вісь. Далі взаємодію сил підпорядковують фізичному закону (статики або динаміки). Як приклад, розглядаємо виведення диференціальних рівнянь статики Ейлера.

 

Диференціальні рівняння статики Ейлера

В об’ємі рідини виділяємо елементарний паралелепіпед з ребрами довжиною dx, dy, dz, об’ємом dV та масою dm (рис. 7). При виведені основних… Згідно з основним законом статики сума проекцій на осі координат усіх сил,… Знаходимо суму проекцій сил на вісь z. Позначимо через X,Y,Z проекції масових сил, віднесених до одиниці маси, або…

Основне рівняння гідростатики

Якщо на рідину, що перебуває у нерухомій судині, діє лише сила ваги, то такий стан рідини називають абсолютним спокоєм (відносно Землі). Нехай…   dР = - rgdz

Тиск рідини на стінку

 

Тиск рідини на плоску стінку

Тиск, що утворює рідина у будь-якій точці відкритої судини, залежить від глибини занурення h цієї точки й густини рідини r і може бути визначений з…   Р = rgh. (1.57)

Тиск рідини на криволінійну циліндричну стінку

  . (1.63)     Рис. 14. Тиск рідини на криволінійну поверхню.

ГІДРОДИНАМІКА

 

Гідродинаміка – це розділ гідравліки, в якому вивчаються закони руху рідини і використання цих законів для розв’язання інженерних задач.

 

Основні характеристики руху рідини

 

Швидкість і витрата

Розглянемо рух рідини у трубі постійного перерізу. Основними характеристиками є швидкість і витрати рідини. Витратою називається кількість рідини,…   , . (2.1)

Моделі руху рідини

При вивченні руху рідини найбільшого поширення набула струминна модель, яка базується на поняттях, що розглядаються нижче.   … а б Рис. 15. До пояснення струминної моделі руху рідини:

Гідравлічний радіус і еквівалентний діаметр

  . (2.5)  

Режими руху рідини

 

Режими руху рідини можна прослідкувати, якщо вводити у потік підфарбовану струминку рідини. Для кількісної характеристики руху рідини використовують критерії Рейнольдса

 

, (2.9)

 

де m - динамічний коефіцієнт в’язкості, Па×с; n - кінематичний коефіцієнт в’язкості, м²/с.

Критерій Рейнольдса - це безрозмірний критерій гідродинамічної подібності потоків, що протікають по трубах і каналах. Він є мірою відношення сил інерції і внутрішнього тертя в потоці. Для потоків рідин, що проходять по прямих гладких трубах, критерій Рейнольдса має такі значення:

ламінарний потік: Re < 2300 (Re_кр =2300);

перехідний: 2300 < Re < 10000;

турбулентний: Re > 10000.

 

Рівняння нерозривності (суцільності) потоку

Виділимо усередині потоку елементарний паралелепіпед об'ємом dV = dxdxdz, ребра якого орієнтовані паралельно осям координат (рис.16).  

Диференціальне рівняння Нав’є – Стокса

– проекції зовнішніх сил на відповідні осі систем координат; X,Y,Z – проекції на відповідні осі масових сил, віднесених

Диференціальні рівняння руху Ейлера

  .  

Рівняння Бернуллі

Подальший розвиток системи диференціальних рівнянь Ейлера провів Бернуллі. Він помножив рівняння системи почленно на прирощення відповідної осі,… Для ідеальної струминки рідини воно має вигляд:  

Деякі практичні використання рівняння Бернуллі.

Принцип виміру швидкості і витрати рідини

Рівняння Бернуллі використовується для визначення швидкостей, витрат і часу витоку рідини з резервуарів. Для визначення швидкості рідини може бути застосований диференціальний… За результатами вимірів знаходимо максимальну швидкість рідини уздовж осі трубопроводу. Для визначення середньої…

Рівномірний рух рідини

Виділяємо у трубопроводі відрізок довжиною l (рис. 22а).       б   …

Ламінарний рух рідини

Розподіл швидкості по горизонтальному перерізу труби

Виділимо з рівняння рівномірного руху (2.35) дотичну напругу   ® t0 = rgJR.   Рис. 23. До виведення рівняння розподілу швидкості рідини по…

Середня швидкість при ламінарному русі

Для практичних розрахунків необхідно знати середнє значення швидкості. Напишемо вираження для елементарної витрати рідини dQ, що проходить через…   dQ = wrdS=wr× 2prdr. (2.44)

Втрати напору при русі рідини

  . (2.48)  

Турбулентний рух

Чисельні експерименти, проведені І. Нікурадзе, Г.Г. Гуржієнком та ін. показують, що при турбулентному режимі руху вектор швидкості в кожній точці…   , (2-51)

Втрати напору при русі рідини

Важливість визначення втрати напору hвтр (або втрати тиску Δрвтр) пов'язана з необхідністю розрахунку витрат енергії, що потрібні для… Втрати тиску в трубопроводі в загальному випадку обумовлюються опором тертя і… Таким чином, втрачений напір є сумою двох додатків:

Витікання рідини через отвори та насадки

Розглянемо витрату рідини при її витіканні крізь круглий малий отвір в тонкому днищі або у стінці відкритої посудини, в якій підтримується постійний…   Рис. 29. Витікання рідини крізь…  

Гідравлічний розрахунок сифонів

При розрахунку сифону визначають граничні значення висоти Z підйому трубопроводу над верхнім рівнем рідини, а також витрату Q (рис. 32).  

Гідравлічний удар

Гідравлічний удар – це підвищення або зниження тиску, яке виникає при різкій зміні швидкостей течії у напірному трубопроводі (в результаті швидкого…  

Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Гідравлічний розрахунок трубопроводів проводиться з метою визначення основних геометричних параметрів для пропуску визначеної витрати рідини і втрат… Довгими називають трубопроводи, в яких місцеві опори значно перевищують втрати… Короткими називають такі трубопроводи, в яких втрати на місцеві опори порівняні з втратами по довжині (всмоктувальна…

Розрахунок простого трубопроводу

Гідравлічний розрахунок простих трубопроводів зводиться до вирішення однієї з таких задач: - визначення витрати Q (м3/с) при заданих довжині L (м), діаметрі… - визначення напору Н (м) при заданих Q, d, L і Dh;

Розрахунок складного трубопроводу

 

Складний трубопровід може бути: замкнутим, кільцевим, тупиковим, змішаним (рис. 36).

Для розрахунку складних трубопроводів використовують основну формулу (2.94), яка має назву друга водогінна (перша водогінна – формула 2.50).

 

 

 

Рис. 36. Схема до розрахунку складного трубопроводу

 

. (2.94)

 

Цю формулу отримали шляхом перетворення формули (2.50):

 

.

 

Техніко-економічний розрахунок трубопроводів

Питання про найвигідніші швидкості, а отже, про діаметр магістрального трубопроводу вирішується техніко-економічним розрахунком. Найвигідніший діаметр трубопроводу буде таким, при якому загальні затрати… Основною складовою частиною річних експлуатаційних затрат є вартість енергії , яка витрачається на транспортування…

ГІДРАВЛІЧНІ МАШИНИ

Гідравлічні машини служать для перетворення механічної енергії двигуна в енергію рідини, що переміщається (насоси) або гідравлічної енергії потоку… До гідравлічних машин відносяться: - насоси;

Основне рівняння відцентрових машин Ейлера

При русі в міжлопатевому каналі кожна частина рідини з одного боку рухається уздовж лопатки з відносною швидкістю W і, з другого боку, обертається з… При дослідженні роботи насосів будують відповідні паралелограми швидкостей для…   а б

Продуктивність насосу

 

Продуктивність насосу Q залежить від геометричних розмірів робочого колеса, вона відповідає витраті рідини крізь канали і розраховується за формулою:

 

, (3.24)

 

де D₁, D₂ – відповідно діаметри робочого колеса, які описуються

початковими і кінцевими точками лопаток;

d – товщина лопатки;

z – кількість лопаток;

в₁, в₂ – ширина між лопатками на вході і на виході з робочого

колеса;

С_r1, С_r2 – радіальні складові абсолютної швидкості на вході в насос і на виході з нього. Радіальна складова (відстань між точками В і К, див. рис.40,б) знаходиться графічно.

 

Закони пропорційності

Між названими величинами виявлені такі співвідношення: - продуктивність відцентрового насосу прямопропорційна числу обертів робочого…  

Характеристики відцентрових насосів

Роботу насосу можна охарактеризувати системою трьох кривих: Н=f(Q); N=f(Q) i h=f(Q) при сталому значені частоти обертів n=const; ці криві… Характеристики насосу отримують експериментально, змінюючи продуктивність… В результаті аналізу цих кривих можна скласти повне уявлення про роботу насосу для конкретних умов.

Коефіцієнт швидкохідності

Усю розмаїтість різних типів коліс відцентрових та осьових насосів по принципу їхньої геометричної та динамічної подібності можна поділити на…    

Спільна робота насосів

На практиці використовують паралельне й послідовне з’єднання насосів. У випадку, якщо продуктивності одного насосу не вистачає, то вмикають в роботу…   DQполог.>DQкрут..

Струминні насоси

   

Поршневі насоси

Принцип дії і типи насосів   Всмоктування й нагнітання рідини в поршневому насосі простої дії відбувається нерівномірно: за два ходи поршня рідина…

Продуктивність

Об’єм рідини, який всмоктується насосом за один хід поршня зліва направо при безперервному русі рідини за поршнем, дорівнює FS (позначення після… для насосу простої дії:  

Нерівномірність подачі

Зміна миттєвої швидкості руху wм поршня в часі з достатнім ступенем наближення підкоряється синусоїдальному закону    

Шестеренні насоси

Продуктивність шестеренного насосу визначається за рівнянням: , (3.44)  

Гвинтові насоси

Однозаходні насоси мають гвинт 3 (рис. 59), який розташований усередині (обойми) 1. Обойма з гвинтом може поміщатися в корпус, виготовлений з іншого…  

Продуктивність

Продуктивність гвинтових насосів збільшується зі зростанням числа обертів гвинта, при цьому тиск, який створює насос, залишається без зміни. Поперечний переріз ротору 2 (рис. 60) в кожному місці являє собою окружність…  

Роторно – поршневі насоси

Багатоциліндрові поршневі насоси мають назву роторно-поршневі. В залежності від способу приведення поршнів до руху розрізняють обертові і з… Характерною особливістю роторно-поршневих насоси є те, що в них відсутні…  

Насоси з обертовими поршнями

Оскільки подібні ротори не можуть передавати момент з ведучого ротору на ведений, то вони з'єднуються між собою шестеренною парою, яка розташована… Робочий об’єм (подача за один оберт) двороторного насосу (рис. 63,а) може…

Інші види гідравлічних машин

Принцип роботи турбіни базується, як і у відцентрових насосах, на використанні відцентрової енергії потоку. У зв’язку із фаховою спрямованість… Гідротурбіни широко використовуються в гідродинамічних передачах, які… Гідродвигуни є споживачами енергії рідини, вони передають механічну енергію виконавчому механізму. Гідродвигуни є…

ГІДРОДИНАМІЧНІ ПЕРЕДАЧІ

Загальні поняття

   

Гідромуфти і гідротрансформатори

4.2.1. Гідромуфти   Гідромуфти використовують для захисту двигунів від небезпечних перевантажень і для зміни числа обертів валів різних…

Гідротрансформатори

Служать для збільшення обертального моменту на веденому валу. Їх використовують у поєднанні з електродвигунами постійного струму, газовими турбінами, карбюраторними двигунами внутрішнього згоряння і дизельними двигунами.

Як робочу рідину в гідромуфтах і гідротрансформаторах використовують нафтові масла та суміші на їхній основі, які мають антикорозійні властивості, добрі змащувальні властивості і невелику в’язкість.

Гідромуфти використовуються для поглинання потужності як гідравлічне гальмо. Гідромуфти і гідротрансформатори використовуються в тепловозах, автомобілях, приводах потужних вентиляторів і насосів, в судових і бурових установках, в землерийних і шляхових машинах.

 

 

ОБ’ЄМНИЙ ГІДРАВЛІЧНИЙ ПРИВОД І ЙОГО ЕЛЕМЕНТИ

Об’ємний гідропривод – це сукупність об’ємних гідромашин, гідроапаратури та інших пристроїв, призначених для передачі механічної енергії і перетворення руху за допомогою рідни.

Гідравлічний привод складається з джерела енергії робочої рідини (насосу), яке отримує механічну енергію від ведучої ланки (наприклад, від електродвигуна), і споживача енергії рідини (гідродвигуна), який передає механічну енергію виконавчому механізму. Об’ємні гідроприводи мають високу швидкість, незначні розміри й невелику масу. Високий модуль пружності робочої рідини і герметичність гідроапаратів (у порівнянні з гідродинамічними передачами) забезпечують механічну жорсткість зв’язку між ведучою і веденою ланками. Виключення поломок в машинах і механізмах з об’ємним гідроприводом забезпечується запобіжними клапанами.

 

Гідродвигуни

 

До об’ємних гідродвигунів відносяться:

- гідромотори, які використовують енергію потоку рідини і надають вихідному валу обертовий рух;

- гідроциліндри, які надають вихідному штоку поступального руху;

- поворотні гідроциліндри, які надають вихідному валу обмежений обертовий рух.

 

Гідроапаратура та інші елементи гідроприводу

Гідроапаратуру можна поділити на три основні типи: 1. Гідророзподільники, які призначені змінювати напрямок руху потоків рідини… 2. Клапани – пристрої, які здатні змінювати прохідну площу, через яку проходить потік, під їх дією. Основне…

Гідророзподільні пристрої

Рухома ланка золотника (рис. 67) виконана у вигляді плунжера 1 з проточками для проходу рідини і циліндричного корпусу 2 з отворами для підведення і…  

Дросельні пристрої

  а б Рис. 68. Схеми шайбових дроселів:   а – нерегульований (демпфер); б –… Гідравлічні демпфери використовують у різних елементах і пристроях гідроапаратури для гальмування (дроселювання)…

Клапани

Прийнято розрізняти 3 групи клапанів: зворотні, запобіжні (переливні та підпірні) й редукційні. Розглянемо дію запобіжного клапану (рис. 69). Такі клапани призначені для… Для поповнення і постачання системи гідроприводу робочою рідиною передбачають спеціальні баки. Ємність баку повинна в…

Гідроакумулятори

Гідроакумулятор – це пристрій, який служить для накопичення гідравлічної енергії під час паузи в її використанні агрегатами гідравлічних систем.

Використання акумуляторів дає можливість знизити потужність насосів, доводячи її до середньої потужності споживачів гідравлічної енергії і забезпечити перерви в роботі постачального насосу. Енергія, яка накопичена в акумуляторі, може бути віддана в короткий термін, а акумулятор короткочасно може розвити велику потужність. Найчастіше використовуються газові, пневматичні та пружинні гідроакумулятори (рис. 70).

ПНЕВМАТИЧНІ ОБ'ЄМНІ МАШИНИ

Загальні положення

У сучасній техніці і, зокрема, в системах автоматизації виробничих процесів застосовують разом з гідравлічними, пневматичні приводи і механізми,… Пневматичні приводи (системи) повсюдно застосовують в ливарних і… До основних переваг пневматичних систем відноситься надійність і довговічність, швидкість дії (спрацьовування),…

Типи поршневих компресорів

Поршневі компресори виготовляються переважно з нерухомими циліндрами і, рідше – з циліндрами, що обертаються, виконаними у вигляді… Крім того, розрізняють одноступінчасті й багатоступінчасті компресори з рядним…   Рис. 71. Схеми одноступінчастого (а) і двохступінчастого (б) компресорів з рядним…

Органи розподілу і регулювання компресора

Розподіл газу в компресорах здійснюється, в основному, за допомогою клапанів і, рідше, золотників, причому, клапани виконуються самодіючими і… З огляду на те, що подача газу поршневим компресором відбувається окремими…  

Роторні пластинчасті компресори

Друге місце за поширеністю після поршневих посідають пластинчасті компресори. Принцип дії і конструктивні елементи пластинчастих компресорів (рис.… Кількість пластин вибирається в залежності від призначення і подачі компресора… У цих компресорах передбачається водяне охолодження корпусу, що досягається циркуляцією води в каналах водної оболонки…

Пневматичні двигуни

Пневматичні об'ємні двигуни, як і гідравлічні, мають низку істотних переваг – високий пусковий момент, малу масу, що припадає на одиницю потужності,…  

Пневмодвигуни обертального руху

Як пневматичні двигуни обертального руху (пневмомотори) застосовують переважно пластинчасті й поршневі машини і рідше – машини інших типів… Поршневі пневмомотори поширені в гідросистемах вантажних машин, лебідок,… Застосовуються нереверсивні й реверсивні пневмодвигуни, причому використовування спеціальних автоматичних регуляторів…

Література

1. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М., 1982.- 423 с.

2. Большаков В.А., Попов В.Н. Гидравлика. Общий курс. К., 1989.- 382 с.

3. Збірник задач з гідравліки / Глухов Г.М., Чумаков Г.А., Луняка К.В. – Херсон, 2001. - 90 с.

4. Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры. М., 1970.- 278 с.

5. Котовсков А.В., Мезенцев М.С. Гидравлические и гидродинамические передачи. Волгоград, 1984.

6. Левицький Б.В., Лещій Н.П. Гідравліка. Загальний курс. Львів, 1994. - 327 с.

7. Мандрус В.І. Гідродинамічні передачі. Львів, 1992. – 208 с.

8. Мандрус В.І., Лещій Н.П., Звякін В.М. Машинобудівна гідравліка. Задачі та приклади розрахунків. Львів, 1995.- 259 с.

9. Никитин О.Ф., Холин К.М. Объемные гидравлические и пневматические приводы. М., 1981.

10. Осипов П.Е. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. М., 1981.- 472 с.

11. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам /Под ред. Б.Б.Некрасова. Минск, 1981.- 517 с.

ДОДАТКИ

КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ

 

Модуль 1

  1. Система рівнянь гідростатики Ейлера. 2. Тиск рідини у судині, що обертається навколо вертикальної осі.

Варіанти завдань

 

Модуль 2

Гідравлічні машини

1. Висота всмоктування насосу. 2. Потужність, що споживається насосом. 3. Напір, що створюється відцентровим насосом.

Варіанти завдань

   

ЗМІСТ

ВСТУП...............................................................................................................
1. ГІДРОСТАТИКА ......................................................................................... 1.1. Основні фізичні властивості рідин...........................................................
1.1.1. Густина і питома вага...........................................................................
1.1.2. Здатність до стиску та температурне розширення……….............
1.1.3. Тиск...........................................................................................................
1.1.4. В’язкість..................................................................................................
1.2. Основний закон гідроститики...................................................................
1.2.1. Диференціальні рівняння статики Ейлера...........................................
1.2.2. Основне рівняння гідростатики...........................................................
1.2.3. Деякі практичні застосування основних рівнянь гідростатики........
1.2.4. Гідростатичні закони для рідини, що знаходиться у відносному спокої........................................................................................................
1.2.5.Тиск рідини на стінку.............................................................................
1.2.5.1. Тиск рідини на плоску стінку..............................................................
1.2.5.2. Тиск рідини на криволінійну циліндричну стінку..............................
2. ГІДРОДИНАМІКА........................................................................................
2.1. 2.1. Основні характеристики руху рідини........................................................
2.1.1. Швидкість і витрата.............................................................................
2.1.2. Сталий і несталий рух ...........................................................................
2.1.3. Моделі руху рідини..................................................................................
2.1.4. Гідравлічний радіус і еквівалентний діаметр......................................
2.1.5. Режими руху рідини................................................................................
2.2. Рівняння нерозривності (суцільності) потоку.........................................
2.3. Диференціальне рівняння Нав’є – Стокса...............................................
2.4. Диференціальні рівняння руху Ейлера.....................................................
2.5. Рівняння Бернуллі......................................................................................
2.5.1. Виведення рівняння.................................................................................
2.5.2. Деякі практичні використання рівняння Бернуллі..............................
2.6. Рівномірний рух рідини.............................................................................
2.7. Ламінарний рух рідини..............................................................................
2.7.1. Розподіл швидкості по горизонтальному перерізу труби..................
2.7.2. Середня швидкість при ламінарному русі............................................
2.7.3. Втрати напору при русі рідини............................................................
2.8. Турбулентний рух......................................................................................
2.9. Втрати напору при русі рідини.................................................................
2.10. Витікання рідини через отвори та насадки............................................
2.11. Гідравлічний розрахунок сифонів..........................................................
2.12. Гідравлічний удар....................................................................................
2.13. Гідравлічний розрахунок трубопроводів...............................................
2.13.1. Розрахунок простого трубопроводу..................................................
2.13.2. Розрахунок складного трубопроводу..................................................
2.13.3. Техніко-економічний розрахунок трубопроводів...............................
3. ГІДРАВЛІЧНІ МАШИНИ ..........................................................................
3.1. Насоси..........................................................................................................
3.1.1. Основні характеристики насосів...........................................................
3.1.2. Динамічні насоси....................................................................................
3.1.2.1. Лопатеві насоси...................................................................................
3.1.2.1.1. Відцентрові насоси...........................................................................
3.1.2.1.2. Осьові (пропелерні) насоси...............................................................
3.1.2.2. Насоси тертя.......................................................................................
3.1.2.2.1. Вихрові насоси...................................................................................
3.1.2.2.2. Струминні насоси........................................................................................
3.1.3. Об’ємні насоси.........................................................................................
3.1.3.1. Поршневі насоси...................................................................................
3.1.3.2. Шестеренні насоси ..............................................................................
3.1.3.3. Гвинтові насоси ..................................................................................
3.1.3.4. Пластинчасті насоси..............................................................................
3.1.3.5. Роторно – поршневі насоси................................................................
3.1.3.6. Насоси з обертовими поршнями........................................................
3.2. Інші види гідравлічних машин.................................................................
4. ГІДРОДИНАМІЧНІ ПЕРЕДАЧІ..................................................................
4.1. Загальні поняття.........................................................................................
4.2. Гідромуфти і гідротрансформатори.........................................................
4.2.1. Гідромуфти.............................................................................................
4.2.2. Гідротрансформатори..........................................................................
5. ОБ’ЄМНИЙ ГІДРАВЛІЧНИЙ ПРИВОД І ЙОГО ЕЛЕМЕНТИ...............
5.1. Гідродвигуни..............................................................................................
5.2. Гідроапаратура та інші елементи гідроприводу......................................
5.2.1. Гідророзподільчі пристрої.....................................................................
5.2.2. Дросельні пристрої.................................................................................
5.2.3. Клапани.....................................................................................................
5.2.4. Гідроакумулятори...................................................................................
6. Пневматичні об’ємні машини……………………………………………..
6.1. Загальні положення………………………………………………………
6.2. Типи поршневих компресорів…………………………………………..
6.3. Органи розподілу і регулювання компресора………………………….
6.4. Роторні пластинчасті компресори………………………………………
6.5. Пневматичні двигуни……………………………………………………
6.6. Пневмоциліндр з гідравлічним сповільнювачем………………………
6.7. Пневмодвигуни обертального руху…………………………………….
Література..........................................................................................................
ДОДАТКИ. Контроль знань студентів………………………………………