Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Гидравлические сопротивления. Формулы потерьСодержание книги Поиск на нашем сайте Часть 1 Гидравлика Лекция 1. Основные физические свойства жидкостей и газов. Гидростатика
1.1 Физические свойства жидкости
Жидкостью называют физическое тело, обладающее свойством текучести, в силу чего жидкость не имеет собственной формы, принимая форму камеры машины или русла, в которых она находится. В различных гидросистемах жидкость может выполнять функции: перемещаемого физического тела в транспортных гидромагистралях, передаточного звена в гидротрансмиссиях, энергоносителя в гидроприводах. Капельные жидкости характеризуются большим сопротивлением сжатию (почти полной несжимаемостью) и малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям, обусловленным незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости. Газообразные жидкости обладают большой сжимаемостью и имеют малую вязкость. К газообразным жидкостям относятся все газы. Одной из основных механических характеристик жидкости является ее плотность. Плотностью r (кг/м3) называют массу жидкости, заключенную в единице объема; для однородной жидкости
r = m / V, (1) где m — масса жидкости в объеме V.
Удельным весом g (Н/м3) называют вес единицы объема жидкости, т. е.
g = G / V, ( 2) где G — вес жидкости в объеме V.
Связь между удельным весом g и плотностью r легко найти, если учесть, что G = mg:
r = G /(gV) = g / g. (3)
Сжимаемость - свойство жидкости изменять свою плотность при изменении давления и (или) температуры. Это свойство оценивается коэффициентами объемного сжатия b р и температурного расширения b t, представляющими собой относительное изменение объема жидкости при изменении давления и температуры
Величина, обратная коэффициенту b p, представляет собой объемный модуль упругости К. Через модуль К формулу (1.4) можно переписать в виде зависимости, которую называют обобщенным законом Гука [2]:
D V / V = – D Р/ K. (6)
Отличительноесвойство жидкости – текучесть, обусловливает сопротивление относительному движению (сдвигу) слоев частиц жидкости и называется вязкостью. Вязкость в технической практике характеризуетсякоэффициентами:
-
-
1 м2/с = 104 Ст = 106 сСт.
1.2 Энергетические характеристики состояния жидкости.
Вследствие невозможности определения в большинстве случаев ее количества, выражаются удельными величинами. Далее Э – энергия; F – сила; V – объем; G – вес; S – площадь. Для отдельных точек жидкости: Гидростатическое давление в точке жидкости (кратко – «давление»)
1 Напор - характеристика для объектов в целом, рассматриваемых как энергетические (сосудов, гидромагистралей, гидромашин)
Давление, кроме того, имеет динамическую интерпретацию
Здесь Э – энергия; F – сила; V – объем; G – вес; S – площадь. Кинематические характеристики потока: Линейная скорость, осредненная по сечению потока S - v, м/с. Объемная скорость, называемая расходом потока - Q, м3/с.
Поправкой на использование осредненной скорости является
Гидростатика
Вывод формул Р и Нс
Рисунок 1 – Характеристики энергетического состояния покоящейся жидкости На рисунке эпюрой показано распределение давлений и составляющих напора в гидростатической системе. Здесь Рн.п. – давление насыщенного пара, при котором жидкость закипает при заданной температуре. Эта величина при расчетах гидросистем ограничивает понижение давления опасностью возникновения кавитации [8]. Описание явления кавитации Для покоящейся жидкости ее энергетические характеристики определяются следующими выражениями:
здесь Ро – давление на ее поверхности; gh – весовое давление над точкой, находящейся на глубине h, и имеющий удельный вес g;
Нс = z + Р/g - гидростатический напор, (10)
где z – вертикальная координата произвольной точки, называемая геометрическим напором; Р/g - пьезометрический напор для произвольной точки с координатой z.
Закон Паскаля (рисунок 1,а,б), лежит в основе принципа действия множества гидравлических устройств и машин, преобразующих силы, перемещения и давления. Преобразование силы. Для гидравлического домкрата (рисунок 2, а). согласно ф. (7)
F = Р*S. (11)
Это давление будет действовать на поршень В, площадь которого равна S2. Следовательно:
Практические случаи доминант давлений
Лекция 2. Кинематика и динамика жидкостей и газов 2.1 Характеристики потоков. Стуйная модель потока Эйлера
Поток представляет собой непрерывную массу частиц, движущихся по какому-либо направлению. Поперечное сечение потока может быть круглым – трубопроводы, или произвольным – каналы, русла. Гидравлические сопротивления потоков зависят от степени ограничения их сечений твердыми стенками. Соответственно различают следующие виды потоков. Напорный - поток, у которого по всему периметру живого сечения жидкость соприкасается с твердыми стенками (гидромагистрали, силовые трубопроводы). Безнапорный - поток со свободной поверхностью (реки, каналы, канализационные трубы). Струя - поток, неограниченный твердыми стенками. Элементы модели потока Эйлера: линия тока - трубка тока - элементарная струйка – поток – смоченный периметр – живое сечение – эквивалентный диаметр
Режимы течения жидкости
Экспериментальные исследования потоков реальной жидкости показывают, что процессы, происходящие в них, существенно зависят от характера течения. Различают два режима течения жидкостей: ламинарный и турбулентный (рисунок 4, а, б). Ламинарное течение характеризуется упорядоченным (слоистым) движением без перемешивания частиц жидкости и без пульсаций скоростей и давлений. При ламинарном режиме нагревание рабочей жидкости из-за трения минимально. Когда скорость движения превысит некоторую критическую величину, слои начинают перемешиваться, образуются вихри; течение становится турбулентным, возрастают из-за трения потери энергии и температура рабочей жидкости. При производстве технических расчетов конкретное состояние потока характеризуется критерием или числом Рейнольдса где v – скорость потока жидкости, м/с; d – диаметр трубопровода, м; n - коэффициент кинематической вязкости, м2/с.
Рисунок 4 – Структура ламинарного и турбулентного режимов течения жидкости
Для труб круглого сечения критическое число Рейнольдса Reкр = 2320. Если полученное значение числа Рейнольдса Re < Reкр, режим следует считать ламинарным, если же Re < Reкр – турбулентным. Эпюры скоростей
2.3 Три уравнения кинематики и гидродинамики.
1. Уравнение кинематического баланса, называемое уравнением неразрывности потока и констатирующим постоянство расхода во всех его сечениях. Для двух произвольных сечений
Рисунок 7 – Движение жидкости в трубопроводе переменного сечения
Q1 = Q2 или v1S1 = v2S2. (14)
2. Уравнение динамического баланса, называемое гидравлическим уравнением количества движения и устанавливающим для участка потока между сечениями 1 и 2 баланс между импульсом силы и количеством движения
arQ(v2x – v1x) = SFx. (15)
3. Уравнение баланса удельной энергии, называемое уравнением Бернулли и констатирующим постоянство полных напоров потока во всех его сечениях за вычетом потерь. Для двух произвольных сечений
Н1 = Н2 ± hп, (16)
Н = где
- уравнение Бернулли для потока реальной жидкости,
где a - коэффициент Кориолиса, поправка на использование осредненной скорости для нелинейных режимов. При практических расчетах принимается
Рисунок 8 – Геометрическая интерпретция уравнения Бернулли
Кавитация - образование в капельной жидкости полостей, заполненных паром, газом, или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков или каверн). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения Рн.п. (давление насыщенного пара реальной жидкости при данной температуре).
Рисунок 9 – Пример кавитации в местном сопротивлении
2.4 Расход истечения для участков потоков - отверстий, насадок, трубопроводов и др., с известной разностью потенциалов – напоров DН или давлений DР, определяется по формулам:
Q =
где So - проходное сечение русла; m - коэффициент расхода, определяемый из справочников или расчетом по физическому смыслу, отраженному формулой
где xуч – полное сопротивление участка.
2.5 Гидравлический удар в трубах. Пиковый бросок давления D Ру, возникающий в трубе в результате гидроудара, определяется формулами Н.Е. Жуковского:
где с – скорость волны в трубе; Т – период прохождения волной расстояния l до ближайшего отражателя и обратно; tз – время перекрытия сечения потока.
Вид гидроудара определяется формулами
tз < T – полный гидроудар, tз > T – неполный гидроудар, где T = Лекция 3. Гидравлические потери. Основы расчета простых трубопроводов Общие сведения Устройства управления гидроприводов согласно ГОСТ 17752-81 называют общим термином — гидроаппараты. В таблице 5 представлены условными обозначениями согласно ГОСТ 2.780-68, ГОСТ 2.781-68, ГОСТ 2.782-68, ГОСТ 2.784-70 гидроаппараты, наиболее употребимые в технической практике. Во всех случаях общим принципом управления является создание гидравлических сопротивлений последовательно или параллельно нагрузке. Гидроаппараты дискретного действия управляют по принципу открыто-закрыто и для каждой из управляемых линий создают сопротивления R0, ∞, где R0 — сопротивления полного проходного сечения. Гидроаппараты непрерывного действия создают сопротивления, функционально связанные с величиной управляющего воздействия в диапазоне R0...∞. Принято подразделять аппараты на клапанные и неклапанного действия. Клапанными называют гидроаппараты, где запорный элемент перемещается под воздействием пропускаемого потока. В неклапанных — это перемещение производится внешним управляющим воздействием: вручную, электромагнитами, воздействием скоростного или пьезометрического напора жидкости от управляющих линий. Гидроаппараты управления могут быть автоматическими и неавтоматическими. Неавтоматические могут управляться вручную или быть нерегулируемыми; при этом они могут быть элементами схем разомкнутых и замкнутых САУ. Классифицирование гидроаппаратов по функциональному признаку затруднительно ввиду возможности использования большинства из них для решения различных задач, в зависимости от схемы применения. В таблице 5 в последней колонке отмечены условными буквенными обозначениями параметры ведомого звена гидропередачи, которыми они могут управлять: Н — направление, X — величина перемещения, V — скорость, F — силовая характеристика (сила, момент). В технической практике гидроаппараты условно делят на направляющие - распределители и регулирующие - регуляторы. В таблице 2.2 дискретные распределители, называемые позиционными или направляющими, представлены позициями 1, 2, 3, 4. Сюда же можно отнести вентиль, позиция 5. Конструктивно они могут быть выполнены крановыми, золот никовыми и клапанными. Непрерывные распределители, называемые дросселирующими, имеют общее обозначение, представленное позицией 9. Разновидностями их могут быть дросселирующие золотники, распределители сопло-заслонка и струйные распределители. Более подробно с конструктивными исполнениями распределителей можно познакомиться в справочной и учебной литературе. Распределители Распределители основным назначением имеют управление направлением движения потока жидкости. Дискретные распределители, называемые позиционными или направляющими, представлены позициями 1 - 7. Сюда же можно отнести вентиль, позиция 8.
Таблица 5 - Управляющие и вспомогательные элементы гидропривода
Рисунок 27 – Схемы позиционных распределителей
Конструктивно распределители могут быть выполнены крановыми, золот никовыми и клапанными [2,21]. Клапанные распределители ограничены схемой 2/2, реже 3/2, и отличаются от распределителей неклапанного действия тем, что их запорные элементы перемещаются под воздействием пропускаемого потока (рисунок 28). К неклапанным относятся крановые и золотниковые. Крановые распределители характеризуются поворотным движением ручки 1 для переключением позиций. Распределительный элемент может иметь плоскую, сферическую, цилиндрическую или коническую форму. На рисунке 19 кран с цилиндрической распределительной пробкой 5 в гильзе 4 с крышками 3 и 6. Фиксация позиций рукояти 1 осуществляется подпружиненным стопором 2.
а)
б) в) 1 2 3
1 – корпус распределителя; 2 – клапан; 3 – возвратная пружина
Рисунок 26– Клапанные распределители 2/2: а) – клапанно-золотниковый; б) - распределитель в функции обратного клапана; в) - условное обозначение
б)
а – клапанно-золотниковый, б – распределитель в функции обратного клапана; 1 – корпус распределителя, 2 – клапан, 3 – возвратная пружина Рисунок 28 - Клапанные распределители
Пробковые краны в гидроприводах применяются ограниченно, и только в подготовительной фазе, ввиду невозможности поворота ручки 1 под действием несбалансированной радиальной силы давления на распределительную пробку 3. Для высоких давлений и маловязкой эмульсии используются краны типа «ЭРА» со сбалансированным плоским распределительным элементом.
1 - поворотная ручка; 2 – стопор с пружиной; 3 и 6 – крышки; 4 гильза; 5 - распределительная пробка. Рисунок 29 – Крановый распределитель 4/3
Золот никовые распределители характеризуются цилиндрическим исполнением запорного элемента и поступательными переключающими движениями.
Рисунок 30 –Золотниковый распределитель 2/2 в позициях «открыто» и «закрыто»
Эти переключения могут производиться вручную, механическими, электромагнитными, гидравлическими и другими воздействиями, чем обусловлено их широкое применение в ручных и автоматизированных гидросистемах На рисунке 20 золотниковый распределитель 2/2 и его схема. Здесь переключение производится вручную однонаправленным поступательным движением с возвратом за счет пружины. На рисунке 21 золотниковый распределитель 4/2 электрогидравлического типа [18], плунжер которого 2 переключается электрическими сигналами через катушку 6 и возвращается пружиной 7.
1 – корпус распределителя; 2 – золотник; 3 – ручное аварийное управление; 4 – пласти-ковая предохранительная крышка; 5 – якорь; 6 – катушка: 7 – возвратная пружина
Рисунок 31 – Золотниковый распределитель 4/2 электрогидравлического типа 6.3 Регуляторы
Регуляторы основным назначением имеют настройку, регулирование, оперативное управление и согласование параметров движений ведомых звеньев гидродвигателей. Могут быть ручными или автоматическими.
1 – корпус; 2 – игла; 3 - поворотная ручка.
Рисунок 35 – Регулируемый дроссель игольчатого типа
Регуляторы, сопротивление которых не изменяется или изменяется вручную, называют дросселями (позиции 9-13,таблица 5, пример на рисунке 25). В зависимости от вида проходного отверстия дроссели делятся на игольчатые, щелевые, канавочные, пластинчатые и др. Большинство автоматических регуляторов называют клапанами с добавлением указания на функциональное назначение. Элементарными являются обратные клапаны (рисунок 18,б позиция 16 в таблице 6). Функционально это гидравлические полупроводники, однако блок обратного клапана с дросселем (пример на рисунке 26) обеспечивает проход потока в обоих направлениях.
Рисунок 36 – Регулируемый дроссель с обратным клапаном
1 - корпус; 2 - поршень; 3 – упор; 4 -клапан; 5 – пружина клапана.
Рисунок 37 – Односторонний гидрозамок
Блокирование элементарных клапанов между собой гидравлическими, электрическими и механическими связями обеспечивает создание сложных схем клапанных распределителей, а также логических элементов ИЛИ и И и других (позиции 17, 18 в таблице 5), а также управляемых обратных клапанов — гидрозамков (позиции 19, 20, рисунки 27 и 28). Управляемые обратные клапаны обеспечивают фиксацию промежуточного положения ведомого звена и освобождение его при необходимости. В одностороннем гидрозамке принудительное открытие осуществляется от дополнительной линии управления через поршень 2 и упор 3. На рисунке 27 условное обозначение дано по DIN ISO 1219, где в соответствии с западной традицией управляющая линия изображена пунктиром. В двухстороннем гидрозамке (рисунок 28) для двух выходных линий, например, для поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра, присутствуют два клапана 2. При этом для принудительного открытия каждого из них дополнительной линии управления не требуется, а функция выполняется расположенным между ними поршнем с упорами 3.
1 - корпус; 2 - клапан; поршень; 3 – поршневой переключатель.
Рисунок 38 – Двухсторонний гидрозамок
Большинство автоматических клапанов различного функционального назначения (рисунок 29) имеют двухкаскадное построение, где первый каскад – клапан 3, выполняет роль чувствительного элемента и вычислительного устройства с обратной связью по давлению, а второй - клапан 1, исполнительного устройства. Чисто гидравлические аппараты снабжены пружинным задающим устройством 4. Так устроены нормально закрытые клапаны дискретного действия, различного функционального назначения (позиции 25 – 27, 31-33 в таблице 5). Клапан, ограничивающий максимальное давление, называется предохранительным (позиции 25 - 27 в таблице 5). 1 - клапанное исполнительное устройство; 2 - пружина; 3 - клапанный чувствительный элемент; 4 - пружинное задающее устройство.
Рисунок 39 – Конструктивная схема предохранительного клапана
1 – настроечный дроссель; 2 – корпус; 3 – канал обратной связи; 4 – пружина; 5 – редукционный клапан.
Рисунок 42 – Регулятор расхода
Стабилизация скорости ведомого звена гидропередачи и согласование по скорости движений ведомых звеньев нескольких гидродвигателей обеспечивается стабилизацией расхода питающего потока. Эта функция обеспечивается регулятором расхода (позиции 23 – 24, 34-35 в таблице 5). Конструктивно аппарат (рисунок 32) представляет собой сочетание редукционного клапана 5 и дросселя 1, настройкой которого обеспечивается положение плунжера за счет разности давлений в левой и правой его полостях. Условное обозначение регулятора на рисунке 32 по DIN ISO 1219, а позиции 23 – 24, 34-35 в таблице 5. по ГОСТ 2.784-70. Согласование по скорости движений ведомых звеньев нескольких гидродвигателей выполняют также сумматоры и делители потока (позиции 21, 22, 23, 24 в таблице 5), из которых объемные (позиции 23, 24 в таблице 5) отличаются практически полной независимостью пропорции деления от изменения нагрузок на ведомых звеньях.
Вспомогательные устройства Назначение вспомогательных устройств обобщенно можно охарактеризовать как повышение качества, долговечности и надежности работы гидропривода [5]. Условные обозначения наиболее часто употребляемых вспомогательных устройств также представлены в таблице А2. Гидробаки (резрвуары) (позиция 40 в таблице А2 (Приложение А), рисунок 1.37) являются обязательными элементами гидропередач с разомкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости. Их функции: хранение, отстой и охлаждение жидкости, а также в ряде случаев использование как конструктивной базы элементов насосной станции.
Рисунок 43 - Конструктивная схема гидробака
Объем гидробака должен удовлетворять двум факторам: обеспечивать заполнение жидкостью всех камер, полостей и магистралей в период запуска; обеспечивать конвекционное охлаждение для малонагруженных режимов работы. На схеме показан пример гидробака с его основными функциональными элементами. Это заливное отверстие с фильтром, сапун для выравнивания давления над поверхностью жидкости, система отстоя жидкости при ее движении от сливной трубки до всасывающей через отстойные секции между перегородками (гравитационные фильтры), а также индикатор уровня, в данном варианте в виде смотрового окна. Элементом конвекционного охлаждения является поверхность бака. Охладители воздушного или жидкостного типов применяются в конструктивном объединении с гидробаками в гидроприводах большой мощности или с напряженными режимами работы, где конвекционный теплообмен гидробака недостаточен (позиция 42 в таблице А1). Традиционными их элементами являются: для воздушных вентилятор и ребра теплоотдачи; для жидкостных дополнительно бачок с охлаждающей жидкостью, насос («помпа») и водяные рубашки.Охладители практически всегда необходимы для гидропередач с замкнутыми потоками. Нагреватели ( позиция 43 в таблице А1) необходимы при эксплуатации гидроприводов в северных, зимних, высотных условиях, особенно в фазе запуска до набора рабочей температуры жидкости и соответственного снижен
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Последнее изменение этой страницы: 2021-07-18; просмотров: 256; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.217.21 (0.013 с.) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||