Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология 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 потерьСтр 1 из 6Следующая ⇒
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
, ; (4)
, . (5)
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:
- , Па с - коэффициент внутреннего трения, или динамический коэффициент вязкости, имеющий размерности: 1 Па с = 10 Пз = 103 сПз;
- - кинематический коэффициент вязкости. В технической практике принята размерность кинематического коэффициента вязкости в сантистоксах:
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») = ; (7)
1 = 1 Па = 0.1 бар. Напор - характеристика для объектов в целом, рассматриваемых как энергетические (сосудов, гидромагистралей, гидромашин)
. (8)
Давление, кроме того, имеет динамическую интерпретацию
Р = , (9)
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.
. (10) Поправкой на использование осредненной скорости является - коэффициент Кориолиса для квадратичных значений скорости, и коэффициент Буссинеска – для линейных. При практических расчетах принимается = 1 – для турбулентного режима движения, = 2 – для ламинарного [2].
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: - давление в точке жидкости, (9) 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
, (16) 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 = - полный напор потока, (17) где - скоростной напор потока.
(18) - уравнение Бернулли для потока реальной жидкости,
где a - коэффициент Кориолиса, поправка на использование осредненной скорости для нелинейных режимов. При практических расчетах принимается = 1 – для турбулентного режима движения, = 2 – для ламинарного
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 = Q = , (19)
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:
-для полного гидроудара; (20)
-для неполног о гидроудара, (21) 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
Условные обозначения несут схемную информацию: количество квадратов, соответствующее количеству рабочих позиций, количество входов и выходов, соответствующее количеству управляемых линий. Для текстовой краткости используется числовое обозначение через дробь [2]: количество управляемых линий / количество рабочих позиций. Например в таблице 5 позиции 1-3, 6 – четырехлинейные, трехпозиционные распределители, кратко 4/3; позиция 4 – 4/2; позиция 5 – 3/2; позиция 7 – 2/2. Условные обозначения присоединяемых линий на рисунке 17 даны в международном стандарте DIN ISO 1219. Общепринятые обозначения в отечественной и зарубежной практике, соответственно: Н и Р - напорная, С и Т – сливная; Др и L – дренажная, линии. Выходные, подсоединительные.линии могут обозначатся, как цифрами, так и буквами.
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.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-07-18; просмотров: 158; 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 - 3.18.220.243 (0.23 с.) |