5. Основные уравнения гидростатики и его физический смысл

• Название: 5. Основные уравнения гидростатики и его физический смысл
• Анкор: gidra_otvety.docx
• Дата: 13.05.2017
• Размер: 9.76 Mb.
• Имя файла: gidra_otvety.docx
• Тип: Документы; #7517
• страница: 4 из 5

37. Истечение жидкости через насадки при постоянном напоре.

Насадки – короткие трубки длинной l=(3÷4)d, которые крепятся для создания струи, обладающей определёнными кинематическими параметрами.

1

2

3

4

5

1 – внешний цилиндр;

2 – внутренний цилиндр;

3 – конический сходящийся;

4 – конический расходящийся;

5 – коноидальный.

1

1

0

0

2

2

Для определения v и Q применяют те же формулы, что и для отверстия, только , µ будут иметь другое значение в зависимости от типа насадки.

При входе жидкости в насадки, также как через отверстие, происходит сжатие струи, образовывается зона пониженного давления, затем струя расширяется и при выходе полностью заполняет сечение (ξ=1, =µ).

Определим предельно возможную величину вакуума (уравнение Бернулли от 0-0):









На практике вакуум не должен превышать 8м. При большем значении начинается засасывание воздуха в насадок, оттесняющий жидкость от стенок, происходит слив вакуума.

38. Истечение жидкости через отверстия и насадки при переменном напоре.

H

H₂

H₁





t_полное при переменном напоре в 2 раза больше того времени, которое необходимо для вытекания такого же объема жидкости при постоянном напоре.

39. Гидравлические машины (насосы и гидродвигатели) и их основные технические показатели.

Насос – гидравлическая машина для создания напорного движения жидкости.

Этот поток создаётся в результате силового воздействия на жидкость проточной полости или в рабочей камере насоса.

Насосы подразделяются на динамические и объёмные о характеру силового воздействия.

В динамических насосах воздействие осуществляется в проточной камере,постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса.

В объёмном насосе силовое воздействие на жидкость происходит в рабочей камере, периодически изменяющей свой объём и попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

Агрегат, состоящий из насоса и приводного двигателя, соединённых друг с другом, называют насосным агрегатом. Различают агрегаты электронасосные, тарбонасосные, дизельнасосные, мотонасосные, паровой, пневмотический, гидроприводной.

Насосный агрегат с трубопроводом и комплекткющим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса, называется насосной установкой.

1 – приёмный резервуар

2 – нагнетательный трубопровод

3 – ЭДВ

4 – обратный клапан

5 – фильтр

6 – питающий резервуар

7 – всасывающая линия насоса

8 – насос

9 – вакуумметр

10 – манометр

11 – задвижка

Гидродвигатель – гидравлическая машина, предназначенная для преобразования энергии жидкости под давлением в механическую энергию.

Различают ГД возвратно-поступального движения (гидроцилиндры), вращающего жвижения (гидромотор) и возвратно-поворотного движения.



Основные технические показатели гидромашин:

1. 
   Подача (производительность), расход гидродвигателя.
   

Подача зависит от геометрических размеров насоса, скорости движения его рабочих органов, сопротивления трубопровода, связанного с насосом.



Степень герметичности насосов характеризуется объёмным КПД:



Для насосов объёмного действия характерным параметром является рабочий объём – количество жидкости, перемещаемое насосом за один полный оборот при нулевом перепаде давления (объём рабочих камер насоса):



n –частота вращения, Q – производительность

2. 
   Напор – разность полных удельных энергий на выходе и входе в насос, выраженное в метрах столба перекаченной жидкости.
   

Для работающей установки, напор определяется по прибору:



Для проектируемой рабочей установки:



p_H, v_H – давление и скорость потока на выходе из насоса.

Гидропотери мощности насоса учитывает гидравлическое КПД:



Δh_H – потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений в камере насоса.

3. 
   Мощность
   

Различают полезную и потребляемую

– мощность, которая развивается насосом



N₁ – показание ваттметра

4. 
   КПД
   

η_м – механический КПД, учитвающий потери мощности в насосе, подшипниках, уплотнениях, механизме насоса.



k – коэффициент запаса на случайные перегрузки.

40. Центробежный насос. Устройство, принцип действия и основные расчётные зависимости.

1 – корпус

2 – рабочее колесо

3 – спиральная камера для отвода жидкости

4 – конфузор (происходит дальнейшее увеличение потенциальной энергии)

5 – трубопровод

6 – патрубок

7 – обратный клапан/сетка

8 – отверстие для заполения жидкостью

Перемещение жидкости осуществляется под действием центробежных сил, возникающих в жидкости при вращении рабочего колеса. Насосы не самовсасывающие, следовательно требуется предварительное заполнение всасывающей линии рабочего колеса жидкостью.

Основные уравнения центробежного насоса

Воспользуемся упрощённой схемой движения жидкости в рабочем колесе. Будем считать, что оно имеет бесконечно множество лопаток и поток жидкости равномерно распределён по бесконечно тонким каналам между лопатками. Такое движение по отдельному бесконечно малому каналу можно считать как движение элементарной струи.

При движении жидкости различают следующие скорости:

u – окружная скорость, с которой жидкость вращается вместе с рабочим колесом. Она направлена по касательной к окружности в сторону вращения.

ω – относительная скорость, т.е. скорость движения жидкости относительно лопаток рабочего колеса.



α и β – углы лопаток. Они должны быть такими, чтобы жидкость при входе на лопатки и сходе с ним имела наименьшее сопротивление.

Для вывода уравнения применим для жидкости, находящейся в бесконечно малом канале между лопатками, теорему об импульсе сил, согласно которой он равен разности количеств движения на выходе и входе.

Введёи обосначения:

q – элементарный объём

ρg – массовй расход

ρqc – количество движения

ρqccosα – проекция количества движения

На входе на лопатку ρqc₁cosα₁, ρqc₂cosα₂ – на выходе:

– основное уравнение ЦН

При подводе жидкости при α₁=90⁰, :



k – коэффициент, учитывающий конечное число лопаток.

η_г – гидравлический КПД, учитывающий потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в самом насосе.

41. Рабочие характеристики центробежных насосов и способы их получения.

Характеристика центробежного насоса представляет графическое изображение зависимости напора Н, мощности N и КПД ηот подачи насоса Qпри постоянных значениях частоты вращения n, вязкости и плотности жидкости на входе в насос (рис. 5.4). Они получены в результате заводских испытаний на специально оборудованных стендах на воде при 20°С и нормальном атмосферном давлении, равном 10м вод. ст. (735,5 мм рт. ст.), а также при расчетной частоте вращения рабочего колеса.

Приведенная в характеристике связь Н = f(Q) действительна для любой жидкости. При пользовании характеристикой N = f(Q) следует учитывать род жидкости, поскольку мощность насоса пропорциональна плотности жидкости (N=ρgQH/ η).

Кривые, показанные на характеристиках насоса сплошными линиями, соответствуют нормальному диаметру рабочего колеса, а показанные пунктирными линиями - рабочему колесу, обточенному по внешней окружности. Обточка насоса позволяет расширить область применения насосов данной марки.

Короткими волнистыми линиями на кривых Н = f(Q) ограничивается рабочая часть насоса, т. е. зона, соответствующая оптимальному режиму насоса при наибольших значениях КПД, в пределах которого рекомендуется его эксплуатация.

Подбор насоса осуществляется по параметрам гидравлической сети, которые рассчитываются в зависимости от типа трубопровода.



42. Геометрическая и вакуумметрическая высота всасывания центробежных насосов.
43. Работа насоса на сеть и способы регулирования его производительности.

Работа насоса на сеть. В инженерной практике наиболее распространенной является принудительная подача жидкости с помощью насоса. В насосе жидкость приобретает механическую энергию, необходимую для перемещения ее с заданным расходом в заданную точку с заданным давлением (рис. 5.5).

Следовательно, напор насоса равен потребному напору трубопровода



Где Н_г = z₂ – z₁ – геометрическая высота подъема жидкости (разность геодезических отметок уровня жидкости в приемном z₂и питающем г, резервуарах); р₂и р₁– соответственно избыточное давление на поверхности жидкости в резервуарах; ∑h_1-2 - суммарные потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах (рис. 5.5, a).

В случае работы насоса на замкнутый (кольцевой) трубопровод (рис. 5.5, б) Н_г = 0, р₂=р₁ следовательно, потребный напор равен потерям напора в трубопроводе: Н_п=∑h.

Замкнутый трубопровод обязательно должен иметь компенсационный бачок, без которого давление внутри трубопровода было бы неопределенным и колебалось бы в широком диапазоне при изменении температуры.

При наличии компенсационного бачка давление во всасывающем и нагнетательном патрубке равно р_в=р₀+ρgh₀, р_н=р_в+ρg∑h_1-2. Компенсационный бачок исключает появление глубокого вакуума на входе в насос.



Определение рабочего режима насосной установки производится совмещением на одном графике в одинаковых масштабах характеристики насоса Н = f(Q) с характеристикой насосной установки Н_п= f{Q), т. е. кривой потребного напора (рис. 5.6). Точка пересечения 1 указанных кривых называется рабочей, или режимной, точкой, которой соответствуют параметры Q₁,H₁,N₁и η₁.

На рис. 5.6 приведен наилучший вариант, когда точка 1 находится в границах рекомендуемой области использования насоса (короткие линии на основной характеристике насоса).



44. Параллельное и последовательное соединение центробежных насосов.

В случае если с помощью одного насоса невозможно получить требуемый расход, то два или более насосов соединяются параллельно. Суммарную характеристику двух параллельных работающих насосов можно получить путем графического суммирования, при постоянных напорах, расходов каждого их и (рис. 5.8, а) (в случае одинаковых насосов путем удвоения (рис. 5.8, б)). Такое соединение рекомендуется при пологих характеристиках сети.


В случае если с помощью одного насоса невозможно получить требуемый напор, то два или более насосов соединяются последовательно. Суммарную характеристику двух последовательно работающих насосов можно получить путем графического суммирования, при постоянных расходах, напоров каждого из насосов (рис. 5.9, а) (в случае одинаковых насосов путем удвоения (рис. 5.9, б)). Такое соединение рекомендуется при крутых характеристиках сети.



Гидравлическая машина, в которой механическая энергия двигателя преобразуется в энергию жидкости, называется насосом. В насосах объемного действия передача энергии жидкости осуществляется путем периодического заполнения рабочего объема насоса с последующим вытеснением из него.

К объемным насосам относятся поршневые, плунжерные, радиально-поршневые, аксиально-поршневые, шестеренные и пластинчатые.

Основными параметрами, характеризующими работу объемных насосов, являются: рабочий объем Vo, подача насоса Q, развиваемое давление р, потребляемая мощность N, частота вращения приводного вала n, коэффициент полезного действия ղ.

Рабочий объем представляет собой изменение объема рабочих камер за один оборот ротора. Он равен объему несжимаемой жидкости, который насос способен переместить из всасывающей линии в нагнетательную при отсутствии утечек. Рабочий объем Vo пли каждого конкретного насоса вычисляется по соответствующим формулам.

Подачей насоса Q называется количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени. Различают теоретическую и действительную подачу насоса.

Теоретическая подача насосов объемного действия определяется по формуле Q_T = Vo * n ,

где Vo - рабочий объем; n - частота вращения приводного вала.

Действительная подача отличается от теоретической на величину утечек в насосе и определяется по формуле Q=Q_T*ղ₀, где - объемный КПД насоса, учитывающий утечки жидкости через зазоры в рабочих камерах.
45. Поршневые насосы. Устройство, принцип действия



В отличие от многих других объёмных насосов, поршневые насосы не являются обратимыми, то есть, они не могут работать в качестве гидродвигателей из-за наличия клапанной системы распределения.

Принцип работы поршневого насоса заключается в следующем. При движении поршня вправо в рабочей камере насоса создаётся разрежение, нижний клапан открыт, а верхний клапан закрыт, — происходит всасывание жидкости. При движении в обратном направлении в рабочей камере создаётся избыточное давление, и уже открыт верхний клапан, а нижний закрыт, — происходит нагнетание жидкости. Одной из разновидностей поршневого насоса является диафрагменный насос.

46. Шестеренные насосы. Устройство, принцип действия

Шестеренные насосы изготавливаются с внешним (рис. За) и внутренним (рис. 3б) зацеплением шестерен.



Шестеренные насосы состоят из ведущей I и ведомой 2 шестерен, установленных в корпусе 3. В корпусе насоса имеются полость всасывания 4 и полость нагнетания 5. Принцип действия насоса состоит в следующем: при вращении шестерен в момент выхода зубьев из зацепления увеличивается объем камеры всасывания. В результате этого уменьшается давление и всасывающая полость заполняется жидкостью, которая захватывается зубьями и переносится в полость нагнетания. В полости нагнетания во время входа зубьев в зацепление объем камеры нагнетания уменьшается, и жидкость вытесняется в нагнетательную линию. Рабочий объем шестеренного насоса определяется по формуле

Vo = 2πm²zb,

Где m-модуль зацепления (m=D_н/z или m=h/2, где D_н-диаметр начальной окружности, h -высота зуба b-ширина шестерни, z-число зубьев ведущей шестерни.

Шестеренные насосы отличаются простотой устройства и надежностью, небольшой массой и габаритами. Они долговечны, хорошо работают при большой частоте вращения и не требуют высокой очистки рабочей жидкости. Их применяют в гидроприводах в качестве насосов и гидромоторов, для перекачки вязких жидкостей, не содержащих твердых частиц.

Объемный КПД шестеренных насосов колеблется в пределах ղ₀=0,8-0,95. Такие насосы могут работать при давлении до 25 МПа. Насосы с внутренним зацеплением шестерен пригодны для работы при давлении до 7 МПа.

47. Пластинчатые насосы. Устройство, принцип действия

Пластинчатые насосы бывают однократного и двухкратного действия.



Пластинчатый насос однократного действия состоит из статора I, ротора 2, который имеет радиальные или наклоненные под углом к радиусу пазы. В пазы вставлены прямоугольные пластины 3. Статор по отношению к ротору смещен на величину эксцентриситета е. В статоре имеются окна, которые соединены с всасывающей и нагнетательной линиями.

Принцип действия насоса состоит в следующем: при вращении ротора под действием центробежных сил пластины своими внешними торцами прижимаются к внутренней поверхности статора. Благодаря эксцентриситету объем рабочей камеры, заключенный между двумя соседними пластинами, при вращении ротора вначале увеличивается. Давление при атом уменьшается, и жидкость поступает в насос из всасывающей линии. Затем объем уменьшается, а давление увеличивается. При атом происходит вытеснение жидкости в нагнетательную линию.

Рабочий объем насоса однократного действия определяется по формуле

V₀=2π(R-δz)b2e

где R- радиус статора; δ - толщина пластины; z - число пластин; b - ширина пластины (ротора); e - эксцентриситет.

Пластинчатые насосы двухкратного действия состоят из корпуса 1, статора 2, внутренняя поверхность которого имеет эллиптическую форму, ротора 3. Здесь ротор и статор расположены соосно. В пазы ротора радиально или под углом к радиусу вставлены пластины 4. Торцевые распределительные диски имеют четыре окна. Два из них (6, 8) каналами в корпусе насоса соединены с линией всасывания, а два (5, 7) - с линией нагнетания. Принцип действия наcoca состоит в следующем; при вращении ротора насоса по часовой стрелке объемы камер, образованных двумя рядом расположенными пластинками, в окнах в и 8 увеличиваются (образуется вакуум), и происходит засасывание жидкости.

В то же время при подходе к окнам 5 и 7 объем этих камер уменьшается, и жидкость выдавливается в нагнетательный трубопровод. Так как внутренняя расточка статора имеет специальную форму, то за каждый оборот ротора его пластинки дважды нагнетают и дважды всасывают жидкость, поэтому такие пластинчатые насосы относятся к насосам двухкратного действия.

Необходимо отметить, что при работе пластины должны быть прижаты к статорному кольцу: начальный прижим ах обычно осуществляется под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения, а рабочий прижим - гидростатическими силами давления жидкости на внутренние торцы пластин, под которые подводится давление из линии нагнетания (окон 5 и 7).

В некоторых насосах на общем валу смонтированы два ротора - такие насосы получили название сдвоенных пластинчатых насосов, они позволяют получать два независимых потока жидкости. Рабочий объем насоса двухкратного действия определяется по формулам:

при радиальном расположении пластин в роторе

V₀=2[π(R₁ ² - R₂ ²) - (R₁ - R₂) δz ]

при расположении пластин под углом к радиусу

V₀=2{[π(R₁ ² - R₂ ²) – [(R₁ - R₂)/cos оС ] δz},где R₁ - большой радиус статора; R₂ - меньший радиус статора; δ - толщина пластины; z - число пластин; b - ширина пластины; оС - угол наклона пластины к радиусу.

Пластинчатые насосы имеют малую массу, просты по конструкции, долговечны, обладают высокой надежностью. Они применяются в гидроприводах деревообрабатывающих станков и лесных машин. Объемный КПД пластинчатых насосов колеблется в пределах Ь = 0,75-0,98. Такие насосы могут работать при давлениях до 12,5 Мпа.
48. Радиально-поршневые насосы. Устройство, расчетные зависимости

Радиально-поршневые насосы состоят из статора I, ротора 2, поршней 3, распределительной оси 4 со всасывающим 5 и нагнетательным 6 каналами. При вращении ротора поршни перемещаются от центра ротора к периферии, и происходит всасывание. При перемещении поршней к центру ротора происходит нагнетание.



Рабочий объем насоса определяется по формуле

Vo = (πd²/4)2еz

где d - диаметр поршней; е - эксцентриситет; Z - число поршней.

Радиально-поршневые насосы находят все более широкое применение в различных системах гидропривода. Они имеют большой КПД надежны и способны создавать высокие давления (до 32 МПа). Их применяют и в качестве насосов, и в качестве гидромоторов. Объемный КПД этих насосов равен 0,7-0,9.