Контрольная Гидравлика

Полное наименование предметов:  «Гидравлика», «Основы гидравлики» и «Гидравлические и пневматические системы авто­мобилей и гаражного оборудования»

Внимание! для 24 задачи нет температуры рабочей жидкости, поэтому в вар.33 и других вместо неё задача 25

 

Министерство сельского хозяйства РФ Тверская государственная сельскохозяйственная академия

кафедра «Техническая эксплуатация автомобилей»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по изучению и выполнению контрольных работ дисциплин «Гидравлика», «Основы гидравлики» и «Гидравлические и пневматические системы авто­мобилей и гаражного оборудования»

для студентов специальностей 110301, 190601, 190603 заочного обучения

Тверь — 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Общие методические указания…………………………………………………………………………. 3

Часть I. Гидравлика………………………………………………………………………………………… 4

Часть II. Лопастныегидромашины и гидродинамические передачи ……………………… 12

А. Лопастные насосы …………………………………………………………………………………… 12

Б. Гидродинамические передачи ……………………………………………………………………. 19

Часть III. Объемные насосы, гидроприводы и гидропневмоавтоматика ……………….. 19

А. Объемныенасосы …………………………………………………………………………………….. 19

Б. Объемный гидропривод …………………………………………………………………………….. 22

Контрольные задания …………………………………………………………………………………… 28

Методические указания к выполнению контрольных заданий…………………………….. 39

Приложения………………………………………………………………………………………………… 46

Вопросы для самопроверки……………………………………………………………………………. 50

УДК 532 (075.1)

Составитель: доцент, кандидат техн. наук Ю.А.Панов.

Рецензент: доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины», кандидат техн. наук B.C. Андрощук

Рассмотрены и одобрены:

• на заседании кафедры технической эксплуатации автомобилей « 13 » января 2012 г., протокол № 4
• методической комиссией инженерного факультета « 21 » января 2012 г., протокол № 5

СД. Методические указания по изучению и выполнению контрольных работ дисци­плин «Гидравлика», «Основы гидравлики» и «Гидравлические и пневматические системы автомобилей и гаражного оборудования» для студентов специальностей 110301, 190601, 190603 заочного обучения. — Тверь: ТГСХА, 2012. — 39 с.

® Тверская государственная сельскохозяйственная академия,

2012

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Методические указания составлены в соответствии с программами курсов «Гидравлика» для студентов обучающихся по специальности 110301 — «Механиза­ция сельского хозяйства», «Основы гидравлики» и «Гидравлические и пневматиче­ские системы автомобилей и гаражного оборудования» для студенты специально­стей 190601 — «Автомобили и автомобильное хозяйство» и 190603 — «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транс­порт)».

Курс состоит из следующих частей: гидравлика, в которой изучаются законы равновесия и движения несжимаемой жидкости; гидравлические машины и гид­роприводы, принципом действия, расчетом, областью применения и эксплуатацией разных лопастных гидромашин и гидродинамических передач, объемных насосов и гидроприводов.

Для изучения курса рекомендуются следующие учебники:

1. Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебное пособие. 4.1. Ос­новы механики жидкости и газа. 2-е изд., перераб. и доп. —М.: МГИУ, 2003.
2. Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмо­привод: Учебник. Ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод / Под ред. А.А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003.
3. Исаев А.П., Сергеев Б.И., Дидур В.А. и др. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов. Учебник — М.: Агропромиздат, 1990.
4. Палишкин Н.А. Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение. Учеб­ник — М.: Агропромиздат, 1990.

При решении задач контрольных работ и выполнении лабораторных работ ре­комендуется пользоваться следующими учебными пособиями:

1. Штеренлихт Д.В., Алышев В.М., Яковлева Л.В. Учебное пособие. Гидрав­лические расчеты. — Колос, 1992.
2. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под ред. Б.Б.Некрасова. Учебное пособие. -М.:Высш. шк., 1989.

Для облегчения работы студентов заочные отделения организуются обзорные лекции, лабораторные занятия и консультации. Обзорные лекции организуются во время экзаменационной сессии. Консультации проводятся непрерывно в течение всего учебного периода по заранее установленному графику.

Теоретический курс необходимо прорабатывать последовательно по отдель­ным темам в соответствии с прилагаемой программой, внимательно изучить выводы формул, обращая при этом особое внимание на применяемые при выводе этих фор­мул законы теоретической механики. Особо важно помнить допущения, сделанные в ходе вывода формул, так как они ограничивают применимость полученных зако­номерностей.

Работа над учебником обязательно должна сопровождаться решением задач по изучаемому разделу курса. Задачи следует решать самостоятельно. В ходе решения задач лучше усваивается и закрепляется теоретический курс, выясняется суть гид­равлических явлений.

Выполненные контрольные работы студент-заочник направляет в заочное от­деление факультета. Если все задачи контрольной работы решены правильно, то ее засчитывают. Если студентом допущены грубые и существенные ошибки, то работа, возвращается ему для исправления. Исправленную контрольную работу студент- заочник высылает повторно, обязательно прилагая первый вариант своего решения задач с замечаниями преподавателя. Контрольные работы студент должен отпра­вить не позже чем за 10 дней до начала экзаменационной сессии. Работы, отправ­ленные позже, проверяются после сессии.

Лабораторные работы обычно проводятся во время сессии, в специально от­веденное для этого время. Выполненные работы студент должен оформить и за­щитить.

При сдаче экзамена студент-заочник обязан предъявить преподавателю все зачтенные контрольные работы и журнал-отчет оформленных лабораторных работ. Зачет по курсу «Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы» студент по­лучает после успешной защиты всех контрольных и лабораторных работ.

ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Часть I. ГИДРАВЛИКА Введение

Предмет гидравлики. Краткая историческая справка. Роль русских, и, совет­ских ученых в развитии гидравлики, гидромашин и гидроприводов. Применение гидромашин, гидроприводов и гидроавтоматики в современном машиностроении и в комплексной механизации и автоматизации производства. Гидравлика как одно из общеинженерных дисциплин, обеспечивающих фундаментальную подготовку спе­циалистов.

1. Основные свойства жидкостей

Определение жидкости. Силы, действующие на жидкость. Давление в жид­кости. Сжимаемость. Закон Ньютона для жидкостного трения. Вязкость. Поверх­ностное натяжение. Давление насыщенного пара жидкости. Растворение газов в жидкости. Особенности жидкостей, применяемых в гидросистемах, соответст­вующих специальности. Модель идеальной жидкости. Неньютоновские жидкости.

Методические указания.

Объект изучения в гидравлике — жидкость — физическое тело, молекулы кото­рого слабо связаны между собой. Поэтому при воздействии даже незначительной силы жидкость изменяет свою форму. Жидкость занимает промежуточное место между твердым телом и газом. Она способна сохранять свой объем и этим сходна с твердым телом, но не способна самостоятельно сохранять свою форму, что сближа­ет ее с газом. Все жидкости при изменении давления и температуры изменяют свой объем. Жидкости сжимаются незначительно; например, при повышении дав­ления от 0,1 до 10 МПа объем воды уменьшается лишь на 0,5 %. Поэтому чаще все­го в гидравлических расчетах жидкости считаются несжимаемыми. Однако при рас­смотрении отдельных вопросов, например гидравлического удара, сжимаемость жидкости следует учитывать. С увеличением температуры жидкости расши — ряются ; например, при повышении температуры воды с 4 до 100 °С ее объем увеличивается приблизительно на 4 % .

Свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу или скольжению сопри­касающихся слоев называется вязкостью . Вязкость приводит к появлению сил внутреннего трения между смежными слоями жидкости, текущими с различными скоростями. Она характеризует степень текучести жидкости, подвижности ее час­тиц. Вода принадлежит к наименее вязким жидкостям. Вязкость эфира и спирта еще меньше. Наименьшей вязкостью обладает жидкая углекислота. Ее вязкость в 50 раз меньше вязкости воды. С повышением давления вязкость жидкости увеличивается. Однако зависимость вязкости от давления существенна только при больших перепа­дах давления, измеряемых десятками мегапаскалей. Во всех других случаях влияние давления на вязкость можно не учитывать. При увеличении температуры вязкость жидкости заметно уменьшается. Отметим также, что вязкость газов увеличивается с ростом температуры. Пока жидкость не движется, вязкость не проявляется, поэтому при решении задач равновесия жидкостей ее не надо принимать во внимание. При движении же жидкости необходимо учитывать силы трения, которые появляются из-за вязкости и подчиняются известному закону Ньютона. Однако существуют и такие жидкости, в которых силы трения возникают уже в состоянии покоя при их стремлении прийти в движение. Такие жидкости называют неньютоновскими или аномальными. К ним можно отнести нефтепродукты при температуре, близкой к температуре застывания, масляные краски и смазочные масла при низких темпера­турах, коллоидные растворы, литой бетон, глинистый раствор, употребляемый при бурении скважин, и др.

Для упрощения рассмотрения законов механики жидкостей Л. Эйлер ввел по­нятие идеальной жидкости, т. е. такой воображаемой жидкости, которая явля­ется абсолютно-подвижной (невязкой). При движении идеальной жидкости в ней не возникают силы внутреннего трения.

Молекулы, располагающиеся на поверхности жидкости, подвергаются при­тяжению находящихся ниже молекул. Это вызывает появление поверхностного на­тяжения жидкости, действием которого объясняется капиллярное поднятие или опускание жидкости в трубках малого диаметра или в узких щелях. Если жидкость смачивает твердые стенки, с которыми она соприкасается, то происходит капилляр­ное поднятие (например, вода в стеклянной трубке), если не смачивает опускание жидкости (например, ртуть в стеклянной трубке). Это свойство жидкостей следует учесть при использовании трубок малого диаметра для измерения уровня или дав­ления жидкости.

При испарении жидкости в закрытом пространстве через некоторое время па­ры насытят его, т. е. число испаряющихся и число конденсирующихся молекул вы­равнивается и количество молекул жидкости в пространстве будет максимальным. При этом в окружающем пространстве устанавливается давление, называемое давлением насыщенного пара жидкости. Чем выше температура, тем больше давление насыщенного пара. При нагревании жидкости давление насы­щенного пара увеличивается и, когда она начинает превышать внешнее давление, жидкость начинает, кипеть пары образуются во всем ее объеме. С увеличением дав­ления температура кипения возрастает, а с уменьшением — понижается. Понятие давления насыщенного пара связано с вредным явлением — кавитацией .

Молекулы газа из окружающей среды проникают внутрь жидкости через ее свободную поверхность. Этот процесс растворения газов в жидкости продолжается до ее насыщения. Объем газа, который может растворяться при дан­ной температуре в жидкости до ее насыщения, увеличивается линейно с ростом дав­
ления на ее свободной поверхности. При понижении давления часть растворенного газа выделяется из жидкости, причем этот процесс происходит интенсивнее, чем растворение. При выделении газа жидкость вспенивается. Полностью растворенный в маслах воздух практически не влияет на их физико-механические свойства, однако его выделение и пенообразование при понижении давления в гидравлических сис­темах ухудшает эти свойства масел. В обычных условиях вода содержит около 2 % (по объему) растворенного в ней воздуха.

2. Гидростатика

Свойства давления в неподвижной жидкости. Уравнения Эйлера равновесия жидкости. Интегрирование уравнений Эйлера. Поверхности равного давления Сво­бодная поверхность жидкости. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Приборы для измерения давления. Силы давления жидкости на плоские и криволи­нейные стенки. Закон Архимеда. Плавание тел. Относительный покой жидкости. Примеры применения гидростатики в гидросистемах соответствующих специально­сти.

Методические указания.

Гидростатика изучает законы равновесия жидкости. Она рассматривает рас­пределение давления в покоящейся жидкости, численное определение, определение направления и точки приложения силы давления жидкости на плоские и криволи­нейные поверхности.

Как известно, единицей давления является ньютон на квадратный метр — паскаль . Для практических вычислений эта единица неудобна, поэтому чаще применяют кратные единицы — килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа): 1 кПа = 10 Па; 1 МПа = 10⁶ Па.

Атмосферное давление в какой-либо точке зависит от высоты этой точки над ,q уровнем моря и незначительно колеблется в одной и той же точке. Нормальное атмо­сферное давление на уровне моря при тем­пературе 0 °С принимают равным р_ат = 101,3 кПа.

Часто жидкость сверху соприкасается р_аб= О ^с газом. Поверхность раздела между жид- О костью и газообразной средой называется свободной поверхностью жидкости.

Различают абсолютное давле­ние Раб, манометрическое (избыточное) — ^_Мивакуум — р_ъ, между ко­торыми существуют (рис. 1) следующие зависимости:

Рш = Раб — Pa_т^; Р_в = f_aT — p_a6; р_в =-p_M                              ⁽¹⁾

где р_ат — атмосферное давление — давление между условными нулями. На рис.1 можно проследить пределы изменения разных давлений. Вакуум, например, не мо­жет быть больше атмосферного давления.

Рм=0

№

1

Рис. 1

Жидкость давит на поверхность, с которой она соприкасается. При опреде­лении силы гидростатического давления, как правило, оперируют манометрическим давлением или вакуумом, так как атмосферное давление действует на расчетную
конструкцию со всех сторон, и поэтому его можно не принимать во внимание. При определении силы давления часто используется так называемая пьезометрическая плоскость или плоскость атмосферного давления — горизонтальная плоскость, про­ходящая через уровень жидкости в пьезометре, присоединенном к сосуду. Поверх­ность жидкости на уровне пьезометрической плоскости подвергается лишь воздей­ствию атмосферного давления, т. е. р_м = 0. Если сосуд с жидкостью открыт в атмо­сферу, то пьезометрическая плоскость совпадает со свободной поверхностью жид­кости. В случае же герметично закрытого сосуда она может располагаться выше или ниже свободной поверхности. В общем случае расстояние по вертикали до пьезо­метрической плоскости определяется по формуле:

^h = /is),                                                           ⁽²⁾

где р — плотность жидкости, g — ускорение силы тяжести, р — манометрическое дав­ление или вакуум в любой точке жидкости. Расстояние h откладывается от той точ­ки жидкости, давление в которой равно р, вверх, если оно манометрическое, и вниз — в случае вакуума.

Силу давления на плоскую поверхность можно определить аналити­ческим и графоаналитическими методами. При аналитическом методе силу давле­ния выражают формулой;

F = p_cA,                                                          (3)

где р_с — гидростатическое давление в центре тяжести плоской фигуры; А — площадь фигуры.

При графоаналитическом методе строят эпюры давления, выражающие закон распределения давления на контур тела, погруженного в жидкость. Сила давления равняется объему пространственной эпюры, а ее вектор проходит через центр тяже­сти этой эпюры. Равнодействующая сила давления жидкости на криволинейную по­верхность обычно выражается тремя взаимно перпендикулярными составляющими; F_x, F_y, F_z. Горизонтальные составляющие F_x, F_y вычисляют как силы давления на плоскую поверхность, равную проекции данной криволинейной поверхности на со­ответствующую вертикальную плоскость. Для определения вертикальной состав­ляющей F_z строят тела давления. При этом криволинейная поверхность проектиру­ется вертикально на пьезометрическую плоскость. Телом давления называется тело, с одного конца ограниченное криволинейной поверхностью, с другого — пьезомет­рической плоскостью, а со сторон — вертикальной проектирующей поверхностью. Сила F_z равна весу жидкости, занимающей объем Vтела давления:

F_z = pgV                                                          (4)

При определении сил давления жидкости на сложные поверхности часто бы­вает целесообразно сначала графически суммировать эпюры, а также тела давления, построенные для отдельных частей данной поверхности.

Покой жидкости относительно стенок сосуда, движущегося вместе с жид­костью, называется относительным ее покоем или равновесием. При этом отдель­ные частицы жидкости не смещаются одна относительно другой, и вся масса жид­кости движется как одно твердое тело. В данном случае к силе тяжести добавляется еще другая — сила инерции, и поверхность жидкости чаще всего перестает быть го­ризонтальной.

В относительном покое может рассматриваться, например, жидкость в пере­
мещающейся цистерне, горючее в баке движущейся машины, жидкость во вращаю­щемся сосуде и т.п. При вращении жидкости вместе с цилиндрическим сосудом от­носительно его вертикальной оси симметрии с постоянной угловой скоростью ю ее поверхность под воздействием центробежных сил принимает форму параболоида вращения ABC (рис. 2), высота Н которого определяется по формуле:

(5)

_Н = ®² RУ /2 g

Рис. 2                                                       Рис.3

а объем параболоида

у=^{жК 2} Н2                                                    (6)

Когда при вращении жидкости ее свободная поверхность пересекает дно со­суда (рис. 3), показанный объем жидкости можно вычислять двояко:

_т/ Ar² — R² )h/ _т/ ngh²/                                                   _

^у = ^V /2 ^{или У} —                                                                         (7)

ю

3. Кинематика и динамика жидкостей

Виды движения жидкости. Основные понятия кинематики жидкости: линия тока, трубка тока, струйка, живое сечение, расход. Поток жидкости. Средняя ско­рость. Уравнение расхода. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости. Уравнение Бернулли для установившегося движения идеальной жидко­сти. Геометрическое и энергетическое толкование уравнения Бернулли. Уравнение Бернулли для относительного движения идеальной жидкости. Сравнение Бернулли для потока вязкой жидкости. Коэффициент Кориолиса. Общие сведения о гидрав­лических потерях. Виды гидравлических потерь. Трубка Пито. Расходомер Венту- ри. Краткие сведения о движении газов; условия применимости законов гидравли­ки к движению газов.

Методические указания.

Основным уравнением гидродинамики является уравнение Бер — нулли . Его составляют для двух живых сечений потока, и для установившегося движения реальной жидкости имеет следующий вид:

^Z‘ ⁺%g)⁺ %j)==2 ^{+ P}/(pg)^{+ 2} X2g)⁺I^h, ⁽⁸⁾

где z — геометрический наиор или высота положения — расстояние от произвольно выбранной горизонтальной плоскости сравнения до центра тяжести сечения (в энергетическом смысле — это удельная, т. е. отнесенная к единице веса жидкости, потенциальная энергия положения); р — давление в центре тяжести сечения p/(pg) — пьезометрический напор — вертикальное расстояние между центром тяжести сече­ния и уровнем жидкости в пьезометре (удельная потенциальная энергия давления); v — средняя скорость потока в сечении; а — коэффициент Кориолиса (отношение действительной кинетической энергии потока к условной кинематической энергии, вычисленной по средней скорости); av /2g — скоростной напор (удельная кинетиче­ская энергия); Yft — гидравлические потери напора (та часть удельной механиче­ской энергии, которую жидкость теряет на преодоление сопротивлений на участке потока между сечениями 1 и 2. Вследствие работы сил трения она превращается в тепловую энергию и рассеивается в пространстве). Гидравлические потери состоят из потерь на трение h_1v и местных потерь Н_м, т. е. Yft = hip + h_M. Уравнение Бернулли является частным случаем закона сохранения энергии. Оно может быть выражено и в другом виде, где все члены представляют собой энергию, отнесенную к единице объема:

PgZi + Pi + ^ Р/₂ = pgz2 + Р2 + ^^{+ A}P                                            (9)

где Ap = pg^ h — потери давления.

Как видно, уравнение Бернулли выражает связь между тремя разными ве­личинами потока: высотой положения z, давлением р и средней скоростью v.

При решении практических задач вместе с уравнением Бернулли применяется и уравнение постоянства расхода, т.е. равенства расхода Q во всех сечениях устано­вившегося потока:

Q = Vi Si = V2 S2 = … = V_n S_n = const.                        (10)

Из него следует, что средние скорости v обратно пропорциональны площадям S живых сечений.

При использовании уравнения Бернулли целесообразно руководствоваться следующим:

• оно применяется только для установившегося движения вязкой несжимае­мой жидкости в том случае, когда из массовых сил на нее действует лишь сила тя­жести;
• два живых сечения, к которым применяется уравнение Бернулли, должны быть нормальными к векторам скоростей и располагаться на прямолинейных уча­стках потока. Движение жидкости в окрестности выбранных сечений должно быть параллельноструйным или плавно изменяющимся, хотя между ними поток может быть и резко изменяющимся. На участке потока между сечениями недолжно быть источника или потребителя энергии жидкости (насоса или гидродвигателя);
• если поток неустановившийся или на участке между расчетными сече­ниями имеется источник или потребитель энергии, к приведенным уравнениям (8, 9) необходимо дописать дополнительные члены;
• обычно расчетные сечения удобно подбирать там, где известно давление. Но в уравнение должна попасть и неизвестная величина, которую нужно опре­делить. Нумерация выбранных сечений 1 и 2 производится по направлению потока. В противном же случае меняется знак гидравлических потерь Yfo или Ар;

 

5) плоскость сравнения должна быть горизонтальной. По высоте ее можно подобрать произвольно, но очень часто удобно использовать плоскость, прохо­дящую через центр тяжести нижнего расчетного сечения;

• геометрический напор z выше плоскости сравнения считается положи­тельным, а ниже — отрицательным;
• когда площадь расчетного сечения сравнительно большая, скоростной

напор g) ^и член ^av являются ничтожными по сравнению с другими члена­ми и приравниваются нулю.

4. Режимы движения жидкости и основы гидродинамического подобия

Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Число Рейнольдса. Основы теории гидродинамического подобия. Критерии гидродинамического подо­бия. Моделирование гидродинамических явлений. Подобие полное и частичное.

5. Ламинарное движение жидкости

Распределение скоростей по сечению круглой трубы. Потери напора на трение по длине трубы (формула Пуазейля). Начальный участок потока. Ламинарное тече­ние в плоских и кольцевых зазорах. Особые случаи ламинарного течения (перемен­ная вязкость, облитерация).

Методические указания.

Потери напора на трение по длине трубы при любом режиме движения жид­кости определяют по формуле Дарси:

^ 2 g) ^{ИЛИ Д}Р- ⁼                                                                          (11)

При ламинарном течении жидкости X = 64/Re и первая формула (11) превра­щается в формулу Пуазейля:

= ⁶⁴%e d 2 g)                                                     (12)

где X — коэффициент гидравлического трения; I — длина расчетного участка трубы; d — диаметр трубы; Re = vd/ v — число Рейнольдса; v — кинематическая вязкость жид­кости. Из формулы (12) следует, что при ламинарном течении жидкости гидравли­ческие потери на трение прямо пропорциональны средней скорости потока. Кроме того, они зависят от физических свойств жидкости и от геометрических параметров трубы, а шероховатость стенок трубы не имеет никакого влияния на потери на тре­ние.

На расход жидкости, протекающей через узкие зазоры, очень влияют их тол­щина и эксцентричность кольцевого зазора.

6. Турбулентное движение жидкости

Особенности турбулентного движения жидкости. Пульсации скоростей и давлений. Распределение осредненных скоростей по сечению. Касательные на­пряжения в турбулентном потоке. Потери напора в трубах. Формула Дарси; ко­эффициент потерь на трения по длине (коэффициент Дарси). Шероховатость сте­
нок, абсолютная и относительная. Графики Никурадзе и Мурина. Гидравлически гладкие и шероховатые трубы. Формулы для определения коэффициента Дарси и области их применения. Движение в некруглых трубах.

Методические указания.

Потери напора на трение по длине трубы при турбулентном движении опре­деляют также по формуле Дарси (11), но в этом случае коэффициент трения Л оп­ределяют по другим зависимостям, чем в ламинарном потоке. Таким образом, фор­мула Дарси является универсальной — ее можно применять для любых жидкостей при любом режиме движения.

Имеется ряд формул для определения коэффициента X в зависимости от ре­жима течения жидкости и числа Рейнольдса, например:

• ламинарное движение (I зона, Re < 2320): X = 64/Re;
• неопределенное движение (II зона, 2320 < Re < 4000). Трубопроводы с движением, соответствующим этой зоне, проектировать не реко­мендуется;
• турбулентное движение (Re > 4000):

а) зона гладких труб (III зона, 4000 < Re < 10d/А_э). Формула Прандтля- Никурадзе

1

= -2 • lg

(13)

VI

^Г2,51/ ч» _ /(ReVIjy^;

б) переходная зона (IV зона,

10d

= -2 • lg

2,51

(ReV!)+A/(3,71d )

1

(14)

VI

< Re < 560 d/ ), ф_ормула Колбрука:

в) зона шероховатых труб (V зона, Re>560 ^d/_K ) формула Прандтля-Никурадзе:

 

 

1

= -2 • 1g

(15)

VI

\3J1d)

 

Зону V еще называют зоной квадратичного сопротивления, так как здесь гид­равлические потери на трение пропорциональны квадрату скорости. Для тур­булентного движения самой общей является формула IV зоны. Из нее как частные случаи легко получаются формулы для III и V зон. С увеличением номера зоны рас­тет число Рейнольдса, увеличивается турбулентность, толщина ламинарного при­стенного слоя уменьшается и, следовательно, увеличивается влияние шеро­ховатости и уменьшается влияние вязкости, т. е. числа Re на коэффициент гидрав­лического трения. В первых трех зонах коэффициент X зависит лишь от числа Re, в IV зоне — от числа Re и относительной шероховатости Д/d, ав V зоне — лишь от ше­роховатости Дэ/d.

Для труб промышленного изготовления с естественной шероховатостью для любой области сопротивления при турбулентном режиме движения можно пользо­ваться формулой А. Д. Альтшуля:

68/

+

(16)

/л / _ , Л^0,25

А,

А = 0,11

Re

Пользоваться приведенными формулами для определения коэффициента X не

 

— 11 —
всегда удобно. Для облегчения расчета здесь приводится номограмма Колбрука — Уайта (см. приложение 3), при помощи которой X определяется весьма просто по из­вестным Re и A/d.

7. Местные гидравлические сопротивления

Основные виды местных сопротивлений. Коэффициент местных потерь. Ме­стные потери напора при больших числах Рейнольдса. Внезапное расширение тру­бы (теорема Борда). Диффузоры. Сужение трубы. Колена. Местные потери напора при малых числах Рейнольдса. Кавитация в местных гидравлических сопро­тивлениях. Практическое использование кавитации.

Методические указания.

Местные гидравлические потери определяют по формуле Вейсбаха:

h               _g) или Ap_M = ^X                                            (17)

где £ — коэффициент местного сопротивления; v — средняя скорость в сечении, как правило, за местным сопротивлением. Коэффициент £ при больших числах Рей­нольдса зависит только от вида местного сопротивления. Однако при ламинарном течении он зависит не только от вида сопротивления, но и от числа Рейнольдса. Приведенные в приложении 4 значения коэффициента С, некоторых местных сопро­тивлений относятся к турбулентному течению с большими числами Рейнольдса. Для ламинарного движения коэффициент £ должен быть пересчитан с учетом влия­ния числа Рейнольдса.

Простое суммирование потерь в местных сопротивлениях возможно, если они расположены друг от друга на расстоянии, равном не менее 20 — 30 диаметров тру­бы. В противном же случае сопротивления влияют друг на друга и работают как одна система, для которой необходимо определить свое значение коэффициента местного сопротивления экспериментальным путем.

8. Истечение жидкости через отверстия и насадки

Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. Коэффициенты сжатия, скорости, расхода. Истечение жидкости через цилинд­рический насадок. Насадки различного типа. Истечение при переменном напоре (опорожнение резервуаров),

Методические указания.

(18)

Н 0 = Н +

Расход жидкости при ее истечении через отверстие или насадок определяют по формуле

Q = v • S = vS-j2gH0 или Q = MS J ^2КР/_р ,

где ц — коэффициент расхода, S — площадь отверстия или сечения насадка; Н₀ — дей­ствующий напор, равный

^                                     »^,                                   (19)

где Н — расстояние от центра тяжести площади отверстия или сечения насадка до поверхности жидкости в резервуаре; р₀ — давление на поверхности жидкости в ре­- 12 —
зервуаре; р — давление в среде, в которую происходит истечение жидкости; и0 — скорость подхода жидкости в резервуаре; а₀и₀ /(2g) — величина малая, и ею можно пренебречь; Ар — потери давления при истечении через местное сопротивление (на­пример, через дроссель, распределитель и другую гидравлическую аппаратуру).

Коэффициент расхода ^ малого отверстия зависит от числа Рейнольдса. С увеличением Re коэффициент ^ сначала увеличивается, достигает максимального значения ^_макс — 69 при Re = 350, а затем начинает уменьшаться и стабилизируется на значении, равном 0,60. Таким образом, отверстия (а также насадки) при больших числах Re удобно применять в качестве приборов для измерения расхода жидкости.

При истечении жидкости через затопленное отверстие или насадок для оп­ределения расхода применяют приведенные формулы (18), но в этом случае напор Н₀ берется как разность гидростатических напоров по обе стороны сетки. Следова­тельно, расход в данном случае не зависит от высоты расположения отверстия или насадка,

В случае истечения жидкости через насадок образуется вакуум, который уве­личивает его пропускную способность и является прямо пропорциональным напору H₀. Коэффициент расхода насадка зависит от его типа и числа Рейнольдса. По сво­ему значению он превышает коэффициент расхода малого отверстия. Например, для внешнего цилиндрического насадка ^ = 0,80, для коноидального насадка ^ = 0,96 … 0,99.

9. Гидравлический расчет трубопроводов

Основное расчетное уравнение простого трубопровода. Основные расчетные задачи. Понятие об определении экономически наивыгоднейшего диаметра трубо­провода. Сифонный трубопровод. Последовательное и параллельное соединение трубопроводов. Сложные трубопроводы. Трубопровод с насосной подачей. Понятие об электрогидродинамической аналогии. Основы расчета газопроводов.

Методические указания.

При расчете напорных трубопроводов применяются уравнения Бернулли (8, 9), постоянства расхода (10) и формулы (11, 17) для определения гидравлических потерь. По отношению местных потерь и потерь на трение трубопроводы подраз­деляют на короткие и длинные. К коротким относятся всасывающие трубопроводы насосов, сифонные трубы, некоторые гидролинии гидроприводов и другие трубо­проводы. При их расчете оценивают и определяют потери на трение и местные по­тери.

Расчет длинных трубопроводов ведется по упрощенному уравнению Бернул­ли. В данном случае скоростные напоры по сравнению с другими членами урав­нения малы и ими обычно пренебрегают. Следовательно, напорная линия совпадает с пьезометрической. Местные потери либо совсем не оценивают, либо без точного расчета принимают равными некоторой доле потерь по длине — обычно 10…15%.

Расчет простых трубопроводов сводится к трем типовым задачам по опреде­лению напора, расхода, диаметра трубопровода. Задачи решают аналитическими графоаналитическим способами. Задачи второго и третьего типов аналитическим способом решить непосредственно нельзя, и приходится прибегать к методу подбора. Поэтому для этих случаев удобнее применять графоаналитический способ. При этом для задачи второго типа строится гидравлическая характеристика трубо­провода, которая выражает связь между расходом и гидравлическими потерями, т.е.

X h = f (Q).

Чтобы построить такую характеристику, необходимо знать лишь геометри­ческие параметры трубы: диаметр, длину и шероховатость. Произвольно подбирают несколько значений расхода и определяют соответствующие им гидравлические по­тери. По данным расчета и строится кривая характеристики трубы. При ламинарном течении жидкости характеристика трубы имеет вид прямой линии, что облегчает ее постройку.

При расчете сложных трубопроводов удобно пользоваться графоаналитиче­ским способом, графически суммируя гидравлические характеристики отдельных труб.

10. Неустановившееся движение жидкости

Неустановившееся движение несжимаемой жидкости в жестких трубах с уче­том инерционного напора. Явление гидравлического удара. Формула Жуковского для прямого удара. Понятие о непрямом ударе. Способы ослабления гидрав­лического удара. Практическое использование гидравлического удара в технике. Методические указания.

Расчет жесткого трубопровода при неустановившемся движении несжимаемой жидкости ведется по уравнению Бернулли (8, 9) с дополнительным инерционным членом, который учитывает потери напора на преодоление силы локальной инер­ции. Например, так ведется расчет линий всасывания поршневого насоса с весьма неравномерной подачей жидкости, труб при опорожнении резервуара в случае вне­запного открытия крана.

При внезапном изменении скорости потока в напорном трубопроводе резко изменяется давление — возникает гидравлический удар. Он считается вредным явле­нием, так как может вызвать аварии в гидросистемах. В этом отношении прямой удар более опасен, чем непрямой. При прямом ударе повышение давления прямо пропорционально изменению скорости потока, плотности жидкости и скорости рас­пространения ударной волны в ней.

11. Взаимодействие потока со стенками

Теорема импульсов. Воздействие свободной струи на твердые преграды. Силы воздействия напорного потока на стенки.

Часть II. ЛОПАСТНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ

ПЕРЕДАЧИ

РАЗДЕЛ А. ЛОПАСТНЫЕ НАСОСЫ 12. Общие сведения о гидромашинах

Насосы и гидродвигатели. Классификация насосов. Принцип действия дина­мических и объемных машин. Основные параметры: подача (расход), напор, мощ­ность, к.п. д.

Методические указания.

Гидравлические машины служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравличе­ской энергии потока жидкости в механическую (гидравлические двигатели). Гид­равлическим приводом называют гидравлическую систему, которая состоит из на­соса и гидродвигателя с соответствующей регулирующей и распределительной ап­паратурой и служит для передачи посредством рабочей жидкости энергии на рас­стояние. При помощи гидравлического привода можно преобразовывать механи­ческую энергию в кинетическую на выходе системы с одновременным вы­полнением функций регулирования и реверсирования скорости выходного звена, а также преобразовывать один вид движения в другой.

Существуют две основные группы насосов: объемные (поршневые и ротор­ные) и динамические (в том числе лопастные и вихревые). Насосы различают по герметичности (первые — герметичные, вторые — проточные); виду характеристики (первые имеют жесткую характеристику, вторые — пологую), характеру подачи (первые имеют порционную подачу, вторые — равномерную). Напор, развиваемый объемными насосами, не зависит от подачи, а у лопастных напор и подача взаи­мосвязаны. Этим обусловливается различие возможных напоров, создаваемых обеими группами насосов, различие способов регулирования их подачи и пр.

Рис. 4

В рабочем колесе лопастного насоса основная часть подводимой энергии пе­редается жидкости путем динамического воздействия лопаток на поток. При нате- кании потока на соответствующим образом спрофилированную поверхность ло­патки (аналогично крылу самолета) на ее поверхностях образуется перепад давления и возникают подъемные силы. Рабочее колесо совершает работу, преодолевая при своем вращении момент этих сил. Для этого к колесу насоса подводится механиче­ская энергия двигателя, которая на­сосом преобразуется в энергию дви­жущейся жидкости. Характерным признаком объемного насоса явля­ется наличие одной или нескольких рабочих камер, объемы которых при работе насоса периодически изменя­ются. При увеличении объема камер они заполняются жидкостью, а при уменьшении их объема жидкость вы­тесняется в отводящую линию. Ос­новные параметры насосов: подача, напор, мощность, коэффициент по­лезного действия (к.п.д,), частота вращения.

Подачей насоса называют ко­личество жидкости (объем), пода­ваемое насосом за единицу времени, т. е. расход потока через насос. На­пором Н насоса (рис. 4) называют

механическую энергию, сообщаемую насосом единице веса (1 Н) жидкости. Поэто­му напор имеет линейную размерность. Напор насоса равен разности полного напо-

 

pa за насосом и напора перед ним и обычно выражается в метрах столба пе­ремещаемой жидкости:

 

где р_я и р_ъ — абсолютные давления в местах установки манометра и вакуумметра; v_H и v_B — средние скорости в нагнетательном и всасывающем трубопроводах; Z\z — вертикальное расстояние между точками установки вакуумметра и манометра; р — плотность перемещаемой жидкости; g — ускорение силы тяжести.

Ввиду того, что вертикальное расстояние между точками установки приборов бывает обычно небольшое, а скоростные напоры v²/(2g) на выходе и на входе в на­сос или одинаковые, или весьма близки, то напор насоса можно определить по уп­рощенной формуле:

(21)

Насос передает жидкости не всю механическую энергию, которая подводится к насосу. Отношение полезной мощности насоса к потребляемой им мощности дви­гателя называют коэффициентом полезного действия насоса (к.п.д.). Он равен про­изведению трех коэффициентов полезного действия: объемного, гидравлического и механического. Объемным к.п.д. учитываются потери объема жидкости (утечки жидкости через уплотнения, уменьшение подачи из-за кавитации и проникновения воздуха в насос), гидравлическим к.п.д. — уменьшение напора насоса, вызываемое гидравлическими сопротивлениями в самом насосе (при входе жидкости в насосное колесо и выходе из него, сопротивление жидкости в межлопастных каналах насос­ного колеса и пр.), механическим к.п.д. — трение между элементами машины.

13. Основы теории лопастных насосов

Центробежные насосы. Схемы центробежных насосов. Уравнение Эйлера для насоса и турбины. Теоретический напор насоса. Влияние числа лопаток на теоре­тический напор. Полезный напор. Потери энергии в насосе. Коэффициенты полез­ного действия насоса. Характеристика центробежных насосов. Основы теории по­добия насосов. Формулы подобия. Коэффициент быстроходности и типы лопастных насосов. Осевые насосы.

Методические указания.

Движение частиц жидкости в рабочем колесе является сложным, поскольку вращается и само рабочее колесо и жидкость движется по его межлопастным кана­лам. Сумма этих двух движений дает абсолютное движение частиц жидкости по от­ношению к неподвижному корпусу насоса.

Основное уравнение лопастных насосов впервые было выведено Л. Эйлером. Оно связывает напор насоса со скоростями движения жидкости в характерных сече­ниях. Скорости движения жидкости зависят от подачи и частоты вращения рабочего колеса насоса, а также от геометрии элементов этого колеса (диаметра, ширины ка­налов, формы лопастей) и условий подвода. Следовательно, основное уравнение да­ет возможность по заданным напору, частоте вращения и подаче насоса определить выходные элементы рабочего колеса.

Условия протекания жидкости в рабочем колесе и спиральной камере насоса настолько сложны, что представление о характере взаимосвязи основных рабочих
параметров центробежного насоса удается получить только экспериментальным пу­тем, т. е. испытаниями насоса в лаборатории. Рабочая характеристика лопастных насосов строится в виде зависимости напора насоса, потребляемой им мощности и к.п.д. от подачи ‘насоса при постоянной частоте вращения рабочего колеса. С изме­нением частоты вращения рабочая характеристика насоса также изменяется.

При конструировании новых образцов лопастных машин проводят лабора­торные исследования на моделях, так как теоретические решения большинства во­просов не дают удовлетворительных по точности результатов. На моделях про­веряют форму лопастей рабочего колеса и направляющего аппарата, определяют к. п. д. насоса и устанавливают его изменение в зависимости от частоты вращения, по­дачи и напора, исследуют возможность возникновения кавитации и т. д. Для пере­хода от модельных данных к натурным применяют теорию подобия лопастных на­сосов. Пересчитав по теории подобия характеристику модельного насоса, можно получить характеристику проектируемого насоса.

Теория подобия позволяет определить параметр, который остается одинако­вым для всех геометрически подобных насосов при их работе на подобных режи­мах. Этот параметр называют удельным числом оборотов или коэффициентом бы­строходности. При заданной частоте вращения коэффициент быстроходности уве­личивается с ростом подачи и с уменьшением напора.

14. Эксплуатационные расчеты лопастных насосов

Применение формул подобия для пересчета характеристик насосов. Насосная установка. Регулирование подачи. Последовательное и параллельное соединение на­сосов. Кавитация в лопастных насосах. Кавитационная характеристика. Кавитаци- онный запас. Формула С.С. Руднева и ее применение. Методические указания.

Элементарную гидросистему для перемещения жидкости насосом называют насосной установкой. Она в основном состоит из приемного резервуара, всасыва­ющего трубопровода, насоса, нагнетательного трубопровода и напорного резер­вуара.

Потребным напором И_П0Тр установки называют энергию, которую необходимо сообщить единице веса жидкости для ее перемещения из приемного резервуара в напорный по трубопроводу установки при заданном расходе:

И_порт = h + h_{B +} ^ — ^PY_{pg +} X h =И_{СТ +} X h_n ,                           (22)

где h_H — геометрическая высота нагнетания; h_e — геометрическая высота всасывания;

р₂ — Р\ — разность давлений в напорном и приемном резервуарах; ^ h _п =h_{n B} + h_{n H} —

сумма потерь напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах; И_ст — ста­тический напор установки.

При установившемся режиме работы установки развиваемый насосом напор равен потребному напору установки:

И = — И _потр                                                     (23)

Следует отличать потребный напор насоса от напора насоса. Потребный на­пор определяется самой насосной установкой (высотой подъема жидкости, давле­ниями в напорном и приемном резервуарах, гидравлическими потерями во всасы­вающем и нагнетательном трубопроводах), т. е. давлениями у насоса во всасыва­
ющем и в нагнетательном трубопроводах. Напор насоса определяется прочностью его корпуса, частотой вращения, иногда объемным к.п.д.

Режим работы насоса (подбор насоса) определяют совмещением на одном и том же графике в одинаковых масштабах рабочей характеристики насоса с ха­рактеристикой насосной установки. Последняя представляет собой параболу (при турбулентном режиме течения), смещенную вдоль оси напоров на числовое значе­ние статического напора установки (22). Насос в этой установке работает в таком режиме, при котором потребный напор равен напору насоса. Точку пересечения указанных двух характеристик называют рабочей точкой. Если рабочая точка от­вечает оптимальному режиму работы насоса, то насос считается подобранным правильно. Однако требуемую подачу насоса можно изменять. Для этого необхо­димо изменить либо характеристику насоса (путем изменения частоты вращения насоса), либо характеристику насосной установки (дросселированием). Наиболее экономичный метод регулирования подачи и напора — изменение частоты враще­ния. Он в основном осуществляется применением электродвигателей постоянного тока или специальных передач.

Из-за чрезмерного падения давления на всасывающей стороне насоса может возникнуть кавитация (пустотообразование), вследствие которой резко падает к.п.д. насоса, снижается его подача и напор. Кроме того, появляются сильная виб­рация и толчки, сопровождаемые характерным шумом. Для избежания кавитации насос необходимо установить таким образом, чтобы давление жидкости в нем бы­ло больше давления насыщенного пара жидкости при данной температуре. Это обеспечивается ограничением высоты всасывания насоса (см. рис. 4). Допустимую высоту всасывания определяют следующим соотношением:

^h — %g Г %g Г^h» ~^{aH                                                                                                (24)}

где p_u — давление насыщенного пара; h_nB — потеря напора во всасывающем трубо­проводе при полной подаче; о — коэффициент кавитации; H — полный напор насоса.

10 ст = — H

Коэффициент кавитации часто определяют по формуле С.С. Руднева, пред­ложенной на основании обобщения опытных данных:

(

с                                               (²⁵)

V           У

1                                                          3

где п — частота вращения рабочего колеса, мин » ; Q — подача насоса, м/с; H — пол­ный напор насоса, м; С — коэффициент, характеризующий конструкцию насоса.

Допустимая высота всасывания в насосах чаще всего                          определяет

по допустимой вакуумметрической высоте всасывания, которая обозначается на характеристиках всех типов насосов как функция расхода. Необходимо помнить, что при изменении частоты вращения изменяется и допустимая вакуумметрическая вы­сота всасывания. Разрушительному действию кавитации подвергаются гидравличе­ские турбины, а также золотники, клапаны и другие аппараты объемного гидро­привода.

РАЗДЕЛ Б. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

15. Общие понятия

Назначение и области применения гидродинамических передач. Принцип действия и классификация. Рабочие жидкости.

Методические указания.

Характеристики машин, между которыми передается механическая энергия, часто не соответствуют друг другу, в результате чего они работают неэкономично. Согласование этих характеристик достигается путем применения гидродина­мических передач, в которых нет непосредственного контакта между ведущим и ве­домым звеньями, вращающимися с различными угловыми скоростями. Враща­тельное движение в гидропередачах передается через промежуточную среду — рабо­чую жидкость.

Гидропередача представляет собой механизм, состоящий из двух предельно сближенных в одном корпусе лопастных систем — центробежного насоса и ло­пастной турбины, переносящих потоком жидкости энергию от двигателя к рабочей машине. Кинетическая связь между лопастными рабочими органами гидропередачи обеспечивает плавное изменение скорости вращения ведомого вала в зависимости от его нагрузки.

Гидропередачи разделяются на гидромуфты и гидротрансформаторы. Они используются в машиностроении и на транспорте: в тепловозах, автомобилях, при­водах мощных вентиляторов и насосов, в судовых и буровых установках, в земле­ройных и дорожных машинах.

16. Гидродинамические муфты

Устройство и рабочий процесс гидромуфты. Основные параметры, уравнения и характеристики. Совместная работа гидромуфты с двигателем. Регулирование гидромуфт.

17. Гидродинамические трансформаторы

Устройство, классификация, рабочий процесс, основные параметры и урав­нения. Потери энергии в гидротрансформаторе. Внешние характеристики гидро­трансформаторов различных типов. Формулы подобия для гидротрансформаторов и их применение. Совместная работа гидротрансформаторов с двигателями. Ком­плексные гидротрансформаторы.

Часть III. ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ, ГИДРОПРИВОДЫ И ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА

РАЗДЕЛ А. ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ

19. Общие положения

Объемные насосы, принцип действия, общие свойства и классификация, при­менение в гидроприводах и в системах гидроавтоматики.

Методические указания.

В объемном насосе подвижные рабочие органы — вытеснители (поршень, плунжер, пластина, зуб шестерни, винтовая поверхность) замыкают определенную порцию жидкости в рабочей камере н вытесняют ее сначала в камеру нагнетания, а затем — в напорный трубопровод. В объемном насосе вытеснители сообщают жид­кости главным образом потенциальную энергию давления, а в лопастном насосе — кинетическую. Объемные насосы разделяют на две группы: 1) поршневые (кла­панные) и 2) роторные (бесклапанные). Такое разграничение произведено по при­знакам (свойствам): обратимости (первые необратимые, вторые обратимые); бы­строходности (первые тихоходные, низкооборотные, вторые высокооборотные); равномерности подачи (первые отличаются большой неравномерностью, вторые обеспечивают более равномерную подачу); характеру перекачиваемых жидкостей (первые способные перекачивать любые жидкости, вторые лишь неагрессивные, чистые отфильтрованные и смазывающие жидкости).

Подача объемного насоса пропорциональна его размерам и скорости движе­ния вытеснителей жидкости. Напор объемных насосов почти не связан ни с подачей, ни со скоростью движения вытеснителей жидкости. Необходимое давление в систе­ме определяется полезной внешней нагрузкой (усилием, прилагаемым к вытесните­лю) и гидравлическим сопротивлением системы. Наибольшее возможное давление, развиваемое насосом, ограничивается мощностью двигателя и механической проч­ностью корпуса и деталей насоса. Чем больше напор объемных насосов, тем больше утечка жидкости через уплотнения, тем ниже объемный коэффициент полезного действия. Напор, при котором объемный к.п.д. снижается до экономически допус­тимого предела, может считаться максимально допустимым.

20. Поршневые и плунжерные насосы

Устройство, области применения поршневых и плунжерных насосов. Инди­каторная диаграмма. К.п.д. поршневых насосов. Графики подачи и способы ее вы­равнивания. Диафрагменные насосы. Поршневые компрессоры.

Методические указания.

Возвратно-поступательное движение поршня осуществляется при помощи кривошипно-шатунного механизма. Скорость поршня и подача насоса при этом по­лучаются неравномерными: ход нагнетания чередуется с ходом всасывания. причем скорость поршня по длине его пути непрерывно меняется. Работу поршневого насо­са можно весьма наглядно проследить по индикаторной диаграмме, т.е. по графиче­скому изображению изменения давления в цилиндре насоса перед поршнем. Из этой диаграммы можно выяснить влияние воздушных колпаков на процессы всасывания и нагнетания, а также зависимость мгновенного максимума давления и минимума давления, обусловливающих в первом случае прочность насоса, во втором — воз­можность появления кавитации, от числа ходов в минуту. По индикаторной диа­грамме можно судить об исправной работе всасывающего и нагнетательного клапа­нов насоса и выявить различные неисправности его работы.

Геометрическая высота всасывания h_B (рис. 5) всегда должна быть меньше вы­соты атмосферного давления — h_e < P_aT/(pg). При определении h_B необходимо учиты­вать не только давление насыщенных паров р_и перекачиваемой жидкости, гидравли­
ческие сопротивления всасывающего трубопровода Ъ_п,_в, но и потери напора h_UH на преодоление сил инерции:

Рис. 5

где ю — угловая скорость кривошипа.

^h — )- ^p/(pg г /4)-^h— —^h™ ^[1]

Гидравлические потери во всасываю­щем трубопроводе (на трение по длине и местные) определяются ранее указанными способами. Инерционный напор h_WR появля­ется вследствие неустановившегося движе­ния жидкости во всасывающем трубопрово­де, вызываемого неравномерным движени­ем поршня в цилиндре поршневого насоса. Потери напора на преодоление сил инерции определяют по формуле:

j al D²/                         , _ч

^h—⁼ ‘ Agdl) ^[2]

где g — ускорение силы тяжести; а — ускоре­ние поршня, зависящее от его положения в цилиндре, т. е. от угла ф поворота кривоши­па. Ускорение поршня определяют по фор­муле

a = тю cos^                (28)

Ьсли в формулу (26) подставить максимальное значение инерционного напора h_MH, то v²_B/(2g) и h_n._B отбрасываются, так как скорость течения жидкости в этом слу­чае во всасывающем трубопроводе равна нулю. Во всасывающем трубопроводе центробежного насоса жидкость течет при установившемся движении и силы инер­ции в ней не проявляются.

 

22. Основные понятия

Принцип действия объемного гидропривода. Основные понятия. Классифи­кация объемных гидроприводов по характеру движения выходного звена и другим признакам. Элементы гидропривода (гидродвигатели и гидроаппаратура, фильтры, гидроаккумуляторы, гидролинии). Рабочие жидкости, применяемые в гидроприво­дах.

Методические указания.

Гидравлический привод состоит из источника энергии рабочей жидкости (на­соса), получающего механическую энергию от ведущего звена (например, от элек­тродвигателя), и потребителя энергии жидкости (гидродвигателя), передающего механическую энергию исполнительному органу. Насос и гидродвигатель соеди­няют два основных трубопровода, по одному из которых рабочая жидкость пере­мещается от насоса к двигателю, а по другому возвращается из гидродвигателя к насосу. На обоих трубопроводах монтируются управляющие и регулирующие гид­роаппараты определенного назначения.

Объемные гидроприводы обладают высоким быстродействием, незначитель­ными размерами и небольшой массой. Высокий модуль упругости рабочей жидко­сти и герметичность гидроаппаратов (по сравнению с гидродинамическими переда­чами) обеспечивают механическую жесткость связи между ведущим и ведомым звеньями. Исключение поломок в машинах и механизмах с объемным гидроприво­дом обеспечивается предохранительными клапанами.

Полный к.п.д. гидропривода сравнительно высок. Потери мощности в гидро­передаче, состоящей из насоса и гидромотора, определяют как произведение их к.п.д.

Л = Л„Л_М                                                    (29)

где 77н — полный к.п.д. насоса; ij_M — полный к.п.д. гидромотора.

Если гидролинии гидропривода достаточно длинные и на них смонтирована различная аппаратура, необходимо учитывать гидравлические потери на трение по длине и местные гидравлические потери. Эти потери давления учитываются гид­равлическим к.п. д. передачи:

₌ (р_н ~^АР )/ _{= 1}

«*⁼ » /р.⁼¹ -/р. ⁽³⁰⁾

где р_н — давление на выходе из насоса; Ар = Ap_w+ Ар_м — потери давления на трение по длине и на местных сопротивлениях.

Полный к.п.д. передачи равен произведению полных к.п.д насоса, гидромо­тора, а также гидравлического к.п.д. передачи:

Л = ЛпЛиЛг                                                 (31)

или как отношение полезной мощности на валу гидромотора и приводной мощ­ности насоса:

Л = ^Р™^лм/р                                                   (32)

/ 1 пр.н

Полный к. п. д. гидропривода средней мощности обычно равен 80 … 85 %, хо­тя в отдельных случаях он достигает 90 … 94 %.

Рабочим жидкостям гидроприводов должны быть присущи: хорошие смазоч­ные свойства, малое изменение вязкости в широком диапазоне температуры, боль­- 22 — шой модуль упругости, химическая стабильность, малая способность к растворению воздуха, хорошая теплопроводность, возможно меньший коэффициент теплового расширения и пр.

Одна из наиболее важных характеристик минерального масла — его вязкость. Она должна иметь определенное значение при том давлении и той температуре, ко­торые будут во время эксплуатации гидропривода. Следует выбрать рабочую жид­кость с оптимальной вязкостью. В гидроприводах машин в зависимости от их на­значения, условий эксплуатации и степени надежности находят применение расти­тельные и минеральные масла, синтетические жидкости, глицерин, спиртоглицери- новые и водоглицериновые смеси, вода и водомасляные эмульсии, керосин и керо- синомасляные смеси. В гидроприводах станков и других машин обычно используют минеральные масла.

Вязкость минеральных масел в значительной степени зависит от температуры. Температура рабочей жидкости 55…60 °С считается нормальной. С повышением температуры вязкость уменьшается, а с ростом давления — повышается. Так, при давлении 15 МПа вязкость масла может возрасти на 25 … 30 % по сравнению с ее значением, определенным при атмосферном давлении.

С увеличением вязкости возрастают потери давления в гидросистеме, однако одновременно уменьшаются утечки. Поскольку и потери давления, и утечки при­водят к снижению к.п.д. гидропривода, необходимо строго придерживаться ре­комендаций завода-изготовителя, касающихся характеристик рабочей жидкости.

Наилучшими сортами масла для гидропривода металлорежущих станков яв­ляются масла с высокой степенью очистки — веретенное АУ и турбинные 22 и 30.

23. Гидродвигатели

Силовые гидроцилиндры, их назначение и устройство. Расчет гидроцилинд­ров. Поворотные гидродвигатели. Роторные гидродвигатели — гидромоторы. Обра­тимость роторных насосов и гидромоторов. Гидромоторы роторно-поршневых, пла­стинчатых, шестеренных и винтовых типов. Расчет крутящего момента и мощности на валу гидромотора. Регулирование рабочего объема. Высокомоментные гидромо­торы.

Методические указания.

Под объемным гидродвигателем понимают гидромашину, предназначенную для преобразования энергии потока масла в энергию движения выходного звена гидропривода. Рабочий процесс этой гидромашины основан на попеременном за­полнении рабочей камеры маслом и вытеснении его из рабочей камеры.

Гидродвигатели, как и насосы, в зависимости от того, какую энергию потока жидкости (потенциальную или кинетическую) они преобразуют в механическую ра­боту выходного звена, подразделяют на объемные и лопастные (динамические). Объемные гидродвигатели разделяют на гидродвигатели с ограниченным ходом (двигающиеся возвратно-поступательным или возвратно-поворотным движением) и с неограниченным ходом (вращающиеся). Первые называют гидроцилиндрами, а вторые — гидромоторами.

Применяемые в станкостроении гидроцилиндры по направлению действия ра­бочей среды подразделяют на цилиндры одностороннего и двустороннего действия, а по конструкции рабочей камеры — на поршневые (с односторонним или двусто­ронним штоком) и на плунжерные цилиндры.

Основными параметрами гидроцилиндров являются: геометрические — диа­метры цилиндра и штока, рабочие площадь поршня в поршневой и штоковой ка­мерах, ход поршня; динамические — развиваемое цилиндром усилие при движении поршня в каком-либо направлении, скорость движения поршня в одном или в дру­гом направлении, количество рабочей жидкости, поступающей или сливающейся из цилиндра, давление масла в поршневой или штоковой камерах цилиндра. Основные параметры цилиндров регламентируются государственными стандартами.

В процессе работы оборудования цилиндр должен преодолеть внешние на­грузки, силы трения и веса, а в динамических режимах — инерционные нагрузки.

При определении скорости движения поршня или развиваемого цилиндром усилия следует учитывать коэффициенты полезного действия гидроцилиндра (объ­емный или механический).

К лопастным гидродвигателям относят гидротурбины различных типов, ко­торые не следует путать с роторными гидромоторами вращательного движения. Гидротурбины отличаются как принципом работы, так и рабочими характеристи­ками.

Заметного различия в конструкциях объемного насоса и гидромотора нет, иногда они могут быть совершенно одинаковыми. Роторный насос (например, шес­теренный) без каких-либо переделок может работать в качестве гидромотора. Гид­ромоторы применяются в технике значительно меньше, чем электромоторы, однако иногда они имеют некоторые преимущества перед ними. Гидромоторы например, в среднем в 3 раза меньше по размерам ив 15 раз по массе, чем аналогичной мощно­сти электромоторы. Диапазон регулирования частоты вращения вала гидромотора на много шире, чем у электромотора, причем плавное регулирование частоты вра­щения осуществляется у гидромотора легче (путем регулирования его рабочего объема).

Основными параметрами гидромоторов являются: рабочий объем, количество масла, потребляемое гидромотором (расход), крутящий момент и частота вращения гидромотора, перепад давления в камерах гидромотора, мощность на валу.

В связи с утечками и механическим трением в гидромоторе фактические зна­чения расхода масла, крутящего момента и эффективной мощности несколько от­личаются от их теоретических значений. Различия фактических значений пара­метров от теоретических учитываются объемным и механическим коэффициентами полезного действия гидромотора.

24. Гидроаппаратура и элементы гидроавтоматики

Классификация гидроаппаратов и элементов гидроавтоматики. Распредели­тельные устройства. Назначение, принцип действия и основные типы. Клапаны. Принцип действия, устройство и характеристики. Дроссельные устройства. На­значение, принцип действия и характеристики. Фильтры. Гидроаккумуяяторы. Гидролинии. Обозначение гидроаппаратов и элементов. Обозначение гидроаппа­ратов и элементов гидроавтоматики по ЕСКД.

Методические указания.

Распределительные устройства предназначены для изменения направления или пуска и остановки потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от наличия внешнего сигнала управления. При помощи распреде­лителей возможно реверсирование движения рабочих органов в станках и маши­нах, останов рабочего органа, а также выполнение других операций. Наиболее ши­рокое применение в объемных гидроприводах получили золотниковые распре­делители. Они имеют запорно-регулирующий элемент в виде золотника, который совершает осевое передвижение из одного рабочего положения в другое.

Виды исполнений распределителей классифицируют по конструкции, типу управления, диаметру условного прохода, присоединению, числу рабочих позиций, номинальному давлению и пр.

Распределители выпускают двух конструктивных исполнений: с принятыми отечественными и международными присоединительными размерами. По типу управления различают распределители с ручным, ножным, механическим, гид­равлическим, электрическим, электрогидравлическим, пневматическим и пневмо- гидравлическим управлением. Каждому диаметру условного прохода соответствует определенный номинальный расход рабочей жидкости. По виду присоединения различают резьбовое и стыковое исполнения распределителей. По числу рабочих позиций различают двух- и трехпозиционные аппараты.

Новые возможности компоновки открывает система модульного монтажа гидроаппаратуры. Наличие двух стыковых плоскостей у гидроаппаратов позволяет устанавливать различные аппараты один на другой в вертикальный пакет. Приме­нение такого модульного монтажа упрощает изготовление гидроприводов, позво­ляет предельно сократить число трубопроводов. Следует заметить, что такой метод монтажа имеет и определенные недостатки.

При проектировании несложных объемных гидроприводов часто выполняют не слишком сложные гидравлические расчеты, как, например, подбор диаметра гидролинии любого назначения и определение гидравлических потерь, подбор оп­ределенных гидравлических аппаратов и определение их рабочих характеристик, определение основных характеристик гидропривода и другие расчеты.

Давление в любом сечении гидролиний гидропривода может быть определено по упрощенному уравнению Бернулли:

Р1 — Р2 = ^АР = ^АРтр + ^АРм                                             ⁽³³⁾

где p₁,p₂ — гидродинамические давления в сечениях; Ар — общие потери давления; Дртр — потери давления на трение по длине; Ар_м — потери давления на местных со­противлениях.

При гидравлическом расчете трубопроводов гидропривода учитываются как потери трения по длине, так и местные потери. Местные потери при поворотах и разветвлениях трубопровода, в местах резкого расширения или сужения и прочих в расчетах не учитываются, так как они незначительны по сравнению с потерями в гидравлических аппаратах. Основные местные потери наблюдают при протекании рабочей жидкости через гидравлические аппараты, например распределители жид­кости, фильтры, клапаны, дроссели и др.

Методика расчета потерь давления на трение по длине и на местных сопро­тивлениях была изложена в темах 5 и 6. Потери давления в гидравлических ап­паратах чаще всего оценивают по расходу, проходящему через аппараты. Потери давления в аппарате определяют экспериментальным путем по номинальному рас­ходу Qhom. Когда через аппарат протекает расход Q отличающийся от Q_H0M потери давления определяют по формуле

 

QZ ^v

(34)

^QHOM J

где Дрном — потери давления в аппарате при протекании через него номинального расхода Q_K0M.

При выборе скорости потока в гидролиниях гидропривода необходимо учи­тывать, что с увеличением скорости увеличивается потеря напора в системе, а уменьшение скорости ведет к увеличению диаметра и веса трубопровода и, следо­вательно, к увеличению его стоимости. Увеличение площади поперечного сечения трубопровода вызывает увеличение объема жидкости, а это ухудшает жесткость системы (увеличивается абсолютная сжимаемость жидкости). Рекомендуемая ско­рость течения жидкости также является функцией рабочего давления.

Гидравлические аппараты между собой обычно соединяют жесткими и гиб­кими трубопроводами. В гидроприводах широко применяют стальные бесшовные холоднодеформированные трубы по ГОСТ 8734-75, медные трубы по ГОСТ 617­72 и рукава высокого давления по ГОСТ 6286-73. Основные характеристики трубо­провода (гидролинии): его наружный диаметр и толщина стенки. Минимально до­пустимая толщина стенки а, мм, зависит от рабочего давления, p, МПа:

5 = d/(2(сг/p -1))                                             (35)

где о — допускаемое напряжение на разрыв для материала трубопровода МПа (для труб, изготовленных из стали 20, о = 140 МПа), d — внутренний диаметр трубопро­вода, мм.

Полученная толщина стенки округляется в большую сторону до ряда: 0,3: 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,5; 1,6 ит. д.

При выборе внутреннего диаметра трубопровода для той или иной линии гидросистемы необходимо учитывать рекомендацию СЭВ PC 3644-72, регламенти­рующую скорости потоков рабочей жидкости в напорных трубопроводах в за­висимости от номинального давления: при давлении до 2,5 МПа — не более 2,0 м/с; при давлении до 6,3 МПа — 3,2; при давлении до 16 МПа — 4,0; при давлении до 32 МПа — 5,0 м/с. Для сливных линий обычно принимают v = 2 м/с, а для всасы­вающих v< 1,6 м/с.

Определенный по рекомендуемым скоростям диаметр гидролинии округля­ется до стандартного наружного диаметра. В общем случае скорость течения ра­бочей жидкости и диаметры гидролиний выбирают такими, чтобы потери давления на трение по длине Дртр не превышали 5 — 6 % от рабочего давления р_н насоса, т. е.

АР_тр — (0,05 — 0,06)p_я                                                  (36)

Общие потери давления Ap в местных сопротивлениях и на трение по длине обычно не превышают 10 % от рабочего давления насоса, т. е. Ap « 0,10p_H.

25. Схемы гидропривода и системы гидроавтоматики

Схемы гидропривода с замкнутой и разомкнутой циркуляцией, с дроссельным и объемным регулированием скорости. Сравнение различных способов ре­гулирования скорости гидропривода. Стабилизация скорости. Синхронизация дви­жения нескольких гидродвигателей.

Методические указания.

Ap = ApH

Скорость движения поршня гидроцилиндра или скорость вращении вала

 

гйдромотора регулируется изменением подачи насоса (объемное регулирование) или изменением расхода гидродвигателя путем установки дросселя и перепуска ра­бочей жидкости через переливной клапан при неизменной подаче насоса (дрос­сельное регулирование). Последнее более удобно, но связано с потерей мощности и нагревом жидкости. Оно менее экономично, чем объемное, при котором насос с пе­ременной подачей позволяет плавно изменять скорость рабочего органа без боль­ших потерь энергии.

При дроссельном регулировании количество поступающей в гидродвигатель жидкости или отвод ее из гидродвигателя регулируется дросселем, подключенным на входе, выходе из гидродвигателя или параллельно насосу. Почти во всех схемах гидропривода дроссельное регулирование на выходе более предпочтительно, так как в этом случае рабочий орган гидродвигателя будет нагружен с обеих сторон, и поэтому его движение отличается большой плавностью.

При всех трех схемах установки дросселя скорость гидродвигателя изменя­ется в зависимости от нагрузки. Образовавшийся большой перепад давления на дросселе затрудняет получение малых расходов, так как для этого необходимо чрезмерно уменьшать площадь проходного сечения дросселирующей щели. Это приводит к быстрому ее засорению.

Для обеспечения постоянства скорости гидродвигателей независимо от на­грузки, необходимо иметь постоянный перепад давления на дросселе. Для этой це­ли применяют регуляторы потока, которые представляют собой комбинацию дрос­селя с регулятором постоянного перепада давления на дросселирующей щели.

В практике машиностроения довольно часто возникает необходимость в син­хронной работе нескольких гидродвигателей. Решение таких задач особенно за­труднено, когда потребители энергии удалены друг от друга на значительное рас­стояние, так как невозможно обеспечить между ними жесткую связь. В зависимости от назначения машины, компоновки механизмов и возможной степени рассог­ласования между их действиями применяют гидромеханический и гидравлический способы синхронизации. Особенно широкое распространение получил гид­равлический способ синхронизации, так как в большинстве случаев позволяет ис­пользовать только нормализованную гидравлическую аппаратуру. В зависимости от способа подключения гидродвигателей в систему (параллельно или последова­тельно), существующие гидравлические синхронизирующие устройства объеди­няют в две большие группы, каждый из двух случаев применения синхронизи­рующих устройств создает различную точность синхронизации в движении не­скольких гидроцилиндров или гидромоторов.

Объемный способ регулирования применяют в гидроприводах мощностью более 4 кВт, когда требуются большие усилия на выходном звене и при пуске ма­шины под нагрузкой.

26. Следящий гидропривод

Назначение, принцип действия, схема и область применения следящего гид­ропривода в системах автоматического управления. Чувствительность, точность и устойчивость гидроусилителей.

Методические указания.

В машинах и станках с программным управлением, а также в промышленных роботах широко применяют следящие приводы. Это устройство — гидравлические

усилители мощности, преобразующие входное механическое или электрическое воздействие в соответствующее перемещение выходного звена с усилием или мо­ментом, достаточным для преодоления нагрузок на рабочих органах. Гидрав­лический следящий привод позволяет получить весьма высокий коэффициент уси­ления по мощности, достигающий десятков и даже сотен тысяч.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

В зависимости от специальности студента-заочника учебным планом заочного отделения предусматривается разное количество контрольных работ, в каждую из которых входит определенное количество задач. Номера контрольных задач сту­дент-заочник выбирает по последней цифре (табл. 1), а числовые значения — по предпоследней цифре шифра зачетной книжки студента (табл. 4).

Студенты специальности 110301 — «Механизация сельского хозяйства» выпол­няют две контрольные работы (№1 и №2). Студенты специальностей 190601 — «Ав­томобили и автомобильное хозяйство» и 190603 — «Сервис транспортных и техно­логических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)» по дисциплине «Основы гидравлики» выполняют контрольную работу №1, а по дисциплине «Гид­равлические и пневматические системы автомобилей и гаражного оборудования» контрольную работу №2.

Число и тематика задач в контрольных работах по необходимости могут быть изменены в соответствии с требованиями специальности, учитывая объем курса и установленный кафедрой порядок обучения настоящего курса.

В условиях контрольных работ не всегда указывают все цифровые значения па­раметров, необходимых для решения задач (например, может быть не указана плотность, коэффициент вязкости или другой параметр). Тогда недостающие па­раметры выбираются из таблиц, помещенных в приложении. В исключительных случаях можно пользоваться также данными других справочников, в каждом случае указывая в своей контрольной работе название справочника, номер таблицы или графика.

Таблица 1

Последняя цифра шифра	Номера решаемых задач
	в контрольной работе № 1	в контрольной работе № 2
1	1, 6, 10, 13	16, 19, 22
2	2, 5, 11, 14	17, 20, 23
3	3, 4, 12, 15	18, 21, 24
4	2, 6, 11, 13	16, 20, 25
5	3, 5, 12, 14	17, 21, 22
6	1, 4, 10, 15	18, 19, 23
7	3, 6, 12, 13	16, 21, 24
8	1, 5, 10, 14	17, 19, 25
9	2, 4, 11, 15	18, 21, 23
0	2, 4, 10, 15	17, 21, 22

 

Рисунок

ЗАДАЧИ

Условие задачи
Автоклав объемом 25,0 л наполнен жидкостью и закрыт герметически. Коэффициент температур­ного расширения жидкости а, ее модуль упругости Е. Определить повышение давления в автоклаве при увеличении температуры жидкости на величину Т. Объемной деформацией автоклава пренеб­речь.
Величина и ее единица	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
а 10-6, 1/°С	649	832	698	351	956	735	187	536	150	653
Е, 109 Па	1,58	1,95	1,67	2,08	1,48	1,72	24,6	4,08	2,06	1,75
Т, 0С	40,5	11,0	38,5	45,0	19,9	32,0	5,5	21,0	39,5	32,5

 

Задача 2

Условие задачи

Определить скорость v равномерного скольжения прямо­угольной пластины (axbxc) по наклонной плоскости под углом а = 12°, если между пластиной и плоскостью нахо­дится слой масла толщиной 5. Температура масла 30°С, плотность материала пластины р.____________

 

 

Величина и ее единица

1

3

4

5

6

7

8

9

0

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)

2

 

Индуст­риальное 12

Индуст­риальное 50

Транс­форма торное

Индуст­риальное 30

Турбин­ное

Турбин­ное

Индустри­альное 20

Касторо­вое

Веретен­ное АУ

Масло

АМГ-10

 

 

580

400

590

530

470

630

310

850

720

450

а, мм

 

 

450

250

300

260

290

440

140

740

570

280

b, мм

 

 

12

43

10

13

20

11

15

35

7

6

с, мм

 

0,4

0,7

1,1

0,5

0,4

0,9

1,2

0,6

0,5

0,9

5, мм

 

 

800

240

680

450

260

640

1100

2500

2100

270

р, кг/м³

Задача 3

 

Рисунок

Условие задачи

Зазор между валом и втулкой заполнен мас­лом, толщина слоя которого равна 5. Диаметр вала D, длина втулки L. Вал вращается рав­номерно под воздействием вращающего мо­мента М. Определить частоту вращения вала, если температура масла равна 40 °С.

Величина и	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
ее единица	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Масло	Индуст­риальное 50	Касторо­вое	Индуст­риальное 30	Турбин­ное	Индуст­риальное 12	Веретен­ное АУ	Индуст­риальное 20	АМГ-10	Транс­форма­торное	Индуст­риальное 30
М, Нм	520	1,35	9,20	4,50	2,65	3,30	15,5	6,10	1,65	8,50
5, мм	3,3	0,8	2,2	1,5	1,1	1,7	2,8	2,1	1,4	1,9
D, мм	480	100	180	470	270	400	250	340	230	200
L, мм	1400	300	700	1200	780	640	1300	850	590	630

 

Условие задачи								Рисунок
Закрытый резервуар заполнен дизельным топливом, температура кото­рого 20 °С. В вертикальной стенке резервуара имеется прямоугольное отверстие (D X Ь), закрытое полуцилиндрической крышкой. Она может повернуться вокруг горизонтальной оси А. Мановакуумметр MV пока­зывает манометрическое давление рм пли вакуум рв. Глубина топлива над крышкой равна H. Определить усилие F, которое необходимо при­ложить к нижней части крышки, чтобы она не открывалась. Силой тя­жести крышки пренебречь. На схеме показатьлекторы действующих сил.									xF			-0 MV А ь ) т
									а: Q штттттттт		н
Величина и ее единица	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
	1	2	3	4	5	6	7	8		9			0
Рм, кПа	11,4	0,00	—	4,68	—	7,66	—	0,00		13,2			—
Рв,, кПа	—	—	2,85	—	3,42	—	8,45	—		—			4,26
D, м	0,94	1,40	0,86	0,90	1,10	0,68	0,82	1,20		1,00			0,96
b, м	1,70	2,65	1,42	1,67	1,75	1,10	1,45	2,30		1,80			1,63
Н, м	0,96	1,65	0,76	0,52	0,95	1,15	1,50	0,85		0,65			0,93

Условие задачи

Рисунок

 

Задача 5

Вертикальная цилиндрическая цистерна с полусферической крыш­кой до самого верха заполнена жидкостью, плотность которой р. Диаметр цистерны D, высота ее цилиндрической части H. Манометр М показывает манометрическое давление р_м. Определить силу, рас­тягивающую болты А, и горизонтальную силу, разрывающую цис­терну по сечению 1—1. Силой тяжести крышки пренебречь. Векторы сил показать на схеме.

 

 

Величина и ее единица

1

3

4

5

6

7

8

9

0

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)

 

 

2,40

1,70

2,80

2,00

1,80

2,60

2,10

1,60

2,20

1,90

D, м

 

 

4,10

3,00

5,30

3,70

3,40

4,80

4,30

3,20

4,50

3,80

Н, м

 

 

32,3

18,6

0,00

19,1

0,00

26,7

21,4

0,00

16,2

14,2

Рл

кПа

980

930

890

1090

1130

950

970

998

1220

1000

3

р, кг/м

Задача 6

 

Рисунок

Условие задачи

 

Круглое отверстие между двумя резервуарами закрыто ко­нической крышкой с размерами D и L. Закрытый резервуар за­полнен водой, а открытый — жидкостью Ж. К закрытому ре­зервуару сверху присоединен Мановакуумметр М V, показыва­ющий манометрическое давление р_м или вакуум Ре. Температу­ра жидкостей 20 °С, глубины h и Н. Определить силу, срезы­вающую болты А, и горизонтальную силу, действующую на крышку. Силой тяжести крышки пренебречь. Векторы силы показать на схеме.

			xF
xF			—
			L
■с
		1 ч
	Q	1 _______ >
Вода			(А	Ж

2.

MV

 

 

<Хх)

Величина и ее единица

1

2

3

5

6

7

8

9

0

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (>

4

 

Нефть тяжелая

Нефть легкая

Керосин Т — 1

Дизель­ное

Дизельное топливо

Керосин Т -2

Ж

Бензин

Глицерин

Бензин

Глицерин

 

			топливо
D, мм	700	620	450	570	640	500	390	600	520	550
L, мм	550	560	410	470	530	420	360	540	440	460
h, м	2,40	1,96	1,48	2,10	2,15	1,40	1,69	1,82	1,10	1,50
Н, м	3,20	2,35	1,70	2,60	2,75	1,60	1,90	2,25	1,40	1,75
Рм, кПа	0,00	—	0,00	27,9	—	0,00	—	37,5	—	16,2
рв, кПа	—	24,1	—	—	28,9	—	37,7	—	25,6	—

 

Задача 7

Условие задачи							Рисунок
Цилиндрическая цистерна наполнена бензином, темпера­тура которого 20 °С. Диаметр цистерны D, длина L. Глуби­на бензина в горловине h = 20 см, ее диаметр d = 30 см. Определить силы давления на плоские торцевые стенки А и В цистерны в двух случаях: 1) когда цистерна не движется; 2) при движении цистерны горизонтально с положитель­ным ускорением а.									Л А
										d L	—
							А \	О					В /
							‘шшшшжшшшшшштжшшшшшшшт
Величина и ее единица	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
	1	2	3	4	5	6		7	8		9	0
D, м	2,24	2,10	1,90	1,82	1,74	1,68		1,52	1,46		1,20	1,72
L, м	4,08	3,80	3,68	3,48	3,26	3,06		2,84	2,64		2,40	3,20
а, м/с[3]	7,20	8,43	6,25	5,86	4,37	9,81		7,75	6,70		3,26	5,20

 

Задача 8

Условие задачи								Рисунок
Открытый цилиндрический резервуар заполнен жидкостью Ж до высоты 0,8H. Диаметр резервуара D, температура жидкости 20 °С. Определить: 1) объем жидкости, сливающейся из резервуара при его вращении с частотой п вокруг его вертикальной оси; 2) силу давления на дно резервуара и горизонтальную силу, разрывающую резервуар по сечению 1-1 при его вращении.										1— ж	D	a: 0O о	a:
Величина и ее единица	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
	1	2	3	4	5	6	7		8		9		0
Ж	Глицерин	Нефть легкая	Транс­форма­торное масло	Бензин	Вода	Дизельное топливо	Глицерин		Нефть тяжелая		Вода		Керосин T- 1
D, м	1,16	1,28	1,40	1,20	1,00	1,30	1,26		1,10		1,70		1,30
Н, м	1,60	1,55	2,45	2,80	2,00	2,35	1,80		1,45		1,60		1,64
n, 1/с	1,38	1,32	2,00	2,10	1,69	1,75	1,41		1,72		1,85		1,43

 

Условие задачи								Рисунок
Цилиндрический сосуд диаметром D и высотой Н полностью за­полнен водой, температура которой 20 °С. Диаметр отверстия сверху равен d. Определить: 1) с какой предельной частотой можно вращать сосуд около его вертикальной оси, чтобы в сосуде оста­лось 75% первоначального объема воды; 2) силу давления на дно сосуда и горизонтальную силу, разрывающую сосуд по сечению 1­1 при его вращении с определенной частотой.										Л d
										—	T D	a
										II 1 1 I 1 1 1 ‘ 1 1 1 1 1 H i ill 1 I 11 1 1 11 1
Величина и ее единица	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
	1	2	3	4	5	6	7		8		9		0
Ж	Глицерин	Нефть легкая	Транс­форма­торное масло	Бензин	Вода	Дизельное топливо	Глицерин		Нефть тяжелая		Вода		Керосин T- 1
D, см	20	24	30	46	26	34	42		38		28		22
H, см	28	36	42	50	30	40	52		45		34		26
d, см	16	20	24	36	22	28	34		32		22		18

 

Рисунок

Задачи 10, 11, 12

Условие задачи

10. По сифонному трубопроводу длиной / жидкость Ж при температуре 20° С сбрасывается из отстойника А в отво­дящий канал Б. Какой должен быть диаметр d трубопрово­да (его эквивалентная шероховатость Д_э), чтобы обеспе­чить сбрасывание жидкости в количестве Q при напоре H? Трубопровод снабжен приемным клапаном с сеткой (£,_к), а плавные повороты имеют углы 45° и радиус округления R=2r. Построить пьезометрическую и напорную линии.
11. Центробежный насос, перекачивающий жидкость Ж при температуре 20 °С, развивает подачу Q. Определить допустимую высоту всасывания h_B, если длина всасываю­щего трубопровода /, диаметр d, эквивалентная шеро­ховатость А_э, коэффициент сопротивления обратного кла­пана §к, а показание вакуумметра не превышало бы р₁. Построить пьезометрическую и напорную линии.

 

 

А а:

М0

12. В баке А жидкость подогревается до температуры 50 °С и самотеком по трубопроводу длиной /₁ попадает в произ­водственный цех. Напор в баке А равен Н. Каким должен быть диаметр трубопровода, чтобы обеспечивалась подача жидкости в количестве Q при манометрическом давлении в конце трубопровода не ниже р_ш1 Построить пьезометриче­скую и напорную линии.

 

 

Величина и ее единица

1

2

3

5

6

7

8

9

0

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)

4

 

Дизель­ное топливо

Дизель­ное топливо

Нефть легкая

Керосин Т — 1

Керосин Т- 2

Керосин Т — 1

Керосин Т- 2

Ж

Вода

Бензин

Вода

 

 

1,2

1,4

1,7

2,3

2,6

3,1

3,4

1,9

2,1

2,7

Q, Л /с

 

Н, м	4,00	4,30	4,70	5,10	3,80	4,20	4,60	4,80	5,00	4,50
l, м	12,0	12,8	13,2	14,0	12,6	13,3	13,7	14,1	14,8	14,7
Аэ, мм	0,060	0,070	0,120	0,030	0,050	0,060	0,070	0,120	0,045	0,070
d, мм	32	40	50	32	50	40	50	40	32	40
P i, кПа	78,2	72,0	68,0	63,0	66,2	69,0	73,0	75,6	79,0	67,0
Ск	6,0	6,4	7,0	7,2	6,8	6,6	6,5	7,4	7,7	7,9

 

Рисунок

Задачи 13, 14, 15

Условие задачи

 

 

13. В бак, разделенный перегородкой на два отсека, подается жидкость Ж в количестве Q. Температура жидкости 20 °С. В перегородке бака имеется цилин­дрический насадок, диаметр которого d, а длина l= 3d. Жидкость из второго отсека через отверстие диаметром d поступает наружу, в атмосферу. Опре­делить высоты Н₁ и Н₂ уровней жидкости.
14. В бак, разделенный перегородками на три отсе­ка, подается жидкость Ж в количестве Q. Темпера­тура жидкости 20 °С. В первой перегородке бака имеется коноидальный насадок, диаметр которого равен d, а длина l =3d; во второй перегородке бака — цилиндрический насадок с таким же диаметром d и длиной l = 3d. Жидкость из третьего отсека через отверстие диаметром d\ поступает наружу, в атмо­сферу. Определить Н\, Н₂ и Н₃ уровней жидкости.
15. В бак, разделенный на две секции перегородкой, в которой установлен цилиндрический насадок диа­метром d и длиной l = 4d, поступает жидкость Ж в количестве Q при температуре 20 °С. Из каждой секции жидкость самотеком через данные отверстия диаметром d вытекает в атмосферу.

и /

di

Определить распределение расходов, вытекаю­щих через левый отсек Qi и правый отсек Q₂, если течение является установившимся.

 

 

Величина и ее еди­ница

зра студенческой книжки (хххХх)

i

2

3

6

8

9

0

5

7

Исходные данные для предпоследней цифры ши(

4

 

Керосин Т- 1

Керосин Т— 2

Керосин Т- 1

Керосин Т- 1

Керосин Т- 1

Ж

Вода

Вода

Вода

Вода

Вода

 

 

1 ,9

2,2

24

2,7

3,1

3,4

2,9

,3,2

3,5

2,8

Q, л/с

 

 

32

40

32

45

40

40

25

25

40

25

d, мм

 

 

25

32

25

40

32

32

20

20

35

20

d ₁, мм

 

Условие задачи							Рисунок
Шток силового гидроцилиндра Ц нагружен силой F и под действием давления р перемещается слева направо, совершая рабочий ход s за время t. Рабочая жидкость при этом из што­ковой полости цилиндра сливается через дроссель ДР. Диа­метры поршня и штока соответственно равны Dn и Dm. Определить необходимое давление р рабочей жидкости в ле­вой части цилиндра и потребную подачу Q. Потери давления в дросселе Аря = 250 кПа. К.п.д. гидроцилиндра: объемный г|0 = 0,97, механический г|м = 0,90.							s [ Vn———— ► 1 Ц
							cS						с	3 1
														/-
							1 р; Q д/				1	с г	/
Величина и ее единица	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
	1	2	3	4	5	6	7		8		9			0
F, кН	30,0	25,0	20,0	15,0	10,0	15,0	20,0		25,0		30,0			35,0
s, мм	500	560	450	400	360	320	360		400		450			500
t, С	20,0	25,0	18,0	15,0	13,0	10,0	15,0		25,0		30,0			35,0
DH, мм	160	125	100	80	63	80	100		125		160			200
Dm, мм	50	40	32	40	25	40	40		50		63			50

 

Рисунок

Задача 17

Условие задачи

Рабочая жидкость — масло Ж, температура которого 50 °С, из насоса подводится к гидроцилиндру Ц через дроссель ДР. Поршень цилиндра со штоком перемещается против нагрузки F со скоростью v_n. Вытесняемая поршнем жидкость со што- ковой полости попадает в бак Б через сливную линию, длина которой равна /_с, а диаметр равен d_c. Определить внешнюю силу F, преодолеваемую штоком при его движении. Давление на входе в дроссель определяется показанием манометра М, а противодавление в штоковой полости цилиндра — потерями давления в сливной линии. Коэффициент расхода дросселя принять равным ц= 0,64, а диаметр отверстия дросселя d_a. Диаметр поршня D_n, а диаметр штока D_m. К.п.д, гидроцилин­дра: объемный = 1,0, механический _________________________________________

Величина и	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
ее единица	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ж	Касторо­вое	Транс­форма­торное	АМГ-10	Веретен­ное АУ	Индуст­риальное 12	Индуст­риальное 20	Индуст­риальное 30	Индуст­риальное 50	Турбин­ное	Транс­форма­торное
v, см/с	2,00	3,00	3,50	4,00	4,50	5,00	5,50	6,00	6,50	7,00
/, м	2,50	2,60	2,70	2,80	2,90	2,40	2,30	2,20	2,10	2,00
dc, мм	13	15	13	11	11	9	13	18	25	30
Рш, МПа	1,50	1,60	1,70	1,80	1,90	2,00	1,90	1,80	1,70	1,60
dj,, мм	7,00	7,00	5,50	4,90	4,70	4,50	6,30	8,50	11,5	15,0
Dп, мм	200	160	125	100	90	80	110	140	180	220
Dm, мм	50	40	40	32	25	32	36	45	56	90
Лм, мм	0,95	0,94	0,93	0,92	0,91	0,90	0,88	0,86	0,84	0,82

 

Величина и ее единица

1

3

4

5

6

7

8

9

0

Вал гидродвигателя Д, рабочий объем которого V0, на­гружен крутящим моментом Мк. К двигателю подводится поток рабочей жидкости — масло Ж, температура которого 60 °С, с рас­ходом Q. К. п. д. гидродвигателя: объемный л0 = 0,96, гидроме­ханический л™. Определить частоту вращения вала гидродвигателя и показание манометра М, установленного непосредственно перед двигате­лем, если потери давления в обратном клапане K0q составляет Лркл = 15,0 кПа. Длина сливной линии равна /с, а диаметр dc. Эк­вивалентная^____________________________________________

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой КНИЖКИ (хххХх)

2

 

Транс­форма­торное

Индуст­риальное 12

Индуст­риальное 30

Индуст­риальное 50

Транс­форма­торное

Турбин­ное

Турбин­ное

Веретен­ное АУ

Индустри­альное 20

Ж

АМГ-10

 

 

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

28,0

30,0

35,0

40,0

50,0

100

80

40

50

63

40

50

40

80

160

Q, л/мин V0, см³

 

 

50,0

45,0

40,0

35,0

30,0

25,0

20,0

15,0

10,0

10,0

М_к,Нм

 

 

0,85

0,86

0,87

0,88

0,89

0,80

0,81

0,82

0,83

Лт

0,90

 

 

/с, м

3,00

3,20

3,30

3,10

2,80

2,70

2,50

2,40

2,20

2,90

 

 

10

13

13

13

14

14

15

15

16

18

d_c, м

Задача 19

 

Условие задачи

Центробежный насос подает воду на геометрическую вы­соту Н_т. Температура подаваемой воды 7=20°С. Трубы вса­сывания и нагнетания соответственно имеют диаметр dB и d_m a длину /_в и /_н. Эквивалентная шероховатость А_э=0,06 мм. Избыточное давление в нагнетательном резервуаре в про­цессе работы насоса остается постоянным и равно р0. При построении характеристики насосной установки из ме­стных гидравлических сопротивлений учесть плавные по­вороты труб с радиусами R=2d, сопротивление задвижки с коэффициентом местного сопротивления С,₃ и вход в резер­вуар.

Рисунок

Найти рабочую точку при работе насоса на сеть. Опреде­лить, как изменяются напор и мощность насоса при умень­шении задвижкой подачи воды на 20 %.

 

 

Q, л/с	0,0	0,30	0,50	0,70	0,90	1,10	1,30	1,50	1,70	1,90
Н, м	12,0	11,7	11,5	11,2	10,8	10,2	9,30	8,10	6,00	1,80
Л, %	0,0	34,0	50,0	60,0	65,0	69,0	70,0	68,0	62,0	51,0

 

Характеристика центробежного насоса

Величина и ее единица

1

3

4

5

6

7

8

9

0

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)

2

 

 

0,0

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

Н_г, м

 

 

/в, м

4,50

4,00

5,00

5,50

6,00

6,50

5,00

5,00

10,0

4 , 50

 

 

/н,м

10,0

9,50

18,0

15,0

17,0

20,0

22,0

29,0

30,0

25,0

 

 

40

40

32

40

32

25

32

40

32

40

d_R м

 

 

20

25

20

25

16

25

20

25

32

32

d„, м

 

25,0 0,30

50,0 0,35

40,0 0,40

35,0 0,45

30,0 0,50

25,0 0,55

20,0 0,60

10,00 0,70

5,0 0,65

0,0 0,75

Р0, кПа Сз

 

Центробежный насос работает в системе, перекачивая воду, температура которой 7=40°С, из закрытого резервуара А в открытый резервуара Б. Стальные трубы всасывания и на­гнетания соответственно имеют диаметр d_B и d_H, длину l_B и 1н, а их эквивалентная шероховатость А_э=0,1 мм. Перепад горизонтов в резервуарах равен Н_т, а избыточное давление в резервуаре А равно р0.

Найти рабочую точку при работе насоса в установке (опре­делить напор, подачу и мощность на валу насоса). При по­строении характеристики насосной установки местные гидравлические сопротивления учесть в крутых поворотах и при входе нагнетательного трубопровода в резервуар,

 

 

Q, л/с

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

7,0

H, м

13,0

14,0

14,3

14,0

13,1

11,8

10,0

5,50

4,00

Характеристика центробежного

 

 

0,0

27,0

40,0

50,0

58,0

62,0

60,0

51,0

35,0

Л, %

насоса

 

 

Величина и ее единица

7

8

0

1

3

4

5

6

9

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)

2

 

 

0,0

14,00

5,00

2,00

6,00

0,0

13,00

12,50

1,50

12,00

Н_г, м

 

 

0,0

80,0

10,0

10,0

0,0

15,0

50,0

60,0

-25,0

20,0

Р0, кПа

 

 

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

19,0

17,0

15,0

13,0

l_R, м

 

 

45,0

40,0

35,0

30,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

l„, м

 

 

63

80

50

50

63

80

63

80

40

80

d_B, мм

 

 

40

50

50

40

50

40

50

50

40

50

dy,, мм

Задача 21

 

Условие задачи

Два последовательно (рис. а) или параллельно (рис. б) соединенных центробежных насоса установлены близ­ко один от другого, работают на один длинный трубо­провод длиной l и диаметром d. Геометрический напор установки Н_г в процессе работы остается неизменным.

Найти рабочую точку при работе насосов на тру­бопровод. Определить мощность каждого из насосов, если они перекачивают воду, температура которой 20 °С. Эквивалентная шероховатость трубопроводов А_э=0,50 мм. Так как насосы находятся близко один от другого, а трубопровод длинный, сопротивлением вса­сывающих и соединяющих насосы трубопроводов можно пренебречь.

Рисунок

Характеристики указанных в таблице вариантов насо­сов приведены в приложении.

 

 

Величина и ее единица

7

8

0

1

3

4

5

6

9

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)

2

 

 

1

2

5

2

4

5

7

3

7

6

№ H1

 

 

1

3

4

2

6

5

6

2

7

4

№Н2

 

 

Способ со­единения

Параллельно

Последовательно

Параллельно

Параллельно

Последовательно

 

 

12,0

10,0

65,0

42,0

50,0

20,0

67,0

39,0

25,5

48,0

Н_г, м

 

110

140

190

170

450

550

670

105

380

500

l, м

 

 

65

90

100

70

200

150

150

60

175

180

d, мм

 

В установке гидравлического пресса насос Н засасывает рабочую жидкость — масло Ж, температура которого 55 °С, из бака Б и через трехпозиционный распределить Р нагнетает ее в пресс. При прессовании по трубопроводу 2 жидкость подается в правую сторону мультипликатора М. При возвращении под­вижного инструмента пресса в исходное верхнее положение жидкость подается по трубопроводу 3 в рабочий гидоцилиндр Ц. При движении поршня гидроцилиндра вверх через трубо­провод 5 мультипликатор М заправляется. Объемные потери жидкости при этом компенсируются насосом через обратный клапан Коб.

Определить полезную мощность силового гидроцилиндра Ц при его рабочем ходе (при движении поршня вниз), если созда­ваемое насосом давление р_я, а подача Q_H. Диаметр поршня D_n, штока D_m. К.п.д. гидроцилиндра: механический =0,90, объ­емный ^о = 0,95. Диаметр поршня подвижного элемента муль­типликатора: большого Di, малого D₂. К.п.д. мультипликатора (механический и объемный) можно принять равным 1. Размеры трубопроводов следующие: длина участков l, диаметры di = d2 и d₃ = d₄. Эквивалентная шероховатость гидролиний А_э._____________________________

Величина и	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
ее единица	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ж	АМГ-10	АМГ-10	Индуст­риальное 50	Индуст­риальное 12	Индуст­риальное 30	Турбинное	Индуст­риальное 20	Веретен- ноеАУ	Веретен- ноеАУ	Транс­форма­торное
QH, л/мин	32,0	25,0	16,0	12,5	8,00	5,00	3,20	50,0	63,0	32
Ря, МПа	2,50	4,0	6,3	12,5	16,0	16,0	10,0	1,60	1,00	1,60
Dn, мм	200	160	125	100	80	63	63	160	250	160
Dm, мм	63	50	50	40	32	32	40	63	80	50
D1, мм	180	250	180	160	125	100	80	80	63	160
D2 , мм	100	160	100	80	50	50	50	40	32	80
l1=l2, м	2,50	2,40	2,40	2,50	3,00	1,90	2,00	1,80	2,80	2,20
l3=l4, м	2,00	1,80	1,60	1,40	1,50	2,00	1,80	2,20	1,75	2,00
d1=d2, мм	15	13	10	8	5	5	5	13	18	13
d3 =d4, мм	8	8	5	5	5	5	5	10	13	10
Аэ, мм	0,060	0,070	0,075	0,05	0,040	0,050	0,040	0,10	0,080	0,013
Задача 23

Условие задачи

Рисунок

 

Насос Н гидросистемы продольной подачи рабочего стола металлорежущего станка нагнетает рабочую жидкость — масло Ж, температура которой Т °С, через распределитель Р в силовой гидроцилиндр Ц, шток которого нагружен силой F, Диаметр поршня гидроцилиндра D_n, штока D_m. К.п.д. гидроцилиндра: ме­ханический ^_м= 0,90, объемный ^₀=1,0. Длина участков трубо­провода l. Диаметры напорных и сливных гидролиний одинако­вы и равны d. Эквивалентную шероховатость гидролиний при­нять А_э=0,0б мм. Местные сопротивления в гидросистеме при­нять лишь в распределителе Р.

Определить скорость перемещения рабочего стола вправо (I позиция распределителя Р), если характеристика насоса с пере­ливным клапаном Q=flpv) задана:_________________

	Qm, л/с		0,00		1,50		1,65
	Рм, МПа		4,00		3,00		0,00
Величина и ее единица		Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
		1	2	3		4	5	6		7	8	9	0
Ж		Транс­форма­торное	Веретен­ное ау	Веретен­ное ау		Турбин­ное	Индуст­риальное 20	Индустри­альное 30		Индуст­риальное 12	Индуст­риальное 50	Транс­форма­торное	амг-10
F, кН		5,00	8,00	10,0		14,0	20,0	25,0		35,0	50,0	60,0	70,0
Dn, мм		50	63	80		80	100	125		160	160	200	220
Dm, мм		20	32	40		40	50	63		80	80	100	110
Т, °С		60	50	60		50	70	50		60	55	50	60
l\, м		1,50	1,60	1,70		1,80	1,90	2,0		1,90	1,80	1,70	1,60
l2=l3, м		1,20	1,25	1,30		1,35	1,10	1,2		1,10	1,30	1,20	1,40
i4, м		2,00	2,10	2,15		2,20	2,25	2,30		2,35	2,40	2,40	2,30
d, мм		20	21	22		23	24	25		24	23	22	20

 

Задача 24

Условие задачи

В гидроприводе вращательного движения рабочая жидкость — мас­ло Ж, температура которого Т °С, из бака Б нагнетается регулируемым насосом Н через распределитель Р в гидромотор. Рабочий объем гидро­мотора V₀ а частота вращения п. К.п.д. гидромотора: объемный ^₀=0,95, гидромеханический = 0,80. Развиваемый гидромотором крутящий момент М_к. Номинальные потери в распределителе при номинальном расходе Q_H0M составляют Ар_нои = 250 кПа. Длина каждого из участков стальных гидролиний равна l, диаметры всех линий равны d. Эквива­лентная шероховатость А_э=0,075 мм. Местные сопротивления в гидро­системе, кроме распределителя, принять в плавных поворотах гидроли­ний и в штуцерных их присоединениях. Коэффициент сопротивления од­ного штуцера принять равным = 0,60.

Рисунок

Определить необходимую подачу насоса и к.п.д. гидропривода, если к.п.д. насоса равен

 

 

Величина и ее единица

1

3

4

5

6

7

9

0

8

Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)

2

 

Индуст­риальное 20

Индуст­риальное 30

Индуст­риальное 12

Транс­форма­торное

Транс­форма­торное

Турбин­ное

Веретен­ное АУ

Индустри­альное 50

Веретен­ное АУ

Ж

АМГ-10

 

 

100

80,0

60,0

50,0

40,0

30,0

25,0

20,0

15,0

10,0

Мк, Нм

 

 

200

180

160

140

125

112

100

90

80

71

V₀, см³

 

 

10,0

,00

7,00

6,00

5,00

3,00

2,0

2,0

20

п, с

4,00

 

 

^Qнoм^,

160

100

70

50

50

25

16,0

12,5

12,5

100

л/мин

 

 

l, м

1,50

1,60

1,70

1,80

2,0

1,90

1,80

1,70

1,60

1,90

 

d, мм Лн

25 0,65

25 0,84

20 0,70

18 0,74

15 0,76

15 0,73

13 0,80

8

25 0,60

7

0,85

0,85

 

Насос Н нагнетает рабочую жидкость — масло Ж, температура которой Т = 55 °С, через распределитель Р в гидродвигатель Д, вал которого нагружен крутящим моментом М_к. Рабочий объем гидромотора равен V₀ К.п.д. гидро­мотора: объемный ^o=0,97, гидромеханический л™ = 0,85.

Номинальное давление работающего в гидроприводе насоса р_тм, номи­нальный расход 0ном, а объемный его к.п.д. равен ^_HO=0,85. Потери давле­ния в распределителе Ар_р = 20,0 кПа. Остальные местные потери давления в системе составляют 30 % потерь давления на трение по длине.

Площадь проходного сечения параллельно насосу установленного дрос­селя ДР равна Sд, а его коэффициент расхода ц_д = 0,60. Длину каждого про­нумерованного участка гидролинии принять равной l=150d, где d — внут­ренний диаметр гидролинии. Эквивалентная шероховатость А_э=0,050 мм, Решая задачу графоаналитическим способом, определить развиваемое насо­сом давление р_я и частоту вращения вала гидромотора n_M считая, что предо­хранительный клапан не открывается.____________________________

Величина и	Исходные данные для предпоследней цифры шифра студенческой книжки (хххХх)
ее единица	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ж	Транс­форма­торное	АМГ-10	Веретен­ное АУ	Индуст­риальное 12	Индуст­риальное 20	Индустри­альное 30	Индуст­риальное 50	Турбин­ное	Транс­форма­торное	Веретен­ное АУ
Мк, Нм	20,0	12,0	8,00	15,0	20,0	30,0	100	150	40	150
V0, см3	125	50	40	63	80	100	200	200	50	200
^HO]^ л/мин	35	12,3	18	26	38	50	100	70	50	35
Рном, МПа	2,50	2,50	2,50	2,50	2,50	2,50	6,3	6,3	6,3	6,3
£д, мм2	6,60	2,25	3,25	4,70	6,90	9,10	11,4	8,00	5,70	4,00
d, мм	10	7	8	9	10	13	18	15	13	10

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Контрольные задания, выполняемые студентами, преследуют двоякую цель: с одной стороны, более глубоко изучить основные положения курса гидравлики гидравличе­ских машин и гидроприводов, а с другой стороны — применить изученные законо­мерности при решении практических задач.

Задачи 1, 2, 3. Эти задачи составлены по теме «Основные свойства жидкостей». В задаче 1 рассматриваются сжимаемость и температурное расширение, а в задачах 2, 3 — ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТИ.

При решении задачи 1 используют известные формулы для определения ко­эффициентов объемного сжатия и температурного расширения жидкости. Инте­ресно, что повышение давления в герметичном заполненном жидкостью сосуде не за­висит от его объема.

Задачу 2 решают с помощью формулы Ньютона:

T = ?]A(du/dn)                                                       (37)

где Т — сила трения; ^ — динамическая вязкость жидкости; А — площадь со­прикосновения твердой поверхности с жидкостью; du/dn — градиент скорости. По­скольку толщина слоя масла мала, можно считать, что скорости в нем изменяются по прямолинейному закону. Следовательно, градиент скорости du/dn = v/S. Пластина

 

скользит под воздействием силы F = G sin а, где G — сила тяжести пластины. При равномерном движении пластины сила трения Т по величине равна силе F.

Задачу 3 решают по той же методике, как и задачу 2, только силу трения в данном случае определяют из формулы момента:

M = T (D/ 2 + 8/ 2)                                                (38)

Из-за малости зазора вторым членом 5/2 в скобках можно пренебречь. При малом зазоре, когда 5<<D, кривизной слоя жидкости пренебрегают, рассматривая ее дви­жение в зазоре как плоскопараллельное (см. рис.). Считая, что скорости u в слое масла изменяются по прямолинейному закону, эпюра касательных напряжений х имеет вид прямоугольника. Следовательно, сила трения Т проходит через центр тяжести этой эпюры, т. е. по середине слоя масла.. Угловую скорость ю и частоту п вращения вала определяют при помощи известных формул:

v = (oD/2, со = 2rnn                                            (39, 40)

Задачи 4, 5, 6. Эти задачи составлены по теме «Гидростатика». Они связаны с определением силы давления жидкости на криволинейные стенки. При решении задачи 4 определяют горизонтальную F_x и вертикальную F_z состав­ляющие равнодействующей силы давления жидкости на крышку.

Горизонтальная сила F_x равна силе давления на вертикальную проекцию крыш­ки, и определяется так же, как и сила давления жидкости на плоскую поверхность:

F_x = p c S,                                                          (41)

где p_c — давление в центре тяжести вертикальной поверхности крышки, т.е., в дан­ном случае, прямоугольника; S — площадь этой проекции.

Расстояние между центром давления и центром тяжести вертикальной проекции криволинейной поверхности равно

* = I (h S)                                                           (42)

где I — момент инерции, в данном случае для прямоугольника I = bD³/12 ; h_c — рас­стояние от пьезометрической плоскости до центра тяжести проекции стенки.

Силу F_x можно определять и другим, графоаналитическим, способом при помощи эпюры давления.

Вертикальную силу F_z определяют по формуле (4). При построении первона­чальных тел давления верхнюю и нижнюю часть крышки отдельно проектируют вертикально на горизонтальную пьезометрическую плоскость. Расстояние по верти­кали до этой плоскости можно определить по формуле (2). В данном случае целесо­образно суммировать графически первоначальные тела давления. Вектор силы F_z проходит через центр тяжести тела давления. Центр тяжести полукруга находится на расстоянии от диаметра:

x = 2 D/ (3я).                                                       (43)

Силу F определяют из уравнения моментов относительно оси A.

При решении задачи 5 вертикальную силу F_z , растягивающую болты А опреде­ляют по формуле (4). При построении тела давления крышка проектируется на гори­зонтальную пьезометрическую плоскость. Вертикальное расстояние до этой плоско­сти определяют по формуле (2).

Полную горизонтальную силу F_x, разрывающую цистерну по сечению 1 — 1, удобно разложить на две части: силу F₁, действующую на верхнюю полусфериче­скую часть цистерны, и силу F₂, которая действует на ее цилиндрическую часть.

Силы F₁ и F₂ вычисляют по формуле (41). Положение центра тяжести полукруга оп­ределяют по формуле (43).

Решение задачи 6 имеет большое сходство с решением задачи 4. Силы определя­ют отдельно от жидкости, действующей слева и от жидкости действующей справа, затем их суммируют, учитывая направления.

Задачи 7, 8, 9. Эти задачи рассматривают относительный покой жидкости. При решении задачи 7 силы давления жидкости на торцевые стенки можно оп­ределить по формуле (3). При движении цистерны с ускорением а пьезометрическая плоскость становится наклонной к горизонту под углом а. Причем

tg а = a/g.                                                          (44)

Ход решения задачи 8 может быть следующим: 1) определить первоначальный объем жидкости перед вращением; 2) определить угловую скорость ю по формуле (40); 3) определить высоту и объем параболоида вращения по формулам (5,6); 4) вы­числить объем жидкости, находящейся в резервуаре при его вращении; 5) опреде­лить объем жидкости, сливающейся из резервуара; 6) вычислить силу давления на дно резервуара. Она равна силе тяжести находящейся в нем жидкости; 7) по форму­ле (1) определить горизонтальную силу, разрывающую резервуар по сечению 1 — 1 при его вращении.

Решение задачи 9 аналогично решению задачи 8: 1) вычислить первоначальный объем жидкости в сосуде; 2) определить объем сливающейся жидкости, равный объ­ему параболоида вращения с диаметром основания d; 3) найти высоту параболоида вращения с помощью формулы (6); 4) из формулы (7) определить угловую скорость вращения сосуда; 5) найти частоту вращения при помощи формулы (6); 6) опреде­лить силу давления на дно. Оно равно силе тяжести жидкости, которая находится в сосуде; 7) По формуле (41) вычислить горизонтальную силу действующую по сече­нию 1 — 1 при вращении сосуда. При этом необходимо найти высоту параболоида вращения, диаметр которого равен D.

Задачи 10, 11, 12. Эти задачи составлены по теме «Гидравлический расчет тру­бопроводов» к разделу гидравлически коротких трубопроводов. Их решают с помощью уравнения Бернулли (8). При этом учитывают как потери по длине [по формуле (11)], так и местные потери [по формуле (17)].

Ход решения задач следующий:

• Выбирают два живых сечения в потоке так, чтобы в них было известно наи­большее число входящих в уравнение Бернулли гидродинамических параметров (z, p, v). За первое сечение можно брать свободную поверхность жидкости в резервуаре А (задачи 10 и 12), свободную поверхность в колодце (задача 11); за второе сечение — свободную поверхность в канале Б (задача 11), место подключения вакууметра (задача 12) или место подключения манометра (задача 13);
• Намечают горизонтальную плоскость сравнения, проходящую через центр тя­жести одного из расчетных сечений;
• Для выбранных сечений выписывают уравнение Бернулли и определяют от­дельные его слагаемые:

Геометрические высоты z₁ и z₂ выше плоскости сравнения считаются положитель­ными, а ниже — отрицательными;

 

Давление на поверхности открытых резервуаров равно атмосферному, а в закрытых резервуарах или трубе — сумме атмосферного давления и давления снятого на при­боре (манометрическое — со знаком плюс, вакуумное — со знаком минус); Скоростной напор av²/(2g) в резервуарах является ничтожным, по сравнению с дру­гими членами уравнения Бернулли и приравнивается нулю; Гидравлические потери состоят из потерь по длине и местных потерь;

4) Преобразуют уравнение Бернулли, с тем чтобы определить оставшееся неиз­вестное.

В задаче 11 гидравлические потери определяют таким образом: по формуле (10) определяют скорость течения жидкости в трубопроводе;

определяют число Рейнольдса по формуле

Re = vd/ v                                                             (45)

где v — средняя скорость течения жидкости в трубе; d — диаметр трубы; и — кинема­тическая вязкость жидкости;

определяют режим течения жидкости,

по формулам (13), (14), (15) или (16), или по номограмме Кольбрука — Уайта (приложение 3) определяют значение коэффициента гидравлического трения, по формуле (11) определяют потери напора по длине, а по формуле (16) — местные гидравлические потери.

Задачи 10 и 12 рекомендуется решать графоаналитическим путем при помощи кривой взаимозависимости между высотой напора Н и диаметром трубопровода d: H =f(d). По выбранным диаметрам трубопровода d определяют коэффициент гид­равлического трения X и высоту напора Н. По полученным данным и строят кривую H =f(d). При помощи кривой по известному напору H и определяют диаметр d. Для построения пьезометрической и напоной линии выбирают вспомогательные вертикали по концам труб одинакового диаметра или по осям местных сопротивле­ний. Проводят линию первоначальной энергии (напора), вниз на каждой последую­щей вертикали откладывают гидравлические потери, рассчитанные между этими вертикалями. Через полученные точки проводят линию, которая является напорной

линией. Если на каждой вертикаливниз от ранее отмеченных точек откладывать

2 2

значения значения кинетических энергий a₁v₁ /(2g), a₂v₂ /(2g) и т.д. получим пьезо­метрическую линию. Она параллельна напорной линии и находится ниже ее.

Задачи 13, 14, 15. Эти задачи составлены по теме «Истечение жидкости через отверстия и насадки». При их решении применяют формулу расхода жидкости при ее истечении через отверстие или насадок (18), а действующий напор определяют по формуле (19). В случае затопленного отверстия или насадка за действующий напор берется разница пьезометрических напоров по обе стороны стенки.

Можно считать, что коэффициент расхода ^ не зависит от числа Рейнольдса, т. е. является постоянным: для отверстия ^ = 0,62, для цилиндрического насадка ^ = 0,80, для коноидальногонасадка^ = 0,97.

Задача 16. Потребную подачу определяет скорость перемещения поршня в ци­линдре, а рабочее давление в левой части цилиндра — полезная нагрузка F. При опре­делении подачи необходимо учесть объемный к..п..д цилиндра, который оценивает объ­емные потери рабочей жидкости в цилиндре. Механический к..п..д. учитывает механиче­ское трение между поршнем и цилиндром, а также между штоком и его уплотнениями. Он принимается во внимание при определении рабочего давления в цилиндре. Необхо­димо помнить, что поршень в цилиндре нагружен давлением с обеих сторон — с порш­невой и штоковой.

Задача 17. При решении этой задачи следует пользоваться указаниями для за-

-42 — дачи 16. Кроме того, при подводе рабочей жидкости в поршневую полость ци­линдра, со штоковой будет сливаться меньший расход из-за неодинаковой площади поршня с обеих сторон.

Потери давления при протекании жидкости через дроссель определяют по формуле (17). Для определения внешней силы F необходимо составить уравнение равновесия всех сил, действующих на поршень со штоком.

Задача 18. Перепад давления на гидродвигателе определяют:

Лр_д = 2nMj (V^_rM )                                             (46)

Противодавление за гидродвигателем создает потери давления в его сливной гид­ролинии.

Задача 19. Для определения рабочей точки насоса следует вычертить на мил­лиметровой бумаге заданную характеристику насоса и нанести в том же масштабе гра­фик потребного капора установки, построенный по уравнению:

Н_потр = H_г + (р₂ — р1 )l(pg) + X h_n ,                                          (47)

где Н_г — геометрическая высота нагнетания; р₂ — р₁ — разность давлений (из­быточных или абсолютных) в напорном и приемном резервуарах; ^ h_n — сумма по­терь напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах..

Так как потери зависят от расхода, то суммарные потери напора можно вы­разить следующим образом:

Z h_n = X h_n._B +Х h_nH = kQ² ₊ kQ² = Q² (k_B + k_H )                             (48)

где k — сопротивление трубопроводов. Они определяются по известным формулам для расчета гидравлически коротких трубопроводов, учитывая и местные потери и поте­ри на трение по длине. Например, ддя нагнетательного трубопровода

k_H = (2£_{пов +}С₃ + С_вх + Шdн>6/{п²d_H⁴ • 2g)                               (49)

Свободно задавая несколько значений расхода (в диапазоне, указанной характери­стики насоса), определяют коэффициенты сопротивления k_B и k_H, а после этого и

^ h_n . Точка пересечения характеристик насоса Н = f (Q) с графиком потребного на­пора дает рабочую точку. По этой точке определяют напор, подачу и к.п.д. насоса. Пу­тем прикрытия задвижки (путем увеличения гидравлических потерь) новая рабочая точка перемещается левее по характеристике насоса. По подаче насоса, которая уменьшена на 20 % по сравнению с предыдущей, опять определяют напор и к.п.д. насоса. В обоих случаях определяют мощности насоса и сравнивают между собой:

P = pgHQl л                                                      (50)

Задача 20. При решении этой задачи следует использовать те же указания, что и для задачи 19. При построении графика потребного напора возможны три различ­ных случая: 1) напорный уровень находится выше приемного; статический напор установки [см. уравнение (22)] является положительным и он откладывается вверх от оси абсцисс графика; 2) приемный и напорный уровни совпадают; следовательно, статический напор установки равен нулю и характеристика потребного напора на­чинается от начала координат; 3) напорный уровень находится ниже приемного, статический напор установки является отрицательным. В этом случае жидкость мо­жет перетекать в нижний резервуар самотеком, а применение насоса вызывает необ­ходимость увеличения расхода.

Задача 21. Последовательное соединение нескольких насосов обычно при­меняют для увеличения напора, когда один насос не может создать требуемого на­пора, параллельное соединение — для увеличения подачи. В обоих случаях для полу­чения рабочей точки при работе насосов на трубопровод необходимо построить суммарную характеристику насосов и характеристику установки.

Для построения суммарной характеристики насосов в случае параллельного их соединения необходимо сложить характеристики насосов но абсциссам (расходам), так как в этом случае Н_н = Н₁ = Н₂ и Q_H = Q₁ + Q₂. Для построения суммарной ха­рактеристики последовательно соединенных насосов необходимо сложить характе­ристики по ординатам (напорам). В этом случае Н_н = Н₁ + Н₂ a Q_H = Q₁ = Q₂. Для построения характеристики установки следует пользоваться указаниями для задач 19 и 20. Пересечение каждой суммарной характеристики насосов с характе- ристикой потребного напора установки дает рабочую точку для каждого случая со — единения насосов. Для получения напора каждого из насосов при их последова- тельном соединении необходимо опустить перпендикуляр из рабочей точки до пе- ресечения его с характеристиками отдельных насосов. Аналогично получается по­дача каждого из насосов при их параллельном соединении.

При известных напоре Н, подаче Q, а также к.п.д. ц каждого насоса определяют мощность каждого из насосов по формуле (50).

Задача 22. При расчете данной гидравлической передачи расчет рекомендуется провести в следующем порядке.

1. Определяют расход рабочей жидкости за мультипликатором М по формуле

Q = Q„ (D₂/ D1 )².                                                      (51)

2. Расход за гидроцилиндром Ц (пренебрегая объемными потерями) равен расходу, поступающему в цилиндр, т. е. Q_c = Q_M.
3. Пользуясь приложением 5, по Q_H подбирают распределитель с номинальным расходом Q_Hom и номинальными потерями Д^_Ном давления. Рассчитывают действительные потери давления в распределителе

АРр = Рком (^QH/^QKOM )².                                                         (52)

4. По известному расходу насоса Q_H определяют потери давления на трение Д^₁₂ в гидролиниях 1 и 2.
5. Расчитанные потери давления Ap_v в распределителе делят на две части пропорционально протекающему через его каналы расходу: А^₁₂ иД^₃₄ 6. Определяют давление перед мультипликатором:

Р1 — Рк -(ДР1,2 ^+ДР1,2 )                                                 (53)

и за ним

Р 2 = Р1 (А/ D₂ )².                                                (54)

7. По расходу Qc определяют потери давления А^_{3 4} гидролиниях 3 и
8. Аналогично пункту 3 подбирают фильтр и рассчитывают действительные потери давления Д^ф в нем.
9. Определяют противодавление Ар_сл в гидроцилиндре.
10. Путем составления уравнения (равновесия поршня цилиндра Ц) определяют возможную полезную нагрузку F на шток.
11. Определяют скорость перемещения поршня v_n гидроцилиндра и полезную мощность гидроцилиндра:

^р = ^v_n^F^u.                                                        (55)

Задача 23. Решение задачи сводится к построению характеристики насоса с предохранительным клапаном (приведенная характеристика насоса) и характеристики потребного давления системы гидропривода, т.е. к определению рабочей точки насоса.

Характеристика объемного насоса строится по номинальным параметрам насоса Qhom и ^ном, а также по объемному к. п. д. насоса Максимальная подача насоса бывает при нулевом давлении и определяется

бмакс = ^QHOM/ Л0                                             (56)

По полученным двум точкам проводят прямую линию.

При возрастании перепада давления на предохранительном клапане ^пр расход через него увеличивается. Так как предохранительный клапан всегда устанавливается парал­лельно насосу (см. рис. задачи), при его частичном открытии часть подачи насоса Q_H сливается через него (Q_K), а оставшаяся поступает в систему (Q_c). Следовательно, Q_C=Q_H-Q_K. Значит, для получения общей характеристики насосной установки необхо­димо из характеристики насоса графическим путем вычесть характеристику предохрани­тельного клапана. Получается, так называемая приведенная характеристика насоса, ко­торая имеет вид ломаной линии. Такая характеристика задана в условии настоящей за­дачи.

Характеристика потребного давления системы строится аналогично способу, изло­женному в задаче 19. При этом

Рпотр = Pcx +Z^APn                                                   (57)

где р_ст — статическое давление, определяемое полезной нагрузкой F; ^ Ар_п — общие

потери давления в системе. Рабочую точку дает пересечение приведенной характеристики насоса с характеристикой потребного давления системы.

Задача 24. Задачу рекомендуется решать, придерживаясь следующей после­довательности.

1. Определяют необходимую подачу насоса, нагнетаемую в гидромотор:

Qk = V0 n/_Ъ                                                      (58)

2. По рассчитанной подаче насоса определяют общие потери давления

в системе гидропривода.

3. Определяют перепад давления на гидромоторе по формуле (1).
4. Развиваемое насосом давление определяют как сумму перепада давления на гидромоторе и потерь давления в системе

Pn = Pu +Z^APn                                                (59)

5. Определяют к.п.д. гидропривода как отношение полезной мощности гид­ромотора к мощности насоса

77 = M_Ka/(p_H Q_H )                                                (60)

Задача 25. Развиваемое насосом давление и частоту вращения вала гидродвига­теля (подача насоса) определяют графоаналитическим способом. Для этой цели необ­ходимо построить характеристику насоса, гидродвигателя, дросселя, а также характе­ристику гидролиний с распределителем.

1. Порядок построения характеристики насоса указан в методических указаниях к задаче 23.

 

2. Перепад давления на гидродвигателе определяют по формуле (46). Ха­рактеристика гидродвигателя имеет вид горизонтальной прямой линии, так как раз­виваемый двигателем момент от подачи насоса не зависит.
3. Расход через дроссель при некоторых значениях давления насоса рас­считывают (пренебрегая потерями давления в сравнительно коротких линиях 6 и 7), используя формулу (18). Эта характеристика имеет вид параболы.
4. При построении характеристики гидролиний с распределителем (зависи­мость суммарных потерь от расхода) используют расходы, попадающие в систему

(Q_c = Q_H — Q«p).

5.Обратив внимание на то, что гидролинии с распределителем по отношению к гидродвигателю подсоединены последовательно, а дроссель — параллельно, графи­чески строят характеристику потребного давления системы. Пересечение характе­ристик насоса и потребного давления системы дает рабочую точку насоса.

6.По рабочей точке графически определяют развиваемое насосом давление и подачу, а также расход, протекающий через дроссель.

7.Определяют частоту вращения вала гидродвигателя, используя формулу

(58).

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Средние значения плотности р и кинематической вязкости о некоторых жидкостей Жидкость 3 Плотность, кг/м , при Т, °С Кинематическая вязкость. Ст. при Т, °С 20 50 20 40 60 80 Вода 998 0,010 0,0065 0,0047 0,0036 Нефть, легкая 884 — 0,25 — — — Нефть, тяжелая 924 — 1,4 — — — Бензин 745 — 0,0073 0,0059 0,0049 — Керосин Т-1 808 — 0,025 0,018 0,012 0,010 Керосин Т-2 819 — 0,010 — — — Дизтопливо 846 — 0,28 0,12 — — Глицерин 3245 — 9,7 3,3 0,88 0,38 Ртуть 13550 — 0,0016 0,0014 0,0010 — Масла: касторовое 960 — 15 3,5 0,88 0,25 трансформаторное 884 880 0,28 0,13 0,078 0,048 АМГ-10 — 850 0,17 0,11 0,085 0,65 веретенное АУ — 892 0,48 0,19 0,098 0,059 индустриальное 12 — 883 0,48 0,19 0,098 0,059 то же 20 — 891 0,85 0,33 0,14 0,080 » 30 — 901 1,8 0,56 0,21 0,11 » 50 — 910 5,3 1.1 0,38 0,16 турбинное — 900 0,97 0,38 0,16 0,088

Указание . Плотность жидкости при другой температуре можно определить по формуле рт = р0/(1+а-ДТ), где рт — плотность жидкости при температуре Т=Т0+АТ; AT- изменение температуры; Т0 — температура, при которой плотность жидкости равна р0, а — коэффициент температурного расширения жидкости (в среднем для минеральных масел можно принять а = 0,00071/ °С). Стоке Ст = см2/с=10-4 м2/с.

 

2. Зависимость плотности воды от температуры Температура Т, °С 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Плотность р, кг/м3 1000 1000 998 996 992 988 983 978 972 965 958

 

 

3. Номограмма Кольбрука-Уайта для определения коэффициента гидравлического трения

0,025

0,020

0,015

0,010

4 5 6 7 8910 1,5 2 2,53 4 5 6 78910 1,5 22,53 4 5 6 78910 1,5 22,53 4 5 6 78910 з

х 10

х 10

х 10″

х 10

Число Рейнольдса Re

 

 

4. Значения коэффициентов £ некоторых местных сопротивлений

д) v____

a;                          б)

в)

г)

Тип препятствия	Схема сопротивления по рисунку	Значение коэффициентов ^
Вход в трубу	а	0,50
Внезапное сужение	б	0,50 [1- (d/D)2]
Внезапное расширение	в	[(D/d)2 — l]2
Выход из трубы	г	1,0

 

 

Плавный поворот (см. схему на рис. д)		Крутой пово] (см. схему на	зот шс. е)
dIR	с	о а	С
0,20	0,14	20	0,12
0,40	0,21	30	0,16
0,60	0,44	45	0,32
0,80	0,98	60	0,56
—	—	90	1,19

 

5. Потери давления в некоторых гидравлических элементах (в местных сопротивлениях)

Наименование эле­мента гидропривода	Типоразмер	Номиналь­ный расход Qhom, л/мин	Наибольшее рабо­чее давление р, МПа	Потери дав­ления Арном, МПа
Фильтр пластинчатый	0,12Г41-11	5	—	0,10
	0,12Г41-12	12,5	—	0,10
	0,12Г41-13	25	—	0,10
	0,12Г41-14	50	—	0,10
	0,12Г41-15	100	—	0,10
Распределитель золотниковый с электрическим управлением	ПГ73-11	8	20	0,20
	ПГ73-12	20	20	0,10
	Г72-33	40	20	0,10
	ПГ73-24	80	20	0,30
	ПГ73-25	160	20	0,10

 

 

6. Характеристики некоторых центробежных насосов № насоса Параметры иихединицы Числовые значения Q, л/с 0 1,6 3,0 3,9 4,5 1 Я, м 20,0 20,3 17,4 12,0 12,0 Л, % 0 44,0 55,5 53,0 47,0 Q, л/с 0 2,0 5,5 8,3 10,0 2 Я, м 33,7 34,5 30,8 24,0 19,0 Л, % 0 45,0 64,0 63,5 58,0 Q, л/с 0 3,0 5,5 6,1 7,0 3 Я, м 20,0 21,0 18,5 17,5 16,0 Л, % 0 56,0 68,0 66,0 60,0 Q, л/с 0 4,0 8,3 16,7 19,5 4 Я, м 62,0 64,0 62,0 50,0 44,5 Л, % 0 35,0 54,4 66,3 63,0 Q, л/с 0 4,0 8,3 12,5 15,0 5 Я, м 34,0 35,2 34,8 31,0 27,0 Л, % 0 40,0 62,0 71,0 71,5 Q, л/с 0 10,0 19,4 25,0 33,4 6 Я, м 62,0 63,0 59,0 54,9 43,0 Л, % 0 48,0 65,5 71,0 66,0 Q, л/с 0 10,0 18,0 25,0 33,4 7 Я, м 37,0 39,0 37,7 34,6 28,0 Л, % 0 53,0 72,0 78,0 74,5

 

Вопросы для самопроверки.

По теме I. 1. В чем различие между плотностью и объемным весом? 2. Как из­меняется плотность жидкости при увеличении давления и температуры? 3. Какова связь между коэффициентом объемного сжатия и объемным модулем упругости? 4. Что представляет собой коэффициент температурного расширения? 5. Как зависит вязкость жидкости от температуры и давления? 6. Как связаны между собой дина­мический и кинематический коэффициенты вязкости? 7. Чем отличается идеальная жидкость от реальной? В каких случаях при практических расчетах жидкость можно считать идеальной? 8. Как подсчитать величину капиллярного поднятия или опус­кания жидкости в стеклянной трубке малого диаметра? 9. Что называется давлением насыщенного пара жидкости? От чего оно зависит? 10. От чего зависит раствори­мость воздуха и других газов в жидкости? 11. В каких единицах выражают плот­ность, объемный вес, коэффициенты температурного расширения и объемного сжа­тия, объемный модуль упругости динамический и кинематический коэффициенты вязкости?

По теме 2. 1. Что называют гидростатическим давлением? В каких единицах его выражают? Каковы его основные свойства? 2. Каково основное уравнение гид­ростатики? 3. Как определить гидростатическое давление в точке? 4. Что называют абсолютным давлением, манометрическим давлением, вакуумом? 5.Какой наи­больший вакуум

возможен и чем он ограничивается!? 6. В чем разница между напором и давле­нием? 7. Почему при определении силы давления жидкости на поверхность чаще всего оперируют не абсолютным, а манометрическим давлением или вакуумом? 8. Какие устройства конструируются на основе закона Паскаля? 9. Как определить силу давления жидкости на плоскую поверхность? 10. Что такое центр давления? Когда центр давления плоской фигуры совпадает с ее центров тяжести? 11. Чем отличаются эпюры давления в случае манометрического давления н в случае ва­куума? 12. Какие правила следует соблюдать при вычерчивании тел давления? 13. Как определяется положение пьезометрической плоскости при наличии манометри­ческого давления или вакуума? 14. Сформулируйте закон Архимеда. 15. Какие силы действуют на жидкость в случаях абсолютного и относительного покоя? 16. Какую форму принимают поверхности равного давления в следующих случаях: а) когда на жидкость из массовых сил действует лишь сила тяжести (случай абсолют­ного покоя); б) при вращении жидкости вместе с сосудом вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью; в) при прямолинейном движении сосуда с жидкостью; равномерно, с положительным ускорением, с отрицательным ус­корением?

По теме 3. 1. Чем установившееся движение жидкости отличается от не­установившегося, равномерное — от неравномерного, напорное — от безнапорного? 2. Чем отличается траектория частицы жидкости от линии тока? Когда они совпадают? 3. Что представляет собой расчетная модель потока? 4. Можно ли измерить скорость струйки? Среднюю скорость потока? 5. Каков геометрический смысл членов урав­нения Бернулли? Каков их энергетический смысл? 6.0т чего зависит числовое зна­чение коэффициента

 

Кориолиса? 7. Чем отличаются уравнения Бернулли для идеальной и реальной жидкости? дли -элементарной струйки потока? 8. Какие ограничения существуют в применении уравнения Бернулли? 9. Когда пьезометрическая и напорная линии параллельны между собой? 10. При помощи каких линий можно судить о значении и изменении давления вдоль потока? 11. Почему гидравлический уклон потока ре­альной жидкости всегда положительный?

По теме 4. 1. Чем отличается структура потока при ламинарном и турбу­лентном режимах движения жидкости? 2. Как определить число Рейнольдса для круглой трубы? 3. Что называют критической скоростью? 4. Влияет ли температура жидкости на значение критической скорости? 5. Как зависят потери на трение от скорости потока при разных режимах движения жидкости? 6. Для чего нужно знать режим движения жидкости? 7. Каковы принципы геометрического, кинематическо­го и динамического подобия потоков? 8. Какие силы преобладают в потоке, если моделирование производится по равенству чисел Рейнольдса? По равенству чисел Фруда?

По теме 5. 1. Какой кривой описывается распределение скоростей в сечении трубы при ламинарном течении жидкости? Каково соотношение между средней и мак­симальной скоростями? 2. От каких параметров зависят гидравлические потери в ламинарном потоке? 3. Чему равно значение коэффициента Кориолиса при лами­нарном движении жидкости в трубе? 4. Как определить длину начального участка ламинарного течения и потери в нем? 5. Как определить потери на трение в случае неизотермического течения жидкости в трубе? 6. От чего зависит величина расхода жидкости в плоских и кольцевых зазорах? 7. Какое явление называется облитерацией?

По теме 6. 1. Как распределяются скорости в сечении трубы при турбулентном течении жидкости? Каково соотношение между средней и максимальной скоростями ? 2. Чему равно значение коэффициента Кориолиса при турбулентном движении жидко­сти в круглой трубе? 3. Почему гидравлические потери в турбулентном потоке больше, чем в ламинарном? 4. Почему одна и та же труба в одном случае может быть гидравлически гладкой, а в другом случае гидравлически шероховатой? 5. Сколько имеется зон сопротивления и какие из них соответствуют турбулентному движению жидкости? 6. От чего зависит коэффициент гидравлического трения в различных зонах и как можно его определить? 7. Объясните понятие эквивалентной шероховатости по­верхности.

По теме 7. 1. Какие сопротивления называют местными? 2. По какой формуле определяют местные потери? 3. От чего зависит значение коэффициента С, и как оно определяется? 4. В каком сечении берется скорость при определении местных по­терь по формуле Вейсбаха? 5. Когда местные потери отдельных сопротивлений мож­но просто суммировать?

По теме 8. 1. Какие отверстия считаются малыми? 2. Какие могут быть случаи сжатия струи? 3. Как связаны между собой коэффициенты сжатия е, скорости, ф, расхода ц и местного сопротивления малого отверстия? Каков физический смысл этих коэффициентов? 4. Почему коэффициенты е, ф, ц, отверстия всегда меньше едини­цы? 5. Чем отличается насадок от трубы? 6. Может ли проявиться кавитация при ис­течении жидкости через насадки? 7. Каковы основные типы насадков и каково их практическое применение? 8. Сравните пропускную способность насадков разных ти­пов и круглого отверстия.

По теме 9. 1. Какие уравнения применяют при расчете напорных трубопро­водов? 2. В чем различие в расчете коротких и длинных трубопроводов? 3. Какие задачи удобно решать графоаналитическим способом? 4. Как построить гид­равлическую характеристику трубопровода? 5. Как строят гидравлические ха­рактеристики систем из последовательно и параллельно соединенных трубопроводов?

По теме 10. 1. В чем различие между установившимся и неустановившимся движениями жидкости? 2. Какое явление в напорных трубах называют гидрав­лическим ударом? 3. Что называют фазой гидравлического удара? 4. Чем отличается прямой удар от непрямого? 5. Какие силы вызывают резкое повышение давления в трубе при внезапной остановке движущейся жидкости? 6. Как определяют измене­ние давления при гидравлическом ударе? 7. От чего зависит скорость распростране­ния ударной волны в жидкости? 8. Каковы меры борьбы с гидравлическим ударом? 9. Где применяют гидравлический удар?

По теме 11. 1. Чему равна активная сила струи жидкости на плоскую стенку? 2. На какой поверхности наибольшая активная сила струи? 3. Чему равна реактивная сила взаимодействия между струси и твердым телом? 4. Какое практическое приме­нение активной и реактивной сил взаимодействия между струей и твердой преградой?

По теме 12. 1. Как определить необходимую мощность двигателя насоса? Как она выражается через напор и через давление? 2. Отношению каких величин равны соответственно объемный, гидравлический, механический и полный к.п.д. насоса? 3. Если геометрические напоры на входе и на выходе из насоса различны, то который из них обычно бывает больше? Как это сказывается на различии между манометри­ческим и полным напорами насоса? 4. Как расположится уровень жидкости в пьезо­метре относительно уровня в открытом приемном резервуаре, если пьезометр к всасы­вающей трубе присоединить перед входом в насос? 5. Как расположится уровень жидкости в пьезометре относительно уровня в открытом напорном резервуаре, если пьезометр присоединить к нагнетательной трубе в самом ее начале?

По теме 13. 1. Каково назначение рабочего колеса и спиральной камеры цен­тробежного насоса? 2. От каких величин зависит теоретический напор центробеж­ного насоса? 3. По каким причинам возникают в насосе механические, объемные и гидравлические потери? 4. Для чего необходимо знать рабочую характеристику на­соса? 5. Почему рабочая характеристика насоса может быть получена лишь опыт­ным путем? 6. Какова методика испытания насоса? 7. Какое практическое значение имеет применение теории подобия лопастных насосов? 8. По какой причине необхо­димо бывает пересчитать рабочую характеристику насоса на другую частоту враще­ния рабочего колеса? 9. Какова классификация лопастных насосов по коэффициенту быстроходности? 10. В чем основное различие между конструкциями центробежного и осевого насосов?

По теме 14. 1. Как определяют напор насоса по показаниям измерительных приборов? 2. Зависит ли потребный напор насоса от подачи (расхода во всасы­вающем и в нагнетательном трубопроводах)? Почему? 3. Как определяются подача и мощность насоса, работающего в сети? 4. Как регулируется подача лопастного на­соса? 5. Как при подборе насоса для работы в сети учитываются потери напора на трение во всасывающем и нагнетательном трубопроводах? 6. В каких системах целе­сообразно насосы подключать последовательно и в каких — параллельно? 7 От чего зависит геометрическая высота всасывания насоса? Как ее определяют? 8. Если диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов различны, то какой из них обычно бывает больше? Почему? 9. Чем ограничивается высота всасывания на­соса? 10. Как изменится допустимая высота всасывания с увеличением подачи насоса, если диаметры всасывающей и нагнетательной труб останутся прежними? 11. Что та­кое коэффициент кавитации?

По теме 15. 1. Каковы относительные достоинства и недостатки вихревых и центробежных насосов? Каковы области применения вихревых насосов? 2. Чем в основном отличаются рабочие характеристики вихревого и центробежного насосов ? 3. Какие основные параметры характеризуют режим работы струйного насоса?

По теме 16. 1. Каков принцип действия гидродинамических передач? Где их применяют? 2. Каковы основные внешние параметры гидромуфт и гидротранс­форматоров? 3. Каковы основные требования, предъявленные к рабочим жидкостям гидродинамических передач?

По теме 17. I. Из каких основные элементов состоит гидромуфта? 2. В чем за­ключается рабочий процесс гидромуфты? 3. Что называют передаточным от­ношением и скольжением? 4. Что представляет собой моментная характеристика гидромуфты? 5. Какие гидромуфты называют регулируемыми? 6. Какими способами можно изменить форму моментной характеристики гидромуфты?

По теме 18. 1. Каковы основные конструктивные различия между гидромуфтой и гидротрансформатором? 2. Что называют коэффициентом трансформации? 3. Чем отличаются моментные характеристики гидромуфт и гидротрансформаторов? 4. Что такое комплексные гидротрансформаторы?

По теме 20. 1. В чем принцип действия поршневого насоса? 2. Каковы пре­имущества и недостатки поршевого насоса по сравнению с центробежным ? 3. Что на­зывают индикаторной мощностью? индикаторным давлением? 4. Каковы графики подачи поршевого насоса одинарного, двойного и многократного действия ? 5. Для чего служат воздушные колпаки во всасывающем и нагнетательном трубопроводах? 6, Как рассчитывается допустимая высота всасывания поршневого насоса? Какое влияние на нее оказывает род жидкости? 7. Когда применяют диафрагменные насосы?

По теме 21. 1. Каковы относительные достоинства и недостатки поршневых, шестеренных и пластинчатых насосов? 2. Каковы относительные сходства и отли­чия радиально-поршневых и аксиально-поршневых насосов? 4. Что называют рабо­чим объемом роторных насосов? 5. В чем особенности работы винтовых насосов по сравнению с остальными роторными насосами? 6. Что такое компрессия жидкости в шестеренном насосе? 7. Отношением каких величин является объемный, механиче­ский и полный к.п.д. насосов? 8. Какими способами регулируют подачи объемных насосов? 9. Чем отличаются диаграммы подачи поршневых, шестеренных, радиаль- но-поршненых и аксиально-поршневых насосов? 10. Чем отличаются рабочие ха­рактеристики объемных и лопастных насосов?

По теме 22. 1. В каких случаях применяют объемные и в каких — динамические гидропередачи? Привести примеры. 2. Что называют гидроприводом и гидропере­дачей? 3. В чем принцип действия объемного гидропривода? 4. Каковы относитель­ные достоинства и недостатки объемных гидроприводов по сравнению с электропе­редачами, механическими передачами, пневмопередачами? 5. В каких гидроприво­дах можно реверсировать движение? Как это осуществляется? 6. Какое влияние на работу гидропривода оказывает вязкость рабочей жидкости? 7. На работе каких гид­роприводов и как сказывается сжимаемость рабочей жидкости? Когда используют жидкости с низким модулем упругости? в. Какую роль в работе гидропривода игра­ет воздухонасыщение рабочей жидкости?

По теме 23. 1. Когда применяют гидроцилиндры с односторонним и двусто­ронним штоком? 2. Что учитывается объемным и механическим коэффициентом по­лезного действия гидроцилиндра? Отношению каких величин они равны? 3. В каком направлении поршень будет двигаться быстрее и почему, если одинаковые расходы рабочей жидкости будут подаваться в штоковую и в поршневую полость дифферен­циального гидроцилиндра? 4. В каком направлении будет двигаться поршень при подключении гидроцилиндра с неравными рабочими площадями по дифференци­альной схеме? 5. Какие вам известны устройства для торможения поршня в крайних его положениях? 6. Какое влияние на работу объемного гидродвигателя оказывает противодавление? 7. Какими способами можно регулировать частоту вращения гид­ромоторов? 8. Что называют рабочим объемом гидромотора и какое влияние он ока­зывает на частоту вращения ротора?

По теме 24. 1. Как классифицируют распределительные устройства по кон­структивным признакам? 2. В каких случаях в гидроприводах применяют золот­никовые, крановые и клапанные распределители жидкости? 3, Как определяют по­тери давления в аппаратах распределения? 4. Какие типы клапанов вы знаете? 5. Для чего в гидроприводах применяют дроссельные устройства? 6. Каковы конструктив­ные отличия между дросселем и гидравлическим демпфером? 7. От чего зависят ме­стные гидравлические потери в дросселях? 8. В каких местах в гидроприводе уста­навливают фильтры? 9. Каковы основные принципы гидравлического расчета гид­ропривода? 10. Как осуществляют подбор диаметров гидролиний гидропривода?

По теме 25. 1. Какими способами осуществляют бесступенчатое регулирование скорости выходного звена в гидроприводах объемного типа? 2. Какой способ регу­лирования скорости движения более экономичен? 3. Когда в системах гидроприво­дов применяют дроссели и когда — регуляторы потока? 4. Каковы относительные достоинства и недостатки схем гидропривода с замкнутой и разомкнутой циркуля­цией жидкости?

По теме 26. 1. Каковы основные элементы следящего гидропривода? 2. Какие типы распределительных устройств применяют в следящем гидроприводе? 3. Какие явления оказывают непосредственное влияние на чувствительность следящего гид­ропривода?

 

 

15. Вихревые и струйные насосы

Схема вихревого насоса, принцип действия, характеристика, области приме­нения. Вихревая гидротурбина. Схема струйного насоса, принцип действия, области применения в специальности.

21. Роторные насосы

Классификация роторных насосов, общие свойства и области применения.

Устройство и особенности роторных насосов различных типов: а) роторно- поршневых; б) пластинчатых (шиберных); в) шестеренных; г) винтовых. Определе­ние рабочих объемов. Подача и ее равномерность. Характеристики насосов. Регули­рование подачи. Работа насоса на трубопровод. Методические указания.

Более равномерную подачу жидкости (в отличие от одноцилиндровых порш­невых насосов) можно получить применением многоцилиндровых роторно- поршневых машин, объединенных в общий блок. Вытеснение жидкости в таких на­

сосах производится последовательно каждым поршнем. Цилиндры этих насосов мо­гут быть расположены радиально и аксиально по отношению к оси блока. Они су­щественно отличаются от поршневых насосов (бесклапанность, обратимость, высо- кооборотность, большая равномерность подачи, возможность ее регулирования). Все это обусловило широкое применение роторно-поршневых насосов в объемных гидроприводах.

РАЗДЕЛ Б. ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД

— 21 —

[3]