47). Расчет длинных трубопроводов. Определение магистрали. Понятие коэф. Расхода. Построение трубопроводной характеристики в случае тупикового трубопровода.

Если на трубопроводе собранном из труб одинакового диаметра имеются местные сопротивления, то такой трубопровод можно привести к простому трубопроводу эквива­лентной длины

Коэффициент расхода с увеличением числа Рейнольдса

сначала увеличивается, что обусловлено крутым возрастанием коэффициента скорости сопла , а затем, достигнув максимального значения, уменьшается в связи со значительным падением коэффициента сжатия струи, а при малых числах Рейнольдса роль вязкости настолько велика и торможение скорости у кромки отверстия столь значительно, что сжатие струи отсутствует ( =1) и . Числовые значения коэффициента расхода сопла колеблются в достаточно широких пределах - 0.5¸ 0.98 и зависят, как уже отмечалось, от многих факторов.

48). Выбор насоса работающего на трубопроводную систему. Построение трубопроводной характеристики. Определение потребного напора. Поле насосов. Характеристики насоса. Определение рабочей точки насоса.

Что необходимо учитывать при выборе насоса:

1.Необходимо точно определить условия эксплуатации. 2.Производительность. 3.Напор. При подборе насоса необходимо учитывать гидравлические потери, возникающие в трубопроводах при полученной скорости циркуляции.

Напор Н, создаваемый насосом, должен покрывать полное падение давления в контуре. Максимальное падение давления в системе и суммарный объемный расход определяют рабочую точку насоса (напор и подачу соответственно). Насос выбран правильно, если рабочая точка лежит на характеристике насоса при его максимальной частоте вращения в области максимального КПД насоса (наилучшей подачи), или близка к этой точке.

Рабочая точка насоса

Там, где характеристика насоса пересекается с характеристикой сети, называется актуальной точкой системы отопления или системы водоснабжения. Это говорит о том, что в этой точке имеет место равновесие между напором насоса и сопротивлением сети трубопровода. Из этого следует, что при изменении производительности, которую может обеспечить насос, рабочая точка также изменится.

Основные параметры насосов: подача, напор, потребляемая мощность, КПД и частота вращения.

49). Основные теории подобия. Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие. Критерии подобия: числа Рейнольдса, Вебера, Струхаля, Маха, Фруда, Эйлера, Ньютона.

При решении практических задач в гидравлике пользуются обеими известными ме­тодами построения моделей как физическим, так и математическим моделированием.

При физическом моделировании модель, как и натура, имеют одинаковую физиче­скую природу и отличаются друг от друга лишь размерами. При математическом модели­ровании модель имеет иное, чем натура, физическое содержание: общими у них являются лишь одинаковые дифференциальные уравнения, описывающие сходные физические про­цессы, протекающие в модели и натуре.

Для геометрического подобия необходимо, чтобы отношение любых сопоставляе­мых линейных размеров модели и натуры были бы одинаковыми. Так протяжённость мо­дели и натуры, а также и другие прочие размеры должны находится между собой в про­порциональной зависимости:

где: и - линейный размер соответственно на модели и на натуре,

- коэффициент геометрического подобия, масштаб моделирования.

В таком случае, при сопоставлении размеров площадей на модели и натуре должен соблюдаться такой же масштабный множитель, но с учётом порядка мерности величины:

Т.е. при сопоставлении размеров площадей на модели и на натуре соотношение этих величин будет равно квадрату масштабного линейного множителя. Соответственно для сопоставления объёмов:

Для кинематического подобия необходимо, чтобы траектории всех сопоставимых частиц были геометрически подобны, т.е. при этом кроме геометрического подобия со­поставимых криволинейных отрезков модели и натуры выполнялось ещё подобие сопос­тавимых интервалов времени в модели и натуре.

Тогда величины скоростей движения частиц в модели и натуре будут относиться между собой как:

5 - величины расходов жидкости: '

Для динамического подобия сравниваемых потоков необходимо, чтобы в соответст­вующих местах потоков были подобны действующие в них одноимённые силы. Пусть в сопоставимых точках потока жидкости и строящейся модели этого потока действует неко­торая инерциальная сила F. Тогда при соблюдении геометрического и кинематического подобия, критерий динамического подобия может быть выражен следующим образом:

Величина носит название масштаба сил.

Рассмотрим критерии подобия отдельных сил действующих в жидкости.

Сила внутреннего трения в жидкости.

Заменив мы получим основное условие подобия потоков, в которых основную роль играют силы внутреннего трения жидкости. Для подобия таких потоков не­обходимо равенство чисел Рейнольдса.

Определяющей в потоке является сила тяжести.

j

Таким образом, если определяющей силой в потоке является сила тяжести, то для подобия таких потоков необходимо постоянство числа Фруда

Для потока жидкости, в котором определяющей силой является сила давления:

Если определяющей в потоке жидкости является сила давления, то для подобия та­ких потоков обязательным условием является равенство критерия Эйлера

50. Первым научным трудом о гидравлики можно считать трактат Архимеда "О плавающих телах" (250 г. до н.э.). Откуда закон Архимеда, определяющий силу давления жидкости на поверхность погруженного в нее тела, дошел до наших дней.

На рубеже 16-17 веков Леонардо да Винчи написал исследование "О движении и измерении воды".

Последующие главнейшие работы принадлежат Галилею, Торичелли , Паскалю, Ньютону. Торичелли сформулировал главный закон истечения идеальной жидкости из отверстий, Паскаль установил закон о передаче давления внутри жидкости, Ньютон высказал гипотезу о внутреннем трении в жидкости.

Но как самостоятельная наука гидравлика начала формироваться только после работ М.Ломоносова, Д.Бернулли и Л.Эйлера. В18 веке были установлены основные законы гидравлики, ставшие ее основой.

В 19 веке в области гидравлических исследований можно отнести работы : французского ученого Шези - изучавшего равномерное движение жидкости Вентури - исследовавшего истечение через насадки; Вейсбиха- местные и путевые сопротивления; Базена- истечение жидкости через водосливы;

О. Рейнольдса - режимы движения жидкости .

Большую роль в развитии гидравлики (19 в.) сыграли русские ученые:

И.С. Громек ( ур-е Громека для вихревого движения жидкости); Профессор Н. Е. Жуковский (рассмотрел явление гидравлического удара, разработал теорию о подъемной силе крыла).

51. Существует много видов, типов и конструкций насосов, однако все они по принципу действия могут быть разделены на две группы: динамические и объемные.

К динамическим насосам относятся такие, в которых механическая энергия двигателя преобразуется в механическую энер­гию жидкости путем непрерывного силового воздействия рабочего органа на жидкость в проточной камере, имеющей постоянное сооб­щение с входным и выходным патрубками. В эту группу насосов входят: лопастные (центробежные и осевые) и насосы трения (винтовые и струйные).

В объемных насосах преобразование механической энергии двигателя в механическую энергию жидкости происходит путем периодического силового воздействия рабочего органа на жид­кость в камере, попеременно сообщающейся с входным и выходным патрубками. В эту группу насосов входят: возвратно-поступательные (поршневые и плунжерные) и роторные (роторно-поршневые, аксиально-поршневые, шестеренные, винтовые, пластинчатые).

По конструктивным признакам насосы подразделяются на следую­щие виды: по направлению оси рабочих органов - на горизонтальные и вертикальные, по расположению рабочих органов и конструкций опор - на консольные, моноблочные, с выносными опорами и с внутрен­ними опорами; по расположению входного патрубка - на насосы с боковым входом, с осевым входом и двустороннего входа; по числу ступеней - на одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые.

53. Основные параметры насосов

Работа насоса характеризуется следующими основными параметрами: подачей, напором, потребляемой мощностью, коэффициентом полезного действия (КПД) и частотой вращения.

Подачей насоса называется объем жидкости, проходящей в единицу времени через напорный (выходной) патрубок.

Подача насоса зависит от геометрических размеров рабочей камеры и рабочего органа и скорости его движения, а также от утечек жидкости внутри насоса через неплотности между областями нагнетания и всасы­вания.

Рабочим объемом объемного насоса называется сумма разнос­тей наибольшего и наименьшего значений объемов рабочих камер насоса за один оборот приводного вала.

Напором насоса называется удельная (приходящаяся на единицу веса) энергия жидкости, приобретаемая ею при прохождении насоса:

(1)

Давление насоса р определяется зависимостью

(2)

где - плотность перекачиваемой жидкости; ~ напор насоса.

Мощностью насоса N называется мощность, потребляемая насосом:

(3)

Полезной мощностью насоса называется мощность, приобретае­мая жидкостью при прохождении ею насоса:

(4)

Отношение полезной мощности к мощности насоса N называется коэффициентом полезного действия (КПД) насоса:

(5)

Если на валу двигателя, вращающего вал насоса с рабочим колесом, развивается мощность N. а полезная мощность, приобретаемая жид­костью в насосе, , то уравнение баланса энергии центро­бежного насоса можно представить в виде

(6)

где - потери мощност

54. Поршневой насос представляет собой машину объемного действия, в которой вытеснение жидкости из замкнутого пространства насоса происходит в результате прямолинейного возвратно-поступательного движения вытеснителей.

Классификация и основные конструкции поршневых насосов

Поршневые насосы классифицируются по нескольким основным признакам:

1. По характеру движения ведущего звена: прямодействующие, в которых ведущее звено совершает возвратно-поступательное движение (паровые прямодействующие); вальные, в которых ведущее звено совершает вращательное движение (кривошипные, кулачковые) .

2. По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход: одностороннего и двухстороннего действия.

3. По количеству поршней или плунжеров: однопоршневые, двухпоршневые, трехпоршневые и многопоршневые.

4. По виду вытеснителей: поршневые, плунжерные и диафрагменные.

5. По способу приведения в действие: с механическим приводом и ручные.

55.Состоит:

— корпус насоса;

— всасывающий клапан;

— нагнетательный клапан;

— воздушный колпак на всасывающей линии;

— воздушный колпак на нагнетательной линии

Для сглаживания пульсаций давления и подачи жидкости, обусловленных неравномерностью мгновенной подачи поршневые насосы оборудуют своеобразными накопителями энергии и жидкости — воздушными колпаками: на линии всасывания и на линии нагнетания. При этом, например, в колпаке на всасывающей линии происходят следующие процессы. При движении поршня вправо идет процесс всасывания, причем наибольшая подача жидкости в насос должна происходить при максимальной скорости поршня, т. е. в середине его хода, а наименьшая — в левой и правой мертвых точках. Жидкость во всасывающем трубопроводе должна была бы тоже изменять свою скорость, на что требуются дополнительные затраты энергии. Однако благодаря наличию колпака под действием перепада давлений в нем и в рабочей камере насоса при максимальной подаче значительная часть жидкости поступает в насос из колпака, при минимальной подаче запас жидкости в колпаке пополняется из линии всасывания. Таким образом, воздух, сжимаясь, накапливает энергию, одновременно в колпаке накапливается жидкость. При «дефиците» жидкости, поступающей из всасывающего трубопровода, сжатый воздух в колпаке, расширяясь, выталкивает жидкость в насос, восполняя этот «дефицит». В результате снижаются потери энергии (т. е. возрастает действительный напор насоса), а также увеличивается допустимая высота установки насоса.

56.Состоит

— цилиндр;

— поршень;

— всасывающие клапаны;

— нагнетательные клапаны;

— шток;

Особенностью насоса двойного действия является то, что в нем задействованы обе торцевых поверхности поршня, поэтому его производительность почти вдвое выше, чем у насоса простого действия:

Кроме того, за счет более высокой равномерности подачи (когда в правой рабочей камере происходит всасывание, в левой идет нагнетание, и наоборот) объем воздушных колпаков также уменьшается

57.

При ходе всасывания в цилиндре освобождается объем:

V = F · S м3>.

Этот объем заполняется всасываемой жидкостью. При ходе нагнетания этот же объем жидкости нагнетается в напорный трубопровод, следовательно V - теоретическая подача насоса за один двойной ход поршня.

Теоретическая подача насоса в 1 секунду:

58.

При ходе поршня вправо (см. рис. 1.1, в) в левую камеру поступает объем жидкости, равный F · S, а при обратном в правую камеру поступает объем (F — f) · S, где f - площадь сечения штока, уменьшающая полезный объем цилиндра.

Тогда при одном двойном ходе теоретический объем жидкости, поступающей в насос и нагнетаемый им, составит:

F · S + (F - f) · S = F · S + F · S - f · S = (2 · F - f) · S.

При этом теоретическая подача насоса двойного действия:

(1.5)

59. Действительная подача насоса Qд всегда меньше теоретической Qт. Это обусловлено несколькими факторами.

а) утечками жидкости через уплотнения штока или поршня в атмосферу;

б) перетоком жидкости через уплотнения поршня внутри цилиндра;

в) утечками жидкости в клапанах вследствие их негерметичности и запаздывания закрывания;

г) подсосом воздуха через уплотнения сальника;

д) дегазацией жидкости в цилиндре насоса вследствие снижения давления в рабочей камере;

е) отставанием жидкости от движущегося поршня.

Утечки, перечисленные в пп. а), б) и в) учитываются коэффициентом утечек ηу, явления, перечисленные в пп. г), д) и е) - коэффициентом наполнения ηн.

Произведение коэффициентов утечек и наполнения называется коэффициентом подачи η, который характеризует отношение действительной подачи насоса к теоретической:

(1.7)

Коэффициент подачи зависит от качества уплотнений, степени их изношенности, свойств перекачиваемой жидкости и режима работы насоса. В реальных условиях коэффициент подачи колеблется от 0,85 до 0,98.

Отношение действительной подачи Q к теоретической QT называется объемным КПД поршневого насоса:

Объемный КПД - основной экономический показатель, характеризующий работу насоса.

60. Мощностью, потребляемой насосом называется энергия, подводимая к нему от двигателя за еденицу времени:

Отношение полезной мощности к мощности насоса N называется коэффициентом полезного действия (КПД) насоса:

61. Радиально-поршневой насос состоит из: поршней, блока цилиндра и статора.

Секундной подачей насоса называется объем жидкости, проходящей в 1 секунду через напорный (выходной) патрубок.

В радиально поршневой машине поршни, вращаясь вместе с блоком цилиндров, участвуют одновременно в возвратно-поступательном движении в радиальном направлении, т.к. они опираются на кольцевую направляющую поверхность статора, размещенную с эксцентриситетом е относительно оси О вращающейся части машины (ротора).

Достоинства: отсутствие всасывающего и нагнетательных клапанов.

Недостатки: неравномерность подачи, момента и сил.

62. Аксиально-поршневой насос состоит из: блока цилиндров, вала, ведущего диска, шатунов и поршней.

При вращении блока и вала вокруг своей оси поршни совершают относительно цилиндров возвратно-поступательное движение. Синхронизация вращения вала и блока в машине осуществляется шатунами, которые, проходя поочередно через положение максимального отклонения от оси поршня, прилегает к его юбке и, давя на нее, сообщают вращение блоку цилиндров. Для этого юбки поршней выполнены длинными, а шатуны снабжены точными конусными шейками.

63. Шестеренные насосы с внешним зацеплением двух шестерён - наиболее распространённый - всасывает жидкость при выходе зубьев одного колеса из впадин другого и нагнетает её при входе зубьев одной шестерни в зацепление с другой. Шестеренные насосы снабжаются предохранительным клапаном, который при достижении максимально допустимого давления перепускает жидкость со стороны нагнетания на сторону всасывания. Шестеренные насосы используют для подачи нефтепродуктов и др. жидкостей без абразивных примесей.

Достоинство: простота конструкции.

Недостатки: малый КПД.

64. Гидроцилиндры - это детали, находящиеся под постоянной нагрузкой и прямо влияющие на безопасность движения.

Гидроцилиндры осуществляют возвратно-поступательное движение в металлообрабатывающих станках, и др. гидрофицированных машинах. Гидроцилиндры могут быть одностороннего и двустороннего действия, поршневые с односторонним или двусторонним штоком и телескопические.

65. Гидроцилиндры - это детали, находящиеся под постоянной нагрузкой и прямо влияющие на безопасность движения.

Гидроцилиндр одностороннего действия состоит из: плунжера, пружины, основной и грязезащитный уплотняющие элементы. Гидроцилиндры осуществляют возвратно-поступательное движение в металлообрабатывающих станках, и др. гидрофицированных машинах. В гидроцилиндрах одностороннего действия обратный ход совершается под действием внешней нагрузки.

Усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра при его выдвижении и втягивании соответственно:

_и

_Где =0,9…0,98 – коэффициент, учитывающий потери на трение.

Скорость перемещения поршня:

_и

66. Гидроцилиндры - это детали, находящиеся под постоянной нагрузкой и прямо влияющие на безопасность движения.

Гидроцилиндр двустороннего действия состоит из: поршня со штоком, уплотненных внутренних и наружных уплотнителей. Гидроцилиндры осуществляют возвратно-поступательное движение в металлообрабатывающих станках, и др. гидрофицированных машинах. В гидроцилиндрах двустороннего действия обратный ход совершается под действием рабочей среды.

Усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра при его выдвижении и втягивании соответственно:

_и

_Где =0,9…0,98 – коэффициент, учитывающий потери на трение.

Скорость перемещения поршня:

_и

68. Лопастные насосы бывают осевые, диагональные и центробежные.

69. Активные турбины выполняют в основном ковшовыми. Колесо представляет собой диск, на окружности которого закреплены ковши. Вода подводится по напорному трубопроводу к соплу, представляющему собой сходящийся насадок, и выходит из него с большой скоростью в виде струи. Струя натекает на ковши колеса и приводит его во вращение. Мощность турбины регулируется иглой, перемещающейся внутри сопла в осевом направлении. При перемещении иглы изменяется расход воды. Как правило, ковш состоит из двух чаш (а и б), разделенных средним заостренным ребром б, на которое и поступает струя. Растекаясь по чашам, струя поворачивает почти на 180°, и сила ее взаимодействия с ковшом максимальная. Ковшовые турбины применяют при напорах до 1700 м.

Реактивные турбины делятся на радиально-осевые и осевые (пропеллерные), которые отличаются от радиально-осевых, в основном, типом турбинного колеса. В радиально-осевых турбинах колесо центростремительное, в осевых - осевое.

Осевые (пропеллерные) турбины применяют при малых напорах (до 80 м). Их можно выполнять с поворотными лопастями (поворотно-лопастные турбины). Кроме лопастного колеса основными элементами являются направляющий аппарат и отсасывающая труба. Направляющий аппарат представляет систему лопастей, установленных под определенным углом. Совместно с турбинной камерой он сообщает воде окружную составляющую скорости.