41. В зависимости от того, как относятся размеры выступов шерохо­ватости и толщина ламинарной пленки, все трубы могут быть при тур­булентном режиме движения подразделены на три вида.

Если высота выступов шероховатости Δ меньше, чем толщина ла­минарной пленки (Δ <δ), то в этом случае шероховатость стенок не влияет на характер движения и соответственно потери напора не зави­сят от шероховатости, а стенки называются гидравлически гладкими.

Когда высота выступов шероховатости превышает толщину лами­нарной пленки (Δ >δ), то потери напора зависят от шероховатости, и такие трубы называются гидравлически шероховатыми. В третьем слу­чае, являющемся промежуточным между двумя вышеуказанными, аб­солютная высота выступов шероховатости примерно равна толщине ламинарной пленки. В этом случае трубы относятся к переходной об­ласти сопротивления. Толщина ламинарной пленки определяется по формуле:

42. Насадок – присоединенный в отверстию в тонкой стенке короткий патрубок. Насадки делятся на три основные группы:

-Цилиндрические – внешние 1 и внутренние 2

При истечении жидкости из цилиндрического насадка сечение выходящей струи и сечение отверстия одинаковы, а это значит, что ко­эффициент сжатия струи = 1.

-Конические – сходящиеся 3 и расходящиеся 4

В конических сходящихся насадках вакуум не образуется, т.к. скорость сжатых сечений меньше чем скорость на выходе.

Применяют в инженерной практике для получения больших выходных скоростей, увеличения силы и дальности полета струи жидкости: в пожарных брандспойтах, в форсунках для подачи топлива, гидромониторах для размыва грунта, фонтанных соплах, соплах активных гидравлических турбин, водоструйных насосах – для увеличения кинетической энергии струи.

Свойство конических, расходящихся насадков – переходить без больших потерь большую скорость в узком сечении в малую в широком обусловливает их применение в качестве преобразователей скоростной энергии в потенциальную – в давление в диффузорах, каналах направляющего аппарата центробежных насососв, во всасывающих трубах турбин, для замедления подачи смазочных масел.

-Коиноидальные -  с закругленными по форме сжатия струи стенками 5

Выполняется по форме сжимающей струи и благодаря этому обеспечивает безотрывность течения внутри насадка и параллельность струй в выходном сечении. Несмотря на то, что коноидальные насадки дают наибольшие выходные скорости и расходы, их сравнительно редко применяют, главным образом из-за сложности изготовления.

Коноидальный насадок выполняется по форме сжатой струи и поэтому обеспечивает безотрывность течения внутри насадки.

43. ((((((

44. Во многих случаях приближённо можно считать, что потери энергии при протекании жидкости[3] через элемент гидравлической системы пропорциональны квадрату скорости жидкости[2]. По этой причине удобно бывает характеризовать сопротивление безразмерной величиной ζ[4], которая называется коэффициент потерь или коэффициент местного сопротивления и такова, что

То есть в предположении, что скорость w по всему сечению потока одинакова, ζ=Δp/eторм, где eторм = ρw²/2 — энергия торможения единицы объёма потока относительно канала. Реально в потоке скорость жидкости не равномерна, в справочной литературе в данных формулах принимается среднерасходная скорость w=Q/F, где Q — объёмный расход, F — площадь сечения, для которого рассчитывается скорость[1]. Таким образом, средняя энергия торможения потока обычно несколько больше ρw²/2, см. Среднее квадратическое.

Для линейных потерь обычно пользуются коэффициентом потерь на трение по длине (также коэффициент Дарси) λ, фигурирующего в формуле Дарси — Вейсбаха[2]

,

где L - длина элемента, d - характерный размер сечения (для круглых труб это диаметр). Иначе в единицах давления

;

таким образом, для линейного элемента относительной длины L/d коэффициент сопротивления трения ζтр=λL/d.

45. Вакуумметрической высотой всасывания называется сумма геодезиче­ской высоты всасывания и всех указанных вы­ше гидравлических потерь. Вакуумметрическую высоту всасывания измеряют вакууммет­ром, устанавливаемым на всасывающем па­трубке насоса. Вакуум принято измерять в миллиметрах ртутного столба или в метрах водяного столба. Для насосов, работающих на воде, допустимая вакуумметрическая высота всасывания колеблется в значительных преде­лах (от 0,5 до 8,0 м). Значение допустимой вакуумметрической высоты всасывания указы­вается заводом-изготовителем в каталогах.

46. В правильно работающем насосе жидкость непрерывно следует за поршнем. Объем жидкости, подаваемой в каждый данный момент Qмг, равен мгновенной скорости поршня, умноженной на его площадь. Последняя - величина постоянная, следовательно, подача жидкости насосом изменяется так же, как изменяется скорость поршня.

Зная закон изменения скорости движения поршня с кривошипным приводом, получим выражение для определения мгновенного объема подаваемой жидкости:

Qмг = F · u =  F · r · ω · sinα

Так как правая часть полученного выражения отличается от скорости u только постоянным множителем F, то изменение подачи наcoca в течение хода поршня может быть графически изображено также синусоидой (рис. 1.3, а), причем ординаты ее будут изображать мгновенные подачи жидкости.

47. (((

48. Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или площадиПлотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

где m — масса тела, V — его объём; 

Сжимаемость — свойство вещества изменять свой объём при изменении внешнего давления (или другими словами, при изменении напряжений в веществе). Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия

где V — это объём вещества, p — давление.

49. Определим теперь величину давления внутри покоящейся жидкости. С этой целью рассмотрим произвольную точку А, находящуюся на глубине ha. Вблизи этой точки выделим элементарную площадку dS. Если жидкость покоится, то и т. А находится в равновесии, что означает уравновешенность сил, действующих на площадку.

A – произвольная точка в жидкости,

ha – глубина т. А,

P0  - давление внешней среды,

r - плотность жидкости,

Pa – давление в т. А,

dS – элементарная площадка.

Сверху на площадку действует внешнее давление P0 (в случае, если свободная поверхность граничит с атмосферой, то  ) и вес столба жидкости. Снизу – давление в т. А. Уравнение сил, действующих на площадку, в этих условиях примет вид:

.

Разделив это выражение на dS и учтя, что т. А выбрана произвольно, получим выражение для P в любой точке покоящейся жидкости:

;

где h – глубина жидкости, на которой определяется давление P

Полученное выражение носит название основного уравнения гидростатики.

50. 

hl - потери на трение по длине - пропорциональны длине потока; hl = Kl × vn, n=1 для ламинарного и n=2 для турбулентного движения. Если  - скоростной напор, то hl = zl × v2/2g, где zl = ll/d, l - коэффициент сопротивления трубы.

51. Все существующие   центробежные насосы  можно разделить на следующие группы: 1) по способу отвода воды: а) простые (без   направляющего   ап­парата);

б) турбинные   (с направляющим   ап­паратом); 2) по числу рабочих колес: а)   одноступенчатые; б)   многоступенчатые; 3)   по подводу воды: а)   с односторонним подводом; б)  с двусторонним подводом;      4) по   положению   вала: а)  с горизонтальным валом; б)   с вертикальным валом; 5)   по развиваемому напору: а)   низконапорные   (напор  до  20 м); б)   средненапорные   (напор  от 20 до 60м); в)   высоконапорные      (напор    более 60м); 6)  по характеру перекачиваемой жидкости: а)   водопроводные; б) грунтовые; в)   кислотные и т. п.

1 - рабочее .колесо;   2 - корпус;   3 - всасывающая    труба;   4 - напорная труба;   5 - вал;  6 - сальниковое  уплотнение.

((((((

53. Центробежный насос — насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Внутри корпуса насоса, который имеет, как правило, спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо. Оно, как правило, состоит из заднего и переднего дисков, между которыми установлены лопасти. Они отогнуты от радиального направления в противоположную сторону, направления вращения рабочего колеса. С помощью патрубков корпус насоса соединяется с всасывающим и напорным трубопроводами.

Если корпус насоса полностью наполнен жидкостью из всасывающего трубопровода, то при придании вращения рабочему колесу (например, при помощи электродвигателя) жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. Это приведёт к тому, что в центральной части колеса создастся разрежение, а на периферии повысится давление. А если повышается давление, то жидкость из насоса начнёт поступать в напорный трубопровод. Вследствие этого внутри корпуса насоса образуется разрежение, под действием которого жидкость одновременно начнёт поступать в насос из всасывающего трубопровода. Таким образом, происходит непрерывная подача жидкости центробежным насосом из всасывающего в напорный трубопровод.

Центробежные насосы бывают не только одноступенчатыми (с одним рабочим колесом), но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами). При этом принцип их действия во всех случаях остается таким же, как и всегда. Жидкость будет перемещаться под действием центробежной силы, которая развивается за счёт вращающегося рабочего колеса.

54. Массовые силы это силы, пропорциональные массе жидкости. В случае однородной жидкости эти силы пропорциональны объёму. Прежде всего, к ним относится вес жидкости

,

                где G – вес жидкости,

V – объём жидкости,

m – масса жидкости,

                    g – ускорение свободного падения,

                    Б – плотность жидкости,

                    і – удельный вес жидкости.

Как известно, масса является мерой инертности тела. Это свойство присуще и жидкостям, поэтому к массовым силам относятся и силы инерции:

где     Fин – инерционная сила,

v – скорость жидкости,

t – время движения,

a – ускорение движения.

Силы инерции, действующие в жидкости, так же как и для твёрдого тела, могут проецироваться на оси.

Поверхностные силы – силы, величины которых пропорциональны площади. К ним относят два вида сил. Силы поверхностного натяжения и силы вязкого трения. Последние проявляются только при движении жидкости и не играют никакой роли, когда жидкость находится в покое. Эти силы, как свойство вязкости, были рассмотрены при изучении свойств жидкостей.

Силы поверхностного натяжения

Молекулы жидкости притягиваются друг к другу с определённой силой. Причём внутри жидкости силы, действующие на любую молекулу, уравновешиваются, т.к. со всех сторон от неё находятся одинаковые молекулы, расположенные на одинаковом расстоянии. Однако молекулы жидкости, находящиеся на границе (с газом, твердым телом или на границе двух несмешивающихся жидкостей) оказываются в неуравновешенном состоянии т.к. со стороны другого вещества действует притяжение других молекул, расположенных на других расстояниях. Возникает преобладание какой-то силы. Под влиянием этого воздействия поверхность жидкости стремится принять форму, соответствующую наименьшей площади. Если силы внутри жидкости больше наружных сил, то поверхность жидкости стремится к сферической форме. Например, малые массы жидкости в воздухе стремятся к шарообразной форме, образуя капли. Может иметь место и обратное явление, которое наблюдается как явлениекапиллярности. В трубах малого диаметра (капиллярах) наблюдается искривление свободной поверхности, граничащей с газом или с парами этой же жидкости. Если поверхность трубки смачивается, свободная поверхность жидкости в капилляре вогнутая. Если нет смачивания, свободная поверхность выпуклая, как при каплеобразовании. Во всех этих случаях силы поверхностного натяжения обусловливают дополнительные напряжения pпов в жидкости. Величина этих напряжений определяется формулой

((((

56. Число, или, правильнее, критерий Рейно́льдса ( ), — безразмерная величина, характеризующая отношение нелинейного и диссипативного членов в уравнении Навье — Стокса[1]. Число Рейнольдса также считается критерием подобия течения вязкой жидкости.

Число Рейнольдса определяется следующим соотношением:

где

 — плотность среды, кг/м3;

 — характерная скорость, м/с;

 — характерный размер, м;

 — динамическая вязкость среды, Н·с/м2;

 — кинематическая вязкость среды, м2/с( ) ;

 — объёмная скорость потока;

 — площадь сечения трубы.

57. Шестерё́нная (шестерё́нчатая) гидромаши́на — один из видов объёмных гидравлических машин. Так же как и другие виды объёмных роторных гидромашин принципиально может работать как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора. В том случае, если к валу гидромашины прикладывается вращательный момент, то машина работает в режиме насоса. Если на вход гидромашины подаётся под давлением рабочая жидкость, то с вала снимается вращающий момент, и машина работает в режимегидромотора. Шестерённые гидромашины выпускаются с внешним и внутренним зацеплением (одним из вариантов последней является героторная гидромашина со специальным трохоидальным зацеплением). Гидромашины с внутренним зацеплением более компактны, но из-за сложности изготовления применяются редко. Кроме того, машины с внутренним зацеплением способны работать при намного меньших давлениях (порядка 7 МПа [1], реже до 14 МПа[2]), чем машины с внешним зацеплением. Иногда для снижения шумности и неравномерности подачи применяют шестерни с косыми зубьями. В некоторых случаях для облегчения входа перекачиваемой среды (расплав полимера) входной патрубок имеет размеры (эквивалентный диаметр) соизмеримые с размером шестерен.

Шестерённый насос с внешним зацеплением работает следующим образом. Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого из гидробака в полость всасывания поступает рабочая жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок колодцев в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания ничтожен. Смазка движущихся элементов насоса производится перекачиваемой жидкостью (масло, расплав полимера и др.), для поступления смазывающей жидкости к зонам трения конструкцией насоса предусматриваются специальные каналы в корпусных деталях насоса.

58. Характеристика трубопровода выражает зависимость между расходом жидкости и напором, необходимым для ее движения по трубопроводу.

59. Гидравлический расчет простого трубопровода производится с помощью уравнения Бернулли:

Здесь h1-2 – потери напора (энергии) на преодоление всех видов гидравлического сопротивления, приходящиеся на единицу веса движущейся жидкости.

ht – потери напора на трение по длине потока,

Σhм – суммарные потери напора на местном сопротивлении Потери напора на трение по длине потока определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

где L –длина трубопровода,

d -диаметр участка трубопровода,

v - средняя скорость течения жидкости,

λ -коэффициент гидравлического сопротивления, в общем случае зависящий от числа Рейнольдса (Re=v*d/ν), и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).

Значения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности различных труб представлены в таблице 2. А зависимости коэффициента гидравлического сопротивления λ от числа Re и относительной шероховатости Δ/d приведены в таблице 3.

Если режим движения ламинарный, то для труб некруглого сечения коэффициент гидравлического сопротивления λ определяется по частным для каждого случая формулам (табл. 4).

При развитом турбулентном течении с достаточной степенью точности при определении λ можно пользоваться формулами для круглой трубы с заменой диаметра d на 4 гидравлических радиуса потокаRг (d=4Rг)

Rг =w/c,

где w– площадь «живого» сечения потока,

c- «смоченный» его периметр (периметр «живого» сечения по контакту жидкость – твердое тело)

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха

Где ς– коэффициент местного сопротивления, зависящий от конфигурации местного сопротивления и числа Рейнольдса.

При развитом турбулентном режиме ς= const, что позволяет ввести в расчеты понятие эквивалентной длины местного сопротивления Lэкв, т.е. такой длины прямого трубопровода, для которого ht =hм. В этом случае потери напора в местных сопротивлениях учитываются тем, что к реальной длине трубопровода прибавляется сумма их эквивалентных длин

Lпр =L + Lэкв,

где Lпр – приведенная длина трубопровода.

Зависимость потерь напора h1-2 от расхода называется характеристикой трубопровода.

Если движение жидкости в трубопроводе обеспечивается центробежным насосом, то для определения расхода в системе насос – трубопровод строится характеристика трубопровода h =h(Q) с учетом разности отметок ∆z (h1-2 + ∆z  при z1< z2 и h1-2 - ∆z при z1>z2) накладывается на напорную характеристику насоса H=H(Q), которая приводится в паспортных данных насоса (см. рис.). Точка пересечения этих кривых указывает на максимально возможный расход в системе.  

60. ((((

61. Гидравлический диаметр - dh -используется для подсчета безразмерного Числа Рейнольдса (Re), чтобы определить тип потока и потери давления в трубе.

Поток:

-ламинарный, если Re < 2300

-промежуточный, если 2300 < Re < 4000

-турбулентный, если Re > 4000

Гидравлический диаметр трубы некруглого сейчения - это не тоже самое, что ее геометрический диаметр, и он может быть вычислен следующим образом:

dh = 4 A / p         (1)

где

dh = гидравлический диаметр (м, фут)

A = площадь поперечного сечения квадратной трубы(м2, фут 2)

p = внутренний периметр прямоугольной трубы (м, фут)

Гидравлический диаметр круглой трубы.

Основываясь на уравнении (1), гидравлический диаметр можно вычислеть следующим образом :

dh = 4 π r2 / 2 π r

    = 2 r         (2)

где

r = радиус трубы   (м, фут)

Таким образом, гидравлический диаметр круглой трубы равен её геометрическому диаметру.

Гидравлический диаметр круглой трубы с внутренней круглой трубой.

Основываясь на уравнении (1), можно вычислить гидравлический диаметр круглой трубы с круглой трубой внутри следующим образом:

dh = 4 (π ro2 - π ri2) / (2 π ro + 2π ri)

    = 2 (ro - ri)         (3)

где

ro = внутренний радиус внешней трубы (м, фут)

ri = внешний радиус внутренний трубы (м, фут)

Гидравлический диаметр прямоугольной трубы.

Основываясь на уравнении (1), гидравлический диаметр прямоугольной трубы можно посчитать следующим образом:

dh = 4 a b / (2 (a + b))

    = 2 a b / (a + b)         (4)

где

a = ширина/высота трубы (м, фут)

b = высота/ширина трубы (м, фут)

62. (((((

63. Гидравлический привод (гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизми т. д.).

Основная функция гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода — это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе — передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.).

В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:

Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.

Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.

После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.

-Виды гидроприводов

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные.

В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости (и соответственно скорости движения жидкостей в гидродинамических приводах велики в сравнении со скоростями движения в объёмном гидроприводе).

В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости (в объёмных гидроприводах скорости движения жидкостей не велики — порядка 0,5-6 м/с).

Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.

Пневматический привод (пневмопривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха. Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель.

Пневмопривод, подобно гидроприводу, представляет собой своего рода «пневматическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).

Основное назначение пневмопривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

В общих чертах, передача энергии в пневмоприводе происходит следующим образом:

Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал компрессора, который сообщает энергию рабочему газу.

Рабочий газ после специальной подготовки по пневмолиниям через регулирующую аппаратуру поступает в пневмодвигатель, где пневматическая энергия преобразуется в механическую.

После этого рабочий газ выбрасывается в окружающую среду, в отличие от гидропривода, в котором рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в гидробак, либо непосредственно к насосу.

В зависимости от характера движения выходного звена пневмодвигателя (вала пневмомотора или штока пневмоцилиндра), и соответственно, характера движения рабочего органа пневмопривод может быть вращательным или поступательным. Пневмоприводы с поступательным движением получили наибольшее распространение в технике.