- •Предисловие
- •Введение
- •Место, занимаемое гидравлическими системами в оборудовании летательных аппаратов
- •Преимущества гидравлических приводов
- •Особенности технических требований к гидравлическим системам современных летательных аппаратов
- •Принцип действия самолетных гидравлических приводов объемного типа
- •Применяемые давления и расходы жидкости (мощность)
- •Единицы измерения и определения различных параметров
- •Весомость жидкости
- •Зависимость объемного веса от давления
- •Зависимость объемного веса от температуры
- •Сжимаемость капельных жидкостей
- •Вязкость жидкостей
- •Кинематическая вязкость
- •Размерность единиц вязкости в системе СИ
- •Перевод условных единиц вязкости в абсолютные
- •Зависимость вязкости жидкости от температуры
- •Вязкость смеси минеральных масел
- •Вязкостные присадки
- •Теплоемкость и теплопроводность жидкостей
- •Окисление масел
- •Мятие масел
- •Поверхностное натяжение и капиллярность
- •Растворение газов в жидкостях
- •Механическая смесь воздуха с жидкостью
- •Давление насыщенных паров жидкости
- •Разрывная прочность жидкостей
- •Кавитация жидкости
- •Способы борьбы с кавитацией и ее последствиями
- •Способы повышения кавитационной стойкости гидроагрегатов
- •Требования к жидкостям
- •Применяемые жидкости
- •Высокотемпературные жидкости
- •Особенности применения полисилоксановых жидкостей
- •Жидкие металлы
- •Газообразные (сжимающиеся) жидкости
- •Расчет потерь напора при движении жидкости в трубе
- •Ламинарный режим течения
- •Турбулентный режим течения
- •Вращение трубопровода (сосуда) с жидкостью
- •Местные гидравлические потери
- •Вход в трубу
- •Внезапное сужение трубопровода
- •Внезапное расширение трубопровода
- •Коэффициент расхода при полном сжатии струи
- •Истечение под уровень
- •Коэффициент расхода при неполном сжатии струи
- •Течение жидкости в узких (капиллярных) щелях
- •Ламинарное течение через кольцевую щель
- •Влияние эксцентричности плунжера относительно цилиндра
- •Облитерация капиллярных щелей
- •Гидростатический подшипник
- •Тепловой баланс системы
- •Охлаждающие устройства
- •Гидравлический удар в отводах
- •Гидродинамическое давление струи жидкости
- •Требования, предъявляемые к гидронасосам летательных аппаратов
- •Основные вопросы теории объемных насосов (гидромоторов)
- •Фактическая производительность насоса
- •Влияние вредного пространства
- •Влияние жесткости камеры насоса
- •Объемные потери и объемный к. п. д. гидромотора
- •Радиально-поршневые насосы и гидромоторы
- •Производительность насоса
- •Число оборотов гидромотора
- •Равномерность подачи (потока) жидкости
- •Теоретический крутящий момент
- •Нагрузка на поршни
- •Контактное напряжение
- •Насосы с клапанным распределением
- •Радиально-поршневой гидромотор многократного действия
- •Производительность насоса
- •Силы, действующие в распределительном узле
- •Разгрузка контактной поверхности
- •Насосы с торцовым сферическим распределением
- •Конструктивные мероприятия по уменьшению износа скользящей пары
- •Связь цилиндрового блока с наклонной шайбой
- •Насосы бескарданной схемы
- •Насосы без соединительного шатуна
- •Насосы с неподвижным цилиндровым блоком
- •Насосы с клапанным распределением
- •Основные вопросы изготовления деталей насосов
- •Расчетная производительность (подача) насоса
- •Пластинчатые насосы двухкратного действия
- •Расчет производительности
- •Выбор рабочих параметров насоса
- •Применяемые материалы
- •Пластинчатый насос трехкратного действия
- •Разгрузка пластин
- •Пульсация потока жидкости
- •Выбор и расчет опорных цапф (подшипников)
- •Методы улучшения питания насоса
- •Компрессия жидкости во впадинах шестерен
- •Многоступенчатые и многошестеренные насосы
- •Шестеренные гидромоторы
- •Насосы с шестернями внутреннего зацепления
- •Винтовые насосы
- •Компенсация осевых сил винтового насоса
- •Винтовой гидромотор
- •Двухвинтовой насос
- •Распространенные конструкции регуляторов по давлению
- •Системы разгрузки насосов
- •Гидромеханический привод (передача)
- •Гидродифференциальный привод
- •Механические замки для фиксирования поршня
- •Моментный гидроцилиндр (двигатель)
- •Особенности применения силовых цилиндров в высокотемпературных гидросистемах
- •Золотниковые распределители
- •Выбор основных параметров золотника
- •Сила трения плунжеров
- •Влияние жесткости корпуса
- •Влияние загрязнения масла
- •Облитерация щели
- •Способы снижения сил трения
- •Разгрузка золотников гидростатическим центрированием
- •Вибрационные движения плунжера золотника
- •Происхождение аксиальной силы
- •Способы компенсации реактивных сил
- •Золотники с электроприводом
- •Плоские золотники
- •Крановые распределители
- •Клапанные распределители
- •Силы, действующие в клапанном распределителе
- •Способы разгрузки клапана от сил давления жидкости
- •Особенности применения распределительных устройств в условиях высоких температур
- •Расчет предохранительного клапана
- •Действие на клапан гидродинамической силы потока жидкости
- •Способы компенсации нестабильности давления
- •Предохранительный клапан с индикаторным стержнем
- •Предохранительные сервоклапаны с индикаторным стержнем
- •Место установки клапанов
- •Особенности конструирования и применения клапанов в условиях высоких температур
- •Типовые схемы дросселей
- •Расчет дросселя
- •Облитерация каналов дросселей
- •Дроссельное регулирование скорости гидродвигателя
- •Дроссельные регуляторы с постоянным перепадом давления
- •Распространенные схемы регулирования
- •Регулирование при отрицательной нагрузке
- •Объемное регулирование скорости
- •Синхронизаторы движения узлов
- •Устройства для изолирования поврежденного трубопровода
- •Ограничитель расхода жидкости
- •Клапаны последовательного включения
- •Реле давления
- •Гидравлические реле выдержки времени
- •Запорные (обратные) клапаны
- •Гидравлические замки
- •Мембранные (диафрагменные) гидрогазовые аккумуляторы
- •Выбор рабочих параметров аккумулятора
- •Преобразователи давления
- •Жидкостная «пружина»
- •Работа сжатия пружины
- •Влияние на характеристику пружины различных факторов
- •Распространенные схемы жидкостных пружин
- •Общие вопросы применения гидроусилителей
- •Обратимые (реверсивные) схемы
- •Устройство для имитации «ощущения» руля на ручке управления
- •Распределительные устройства гидроусилителей
- •Золотниковые распределители
- •Золотники с несимметричным расположением плунжера
- •Профиль рабочих поясков плунжера и расходные характеристики золотника
- •Гидроусилители с многокаскадным усилением
- •Выбор рабочих параметров струйного распределителя
- •Силовое воздействие струи
- •Золотники с регулированием по давлению
- •Гидроусилители с жидкостной обратной связью
- •Следящие системы с объемным регулированием
- •Чувствительность и точность
- •Зона нечувствительности
- •Влияние на чувствительность различных факторов
- •Трение в узлах системы
- •Люфты и упругости соединений
- •Устойчивость гидравлического усилителя
- •Факторы, влияющие на устойчивость гидроусилителей
- •Упругость механических звеньев системы
- •Сжимаемость жидкости и деформация трубопроводов
- •Способы повышения устойчивости гидроусилителей
- •Стабилизация утечкой жидкости
- •Влияние сопротивления трубопровода
- •Золотники со ступенчатыми проходными окнами
- •Демпфирование энергии колебаний
- •Расчет гидравлического демпфера
- •Стабилизация введением дополнительной обратной связи
- •Аварийные устройства
- •Дублирующее силовое управление
- •Способы дублирования управления
- •Жесткие металлические трубопроводы
- •Расчет труб на статическую прочность
- •Усталостная прочность трубопроводов и их соединений
- •Влияние на прочность трубопровода овальности его сечения
- •Влияние на прочность радиуса гиба трубы
- •Влияние монтажных напряжений
- •Влияние на усталостную прочность трубы качества ее поверхности и механических дефектов
- •Расчет усталостной прочности труб
- •Способы повышения стойкости трубопроводов против разрушения
- •Соединение труб и соединительная арматура
- •Неразборные соединения
- •Разборные соединения
- •Уплотнения штуцеров и применяемые резьбы
- •Подвижные соединения труб
- •Поворотные (шарнирные) соединения труб
- •Пружинные соединения труб
- •Гибка трубопроводов
- •Гибка труб с жидким заполнителем
- •Гибка труб с местным индуктивным нагревом
- •Гибкие резино-тканевые шланги
- •Способы заделки шлангов в арматуре
- •Гибкие металлические рукава
- •Резервуары (баки) для жидкости
- •Закрытые баки
- •Влияние загрязнения жидкостей на работу гидросистемы
- •Требования к фильтрам
- •Методы фильтрации
- •Пластинчатые (щелевые) фильтры
- •Металлические проволочные сетки
- •Проволочные фильтры
- •Фильтры тонкой очистки
- •Фильтры с бумажным фильтроэлементом
- •Комбинированные фильтры
- •Сетчатые фильтры сложного плетения
- •Глубинные фильтры
- •Наполнители из металлокерамических порошков
- •Фильтры с комбинированными наполнителями
- •Расчет фильтра
- •Определение пористости фильтровальных материалов
- •Схемы фильтрации
- •Срок службы фильтра
- •Миграция загрязнителя
- •Магнитные очистители жидкости
- •Центробежные очистители жидкости
- •Критическая скорость потока
- •Тонкослойное центрифугирование
- •Привод ротора (центрифуги) очистителя
- •Электроочистка жидкостей
- •Комбинированные силовые очистители
- •Металлические кольца
- •Неметаллические кольца
- •Манжетные уплотнения
- •U-образные манжеты
- •Шевронные манжеты
- •Чашечные манжеты
- •Кожаные уплотнения
- •Уплотнения резиновыми кольцами круглого сечения
- •Выдавливание кольца в зазор
- •Защитные кольца
- •Трение и срок службы колец
- •Эксцентричность кольцевой канавки
- •Растяжение кольца
- •Влияние низких температур и жидкости
- •Расчеты и выбор параметров колец и канавок
- •Кольца крестообразного сечения
- •Качество обработки деталей уплотнительного узла
- •Уплотнения вращающихся валов
- •Уплотнение радиального типа
- •Выбор параметров уплотнения
- •Размерная прочность и качество рабочих поверхностей
- •Несоосность и биение вала
- •Ширина уплотняющей кромки резиновой манжеты
- •Твердость контактирующей поверхности вала
- •Окружная скорость и температура на поверхности вала
- •Влияние угла наклона
- •Окружные скорости
- •Уплотнения торцового типа
- •Контактное давление колец
- •Ширина контактного пояска
- •Число оборотов уплотняемого вала
- •Чистота и точность обработки рабочих поверхностей
- •Жесткость уплотнительных колец
- •Материалы для изготовления деталей торцового уплотнения
- •Уплотнения гибкими разделителями
- •Уплотнения с помощью сильфонов
- •Уплотнения, пригодные для работы в условиях высоких температур
- •Полые металлические кольца круглого сечения
- •Прочие типы прокладок для неподвижных соединений
- •Металлические конусные кольца
- •Резиновые материалы
- •Трение в уплотнительном узле
- •Уплотнения из кожи
- •Полиэтилен
- •Фторопласт
- •Текстолит
- •Материалы на основе графита
- •Композиционный материал
- •Замеченные опечатки
изображены кривые относительного изменения объема — в %, а
также коэффициенты сжимаемости р в функции изменения давления для температур 30 и 60° С.
Из приведенного следует, что эффективное изменение объема этих жидкостей (как и большинства жидкостей), которое можно использо вать или необходимо учитывать, наблюдается при изменении давления от нуля до 3000 кГ/см2\ дальнейшее повышение давления не приводит к заметному уменьшению объема.
Объемный модуль упругости синтетических жидкостей резко сни
жается |
с повышением температуры. |
Характеристики |
зависимости от |
||||
температуры модуля упругости Е в кГ/см2 одной из марок |
синтетиче |
||||||
ских |
жидкостей, |
применяемых |
в авиационных |
гидросистемах |
|||
(v4o = 40 сст), приведены в следующей таблице: |
|
|
|
||||
Темпе |
|
Модуль |
упругости при давлении |
в к Г /с м ^ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
ратура |
0 |
79 |
140 |
210 |
|
280 |
350 |
°С |
|
||||||
38 |
8437 |
8750 |
9500 |
9843 |
10194 |
10 560 |
|
102 |
6820 |
7040 |
7734 |
8087 |
|
8 437 |
8 850 |
150 |
4920 |
5484 |
5976 |
6327 |
|
6 750 |
7 760 |
204 |
3585 |
3867 |
4359 |
4640 |
|
4 992 |
5 273 |
260 |
1968 |
2180 |
2672 |
2953 |
|
3 234 |
3 715 |
вязкость ЖИДКОСТЕЙ
Вязкость рабочей жидкости, под которой понимается ее свойство сопротивляться деформации сдвига (скольжению слоев), является наи более важной характеристикой для расчета и проектирования объемного
гидравлического оборудования. |
|
|
|
основано |
на |
гипотезе |
||
Описание |
механизма вязкости жидкости |
|||||||
|
|
Ньютона, |
согласно которой |
напря |
||||
|
|
жение сдвига т между соседними |
||||||
u+du |
|
слоями жидкости бесконечно малой |
||||||
|
толщины |
пропорционально |
гради |
|||||
|
|
енту |
скорости и сдвига в направле |
|||||
|
|
нии, |
перпендикулярном |
направле |
||||
|
|
нию движения жидкости. Если в ча |
||||||
Z) |
5) |
стице жидкости вследствие разницы |
||||||
скоростей и на нижней поверхности |
||||||||
Рис. 6. Расчетная схема течения жидко |
и u + du на верхней имеет место пе |
|||||||
сти между двумя |
плоскими пластинами |
ремещение |
слоев (рис. 6, а), |
то ча |
||||
|
|
стица |
деформируется |
и |
градиент |
скорости деформации в направлении, перпендикулярном потоку, может быть представлен в виде ди/ду — частной производной от и по у.
В этом случае закон Ньютона может быть записан в виде
д а |
(18) |
|
д у |
||
|
где ц является коэффициентом пропорциональности и называется аб солютной вязкостью жидкости.
В случае двух параллельных пластин, расположенных на расстоя нии b друг от друга, одна из которых неподвижна, а другая перемещает ся со скоростью V, предполагается, что жидкость прилипает к поверх ности каждой из пластин так, что ее скорость равна нулю на границе
2 4
с неподвижной |
пластиной и V — на |
границе с подвижной (рис. 6,6). |
|||
Тогда в любой |
точке на |
расстоянии у от нижней пластины скорость |
|||
жидкости равна |
|
|
|
|
|
и градиент скорости |
|
|
|
|
|
|
|
|
d a _ V _ |
|
|
|
|
|
д у |
b |
|
В соответствии с этим напряжение сдвига |
|||||
|
|
|
т=|х — |
(19) |
|
или |
|
|
|
ь |
|
|
|
сила |
|
длина |
|
|
|Х= Т |
b |
|
||
|
----= |
---------------------------. |
|||
|
|
V |
площадь |
скорость |
Следовательно, абсолютная вязкость является силой, действующей на единичную площадь плоской поверхности, перемещающейся с еди ничной скоростью относительно другой плоской поверхности, находя щейся от первой на единичном расстоянии.
Практически единицей вязкости в технических измерениях является сила
тЬ |
сила |
длина |
F |
L |
F T |
ji = — = |
---------------- . -----------------= |
-------------= |
------. |
||
V |
площадь |
скорость |
Z.2 |
Ц Т |
L 2 |
В соответствии с этим абсолютную вязкость измеряют в килограм- |
|||||
мосекундах на квадратный |
метр (система МКГСС) |
или в дина-секун |
дах на квадратный сантиметр (система СГС). Иначе говоря, в системе единиц МКГСС (метр—килограмм—сила—секунда) единицей абсолют ной вязкости принято считать касательную силу, с которой действует один слой жидкости на другой площадью 1 м2, когда один слой движет ся относительно другого с градиентом скорости 1 м/сек- м. Размерность этой единицы [|л]=1 кГ -сек/м2.
В системе СГС (сантиметр—грамм—секунда) вязкость выражает ся в пуазах (пз). Вязкость жидкости равна 1 пз, если сила, необходи мая для того, чтобы перемещать одну из двух параллельных пластинок
поверхностью 1 см2 относительно |
другой |
с градиентом |
скорости |
||
1 см/сек - см составляет 1 |
дину. Эта |
единица |
коэффициента |
вязкости |
|
обозначается рр и имеет размерность дин/см2 - сек или а/смсек |
|||||
1 пз |
д и к а - с е к |
0,010193 кГ'сек |
|
||
|
|
с м 2
Для сравнительной наглядной оценки этих величин вязкости мож но указать, что вязкость воды при 20° С равна примерно одному пуазу.
Величину коэффициента динамической вязкости для маловязких жидкостей обычно выражают в сантипуазах (спз), причем 1 спз = 0,01 пз.
Единицы динамической вязкости связаны соотношением: 1 кГ - сек/м2 = 98,1 пз = 9810 спз; 1 спз = 1,0193 • 10-4 кГ - сек/м2 = 0,01 пз.
По стандарту СССР вязкость дается при температуре 50° С. Величина 1/р, обратная вязкости, называется текучестью. Термин
«текучесть» в применении к капельным жидкостям обозначает их спо собность принимать форму сосуда, в котором они заключены.
В табл. 1 приведены средние значения коэффициента динамической вязкости для распространенных жидкостей.
2 5
Т а б л и ц а 1
Средние значения коэффициента динамической вязкости
|
Коэффициент вязкости в п з при температуре в °С |
|||||
Жидкость |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
О О |
Вода |
0,0179 |
0,0101 |
0,0066 |
0,0048 |
0,0036 |
0,0028 |
Ртуть |
0,0170 |
0,0157 |
— |
— |
— |
0,0122 |
Глицерин |
46 |
8,7 |
— |
— |
— |
— |
Касторовое |
— |
7,24 |
2,23 |
0,68 |
0,28 |
0,12 |
масло |
|
|
|
|
|
|
Турбинное |
— |
1,528 |
0,245 |
0,110 |
— |
0,035 |
масло |
|
|
|
|
|
|
Смазочное |
6,40 |
1,72 |
0,54 |
0,22 |
0,12 |
0,06 |
масло |
|
|
|
|
|
|
Цилиндровое |
— |
9,47 |
1,30 |
0,54 |
0,26 |
0,12 |
масло |
|
|
|
|
|
|
Воздух |
1,73.10-4 1,86*10-4 2,01 • 10-4 |
2, М О-4 |
2,2-10-4 |
2,3*10-4 |
Относи
тельный
удель ный вес
1,00
13,55
1,26
0,969
0,88
0,91
0,91
1,29-Ю-з
КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ
В гидравлических расчетах применяют отношение коэффициента ди намической вязкости |1 к плотности Q жидкости, которое называется ко эффициентом кинематической вязкости и обозначается v:
|
v |
ii |
|
(20) |
|
|
р |
|
|
Кинематическая вязкость имеет размерность |
||||
|
площадь |
Z2 |
. |
|
|
v = ----------— = — (см,2 сек). |
|||
|
время |
|
Т |
|
В системе МКГСС коэффициент кинематической вязкости выражает |
||||
ся в м2/сек и |
в системе СГС— в см2!сек. Величина вязкости, равная |
|||
1 см2!сек, называется стоксом (ст). |
|
|
||
В технической практике получили распространение сантистоксы |
||||
(ест), причем |
1 сст=0,01 ст= 1 |
мм2/сек. |
связаны соотношением |
|
Единицы |
кинематической |
вязкости |
1 м2!сек =10 000 ст= 1 000 000 сст.
По современным техническим требованиям вязкость жидкостей, при меняемых в авиационных гидросистемах, должна быть не ниже 4 сст при 200° С и не выше 2500 сст при —60° С.
Соотношения между единицами вязкости различных систем измере ния приведены ниже.
Вязкость |
СГС |
МКГСС |
Английская |
|
гравитационная |
||||
|
|
|
||
Динамическая |
дн. с ек |
к Г • сек |
а н г л . ф н . сек |
|
п з = 1 |
=98,1 п з |
1 |
||
|
с м 2 |
м? |
фут ? |
|
|
|
|
=478,8 п з |
|
Кинематическая |
1 c m —1 см?) сек |
1 л/2/сел;=104 ст |
1 ф у т С2/ с е к = 9 2 9 , 0 3 ст |
26
Размерность единиц вязкости в системе СИ
В международной системе измерений СИ кинематическая вязкость имеет ту же размерность единицы, что и в системе МКС, т. е. м2/сек или см2/сек. Динамическая же вязкость в системе СИ имеет размерность н-сек/м2 (ньютон-секунда на квадратный метр).
Соотношение между старыми и новыми единицами вязкости следую щее: 1 пз = 0,0102 кГ • сек/м2 = 0,1 н* сек/м2,
1 кГ • сек[м2 = 9,80665 н • сек/м2.
УСЛОВНЫЕ (ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ) ЕДИНИЦЫ ВЯЗКОСТИ
Методов непосредственного измерения коэффициентов абсолютной или кинематической вязкости не существует. Ввиду этого разработа ны специальные приборы (вискозиметры), с помощью которых изме ряют скорости течения вязкой жидкости через калиброванные отвер стия или определяют время, необходимое для того, чтобы данное ко личество жидкости вытекло через такие отверстия. Измерения, полу ченные таким путем, количественно связаны с вязкостью, выражен ной в единицах массы, времени и длины. Подобным же способом опре деляется относительная вязкость, единицы измерения которой непо средственно не связаны с физической природой вязкости.
Так, например, в промышленности основных стран Европы рас пространены единицы, измеряемые в градусах или секундах Энглера с помощью вискозиметра, основанного на методе истечения жидкости через калиброванное отверстие определенного диаметра (2,8 мм). В этом приборе определяется время t истечения под собственным ве сом 200 см3 испытываемой жидкости из цилиндрического сосуда через заданное отверстие при данной температуре, после чего находится от ношение времени t ко времени tB истечения из того же сосуда 200 смъ дистиллированной воды при 20° С.
В СССР принято выражать условную вязкость в градусах ВУ, ко торые соответствуют градусам Энглера.
В соответствии с этим вязкость жидкости в градусах Энглера вы ражается отношением
° Е = -С |
(21) |
причем время истечения воды обычно равно tB = 50-f-52 сек.
Секунды Энглера показывают время истечения определенного объ ема измеряемой жидкости из вискозиметра в секундах. Поскольку вис козиметр Энглера рассчитан на истечение воды за время 50—52 сек, единица вязкости в секундах будет в 50—52 раза меньше единицы вязкости в градусах Энглера.
Вискозиметр Энглера применим для жидкостей с вязкостью не меньше 1,1° Е.
В США распространены единицы— секунды Сейболта, определяе мые временем истечения (в секундах) 60 смъ испытуемой жидкости че рез калиброванное отверстие прибора.
Умножив время истечения масла через капилляр вискозиметра ВУ (Энглера) на капиллярную постоянную вискозиметра, получаем кине матическую вязкость в сантистоксах; постоянную вискозиметра опре деляем по времени истечения из данного капилляра эталонной жидко сти при 20° С.
27