МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Державний вищий навчальний заклад

«Білоцерківський механіко-енергетичний технікум»

Затверджую

Заступник директора з НВР

_____________С.Д.Мендак

«___»_____________2012р.

Методичні рекомендації щодо виконання

контрольної роботи

з дисципліни

Гідравліка, гідро- та пневмоприводи устаткування

Спеціальність: 5.05050201 Технічне обслуговування і ремонт устаткування

підприємств машинобудування

Схвалено на засіданні

циклової методичної комісії

Протокол №___від___________2012р.

Голова цмк_________ В.М.Кузів

ВСТУП

Гідравліка, гідро- і пневмоприводи - одна з фундаментальних дисциплін загальнотехнічного циклу. Вона є основою для вивчення головних профілюючих дисциплін більшості інженерних спеціальностей і є сполучною ланкою між загальнотеоретичними предметами і спеціальним курсом. Крім того, механіка рідини і газу дозволяє єдиними методами самостійно вирішувати інженерні задачі в різних галузях техніки.

Гідравлічні і пневматичні приводи широко застосовуються для управління робочими органами металорізальних верстатів, автоматичних ліній, роботів-маніпуляторів, технологічних машин різноманітних галузей промисловості. У верстатобудуванні гідравлічні приводи як засоби гідроавтоматики застосовуються традиційно, у той же час усе більшого поширення одержують пневматичні приводи і пневмоавтоматика. Великі перспективи має гідропривід і гідропневмоавтоматика при створенні системи управління гнучкими автоматизованими виробництвами, систем програмного керування, на базі комбінованих електропневмогідравлічних систем, що включають електропневматичну керовану частину і гідравлічний виконавчий привід. При цьому оптимально використовуються переваги гідравлічного, пневматичного, електричного приводів, електричних і електронних засобів керування і засобів гідропневмоавтоматики.

Метою вивчення дисципліни «Гідравліка, гідро- та пневмоприводи устаткування» є вивчення основ гідростатики, гідродинаміки, принцип роботи гідравлічних машин, гідро- і пнемоприводів.

Завдання дисципліни «Гідравліка, гідро- та пневмоприводи устаткування» - навчити студентів основам механіки рідини і газу, законам опору при течії робочого середовища по трубах і каналам; ознайомити з конструкціями гідро- і пневмомашин, гідро- і пневмоприводів, їхніми параметрами, характеристиками, способами регулювання і основами розрахунку.

Студенти повинні знати: загальні закони рівноваги і руху рідин і газів, їхньої взаємодії з елементами конструкцій гідравлічних і пневматичних машин, а також методи застосування цих законів для вирішення інженерних задач, основи їх розрахунків.

Студенти повинні вміти: аналізувати конструкцій гідравлічних і пневматичних машин, застосовувати закони гідростатики і гідродинаміки для вирішення інженерних задач, проводити розрахунки гідравлічних машин.

У контрольній роботі із дисципліни «Гідравліка, гідро- та пневмоприводи устаткування» студенти виконують наступні завдання:

1. Визначення різниці рівня рідини у вертикальних трубах.

2. Розрахунок товщини стінки трубопроводу.

3. Визначення режиму руху рідини.

4. Визначення напору насосу.

5. Розрахунок потужності і ККД насосу.

Вказівки до виконання контрольної роботи.

Завдання контрольної роботи вибираються згідно варіанту.

Контрольна робота виконується на папері формату А4. Контрольна робота скріплюється в папку і титульний лист підписується за зразком, вказаним у додатку А.

Порядок виконання завдання № 1. «Визначення різниці рівня рідини у вертикальних трубах.»

Мета: Навчитися визначати різницю рівнів рідини у вертикальних трубах.

Теоретичні відомості.

Гідростатика вивчає рівновагу рідин, що знаходяться в стані відносного спокою, за якого в рухомій рідині її частини не переміщаються одна відносно одної. При цьому сили внутрішнього тертя відсутні, що дає змогу вважати рідину ідеальною. У стані відносного спокою форма об’єму рідини не змінюється і вона, подібно до твердого тіла, рухається як єдине ціле. Такою є рідина в ємності, що переміщається в барабані центрифуги, який обертається з постійною швидкістю тощо. В таких випадках спокій розглядають відносно стінок рухо­мої посудини. Рідина у нерухомій посудині знаходиться в абсолютному спокої (від­носно поверхні землі), який в такому розумінні є частковим випадком віднос­ного спокою. Незалежно від виду спокою на рідину діють сили ваги і тиску. У разі відносного спокою необхідно врахувати і силу інерції.

На рідину, яка знаходиться в спокої, діють зовнішні сили : поверхневі і об’ємні (масові). Поверхневі сили – це сили, які діють в точках граничної поверхні даної маси рідини.  Вони пропорційні розміру площадки Dw, яка взята на цій поверхні                                              (1) де F – діюча поверхнева сила, Н ;   – площа, на яку діє поверхнева сила, ;  – напруження, Па. Об’ємні (або масові) сили – це зовнішні сили, які пропорційні об’єму рідини, якщо маса в об’ємі однорідна, тобто густина її однакова по всьому об’єму. У багатьох процесах крапельна рідина під час руху контактує з газами або з іншою крапельною рідиною, яка практично з нею не змішується. Поверхня розділу фаз прямує до мінімуму під дією поверхневих сил. Краплі рідини, які знаходяться в газі або іншій рідині, набувають форми, близької до сферичної. Це пояснюється тим, що молекули рідини в об’ємі краплі піддаються однаковій взаємодії сусідніх молекул, в той час, як молекули, які знаходяться поблизу поверхні розділу фаз, притягуються молекулами внутрішніх шарів рідини сильніше, ніж молекули оточуючого середовища. В результаті цього на поверхні рідини виникає тиск, направлений всередину краплі по нормалі до її поверхні, який і зменшує її поверхню до мінімальної величини. Тому для збільшення, тобто для створення нової поверхні, необхідно затратити енергію. Роботу, яка витрачається для створення одиниці нової поверхні, називають поверхневим натягом і позначають через σ. В системі СІ σ має розмірність . (2) Поверхневий натяг зменшується із збільшенням температури. З вели­чиною σ пов’язані характеристики змочування крапельними рідинами твердих матеріалів, що має значний вплив на гідродинамічні умови масообмінних процесів.

Гідростатичний тиск.

Гідростатичний тиск Р , Па, являє собою напруження стиску в точці, розташованій в середині рідини, яка знаходиться в спокої. ,                                        (3) де Р – сила тиску рідини на площадку площею в якій розташована точка, що розглядається. В даній точці гідростатичний тиск завжди нормальний до площадки, на яку він діє, і не залежить від орієнтації (кута нахилу) площадки.

Гідростатичний тиск залежить від положення точки, що розглядається всередині рідини і від зовнішнього тиску, який прикладений до вільної поверхні рідини. В найбільш розповсюдженому випадку, коли діє лише сила ваги, гідростатичний тиск Р (Па), в точці, яка знаходиться на глибині h (м), визначається за основним рівнянням гідростатики:                                          (4) де – тиск на вільній поверхні рідини, Па ; ρ– густина рідини, ; g – прискорення вільного падіння, . Рівняння (4) виражає, що зовнішній тиск , який прикладений до вільної поверхні рідини, передається всім точкам цієї рідини по всім напрямкам однаково (закон Паскаля).

Вхідні дані для розрахунку:

Варіант №1	Варіант №2	Варіант №3	Варіант №4
Зусилля поршнів Р1 = Р2	Зусилля поршнів Р1 = Р2	Зусилля поршнів Р1 = Р2	Зусилля поршнів Р1 = Р2
Відношення діаметрів поршнів D/d = 3	Відношення діаметрів поршнів D/d = 4	Відношення діаметрів поршнів D/d = 5	Відношення діаметрів поршнів D/d = 2
Висота рівня у трубці В дорівнює Н = 3м	Висота рівня у трубці В дорівнює Н = 4м	Висота рівня у трубці В дорівнює Н = 2м	Висота рівня у трубці В дорівнює Н = 5м

Порядок виконання роботи.

Схема до роботи.

1. Визначення зусилля Р₁ в поршні 1.

(1)

де П – коефіцієнт;

d – діаметр циліндра 1;

ρ – густина рідини;

H – висота рівня рідина у трубці В;

g – прискорення вільного падіння.

2. Визначення зусилля Р₂ в поршні 2.

(2)

де П – коефіцієнт;

D – діаметр циліндра 2;

ρ – густина рідини;

H – висота рівня рідина у трубці В;

g – прискорення вільного падіння.

3. Зусилля Р₁ = Р₂, тоді знайдемо різницю рівнів рідини h у вертикальних трубах А і В.

(3)

Висновок: навчилися визначати різницю рівнів рідини у вертикальних трубах.

Порядок виконання завдання № 2. « Розрахунок товщини стінки трубопроводу»

Мета: Навчитися визначати товщину стінки трубопроводу і перевірити його на міцність.

Теоретичні відомості.

Трубопроводами називаються пристрої, які служать для транспортування рідких, газоподібних і сипучих речовин. Трубопроводи складаються з щільно з'єднаних між собою прямих ділянок труб, деталей, запірно-регулюючої арматури, контрольно-вимірювальних приладів, засобів автоматики, опор і підвісок, кріплення, прокладок і ущільнень, а також матеріалів, застосовуваних для теплової і антикорозійного ізоляції. До технологічних трубопроводів відносяться всі трубопроводи промислових підприємств, за якими транспортуються: сировина, напівфабрикати та готові продукти; пар, вода, паливо, реагенти; відходи виробництва та ін. Технологічні трубопроводи працюють у складних умовах. У процесі роботи окремі частини трубопроводу знаходяться під тиском продукту, що транспортується, яке може бути від 0,01 до 2500кгс/см ² і вище, під впливом температур в межах від -170 до +700 ^о С і більше, під постійним навантаженням від маси труб і деталей, навантажень теплового подовження, вібраційних, вітрових та тиску грунту. Крім того, в елементах трубопроводу можуть виникати періодичні навантаження від нерівномірного нагріву, защемлення рухомих опор і надмірного тертя в них. Складність виготовлення та монтажу технологічних трубопроводів визначається: · характером і ступенем агресивності продуктів, що транспортуються (вода, нафта, пар, газ, спирти, кислоти, луги та ін); · конфігурацією обв'язки апаратів та обладнання, великою кількістю роз'ємних та нероз'ємних з'єднань, трубопроводів, компенсаторів, контрольно-вимірювальних приладів, засобів автоматики і опорних конструкцій; · розташуванням трубопроводів у траншеях, каналах, лотках, на стійках, естакадах, етажерках, на технологічному обладнанні, а також на різних висотах і часто в умовах, незручних для виробництва робіт. За територіальною ознакою технологічні трубопроводи поділяють на: внутрішньоцехові, що з'єднують окремі апарати і машини в межах однієї технологічної установки або цеху і розміщені всередині будинку або на відкритому майданчику, міжцехові, що з'єднують окремі технологічні установки і цехи. Успішне і якісне виконання монтажних робіт залежить від своєчасної підготовки виробництва. При монтажу трубопроводів необхідно суворо дотримуватися технічних умов і правил провадження робіт, ретельно контролювати якість труб, деталей і вузлів трубопроводів, арматури та інших матеріалів.

Пристрої запірної арматури.

Жоден трубопровід ніяк не можна уявити собі без запірної арматури. Запірна арматура - це заслінки, клапани, крани і багато іншого. Запірна арматура представлена вентилями або ж іншими системами, які призначені для регулювання або перешкоди подальшому просуванню вмісту труб. Пристрої запірної арматури встановлюються і використовуються на трубопровідних лініях для керування потоками робочих середовищ шляхом зміни площі прохідного перерізу. Вони приєднуються до трубопроводу за допомогою зварних, фланцевих, муфтових і штуцерних з'єднань.

Основні характеристики запірної арматури.

Запірна арматура також відповідає за безпеку технологічних процесів, тому дуже важливо, щоб вона відповідала всім технічним вимогам, була надійною і якісною.

Рисунок 1. - Види запірно-регулюючої арматури