Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Бийский технологический институт (филиал)

А.И. Росляков

ГИДРАВЛИКА, ГИДРОМАШИНЫ И ГИДРОПРИВОДЫ

Часть 1

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ

Курс лекций

для студентов механических специальностей:

151001 – ТМ, 170104 – ВУАС, 190603 – АТ, 240706 – АПХП, 260601 – МАПП очной, очно-заочной и заочной форм обучения

Бийск 2007

УДК 532

Росляков, А.И. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: в 2 ч. Ч. 1: Основы гидравлики: курс лекций для студентов механических специальностей: 151001 – ТМ, 170104 – ВУАС, 190603 – АТ, 240706 – АПХП, 260601 – МАПП очной, очно-заочной и заочной форм обучения / А.И. Росляков.

Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск:

Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2007. – 96 с.

В настоящем учебном издании рассматриваются основные законы гидравлики и описывается работа различных гидравлических и пневматических устройств, принцип действия которых основан на этих законах. Освещаются методы построения гидравлических и пневматических систем на базе этих устройств. Даются методы расчета основных параметров трубопроводов, гидравлических и пневматических машин, элементов управления и контроля гидравлических и пневматических приводов.

Рассмотрен и одобрен на заседании кафедры

«Процессы и аппараты химической технологии».

Протокол №4 от 25.09. 2006 г.

Рецензенты:

Василишин М.С., к.т.н., зав. лаб. ИПХЭТ СОРАН

Гузь М.А., к.т.н., профессор кафедры ППО БПГУ им. В.М. Шукшина

© БТИ АлтГТУ, 2007

© Росляков А.И., 2007

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ 3

ВВЕДЕНИЕ 5

7

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 7

1.1 Предмет гидравлики, основные понятия и определения 7

1.2 Силы, действующие в жидкости. Давление 8

1.3 Основные физические свойства жидкостей и газов 11

2 ГИДРОСТАТИКА 16

2.1 Свойства гидростатического давления. Основное уравнение гидростатики 16

2.2 Устройство и приборы для измерения давления 19

2.3 Сила давления на плоскую стенку 22

2.4 Сила давления на криволинейные стенки. Плавание тел 25

2.5 Относительный покой жидкости 28

3 КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ЖИДКОСТИ 31

3.1 Основные понятия и определения 31

3.2 Расход. Уравнение расхода 33

3.3 Уравнение Бернулли для элементарной 34

струйки идеальной жидкости 34

3.4 Геометрическая и энергетическая иллюстрация 37

уравнения Бернулли 37

3.5 Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости 39

3.6 Примеры использования уравнения Бернулли в технике 44

3.7 Режимы течения жидкости в трубах 48

3.8 Теория ламинарного течения в круглых трубах 51

3.9 Турбулентное течение 55

3.10 Местные гидравлические сопротивления 63

3.11 Местные сопротивления при больших и малых числах Рейнольдса. Метод эквивалентной длины 66

4 ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ 69

ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ 69

4.1 Истечение через отверстие в тонкой стенке 69

4.2 Истечение под уровень 72

4.3 Истечение через насадки 74

4.4 Истечение жидкости через проходные сечения 78

в гидравлических устройствах 78

Таблица 4.1 – Основные величины, характеризующие истечения 78

5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ 79

5.1 Простой трубопровод постоянного сечения 79

5.2. Построение характеристики потребного напора простого трубопровода 82

5.3 Соединения простых трубопроводов. Аналитические и графические способы расчета 84

5.4 Трубопровод с насосной подачей 88

6 ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ 91

6.1 Течение капельной жидкости с кавитацией 91

6.2 Течение с облитерацией 94

6.3 Гидравлический удар в трубопроводе 94

Литература 99

Курс лекций 101

ВВЕДЕНИЕ

Гидравлика относится к числу древнейших наук. Первые гидравлические системы водоснабжения и ирригации были известны человеку еще задолго до нашей эры. Уже в Древнем Египте, Индии и Китае, странах Ближнего Востока умели строить на реках плотины и водяные мельницы, оросительные системы на рисовых полях, в которых использовались водоподъемные машины. В Риме за шесть столетий до нашей эры был построен водопровод, что свидетельствует о высокой технической культуре того времени. В III веке до нашей эры Архимед изобрел машину для подъема воды, названную «архимедовым винтом» и являющуюся прообразом современных гидравлических насосов.

По мере развития науки и техники совершенствовались гидравлические и пневматические системы и существенно расширялась сфера их практического применения. В настоящее время гидравлические машины, гидро- и пневмоприводы широко используют в водоснабжении и мелиорации, машиностроении и металлургии, на всех видах транспорта и в строительстве. Важную роль в развитии современной техники играют гидравлические и пневматические приводы как основное средство механизации и автоматизации технологических процессов и про­цессов управления различными объектами. В качестве исполнитель­ных устройств такие приводы применяют в станках и автоматиче­ских линиях, роботах и манипуляторах, системах управления автомобилем, самолетом и т.п.

Очевидно, что техническое совершенствование гидравлических и пневматических систем не могло происходить без фундаментальных научных разработок, начало которым положил трактат Архимеда «О плавании тел».

В XV–XVII веках в трудах Леонардо да Винчи, Г. Галилея, И. Ньютона были сформулированы отдельные законы равновесия и движения жидкости, а в середине XVIII века Д. Бернулли и Л. Эйлер заложили теоретические основы гидромеханики как науки.

В XIX–XX веках гидромеханика получила дальнейшее развитие в трудах Дж. Г. Стокса, О. Рейнольдса, Н. Е. Жуковского, Н. П. Петрова, Л. Прандтля и других ученых. Этот период характеризуется бурным развитием науки и техники, поэтому в трудах по гидромеханике большое внимание уделяется вопросам, представляющим практический интерес. Формируется раздел гидромеханики, рассматривающий законы равновесия и движения жидкости в открытых и закрытых руслах и способы их применения для решения технических задач. Этот раздел гидромеханики получил название «гидравлика». Именно гидравлика

как прикладная наука совместно с газовой динамикой, изучающей законы движения газа, является научной основой для расчета и проектирования современных гидравлических и пневматических систем и их элементов.

В настоящем учебном издании рассматриваются основные законы гидравлики и описывается работа различных гидравлических и пневматических устройств, принцип действия которых основан на этих законах. Освещаются методы построения гидравлических и пневматических систем на базе этих устройств. Даются методы расчета основных параметров трубопроводов, гидравлических и пневматических машин, элементов управления и контроля гидравлических и пневматических приводов.