2. Назначение, состав и принцип действия гидравлических систем
Гидравлические системы широко применяются в технике для транспортировки жидкости от места ее добычи или хранения к потребителю. Это может быть транспортировка нефти (нефтепроводы), система водоснабжения или отопления завода или жилого дома, организация истечения жидкости из насадков (пожарные системы, фонтаны) и т.д.
Гидравлическая система представляет собой набор гидравлических элементов, которые соединены в определенном порядке, обусловленном назначением и пространственным расположением системы. Гидравлическими элементами являются трубопроводы, баки, насосы, всевозможные виды местных сопротивлений. Обычно система имеет гидравлические элементы, предназначенные для хранения жидкости (баки), передачи жидкости на расстояние (трубопроводы), очистки жидкости (фильтры), управления потоком жидкости (краны, вентили, клапаны, заслонки, термостаты), измерений (расходомеры различных типов), изменения направления или разделения потока жидкости (колена, отводы, тройники, коллекторы), изменения скорости потока жидкости (сужения, расширения), поддержания постоянного уровня жидкости (поплавковые камеры), дозирования и организации истечения жидкости (жиклеры, форсунки, распылители).
Гидравлические системы бывают разомкнутыми или замкнутыми (циркуляционными). Система может иметь насос или не иметь его (разомкнутая самотечная система, замкнутая термосифонная система). Магистраль, по которой жидкость поступает к насосу, называется всасывающей, а магистраль, по которой жидкость движется от насоса, - нагнетающей или напорной.
3. Методические указания к расчету гидравлических систем
3.1. Методика расчета гидравлической системы
Расчет гидросистемы включает в себя следующие этапы.
1. В общем случае система разбивается на участки.
2. Выбирается расчетный участок.
3. Части системы, окружающие расчетный участок, отбрасываются и заменяются условиями, определяющими движение жидкости на границах участка.
4. Записываются основные и вспомогательные уравнения, необходимые для описания движения жидкости в выделенном участке.
5. Формулируются граничные условия.
6. Записанные уравнения решаются совместно с граничными условиями и тем самым определяются значения искомых величин.
При использовании уравнения Бернулли рекомендуется сначала записать его в общем виде, а затем переписать с заменой его членов численными значениями (граничными условиями) и исключением слагаемых, равных нулю.
Необходимо помнить:
- плоскость сравнения 0 - 0 удобно располагать так, чтобы ордината z сечений системы отсчитывалась от нее вверх;
- потери полного давления всегда записываются в правой части уравнения, так как уравнение Бернулли записывается по потоку (сечение 2-2 всегда находится после сечения 1-1 в направлении течения);
- величина потерь полного давления на расчетном участке в общем случае складывается из путевых потерь и потерь в местных сопротивлениях;
- при расчете потерь в местных сопротивлениях по формуле (1.4) следует учитывать, при какой скорости определены коэффициенты сопротивления.
Проводя разбиение системы на ряд расчетных участков, необходимо руководствоваться определенными требованиями при выборе граничных сечений участков. Эти требования определяются структурой гидравлической системы и условиями ее работы. При правильном выборе расчетных участков число уравнений будет равно числу неизвестных.
Принцип наложения потерь применяется не только в отношении отдельного элемента системы или канала, но и при гидравлическом расчете всей гидравлической сети в целом. Он означает, что определенные для отдельных элементов сети потери арифметически складываются и эта сумма определяет общее сопротивление гидросистемы или ее участка.
Принцип наложения потерь может быть осуществлен двумя методами:
сложением абсолютных значений гидравлических потерь давления (напора) отдельных элементов сети;
,
где i - номер элемента сети; n - общее число элементов сети; Δрi - сопротивление i-го элемента системы, определенного либо по формуле Дарси, либо по формуле Вейсбаха;
сложением приведенных к скорости u0 коэффициентов сопротивления отдельных элементов системы и последующим выражением общего сопротивления сети через ее общий коэффициент сопротивления:
.
При расчете ламинарных течений местные сопротивления иногда удобнее выразить через эквивалентную длину трубопровода. Так можно поступить, когда местные потери меньше потерь по длине трубопровода (путевых потерь). Эквивалентной длиной называют такую длину прямолинейного трубопровода данного диаметра, сопротивление которого равно данному местному сопротивлению. Для i-го местного сопротивления эквивалентная длина определяется следующим образом:
.
Для случая n местных сопротивлений будем иметь:
.
Для ламинарного течения согласно формуле Пуазейля (7) . Поэтому:
,
а для i-го сопротивления
,
.
Следует отметить, что эквивалентной длиной пользуются и для расчета турбулентных течений, подставляя в нее значение λ, характерное для этого режима течения.