ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ.И.СӘТБАЕВ атындағы ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ.И.СӘТБАЕВ атындағы ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Билет№ 2

1. Гидростатикалық қысым және оның қасиеттері. Гидростатиканың негізгі заңы. Қысым түрлері. . Гидростатикалық қысым, түрлері және қасиеттері.Негізгі заңы. Тыныштық қалпында жатқан сұйықтық көлемін қарастырып шығамыз және оған Р1, Р2, Р3 күштер әсер етеді. Өз бетімен таңдалған АВСД жазықтығымен көлемді жарып, ойша көлемнің жоғарғы бөлімін кейін алып тастаймыз. Сонда а нүктелі орталығымен w ауданына Р1, Р2 және Р3 күштерге эквивалентті Р нүктесі әсер етеді. Бұл күш сұйықтықтың бүкіл көлемінде керік жатса, сұйықтықтың екі бөлінген көлемінің бірі үшін сыртқы күш болып саналады. Сонымен: орташа гидростатикалық қысым. Егер W ауданың шексіз аз шамадан есептесе, формуладан нүктедегі гидростатикалық қысым шамасы табылады. Гидроваликада Р күшін ауданының салмалық немесе жалпы қысым күші деп аталады; Р- белгілі нүктедегі гидростатикалық қысымы немесе гидростатикалық қысым деуге болады. Р-мөлшері - Гидростатикалық қысымның негізі үш қасиетті бар: 1. Гидростатикалық қысымның бірінші қысиеті оның бағытына байланысты: гидростатикалық қысым Рп ауданға нормамен сұйықтық көлемнің ішіне бағыттылған.2. Жан –жақа тараған гидростатикалық қысым шамалары бір-біріне тең болады, . 3. Нүктедегі гидростатикалық қысым өзінің координатына тәуелді

Гидростатиканың негізгі теңдеуі

Гидростатикалық қысымның теңдеуін Эйлер тепе-теңдік теңдеуден шығаруға болады. Оның әр мүшесін dx, dy, dz көбейтіп, бір-біріне қоссақ сонда. Формула:

Немесе .

Гидростатикалық қысымның үшінші қысиетіне бойланысты:

сонда: . Бұл теңдеу сұйықтық статикасының негізгі дифференциалды теңдеуі болып саналады. Егер ρ=const ( сығылмайтын сұйықтық) теңдеуден шығады:

. Дф-күш функциясы;

Күш функциясын потенциал күші десе болады, сонда .

немесе

Қарастырылған мәселенің қорытындысы: Егер сұйықтыққа әсер ететін массалық күштердің потенцалы бір болса, сонда сұйықтық тепе-теңдік қалыпында болуы мүмкін. Егер қысым барлық жерде бірдей P=const болып келетін сұйықтық бетін біркелкі қысымды бет деп атайды, онда негізгі дифференциалды статика теңдеуінен шығарамыз.

Сұйықтық ішіндегі нүктеде толық (немесе абсалют) гидростатикалық қысымның атмосфера қысымынан артық шамасын манометрлік қысым деп атайды. абсалюттік қысымның атмосфералық қысымнан кем шамасы вакууметрлік қысым деп аталады . Инженерлік есептерде қысымның шамасы техникалық атмосфера (от) деп аталатын шамамен өлшенеді: 1ат= 10м. Атмосфералық қысым пьезометрлік және вакууметірлік биіктіктер белгілі вакуум шамасы.

2. Табиғаттағы судың айналымы. Судың теңдестігі. Ылғал айналым немесе су айналымы – гидросфера, атмосфера және жер беті арасында тұрақты ылғал айналым ағынмен жауын-шашыннан, су буынан, кондесациядан құрылады. Түскен жауын-шашынның бір бөлігі қайтадан буланады, бір бөлігі топырақ арқылы сіңіп жер асты суларын толықтырады. Бір территориядағы су арналары мен суаттар жиынтығы гидрографиялық желі деп аталады. Қорытындысында жауған жауын-шашындар қайта мұхитқа жетеді.

Табиғатта келесі су айналымдары байқалады:

1. Үлкен, немесе әлемдік айналым: мұхит бетінен буланған су буы, жел арқылы материкке көшіріледі, жауын-шашын түрінде жер бетіне түседі және ағын арқылы оралады.

Ылғал айналым процессінде судың сапасы да өзгереді: теңіз суы буланғанда тұщы суға айналады және де лас сулар тазаланады.

2. Кіші, немесе мұхиттық ылғал айналым – судың буы мұхит бетінен буланады, жауын-шашын түрінде қайта мұхитқа жауады.

3. Ішкі континенталдық ылғал айналым – су жер бетінен буланып, қайтадан жауын-шашын түрінде жер үстіне жауады.

Жер бетінен булану әлем бойынша 577 мың км³ суға тең. Бұл көлемнен 505 мың км³ әлем мұхитына жатады, ал 72 мың км³ жерге жатады. Әлем мұхитының үстіне түсетін жауын-шашын 458 мың км³. Буланып жатқан ылғалдылықтың молшылығы 47 мың км³, континент пен аралдарға ауа массаларымен көшіріледі. Бұл жылдық көлем өзендерге, батпақтарға, мұздықтарға, жер асты суларға құрылуға жұмсалынады және адам баласының дамуына, өмір тіршілігіне қолданылады. Осы көлем әлем мұхитына оралады, оның ішінде 45 мың км³ өзендер арқылы, ал 2 мың км³ жер асты суларымен мұхитқа жетеді. Судың теңдестігі.Кіріс пен шығыс сулардың ара қатнасы олардың (су қорларының) бір мерзімде өзгерістері байқалып жатқан объекті судың теңдестігі болып аталады.

Жер шарының су теңдестігінің теңдеуін (уравнение) құру үшін әлем мұхитының және жердің кіріс пен шығыс суларының тендестік шамасын жазамыз:

Х₀+Y=E₀; X_C-Y=E,

мұнда Х₀ – ортажылғы мұхиттар мен теңіз беттеріне түсетін жауын-шашындар;

X_C – ортажылғы жер бетіне жауатын жауын-шашындар;

E₀ – ортажылғы мұхиттар мен теңіз беттерінен булану;

Е_С – ортажылғы жер бетінен булану;

Y - ортажылғы өзен алаптарының ағыны.

Теңдестікті қоссақ, келесі байланысты аламыз:

Х₀+Х_С=E₀+Е_С (1.1)

яғни әлем мұхитынан, теңіздерден және континентердің беттерінен буланған су көлемі, бүкіл әлем бетіне жауған жауын-шашынның көлеміне тең.

Судың теңдестігін баяндайтын математикалық формула су теңдестігінің теңдеуі деп аталады. Бұндай формуланы белгілі су объектіге (көл, су қойма ж.т.б.), өзен алабына, гидрологиялық аймаққа, мемлекетке, материкке және жер шарына қолдануға болады.

Су теңдестігінің теңдеуі материя сақтау заңын білдіреді, ал жер шары үшін су теңдестігінің компонентерінің байланысын білдіретін (1.1. кесте) теңдеу. Жоғарыда айтылған булану мен жауын-шашынның цифрлы мәліметтер су көлемінің бірлігімен, метеорологияда әдетте бір мерзімде жауған жауын-шашынның су қабатының биіктігінің бірлігімен анықталады (сурет 1.1.).

1.1. сурет - Әлемдік су айналымы.

3.Су пәрменді қондырғылардың сұлбаларын келтіріңіз, оларға сипаттама беріңіз, қолдану салаларын айтыңыз. Су пәрменді қондырғыларына электр энергетика саласындағы су электр және су жинақтау электр стансаларында пайдаланатын гидравликалық турбиналар, насостар, айналмалы гидромашиналар, сонымен қатар, өндірістік процесстерде, құрылыс, тасымал жүйесінде, коммуналдық-тұрмыстық және ауыл шаруашылығы салаларында кеңінен пайдаланатын гидравликалық машиналар жатады.

Су пәрменді қондырғылардың негізгі элементтері.

1. Су пәрменді қондырғылардың негізгі элементтерінің орналасуы.

2. Су пәрменді қондырғылардың жер асты бөлігінің биіктік және жазықтық жобалық орналасуы.

Су пәрменді қондырғылар негізгі және көмекші энергетикалық құралдардан, су жеткізуші және шығарып әкетуші энергетикалық имараттардан тұратын өте күрделі кешен болып есептеледі:

Қандай-да болмасын ағынды өзен суы қозғалыс кезінде нақтылы жұмыс атқарады. Ағынды өзен суының (1.1 сурет) I – I және II – II көлденең кесінді аралығындағы ұзынды L-ге тең учаскесіндегі жұмыс мөлшерін табамыз. Д. Бернулли теңдеуіне сәйкес I – I және II – II кесінділеріндегі меншікті энергиялар келесі теңдеулердегідей болады: м ұнда, g - меншікті салмақ күші, g = rg (r - тығыздық) - жазылу ретімен меншікті қысым энергиясы, орналасу биіктік энергиясы, кинетикалық энергия коэффициенті, орташа жылдамдық.

Бұл энергиялардың айырмасы 1Н сұйықтықң I – I кесіндісінен II – II кесіндісіне ағып ауысқан кездегі жұмысқа тең болады. Егер екі көлденең кесінділер бірдей болса, және деп қабылдауға болады. Сонда аталған 1Н сұйықтың атқарған жұмысы:

мұнда Н_уч - I – I және II – II аралық учаскінің су деңгейлерінің биіктігінің айырмасы

(тегеуірін), м.Егер I – I көлденең кесіндіден 1с өтетін ағынды су шығыны Q_р м³/с, ал салмақты су шығыны gQ_р Н/с болса, онда осыған сәйкес 1 с атқарылатын жұмыс, яғни Вт - пен өлшенетін су ағынының қуаты келесідей болады:

N_уч = gQ_рН_уч, Вт.

g = 9,81× 1000 Н/м³ теңдеуін пайдалансақ, жоғарыдағы формуланы КВт өлшемімен келесі түрде анықтаймыз:

4. Қандай мақсатпен су пәрменді қондырғылардың жұмыстық режимі реттеледі. Турбинаның жұмыстық режимі қандай қондырғымен реттеледі. . Су пәрменді қондырғыларының жұмыстық режимі, реттеу жолдары. Су пәрменді қондырғылардың іс тәртібі су электр стансаларында (СЭС) электр энергиясын пайдалану, ал насос стансаларында ағынды су шығынын пайдалану тәртібіне байланысты болады. Су пәрменді қондырғылардың белгілі уақыт аралығында негізгі көрсеткіштерінің (N^СЭС және Q_нс) пайдалануға сәйкес өзгеруін су пәрменді қондырғыларының іс тәртібі деп атайды.

Су пәрменді қондырғылардың жұмысын реттеудің негізгі міндеті оның негізгі көрсеткіштерінің (N^СЭС және Q_нс) әрбір берілген шақтағы уақыт мезгіліндегі өзгерімді пайдалану графигіне сәйкестігін сақтау болып табылады. Бұл негізгі міндет су пәрменді қондырғыларының ағынды су шығыны (Q_спқ) реттеу жолымен орындалады:

- гидротурбиналар үшін

Н_есеп және h_т әрбір уақыт мезгілінде тұрақты болғандықтан олардың қуатын N_т өзгерту ағынды су шығынын Q_сэс өзгерту арқылы іске асырылады, демек N_т=f(Q_т). Турбиналардың ағынды су шығынын реттеуге турбинаның қуатын автоматтық түрде реттейтін арнайы механизм қолданылады. Генераторға жүктеме куаттың пайдалануға байланысты өзгеруіне қарамастан генератор білігінің айналым жиілігінің санының тұрақтылығын қамтамасыз ету турбина жұмысын реттейтін механизмнің атқаратын міндеті болады.

Реттеуші жүйесінің жұмысы келесі тәртіппен жүргізіледі:

- электр энергиясын пайдалану азайған кезде генераторға түсетін жүктеме азайып, роторға әсер ететін кедергі күші кішірейеді де ротордың білігінің айналым жиілік саны n үлкейеді. Осы кезде ротордың білігінде орналасқан басқарушы орган – Уатт реттеуші қондырғысының бекітілген салмақты заттары центрден тепкіш күштің өсуі салдарынан бірінен-бірі қашықтайды да өзінің қозғалысымен орындаушы және реттеуші органдарға – бағыттаушы аппараттың (БА) қалақшаларының жабылуына сигнал береді. Бағыттаушы аппарат (БА) қалақшалары керекті мөлшерде жабылып турбинаның ағынды су шығынын Q_т азайтады;

- бағыттаушы аппараттың қалақшаларының тиісті мөлшерде жабылуы генератордың қуатын электр энергиясын пайдалануының азаю қуатына тепе-теңдікке келтіреді. Гидротурбина деп қозғалыстағы судың энергиясын механикалық энергияға өңдеп айналымдағы жұмыстық доңғалақ білігі арқылы генераторға беретін қозғалтқышты атайды. Қазіргі гидротурбиналар ағынның энергиясының жұмыстық доңғалаққа берілу сипатына байланысты екі класқа бөлінеді: реактивтік және активтік.

Реактивтік турбиналар деп жұмыстық доңғалағы артық қысымды су астында болатын және оның иілген қалақтарына бір мезгілде берілетін ағыстардың реактивтік қысымы арқылы айналдырылатын турбина аталады. Горизонтал немесе вертикал (тік) білікке қондырылған айналымдағы жұмыстық доңғалақ электрлік генераторды іске қосады. Жұмыстық доңғалақтан өтетін судың меншікті толық энергиясы қысым және кинетикалық энергиялар қосындысына тең, яғни:

, (6.1)

мұндағы, р – артық қысым, Па; U – сұйықтық ағысының жылдамдығы, м/с.

Жалпы жағдайда, ағынның турбина қалақтарындағы әсері жылдамдық өсімінен пайда болатын реактивтік қысымға және ағын бұрылысындағы центрден тепкіш күштер қысымына байланысты.

Көп тараған реактивтік турбиналарға радиал – осьтік (РО) және бұрылмалы – қалақшалы (БҚ) турбиналар жатады. Бұл топтағы проперлік турбиналар (ПТ) сирек қолданылады.

РО турбиналардың жұмыстық доңғалағының қалақтары шеңберге қатаң қондырылады (6.1 а сурет). Ал ПР турбинаның қалақтары – төлкеге (6.1 б сурет).БҚ турбинаның қалақтары тегеуірінге және шығынға байланысты, максималдық пайдалы әсер коэффициентін қамтамасыз ететіндей, шетмойынға бұрылмалы болып қондырылады (6.1 в сурет). Бұрылмалы – қалақшалы турбиналардың түрлері: бір шетмойынға екі қалақ орнатылған турбина (6.1 г сурет); диагоналдық турбина (6.1 д сурет).

Суармалау каналдарындағы су шығынының өзгерісі қалай ұйымдастырылу керек? Суармалау каналдарындағы су шығынының өзгерісі, бірқалыптылықты ұйымдастыру. Каналдардағы судың шығын болуы өте зиянды, өйткені олар ыза суға қосылып өте құнды суарылатын жерлердің батпақтануына ж сорлануына әсерін тигізіп,суару жүйесінің КПДсын кемітудің салдарынан су көздерінен алынатын судың мөлшерін көбейтумен бірге,бас саға құрылыстары мен канал-ң ж ондағы құрылыстардың өлшемдерін жоғарылатады, ал суарудың жаңбырлату әдісін қолданғанда жұмсалатын энергия көбейеді ж суару жүйелерін салу ж оларды пайд үшін жұмсалатын қаржы көбейеді.Сондықтан каналдардағы су шығынын болдырмау шараларын әрдайым қолданып отыру керек.Су шығынымен күресу суару жүйесін пайд ж құрылыстар салу шаралары арқ жүргізіледі; пайд шараларына егісті күні-түні каналдар мен танаптардан суды ағызып жібермей суару; каналдардың үздіксіз жұмыс істеуі не шығын қосындылары аз болатындай үйлестіріле жұмыс істеуі, каналдарды мезгілінде жөндеп ж оларды арам шөптерден тазартып отыру; каналдар арқ өтетін су мөлшері тездетілмей ж олар өте биік тіректерсіз жұмыс істеуі жатады;Су пайд жұмыстары дұрыс ұйымдастырылғанда суару танаптарында су шығынын болдырмаған ж күні-түні суаруды ұйымдастырған жағдайда суару жүйесінің КПД-сы бір мезгілде жұмыс істейтін каналдардың су шығынына байл б-ы.Фильтрация мен құрылыстық шаралар арқ күресуге: каналдардың ұзындығын мүмкін болғанша қысқарту;көлденең қималары мен қырын көріністеріне сай, суды аз мөлшерде шығын жасайтын каналдарды салу; канал жүргізілетін ТҚ арнасының фильтрация коэф-ін кеміту; фильтрацияға қарсы төсемелер ж су өткізбейтін экрандар салу; Суару жүйе-ң каналдарының КПД шамасы белгіленген мөлшерден кем ж каналда фильтрация коэфф-ті өте мол болғанда (тәул 0.1м-ден көп) олардан су сүзілуі шығынын кеміту үшін сүзілуге қарсы арнаулы шамалар қолданады. Каналдарда фильтрация шығынын болдырмау үшін: каналдарға монолитті бетоннан, темірбетоннан, асфальттан, тастан ж балшықтан жасалған фильтрацияға қарсы төсемдер төсеу; Фильтрацияға қарсы шараларды гидрогеологиялық жағдай-ға,канал ұзындығына ж өлшемдеріне, ТҚтың фильтрациялық қасиеттеріне,су шығынын кеміту шамасына ж қандай жерг материал барлығына қарай қолданылады.Белгіленген сүзілуге қарсы күресетін шараларды техника эономикалық есептер арқ дәлелдейді.Ал сүзілуге қарсы шаралардың экономикалық тиімділігі төменгі көрсеткіштермен анықталады:шығыннан сақталған су мөлшерімен;жұмыс істеу мерзімі;құрылысты механикаландыру мүмкіншілігі;жұмсалатын қаржы,материалдар ж еңбек ресурстары; күрделілік дәрежесі ж пайд, жөндеу ж қайта қалпына келтіру құны; Каналдың КПД-ң керекті мөлшерін қамтамасыз ететін шараларды төменгі тәртіппен таңдайды.Әдеттегі жағдайда пайд-тын, ешқандай сүзілуге қарсы шара жасалмаған каналдан су шығынын төмендегідей анық-ы: Q_бр; Содан кейін каналдың жобаланған КПД мөлшерін анықтайды.(((Фильтрацияға шығын болатын су мөлшерін кеміту процесін төменгі формула арқ есептейді: каналдар арқ жіберілетін судың _нт мөлшері өзгермеген жағдайда ; каналдар арқ жіберілетін Q_бр мөлшері өзгермеген жағдайда ; )))