Тема 11. Гидравлические передачи.

При изучении этой темы необходимо уяснить устройство и принцип действия гидравлических передач /на примерах гидромуфты и гидротрансформатора/. Необходимо усвоить разницу между объемными и гидродинамическими гидропередачами и знать их область применения. Ознакомиться с основами теории и расчетом параметров гидромуфт и гидротрансформаторов.

Тема 12. Гидравлические двигатели /турбины/.

Изучение темы следует начать с ознакомления с устройством и принципом действия реактивных и активных гидравлических турбин. Нужно знать основные параметры, условия и область применения радиально – осевых, осевых, поворотно – лопастных и ковшовых турбин. При этом необходимо усвоить формулы и теоретические зависимости для определения мощности и напора.

Изучение темы заканчивается ознакомлением с графическими характеристиками турбин. Необходимо усвоить методику построения оборотной и рабочей характеристик турбины.

Часть III.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАНЯТИЯ.

Примеры решения типовых задач.

На поршень одного из сообщающихся сосудов, наполненных водой, действует сила P₁ = 200 H, а на поршень второго сосуда P₂ = 300 H. Определить разность уровней жидкости в сосудах h, если диаметр первого поршня d₁ = 0,1 M, второго поршня d₂ = 0,15 M.

d₂

d₁

Решение:

Давление на единицу площади на поверхности жидкости

под первым поршнем:

p₁ = = = Па.

Давление на поверхности жидкости под вторым поршнем:

p₂ = = = Па.

Гидростатическое давление во втором сосуде на глубине h определяется по основному уравнению гидростатики

= + ρgh,

откуда

где: ρ =

g = 9,81 – ускорение свободного падения.

Пример 2.

Вода по трубе диаметром d = 0,3 м сливается из резервуара. Вычислить силу T, необходимую для поднятия клапана весом G = 29, 43 H, если высота столба воды от свободной поверхности до центра клапана H = 3 м. Плоскость клапана наклонена под углом α = 45° к горизонту.

Решение:

Для нахождения усилия Т составим уравнение моментов всех сил относительно оси вращения клапана /точка О/.

,

Т

D

Р

C

A

G

45°

O

откуда

Положение точки D – точки приложения силы P определяется из уравнения

Величиной е = 0,0012м сложно пренебречь и считать , что центр тяжести и центр давления совпадают, т.е.

OC=OD.

Величина силы давления жидкости на клапан равна:

Необходимое подъемное усилие

Пример 3.

Д

S

онное отверстие плотины перекрывается плоским прямоугольным щитом, шарнирно прикрепленным к телу плотины своей верхней кромкой. Определить, какое усилие нужно приложить к торсу для открытия щита при следующих данных: глубина погружения нижней кромки щита H=3м, высота щита h=1м, ширина щита b=1,5м, угол между направлением торса и горизонтом =45°.

p

O

d

m

α

Решение:

Для нахождения усилия S составим уравнение моментов всех сил относительно оси вращения щита /точка O/.

откуда

где:

Силу давления воды на щит P определяем по формуле

Площадь щита

Глубина погружения центра тяжести щита

тогда

Глубину погружения центра давления щита находим по формуле

тогда

Тогда усилие для открытия щита

Пример 4.

В низу вертикальной стенки резервуара имеется фасонная часть в виде четверти поверхности цилиндра. Определить давление на эту фасонную часть, если длина образующей цилиндра

Решение:

Определяем горизонтальную составляющую силы давления жидкости на криволинейную поверхность AD.

D

O

α

P

C

A

Вертикальная составляющая давления определяется по формуле:

где: W – объем тела давления /на схеме заштриховано поперечное сечение тела давления/.

Полная сила давления

Направление силы P определяется углом α

Пример 5.

О

пределить, какой расход V протекает по горизонтальному трубопроводу, имеющему сечение, при следующих данных: диаметры пьезометрические высоты . Потери напора и неравномерность распределения скоростей в сечениях не учитывать.

Решение:

Напишем уравнение Бернулли без учета потерь для сечений 1 – 1 и 2 – 2 относительно плоскости сравнения, проходящей через ось трубопровода.

но /для горизонтального трубопровода/, тогда уравнение Бернулли запишется в виде

Из уравнения неразрывности имеем

После подстановки значения для в уравнение Бернулли получим

Решив последнее равенство относительно будем иметь

Пример 6.

О

пределить время наполнения бассейна объемом из магистрали с заданным давлением и диаметром снабженной вентилем / / и отводом / /. Коэффициент сопротивления трения определить по эквивалентной шероховатости предполагая наличие квадратичной области сопротивлений.

l, d

1

Решение:

Напишем уравнение Бернулли для сечения 1 – 1 и 2 – 2, пренебрегая разностью геометрических высот / /

W

T

2

2

1

После приведения подобных членов получаем

откуда

Коэффициент сопротивления трения 𝜆 определяем по формуле

где

тогда

Время наполнения бассейна

Пример 7.

О

Решение:

Рассматривая поток из верхнего в нижний резервуар по трубам 1,2 и 5 можно записать

Выразив потери напора для отдельных труб через их расходы, длины и расходные характеристики, будем иметь:

пределить расход воды V, протекающий из верхнего в нижний резервуар по системе труб, показанной на схеме. Разность уравнений воды в баках H = 6м. Диаметр труб Длина труб , При решении надо воспользоваться значением расходных характеристик для новых водопроводных труб /приложение 1/.

Так как потери напора в ветвях замкнутого трубопровода с общими узлами равны между собой, можно составить уравнения

и

или

и

откуда

и .

Общий расход V равен сумме расходов в ветвях замкнутой части системы

Подставим в последнее равенство полученные значения для и ,выраженные через :

откуда

После подстановки последнего значения для в уравнение для суммарной потери напора в системе будем иметь:

откуда

Расходные характеристики для известных диаметров труб устанавливаем по приложению 1:

тогда

Пример 8.

Цилиндрический бак диаметром имеет в диаметре два одинаковых отверстия, одно из которых снабжено внешним цилиндрическим насадком. Какой диаметр должны иметь отверстия, чтобы при поступлении в бак расхода воды уровень поддерживался на высоте

Определить, за какое время произойдет опорожнение сосуда через цилиндрический насадок после прекращения притока воды в бак.

Решение:

Расход воды через отверстие:

Расход воды через насадок:

S

D

Общий расход воды:

откуда

Коэффициент расхода для отверстия То же для цилиндрического насадка

Диаметр цилиндрического отверстия

Время опорожнения сосуда через цилиндрический насадок

г

/площадь днища бака/

де

ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ.

Как указывалось ранее, при изучении курса студентами предусмотрена контрольная работа на разделы «Гидростатика» и «Гидродинамика». Ниже приведены условия задач.

Каждый студент выполняет контрольную работу по индивидуальному заданию. Номера задач, которые студент должен включить в свою работу, устанавливаются по данным таблицы 2 в зависимости от сочетания букв его фамилии. Номер первой задачи устанавливается по первой букве фамилии студента, второй задачи – по второй букве фамилии и т.д.

Если фамилия студента содержит меньше пяти букв, то номера последующих задач устанавливаются по последней букве фамилии.

Вариант исходных числовых данных к задачам устанавливается по последней цифре номера зачетной книжки студента.

Контрольную работу следует выполнять по мере изучения соответствующих тем курса и ознакомления с решением типовых задач, помещенных в разделе методических указаний, а также в списке указанной литературы.

Таблица 2.

Номера задач к заданиям на контрольную работу
Буквы	«Гидростатика»			«Гидродинамика»
	Первая задача (по первой букве фамилии)	Вторая задача (по второй букве фамилии)	Третья задача (по третьей букве фамилии)	Первая задача (по первой букве фамилии)	Вторая задача (по второй букве фамилии)	Третья задача (по третьей букве фамилии)	Четвертая задача (по четвертой букве фамилии)
а, б, в, г, д, е	1	6	11	16	21	26	31
ж, з, и, к, л	2	7	12	17	22	27	32
м, н, о, п, р, с	3	8	13	18	23	28	33
т, у, ф, х, ц, ч	4	9	14	19	24	29	34
ш, щ, ъ, ы, ь, э, ю, я	5	10	15	20	25	30	35