книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин

.включение и выключение стеклянно-ртутиых контактов, при этом шайба Е включает красную лампу при наиболее низком уровне, соответствующем давлению 46,5 кгс/см2 , а шайба А — зеленую

.лампу при наиболее высоком уровне жидкости, соответствующем

управляющего клапанного распределителя 10. При включенном электромагните поток жидкости из полости над обратным кла­ паном распределителя 12 отсекается от верхней полости выпуск­ ного золотника распределителя, в результате чего он занимает верхнее положение и жидкость из баллонов может поступать в магистраль. При выключенном контакторе, следовательно, при обесточенном электромагните действием груза клапаны управ­ ляющего распределителя 10 переключаются, жидкость подается в верхнюю полость выпускного золотника распределителя 12 и баллоны аккумулятора отключаются от магистрали.

Вследствие утечки воздуха давление его может снизиться, что контролируется контактным манометром, последовательно вклю­ ченным в цепь катушки реле, управляющего работой выпускного клапана.

При помощи шайб 8 и С производится управление работой •циркуляционного клапана 13 посредством электромагнита 8 гид­ равлического распределителя 9. В цепь управления включены гвопомогательные реле 5 и 6 с контакторами 4.

МУЛЬТИПЛИКАТОРЫ ДАВЛЕНИЯ

В ряде случаев в исполнительных механизмах требуется по­ лучить давление жидкости значительно больше, чем то, которое -развивает насос. С этой целью используются так называемые мультипликаторы давления, в основу работы которых положен

-р, (- принцип действия дифференци-

^ального поршня (рис. 59), у ко-

=80

ТРУБОПРОВОДЫ

Весьма важными элементами гидросистем являются трубо­ проводы, включающие не только прямолинейные участки, но и всякого рода переходы, закругления, сужения, расширения и пр., оказывающие существенное влияние на режим течения жидко­ сти и на величину гидравлических сопротивлении. Точный учет сопротивлений на основании теоретических расчетов весьма за­ труднен, в связи с чем при проектировании гидросистем в основ­ ном используют данные экспериментальных исследований.

Рассмотрим отдельные элементы гидравлического тракта и установим соответствующие коэффициенты сопротивлений, ко­ торые шнеобходимо принимать во внимание при расчетах.

i

Рис. 60

Прямые участки трубопроводов. Следует различать два случая течения жидкости: в начальном участке, где происходит формирование профиля скоростей, и в трубе с установившимся профилем скоростей. Характер течения жидкости в пределах на­ чального участка зависит от конфигурации входа в трубу, т. е.

п той же скоростью во всех точках сечения (рис. 60). В сечениях, смежных с входом, скорость падает до нуля только в слоях, гра­ ничащих со стенками трубы.

Под действием сил внутреннего трения начальный профиль скоростей изменяется так, что слои жидкости, лежащие ближе к пограничному, приобретают скорость меньшую, а слои, лежа­ щие ближе к центру трубы,— большую, чем скорость при входе. В связи с тем, что количество жидкости, протекающей через раз­ личные сечения трубопровода по его длине одно и то же, средние скорости в них одинаковы.

Профиль скоростей за начальным участком трубопровода зависит от режима течения жидкости и имеет параболическую форму для ламинарного течения и приближенно логарифмичес­ кую или степенную форму — для турбулентного (вихревого) те­ чения. В большинстве случаев течение жидкости по трубопрово­ дам будет турбулентным.

Пр'Н течении жидкости по прямолинейным участкам труб по­ стоянного сечения возникает только сопротивление в виде гидро­ динамического трения. При протекании через фасонные участки появляются главным образом местные сопротивления в резуль­ тате срыва потока, вихреобразования и перераспределения ско­ ростей.

Определим гидродинамическое сопротивление при ламинар­

Согласно закону Ньютона сила трения, отнесенная к единице поверхности,

du

dp

Заменив т из уравнения (37) и интегрируя, найдем

Скорость жидкости у стенок трубы равна нулю, поэтому, при­ няв р = г, имеем

82

Вследствие этого падение давления водяного столба на длине Д/составляет

дя = « д / = ^ д / .

жидкости прямо пропорциональна кинетической энергии едини­

ротивление является функцией шероховатости труб, характеризу­ емой высотой Д неровностей и диаметром D трубопровода. О характере изменения коэффициента сопротивления % можно су­ дить по экспериментальным кривым (рис. 62), полученным Нику-

,0,3614 R e 0 - 2 5

Длина этого участка тем меньше, чем больше относительная шероховатость;

3) в пределах которого кривые расходятся, приближаясь к по­ стоянному для данной шероховатости значению логарифма А,, ие зависящему от числа Re.

I l l режим, называемый квадратичным, характеризуется пос­ тоянством коэффициента сопротивления независимо от числа Re.

чай сужения потока. Геометрическая форма сужения оказывает значительное влияние на величину коэффициента сопротивления. При внезапном сужении входа линии тока искривляются, вследст­ вие чего поток не контактирует со стенкой. Сечение потока про­ должает уменьшаться в пределах некоторого расстояния от места внезапного сужения трубы. В результате вихреобразовання (рис. 63, а) при внезапном сужении возникает сравнительно боль­ шое сопротивление.

84

Предположим, что вход суженной части трубопровода выдви­ нут относительно стенки, закрывающей торец трубопровода боль­ шого диаметра настолько, что влиянием стенки можно прене­ бречь. Толщина входа равна нулю, т. е. вход имеет острую кром­ ку. Тогда для сечений 0—0 и 1 —1, в которых поток имеет установившийся характер, можно написать уравнение Бернуллп, из которого получаем [15]

определенный как отношение потерянного давления к скоростно­ му напору в сечении после входа, будет

хорошо совпадают с экспериментальными данными.

Утолщение кромки, косой срез ее или закругление уменьшают сопротивление входу, или, иначе, «смягчают» вход. Оценку смяг­ чения входа можно дать при помощи коэффициента смягчения л, представив формулу (41) в виде

Опытным путем найдено, что ti при прямом входе зависит от отношения — и — . При этом для — = 0, т. е. когда вход в трубу заподлицо со стенкой и F0 = оо, ^ = 0,5; для острой кромки

— > 0,4, £i = 1. Все остальные случаи для плоского торца трубы,

выдвинутой относительно стенки, имеют промежуточные значе­ ния U1

На величину коэффициента сопротивления входа существен­ ное влияние оказывает экран (стенка) перед входом, если рассто­ яние до него меньше D\. В этом случае

£|экР = £i + A£i.

85

зон (рис. 63, б). В процессе перемешивания жидкости происхо­ дят потери энергии струи.

При равномерном распределении скоростей потери энергии жидкости могут быть оценены коэффициентом сопротивления при гидравлическом ударе:

2

где c'i и vo — средние скорости жидкости соответственно до и по­

условия образования завихрений. Достигнуть этого можно соот­ ветствующим профилированием переходной части трубопровода.

Криволинейные участки трубопроводов. При изгибе трубопровода (колено, от­ вод, обвод) вследствие ис­ кривлений линий тока по­ являются центробежные си­ лы инерции движущейся жидкости, способствующие образованию вихревых зон (рис. 64), и, следовательно, потерям энергии жидкости.

Коэффициент сопротив­ ления зависит от угла поворота потока (угол между осями пря­ молинейных участков трубопровода) и от отношения радиуса искривления оси трубопровода к его диаметру и может быть оп­ ределен по формуле

86

КОЛЕБАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Колебания, возникающие от наличия периодической составля­ ющей давления газа или жидкости, особенно сильно проявляются в местах резкого изменения направления трубопровода, где пуль­ сация давления вызывает значительные реакции. Под действием пульсирующего давления могут возникнуть продольные, крутиль­ ные, горизонтальные и вертикальные колебания трубопровода, причем со значительными амплитудами, если частота возмущаю­ щего воздействия совпадает с одной из частот собственных коле­ баний трубопровода или имеет место акустический резонанс.

колебания насоса

Колебания

трубопровода

Рис. 65

При наличии нескольких гармоник, отличающихся частотой, результирующие вынужденные колебания могут иметь сложную зависимость от времени, причем при совпадении знаков переме­ щений отдельных гармонических составляющих могут появиться всплески пли колебания типа биений.

На рис. 65 показана одна из осциллограмм колебаний корпу­ са насоса и трубопровода, свидетельствующая о возможности по­ явления сложного колебательного процесса со значительными пе­ риодическими динамическими усилениями.

Во время работы гидравлических установок могут быть воз­ буждены и собственные затухающие колебания, например при резком изменении расхода жидкости на сливной линии при тормо­ жении поршня и связанных с ним масс.

Колебания трубопроводов нежелательны, потому что они на­ рушают уплотнения соединений, разрушают отдельные детали трубопровода и элементов опор и, наконец, вредно влияют на ра­ боту элементов гидравлических установок. В связи с этим возни­ кает проблема устранения причин, вызывающих механические колебания в процессе работы гидросистемы или локализации их вблизи источника возмущения с целью предотвращения распрост­ ранения пульсации расхода или давления по трубопроводу.

87

При достаточно большом числе цилиндров изменение скорос­ ти поршня можно принять синусоидальным, потому что влияние высших гармоник на формировании общего расхода жидкости не сказывается. В дальнейшем высшие гармонические составляющие скорости принимать во внимание не будем.

В случае трех цилиндров следует отличать фазу ерь когда по­ дачу осуществляет один плунжер, от фазы ср2, в пределах которой подача осуществляется двумя плунжерами (рис. 66,6); при этом

кривошипов в зоне подачи, вводя для каждого из кривошипов соответствующие фазовые углы. Для многоцнлнндрового насоса

Конкретно для пятпцилиндрового насоса имеем при подаче двумя поршнями

Q5 = Fra [sin(cp + 54°) + sin(cp + 126°)] =

= 2F/co sin54°cos ф = 1,62/vcocosф.

89'