Содержание

Введение

1. Основные понятия и расчётные формулы

2. Расчёт гидравлической системы

3. Таблицы итогов расчёта

4. Графическая часть

Список использованной литературы

Введение

Гидравлические системы широко применяются в технике, например в летательных аппаратах, системах водоснабжения или отопления промышленных предприятий и жилых домов, транспортировки жидкости от места её добычи или хранения к потребителю (транспортировка нефти по нефтепроводам), в пожарных системах и т. д.

Все перечисленные системы имеют сходный принцип работы, основанный на законах гидравлики.

Гидравлическая система представляет собой набор гидравлических элементов, которые соединены в определённом 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 и замкнутыми (циркуляционными). Система может иметь или не иметь насос (разомкнутая самотечная или замкнутая термосифонная система). Магистраль, по которой жидкость поступает к насосу, называется всасывающей, а магистраль, по которой жидкость движется от насоса, - нагнетающей или напорной.

Топливная система врд

Топливная система ВРД предназначена для подачи топлива в необходимом количестве из топливного бака в камеру сгорания. Система имеет определенный набор гидравлических элементов. Топливо из бака подается насосом к топливному коллектору и далее распределяется по форсункам, расположенным равномерно по окружности камеры сгорания. Для хорошей организации процесса горения топливо должно поступать в камеру сгорания в распылённом состоянии. Качественное распыление топлива происходит при определенном и одинаковом перепаде давление на всех форсунках.

Давление воздуха на свободную поверхность топлива в бак считают равным или большим (в случае организации наддува в бак) атмосферного давления на заданной высоте H полёта. За время полёта уровень топлива в баке уменьшается, что приводит к снижению давления на входе в насос на величину гидростатического давления , где - плотность топлива; - уровень топлива в баке. В связи с этим имеет смысл проводить расчёт для минимального уровня топлива в баке.

Температура топлива за время полёта будет уменьшаться. Так как наступление кавитации в системе более вероятно при большой температуре топлива, расчёт приводят при температуре 45 °C.

Давление воздуха, поступающего в камеру сгорания, больше атмосферного давления , в результате сжатия его во входном устройстве и компрессоре двигателя:

,

где степень повышения давления в двигателе.

Система работает следующим образом. Топливо из топливного бака поступает во всасывающую магистраль, далее минуя различные гидравлические сопротивления, подходит к входу в насос. Давление на входе насоса для избегания кавитации должно быть не менее:

где давление насыщенных паров, Па; - антикавитационный запас, Па.

На выходе насоса должно быть создано давление, достаточное для преодоления гидравлического сопротивления напорной магистрали и создания заданного перепада давления на форсунках с целью качественного распыла топлива.

1. Основные понятия и расчётные формулы

В гидравлике рассматриваются одномерные движения жидкости, а сложный многомерный характер учитывается при использовании эмпирических коэффициентов. Можно сказать, что гидравлика является прикладной наукой, в которой решение доводится до вида, удобного для инженерного применения.

Нужно отметить, что гидравлика изучает движение капельных жидкостей, т.е. таких жидкостей, которые в малых количествах под действием поверхностного натяжения принимает сферическую форму, а в больших – образуют свободную поверхность раздела с газом. Важным свойством капельных жидкостей является то, что они ничтожно мало изменяют свой объём при изменении давления. Поэтому их считают несжимаемыми.

Отсюда можно сделать вывод, что гидравлика рассматривает движение несжимаемой жидкости, т.е. уравнения движения и энергии являются зависимыми и для решения задач достаточно использовать только два основных уравнения: уравнение неразрывности и уравнение энергии. Уравнения и зависимости записываются для контрольного объёма, представляющего собой неподвижный в пространстве объём, через который протекает жидкости. Поскольку гидравлическая система – в общем случае канал с твёрдыми стенками, направляющими движение жидкости, в качестве контрольного объёма выступает либо вся система в целом, либо её участок, ограниченный входным и выходным сечением.

Весть поток жидкости можно разбить на множество элементарных струек с бесконечно малым поперечным сечением, в которых из-за их малости параметры постоянны. Поэтому течение в элементарной струйке является одномерным: параметры зависят только от одной координаты, отсчитываемой вдоль оси струйки.

В поперечных сечениях гидравлических элементов вычисляются средние параметры (скорость, давление), при использовании которых течение в гидравлическом элементе становится таким же, как в элементарной струйке. Таким образом, в гидравлике все гидравлические элементы заменяются элементарными струйками. Метод гидравлики – это метод элементарной струйки.

Изменение параметров в поперечных сечениях гидравлических элементов учитывается в уравнении энергии коэффициентами осреднения (коэффициентами Кориолиса).

Закон сохранения массы в гидравлике записывается в виде уравнения неразрывности.

Для установившегося режима на участке системы, ограниченном сечениями 1-1 и 2-2 (рис. 1, где 0-0 – плотность сравнения; z – высота сечения канала над плоскостью сравнения), оно записывается в виде:

(1)

(2)

где - массовый расход жидкости (масса жидкости, протекающей через поперечное сечение канала в единицу времени), кг/с; - плотность жидкости, представляющая массу жидкости, заключённую в единице объёма, кг/м³; - среднерасходная скорость жидкости в сечении, м/с; - площадь поперечного сечения канала, м² .

Индексы 1 и 2 в уравнении (1) и в последующих уравнениях обозначают параметры в сечениях входа и выхода соответственно.

Для несжимаемой жидкости плотность постоянна в любой точке потока, ввиду чего уравнение неразрывности может быть записано в виде:

(3)

(4)

где - объёмный расход жидкости, м³/с.

Из уравнения (4) следует, что объём жидкости, протекающий через все сечения выделенного участка системы в единицу времени, один и тот же. Приведённая запись уравнения неразрывности пригодна для участка, по длине которого нет подвода или отвода жидкости.

Для разветвленного участка, изображённого на рис.2, уравнение неразрывности имеет вид:

или (5)

Уравнение энергии в гидравлике записывается в форме, которая называется уравнением Бернулли. Применительно к рис.1 это уравнение записывается следующим образом:

Па, (6)

где - энергия положения единицы объёма жидкости в сечении, находящемся на высоте от плоскости сравнения 0-0, Па (см. рис.1); - энергия давления единицы объёма жидкости в сечении, Па; - кинетическая энергия единицы объёма жидкости в сечении, Па; - коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность распределения кинетической энергии по сечению; - ускорение свободного падения (=9,81 м/с² ); - среднерасходная скорость потока в сечении, м/с; - потери механической энергии единицы объёма жидкости в участке системы, между сечениями 1-1 и 2-2 за счёт местных и (или) путевых сопротивлений, Па.

В практических расчетах принимают, что при ламинарном течении в круглой трубе распределение скорости по сечению трубы (профиль скорости) представляет параболу, а коэффициент Кориолиса равен 2. При турбулентном течении профиль скорости близок к равномерному и =1.

Полное давление (давление торможения) определяется как

,

А величину называют потерями полного давления на длине выделенного участка системы.

Различают два вида потерь полного давления на гидравлическом сопротивлении – местные и путевые, которые связаны формулой:

.

Местные потери проявляются в местах изменения формы, размеров каналов или изменения направления движения потока, вычисляются по формуле Вейсбаха:

(7)

где - коэффициент местного сопротивления, значение которого обычно определяется по справочным данным, в которых указывается сечение, определяющее потери; - среднерасходная скорость в определяющем сечении.

Путевые потери – потери полного давления по длине трубы с полной осью. Они вычисляются по формуле Дарси:

(8)

где - коэффициент путевых потерь (коэффициент Дарси); - длина трубы, м; - диаметр трубы, м.

Значения коэффициента Кориолиса и коэффициентов потерь зависят от режима течения жидкости на рассматриваемом участке системы. Различают ламинарный и турбулентный режимы течения: при ламинарном режиме частицы жидкости движутся по почти параллельным траекториям со слабым перемещением слоёв; в турбулентном течении наряду с главным направленным движением частицы жидкости совершают беспорядочные, хаотичные перемещения в продольном и поперечных направлениях. Поэтому турбулентное течение всегда сопровождается интенсивным перемешиванием жидкости и пульсациями скорости и давления.

Режим течения жидкости в круглой трубе характеризуется числом Рейнольдса:

(9)

где - плотность жидкости, кг/м³; - среднерасходная скорость жидкости в трубе, м/с; - диаметр трубы, м; - динамический коэффициент вязкости, Па·с; - кинематический коэффициент вязкости, м²/с.

Динамический коэффициент вычисляется по формуле:

(10)

Значения и определяются по справочным данным в зависимости от температуры и давления жидкости. В большинстве случаев их зависимостью от давления можно пренебречь.

Ламинарный режим течения существует устойчиво при числах Рейнольдса Re ≤ 2300; при Re > 2300 ламинарное течение теряет устойчивость, при 2300 < Re < 4000 существует переходный режим течения, а при Re > 4000 течение становится турбулентным.

При ламинарном течении коэффициент путевых потерь определяется по формуле Пуазейля:

. (11)

При турбулентном течении на величину потерь влияет не только число Рейнольдса, но и шероховатость внутренней поверхности трубы, При умеренных числах Рейнольдса вблизи стенки трубы течение ламинарное, так как стенка подавляет пульсации скорости. Эта ламинарная плёнка на стенке называется ламинарным пограничным подслоем. Пока ламинарный подслой покрывает бугорки поверхности, бугорки шероховатости, потери обусловлены только внутренним трением в жидкости. Трубы при таком течении называются гидравлически гладкими, а коэффициент путевых потерь вычисляется по формуле Блазиуса:

(для Re ≤ 10⁵) (12)

или по формуле Конакова:

для (Re ≤ 3·10⁶) (13)

С увеличением числа Рейнольдса ламинарная стенка становится тоньше, высокие бугорки шероховатости выступают из неё и увеличивают сопротивление движению жидкости. Гидравлические потери в этом случае зависят от числа Рейнольдса и относительной шероховатости трубы. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к разрушению ламинарной стенки и потому величина гидравлических потерь перестаёт зависеть от числа Рейнольдса и определяется только относительной шероховатостью поверхности трубы. Таким образом, одна и та же труба в зависимости от режима течения жидкости может быть гидравлически гладкой или шероховатой. Во многих технических задачах можно полагать, что трубы гидравлически гладкие.

Если труба не круглая, то в качестве характерного размера, определяющего число Рейнольдса, вместо диаметра используют гидравлический диаметр:

(14)

где - площадь поперечного сечения трубы, м ²; - смоченный периметр, т.е. участок периметра сечения трубы, на котором жидкость соприкасается с её стенками.

Нетрудно показать, что для круглой трубы , так как в этом случае

, а

Для полностью заполненной потоком жидкости трубы прямоугольного сечения формула примет вид:

(15)

где и - стороны сечения прямоугольной трубы, м.

Если труба прямоугольного сечения заполнена потоком жидкости на высоту , то формула примет вид:

(16)

Для кольцевого канала гидравлический диаметр вычисляется по формуле:

(17)

где - ширина кольцевого канала, м.