1 сем / экз

Уравнение Бернулли можно записать и в другом виде, умножим обе части уравнения на g получим:

5.Сформулируйте принцип (закон) Д. Бернулли течения жидкости. Назовите известные Вам устройства, работа которых основана на этом принципе.

Закон в выводе

6.Охарактеризуйте ламинарное и турбулентное течения. Назовите общие характеристики турбулентного течения.Изобразите, поясните и сопоставьте профили скоростей в трубопроводе при различных режимах течения.

Для определения режима течения жидкости необходимо определить критерий Рейнольдса по

характеристический размер трубопровода (например, диаметр), ρ — плотность жидкости, µ

— динамический коэффициент вязкости жидкости.

Re < 2300 – ламинарный режим, 2300 < Re < 10000 – переходный режим, Re > 10000 –

развитый турбулентный режим.

При ламинарном режиме следуют следующие допущения :

•Считается, что движение жидкости установившиеся I(∂∂wτ = 0);

•Поток сплошной, нет включений твердой или газовой фазы;

•Вязкость жидкости постоянна, тк вязкость зависит от температуры, то поток изотермический.

7.Изобразите зависимость коэффициента гидравлического трения от числа Рейнольдса и

шероховатости стенок прямых труб. Охарактеризуйте режимы сопротивления. Гидравлический коэффициент трения Iλ в общем случае зависит от геометрических и физических условий на границах потока (формы поперечного сечения и шероховатости стенок) и числа Рейнольдса Re. Общий характер зависимости λ от числа Re и шероховатости

стенок для круглых труб по данным опытов Никурадзе показан на рис.8.1. В этих опытах шероховатость создавалась искусственно и оценивалась средним размером выступа ∆х Различаются следующие режимы течения: 1 - ламинарный; 2 - гладкостенный турбулентный; 3 – доквадратичный турбулентный; 4 - квадратичный турбулентный.

1-2 - зоны ламинарного и гладкостенного режимов; 3-4 - зоны доквадратичного и квадратичного сопротивлений; К-К - нижняя граница квадратичного режима; А - расчет по

8.Назовите и охарактеризуйте гидродинамические режимы течения жидкостей в изогнутых трубах (змеевиках). Каковы в данном случае особенности зависимости коэффициента трения от скорости жидкости по сравнению с аналогичной зависимостью при течении в прямых каналах?

•Ламинарное теч без вторичной циркуляции(при низких I и IRe)

•Ламинарное теч с вторит цирк (при Re>Reпр) Вторичная циркуляция - цирк в сер змеевика

•Турбулентное

Взмеевике переход от одного режима течения к другому происходит плавно

9. Опишите явление гидродинамической кавитации. Как избежать кавитации в трубопроводах и в быстроходных гидравлических машинах - насосах?

Абсолютное давление на входе в рабочее колесо насоса должно быть больше упругости насыщенных паров перекачиваемой жидкости при данной температуре. Если это условие не соблюдается, начинается парообразование, уменьшается производительность насоса. Пределом является разрыв потока жидкости, после чего насос перестает подавать жидкость. Явления, происходящие в насосе при парообразовании в начальной стадии и вплоть до прекращения работы, носят общее название - кавитация.

При длительной работе насоса в условиях кавитации рабочее колесо и корпус начинают разрушаться.

Кавитация представляет собой сложный комплекс явлений:

1. Выделение пара и растворенных газов из жидкости в тех областях, где давление жидкости равно или меньше давления насыщенных паров.

2.Местное повышение скорости движения жидкости в том месте, где возникло парообразование, и беспорядочное движение жидкости.

3.Конденсация пузырьков пара, увлеченных потоком жидкости в область повышенного давления. Конденсация каждого из пузырьков приводит к резкому уменьшению объема и гидравлическому удару в микроскопических зонах. Многократно повторяющиеся механические воздействия при конденсации пузырьков вызывают процесс разрушения материала колеса и корпуса, что является наиболее опасным следствием кавитации.

4.Химическое разрушение металла в зоне кавитации кислородом воздуха, выделившегося из жидкости при прохождении ее в зонах пониженного давления. Это процесс коррозии. Явления кавитации сопровождаются характерным потрескиванием в области всасывания, шумом и вибрацией насоса.

Кавитация уменьшает кпд, напор и производительность насоса. При сильном развитии кавитации насос полностью прекращает работу.

От действия кавитации поверхность деталей становится шероховатой и губчатой, что способствует быстрому истиранию деталей механическими примесями в жидкости. Особенно сильно кавитационному разрушению подвержены чугун и углеродистая сталь. Наиболее устойчивы - нержавеющие стали и бронза.

Методы предотвращения:

• Изм конструкции деталей для предотвращения образ полостей

• Прим защитных покрытий

10.Как влияет температура перекачиваемой жидкости на предельно допустимую высоту всасывания насоса? Ответ обоснуйте анализом формулы для расчёта максимально допустимой высоты всасывания.

Давление насыщенного пару воды ht в зависимости вот ее температуры, можно взять из табл.

11.Что называют характеристиками насоса и что - характеристикой гидравлической сети? Покажите, как определить напор и полезную мощность центробежного насоса при работе его в сети.

Характеристика насоса-зависимость напора насоса, потребляемой мощности и КПД насоса от производительности при постоянном числе оборотов Характеристика гидравлической сетисовокупность гидравлических характеристик всех элементов (резервуаров, трубопроводов, фильтров, насосов)

Напор : Н=Нг+ 2ρg 1+hг

Полезная мощность Nполез=H Vρg

12.Изобразите графически и сопоставьте зависимости между производительностью и напором для центробежного и поршневого насосов. Как наиболее просто регулировать подачу той и другой машины?

У ЦБ насоса с увеличением производительности при n=const напор насоса уменьшается. Небольшой начальный участок кривой H = f(Q), где Н возрастает с увеличением Q, соответствует неустойчивой работе насоса.

Производительность поршневого насоса постоянна и не зависит от напора. Реальная характеристика не совпадает с теоретической вследствие увеличения утечек жидкости через неплотности с повышением давления.

Поршневые: «+»: Могут достигать высоких напоров. Сравнительно высокий КПД (0,7-0,9).

«-» : Небольшая производительность. Периодичность нагнетания. Всегда есть передача => увеличение потребляемой мощности. Большие массивные фундаменты.

Применяется для перекачивания высоковязких, огне- и взрывоопасных жидкостей, а также при дозировании жидких сред.

ЦБ:

«+»: Высокая производительность. Равномерная подача. Малое влияние передачи (практически нет трущихся частей). Легко регулируется производительность. Компактный. «-»: КПД на 10-15% ниже поршневых насосов. Невысокий напор. Нужно перед пуском заливать жидкость. Напор уменьшается с ростом производительности. Для высоких напоров нужны многоступенчатых ЦБ.

Применяются для перекачивания низковязких жидкостей, т. к. у них оптимальное сочетание между производительностью и напором.

Одним из приемов расширения области применения центробежных насосов является изменение их числа оборотов.

Скорость вращения ротора центробежного насоса существенно влияет на его основные показатели: подачу Q, напор Н и мощность на валу насоса N.

При изменении скорости вращения ротора центробежного насоса с n1 до n2 оборотов в минуту подача, напор и мощность на валу изменяются в соответствии с уравнениями:

13.В каких случаях целесообразно параллельное, а в каких последовательное соединение нескольких центробежных насосов? Ответ проиллюстрируйте соответствующими графиками.

Последовательное соединение насосов обычно применяется для увеличения напора в тех случаях, когда один насос не может создать требуемого напора. При этом подача насосов одинакова, а общий напор равен сумме напоров обоих насосов, взятых при одной и той же подаче. Следовательно, суммарная характеристика насосов I + II(рис.) получается сложением ординат кривых напоров IuII обоих насосов. Пересечение суммарной характеристики насосов с характеристикой насосной установки даст рабочую точку IA, которая определяет подачу IQ и суммарный напор IHI + HII обоих насосов. Проведя через точку IA вертикальную прямую получим на пересечении ее с кривыми напоров IuII напоры насосов IHI + HII. При последовательном соединении насосов жидкость, подводимая к насосу II, имеет значительное давление. При этом давление в насосе II,может превысить величину, допустимую по условиям прочности. В этом случае насос II, следует размещать отдельно от насоса I, в такой точке напорного трубопровода, в которой давление жидкости снижается до безопасного для насоса II, значения. Эту точку можно определить, построив пьезометрическую линию напорного трубопровода.

Параллельное соединение насосов обычно применяют для увеличения подачи. Насосы, работающие параллельно на один длинный трубопровод, обычно устанавливают близко один от другого, в пределах одного машинного зала. На рис. слева показана схема такой установки двух насосов. Так как насосы IuII находятся близко один от другого, а трубопровод, на который они работают, длинный, можно пренебречь сопротивлением подводящих и напорных трубопроводов до узловой точки O. Пусть приемные уровни обоих насосов одинаковы. При этом напор насосов одинаков, так как одинаково давление в точке O, создаваемое обоими насосами. Заменим оба насоса одним, имеющим подачу, равную сумме подач обоих насосов, взятых при одинаковом напоре. При такой замене режим работы насосной установки не изменится. Для получения характеристики этого насоса или суммарной характеристики двух насосов, следует сложить абсциссы точек кривых напора

IH = f (Q) обоих насосов, взятых при одной и той же ординате. Иными словами, следует сложить кривые напоров IuII обоих насосов по горизонтали. Пересечение суммарной характеристики I + II с характеристикой насосной установки даёт рабочую точку IA.

При движении поршня 1 вправо в рабочей камере насоса создаётся разрежение, нижний клапан 4 открыт, а верхний клапан 5 закрыт – происходит всасывание жидкости. При движении в обратном направлении в рабочей камере создаётся избыточное давление, и уже открыт верхний клапан, а нижний закрыт – происходит нагнетание жидкости. Герметичность обеспечена установленными на поршне сменными уплотняющими кольцами

4.

Достоинства:

•высокий (по сравнению с динамическими насосами) напор (используемые при добыче нефти поршневые насосы 9Т создают напор до 3 000 м);

•простота конструкции.

Недостатки:

•низкая (по сравнению с динамическими насосами) производительность; • неравномерность подачи (пульсации напора);

•проблема герметизации поршня;

•низкий КПД вследствие инерции поршня и трения.

Области применения

В настоящее время поршневые насосы используются в системах водоснабжения, в пищевой и химической промышленности, в быту. Область применения насоса определяется значениями его номинальной производительности и напора, с этой точки зрения поршневой насос может быть использован там, где не так важна высокая производительность, но требуется значительный напор.

Способы снижения неравномерности подачи:

•установка на нагнетательной трубе гидроаккумулятора (воздушного колпака);

•использование дифференциального поршневого насоса или насоса многократного действия.

2.Изобразите схему устройства и опишите действия плунжерного насоса простого действия; сопоставьте его с насосами других типов.

Принцип работы

При движении плунжера 1 вправо в рабочей камере насоса создаётся разрежение, нижний клапан 4 открыт, а верхний клапан 5 закрыт – происходит всасывание жидкости. При движении в обратном направлении в рабочей камере создаётся избыточное давление, и уже открыт верхний клапан, а нижний закрыт – происходит нагнетание жидкости. Герметичность обеспечена установленным на цилиндре сальниковым уплотнением 4.

Достоинства:

•наибольший из всех рассматриваемых насосов напор (до 10 000 м);

•простота конструкции;

•проблема герметичности стоит не столь остро по сравнению с поршневыми насосами.

Недостатки:

•низкая (по сравнению с динамическими насосами) производительность; • неравномерность подачи (пульсации напора);

•низкий КПД вследствие инерции плунжера и высокого трения.

Области применения

Область применения плунжерных насосов в целом сходна с областью применения поршневых насосов, определяется значениями его номинальной производительности и напора. С этой точки зрения плунжерный насос может быть использован там, где не так важна производительность, но требуется высокий напор. Сальниковое уплотнение, обеспечивая герметичность насоса, позволяет использовать его при больших напорах, чем поршневые насосы. В то же время, большая инерция плунжера и высокое трение в сальниковом уплотнении приводит к ещё большему, чем в поршневых насосах, снижению КПД.

3.Изобразите схему устройства и опишите действие поршневого (или плунжерного) насоса двойного действия; сопоставьте его с насосом простого действия.

4.Изобразите схему устройства и опишите действие мембранного (диафрагмового) насоса; назовите область его применения.

Принцип работы

В диафрагмовом (мембранном) насосе роль поршня выполняет гибкая пластина – диафрагма (называемая также мембраной), закреплённая по краям и изгибающаяся под действием рычажного механизма (рис. 14,а) или переменного давления среды. Во втором случае давление среды может создаваться сжатым воздухом, либо другим насосом, например, плунжерным (рис. 14,б). Таким образом, диафрагма может выполнять защитные функции, предохраняя плунжер или поршень насоса от контакта с перекачиваемой средой.

Достоинства:

Преимущество диафрагмового насоса перед поршневыми и плунжерными заключается в возможности перекачивания агрессивных и загрязнённых сред.

Недостатки:

Помимо присущих поршневым и плунжерным насосам недостатков, к недостаткам диафрагмового насоса следует добавить износ диафрагмы.