Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2.Общие сведения о гидропневмоприводах. Основные определения.
|
Гидроприводом называется совокупность гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости. Гидропривод, содержащий объемные гидромашины, называется объемным. |
|
Рисунок 5.1 – Схема гидропривода |
Два цилиндра 1 и 2 заполнены жидкостью и соединены между собой трубопроводом. Поршень цилиндра 1 под действием силы перемещается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. Поршень цилиндра 2 при этом перемещается вверх и преодолевает силу . Если пренебречь потерями давления в системе, то по закону Паскаля давление в цилиндрах 1 и 2 будет одинаковым и равным
,
где и - площади поршней цилиндров 1 и 2. Учитывая практическую несжимаемость жидкости, можно записать: или .
Так как величина является расходом жидкости Q, то условие передачи энергии можно представить в виде , где pQ – мощность потока жидкости; мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2.
Основными элементами объемного гидропривода являются:
1 Гидромашины – насосы и гидродвигатели. Насосы служат для подачи (перемещения) жидкости,гидродвигатели – для преобразования энергии подаваемой жидкости в механическую энергию рабочего органа.
2 Гидроаппаратура – это устройства управления гидроприводом, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты от чрезмерно высоких давлений жидкости (дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители).
3 ^ Вспомогательные устройства: фильтры, теплообменники, (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки и гидроаккумуляторы.
4 Гидролинии (трубопроводы): всасывающие, напорные, сливные, дренажные.
5 ^ Контрольно-измерительные приборы: манометры, расходомеры, термометры и др.
Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии. По виду источника энергии гидроприводы разделяют на три типа:
а) насосный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода;
б) аккумуляторный гидропривод – рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора;
в) магистральный гидропривод - в котором рабочая жидкость поступает в гидродвигатель из гидромагистрали.
По характеру движения выходного звена различают объемные гидроприводы:
а) поступательного движения – с поступательным движением выходного звена гидродвигателя;
б) поворотного движения – с поворотным движением выходного звена гидродвигателя на угол меньше ;
в) вращательного движения – с вращательным движением выходного звена гидродвигателя.
Гидропривод, в котором скорость выходного звена гидродвигателя может изменяться по заданному закону, называется регулируемым. В случае отсутствия устройств для изменения скорости – нерегулируемым.
4.Жидкости и газы как рабочие тела
Рабочим телом в гидравлической передаче является жидкость, свойства которой определяют рабочий процесс передачи гидравлической энергии. Физические свойства рабочей жидкости характеризуются удельным весом, сжимаемостью, вязкостью. Кроме этих параметров для оценки жидкости как рабочего тела в гидропередачах необходимо учитывать ее стойкость к механическим воздействиям, химическую стойкость при высоких и низких температурах рабочего диапазона гидросистемы, смазывающие качества и стабильность смазывающих свойств, степень агрессивности к металлам и уплотнительным элементам конструкции, уровни пожароопасности и токсичности при воздействии на человека (самой жидкости и ее паров).
При нагреве гидравлическая жидкость расширяется, как и все жидкости, изменяя удельный вес иплотность. Уравнение Менделеева устанавливает связь между изменением температуры и массой единицы объема жидкости:
где γt - искомый удельный вес при заданной температуре t, γ15 - удельный вес при t = 15 °С; βt - коэффициент объемного расширения (для гидрожидкостей βt = 0,0007).
Сжимаемость жидкости определяется объемным модулем упругости Е, который для гидрожидкостей находится в пределах от 1350 до 1750 МПа. Для воды при относительно небольших давлениях модуль упругости принят равным 1962 МПа. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом относительного сжатия
где V - объем жидкости; ΔV- изменение объема V при изменении давления Δр.
Следовательно, коэффициент β = 1/Е.
Одно из важнейших свойств жидкости называется вязкостью. Вязкость - это способность жидкости сопротивляться скольжению ее слоев друг относительно друга при движении.
Сила трения, которая приходится на единицу поверхности соприкосновения двух скользящих слоев жидкости, при условии, что градиент скорости по нормали равен единице, называется коэффициентом динамической вязкости μ.
Отношение коэффициента динамической вязкости μ к плотности ρ называется коэффициентом кинематической вязкости v. Величины v, μ и ρ связаны между собой следующим соотношением:
Газ как рабочее тело пневмопривода
Физические свойства газа.Рабочим телом в пневмоприводах является рабочий газ (сжатый воздух, азот и др.). Основными параметрами рабочего газа, определяющими его состояние являются: давление, удельный объем (плотность) и термодинамическая температура.
Давлениесжатого воздуха p в магистральных пневмоприводах общего применения обычно не превышает 1 МПа (10 кгс/см2), однако в пневмоприводах с индивидуальными источниками энергии рабочего газа давление может достигать 10 МПа (100 кгс/см2) и более.
Удельный объем газа - это физическая величина, равная отношению объема газа к его массе:
v = V / M, м3/кг, (14.1)
где V - объем газа, м3; M - масса газа, кг.
Удельный объем есть величина обратная плотности ρ, (кг/м3):
v = 1 / ρ. (14.2)
Термодинамическая температураT измеряется вКельвинах (К). Соотношение между температурой, измеренной по шкале Цельсия (оС), и термодинамической температурой определяется равенством
Т = t + 273,15 оС. (14.3)
Для разности температур размер Кельвина и градуса Цельсия одинаков, т.е. Т1 - Т2 = =t1 - t2. Кроме того, из (14.3) следует, что температура t может быть отрицательной, а абсолютному нулю температуры T = 0 соответствует t = - 273,15 оС.
Нормальные условия состояния газахарактеризуются следующими параметрами:
температурой Т = 273,15 К;
давление р = 1013 Па (760 мм рт.ст.).
Параметры состояния газа (р; V; Т) однозначно связаны между собой уравнением состояния идеального газа Клапейрона-Менделеева
pV= MRT (14.4)
или для единицы массы газа
pV =RT, (14.5)
где R – удельная газовая постоянная Дж / (кг∙К).
21. Распределение скоростей в поперечном сечении при ламинарном течении жидкости
Основной задачей гидравлического расчета движения жидкостей через трубы является определение скоростей движения и расхода жидкости.
Решим задачу по определению скоростей движения и расхода жидкости сначала для ламинарного режима движения, т.е. строго упорядоченного, слоистого течения жидкости, а затем для турбулентного режима.
Рассмотрим установившееся движение жидкости в прямой круглой цилиндрической трубе с внутренним диаметром d = 2ro, расположенной горизонтально. Рассмотрим это движение достаточно далеко от входа жидкости в трубу, где поток уже полностью сформировался(рис. 10.2).
Рис. 10.2. Эпюра скоростей при ламинарном движении жидкости
При ламинарном движении наибольшая скорость развивается в центре трубы, наименьшая -у стенок. Закон распределения скоростей в поперечном сечении потока при ламинарном режиме можно установить следующим образом.
Выделим внутри трубы цилиндр сечениями 1–1 и 2–2, цилиндр диаметром 2r и длиной l. Пусть давления жидкости в сечениях равны p1 и p2. Тогда на выделенный цилиндр жидкости действуют силы: P1, P2 – силы давления на торцы цилиндра;T – сила трения, действующая по боковой поверхности цилиндра (рис.10.3).
Рис. 10.3. К выводу закона распределения скоростей
при ламинарном режиме
Так как цилиндр вместе с основной массой жидкости движется прямолинейно и равномерно, то действующие на него силы находятся в равновесии. Запишем уравнение проекций сил на ось движения
P1- P2- T= 0, (10.1)
где P1 = p1pr2; P2 = p2pr2; T = - m2prldv/dr. В этих выражениях r– радиус и v – скорость движения выделенного цилиндра -это переменные величины; m– динамический коэффициент вязкости жидкости.
После подстановки значений переменных в уравнение (10.1) и некоторых преобразований получим
dv= - prdr/2ml,
где p = p1 - p2.
После интегрирования полученного выражения по r в пределах от 0 до ro получаем
v= p(ro2- r2)/4ml. (10.2)
Выражение является законом распределения скоростей по сечению круглой трубы при ламинарном течении. Кривая, изображающая эпюру скоростей, является параболой второй степени.
Максимальная скорость жидкости имеет место в центре сечения трубы (при r = 0)
vmax= pro2/4ml. (10.3)
Определим теперь объемный расход жидкостипри ламинарном течении. Выделим кольцевой слой жидкости толщиной dr, который находится на расстоянии r от оси трубы. Все частицы жидкости этого слоя имеют скорость v, определяемую формулой (10.2). Площадь рассматриваемого кольцевого слоя равна
dF= 2prdr.
Элементарный расход жидкости при этом равен произведению скорости v на элементарную площадь кольцевого слоя dF, т.е. dQ= vdF. Интегрируя это выражение в пределах от r = 0 до r = ro, получим искомое выражение (формулу Пуазейля)
Q= ppro4/8ml. (10.4)
Применим полученный закон распределения скоростей и расхода жидкости для определения средней скорости потока жидкости в рассматриваемом трубопроводе.
Из уравнения неразрывности потока жидкости в трубопроводе
Q= v1F1= v2F2= ... = vсрF = const
определяем среднюю скорость
vср= Q/F= pro2/8ml. (10.5)
Из сравнения максимальной скорости (формула (10.3)) и средней скорости (формула (10.5)) следует, что средняя скорость при ламинарном течении в 2 раза меньше максимальной скорости, т.е.
vср= 0.5vmax. (10.6)
35.Основы струйной теории центробежных насосов.
Эйлером ( 1707 - 1783) была разработана струйная теория центробежных насосов. [3]
При рассмотрении движения газа в рабочем колесе по струйной теории предполагается, что все линии тока имеют одинаковую форму, а лопатки представляют собой отрезки линий тока. Отсюда ввиду осевой симметрии потока следует, что скорость на каком-либо радиусе рабочего колеса постоянна по всей окружности ( фиг. [4]
Методически интереснее рассмотреть работу воздушной завесы с позиций струйной теории. [5]
Решение этой задачи, предложенное Кирхгофом, на основе струйной теории, как было показано, приводит к значению силы лобового сопротивления, почти в два раза меньшему экспериментального.
36.Основное уравнение центробежного насоса
Основное уравнение центробежного насоса может быть использовано для получения его характеристики. Характеристикой насоса принято называть графическую зависимость его действительного напора от подачи Н f ( Q), построенную при постоянной частоте вращения п рабочего колеса. Она во многом определяет эксплуатационные свойства насоса и является важнейшим показателем его работы.
Основное уравнение центробежных насосов было впервые выведено знаменитым математиком и механиком Эйлером ( 1707 - 1783), членом Петербургской академии наук.
Для вывода основного уравнения центробежного насоса прибегаем к некоторым упрощениям. Принимаем, что работа, совершаемая насосом, происходит без гидравлических потерь ( вязкостью жидкости пренебрегаем) и что рабочее колесо насоса имеет бесконечное число лопаток. Струйная теория дает возможность определить теоретический напор насоса. [9]
Для вывода основного уравнения центробежного насоса применим закон изменения момента количества движения к установившемуся течению массы жидкости, протекающей через каналы рабочего колеса. [10]
Для вывода основного уравнения центробежного насоса прибегаем к некоторым упрощениям. Принимаем, что работа, совершаемая насосом, происходит без гидравлических потерь ( вязкостью жидкости пренебрегаем) и что рабочее колесо насоса имеет бесконечное число лопаток. Струйная теория дает возможность определить теоретический напор насоса.
Оно применимо к любым центробежным машинам, в том числе к центробежным компрессорам, газодувкам и вентиляторам. [12]
Уравнение называется основным уравнением центробежного насоса и является одинаковым для всех динамических насосов и гидродвигателей. [13]
Полученное уравнение считается основным уравнением центробежного насоса.
46. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма поршневого насоса