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
1.Введение. Предмет и задачи курса. Краткая история развития науки о гидравлике и пневматике.
Гидравлика – прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкости и разрабатывающая на основе теории и эксперимента способы применения этих законов к решению различных задач инженерной практики.
Слово «гидравлика» произошло от слияния двух греческих слов «хюдор» - вода и «аулос» - труба, канал, струя.
Гидравлика – очень древняя наука. За несколько тысяч лет до нашей эры в Индии, Китае, в Египте, странах Ближнего и Среднего востока уже строились различные гидротехнические сооружения: каналы, платины, водяные колеса. Методов расчета этих сооружений в то время не существовало и определенные достижения в гидротехническом строительстве были возможны благодаря искусству и практическому опыту строителей.
Первым научным трудом в области гидравлики считается написанный примерно за 250 лет до н.э. трактат Архимеда «О плавающих телах», в котором величайший ученый древности сформулировал закон о давлении жидкости на погруженное в нее тело.
Особое развитие гидравлика получила в средние века. В XV веке Леонардо да Винчи написал труд «О движении и измерении воды в тесных сооружениях», опубликованный через 307 лет после его смерти в 1826 году.
В 1586 году голландский ученый Симон Стевин опубликовал работу «Начало гидростатики». В XVI – XVII веках Г. Галилей, Э. Таричелли, Б. Паскаль и И. Ньютон проводили исследования, позволившие разработать основы гидромеханики.
В 1755 – 1756 годах выходят в свет работы Л.П. Эйлера, где впервые приводится полная система дифференциальных уравнений равновесия и движения идеальной ж.
Основоположниками гидравлики как самостоятельной науки являются члены Петербургской академии наук М.В. Ломоносова, Д.И. Бернулли, Л.П. Эйлер. В 1738 году была опубликована работа Д. Бернулли «Гидравлика или записки о силах движения жидкости», в которой установлена зависимость между давлением и скоростью в элементарной струйке идеальной жидкости.
Представляют интерес такие работы Шизе, Вентури, Вейсбаха, Дарси, Базена и Рейнольдса. Труды этих ученых посвящены главным образом изучению турбулентности потоков и установлению общих законов сопротивления движению вязких жидкостей, а также исследованию движения жидкости в трубах, каналах и на водосливах. Большое внимание уделено в них также разработке теории размерности и подобия и постановке лабораторных экспериментов.
В 1791 году вышла в свет первое русское руководство по гидравлике А. Колмакова «Карманная книжка для вычисления количества воды, вытекающей через трубы, отверстие или по желобам, также и силы, какой они ударяют, стремясь с данной скоростью».
В конце XIX – начала XX века появились работы русских ученных: И.С. Громека, предположившего уравнения вихревого движения жидкости; Н.П. Петрова, разработавшего гидродинамическую теорию смазки; Н.Е. Жуковского, создавшего теорию гидравлического удара в трубах.
Большой вклад в развитие гидравлики принесли советские ученые: А.Н.Колмогоров (теория турбулентности), Н.Н Павловский (теория фильтрации, равномерное и неравномерное движение жидкости), И.Н. Куколевский (теория машиностроительной гидравлики), С.А.Христианович (неустановившиеся движения жидкости) и многое другие.
Гидравлику как прикладную инженерную науку широко используют в различных областях техники, она дает методы расчета и проектирования разнообразных гидротехнических сооружений, гидромашин и состоящих из них самых различных гидросистем, которые широко используются в машиностроении, на транспорте, в авиации и других отраслях промышленности.
Для расчета и проектирования таких гидросистем гидромашин, гидроприводов и систем их автоматического регулирования, а также для правильной их эксплуатации, ремонта и наладки нужно иметь соответствующую подготовку в области гидравлики и теории гидромашин. Получить такую подготовку и является основной задачей стоящей перед нашим курсом.
3.Жидкости и их свойства.
Жидкостью называется сплошная среда, образующая способностью легко изменять свою форму под действием даже незначительных сил. Жидкость – агрегатное состояние вещества, сочетающая в себе черты как твердого, так и газообразного состояния. Благодаря легкоподвижности частиц, обусловленной слабостью сил межмолекулярного сцепления, и, следовательно неспособностью воспринимать в состоянии покоя даже малые касательные напряжения, жидкости легко изменяют свою форму, принимая форму того сосуда, в котором они находятся. Эта способность жидкости неограниченна деформироваться под действием сколь угодно малых сил называются текучестью. Это одно из основных свойств жидкостей.
В практических расчетах часто пользуются кинематическим коэффициентом вязкости, представляющим собой отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости.
Кроме перечисленных, жидкости обладают целым рядом свойств, таких как газосодержание, испарение, кипение, теплоемкость и др.,
5. ГИДРОСТАТИКА. Гидростатическое давление и его свойства
Гидравлика делится на два раздела: гидростатика и гидродинамика. Гидродинамика является более обширным разделом и будет рассмотрена в последующих лекциях. В этой лекции будет рассмотрена гидростатика.
Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости и их практическое применение.
Гидростатическое давление
В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением. Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна.
Рассмотрим резервуар с плоскими вертикальными стенками, наполненный жидкостью (рис.2.1, а). На дно резервуара действует сила P равная весу налитой жидкости G = γ V, т.е. P = G.
Если эту силу P разделить на площадь дна Sabcd, то мы получим среднее гидростатическое давление, действующее на дно резервуара.
Гидростатическое давление обладает свойствами:
Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости.
Для доказательства этого утверждения вернемся к рис.2.1, а. Выделим на боковой стенке резервуара площадку Sбок (заштриховано). Гидростатическое давление действует на эту площадку в виде распределенной силы, которую можно заменить одной равнодействующей, которую обозначим P. Предположим, что равнодействующая гидростатического давления P, действующая на эту площадку, приложена в точке А и направлена к ней под углом φ (на рис. 2.1 обозначена штриховым отрезком со стрелкой). Тогда сила реакции стенки R на жидкость будет иметь ту же самую величину, но противоположное направление (сплошной отрезок со стрелкой). Указанный вектор R можно разложить на два составляющих вектора: нормальный Rn (перпендикулярный к заштрихованной площадке) и касательный Rτ к стенке.
Сила нормального давления Rn вызывает в жидкости напряжения сжатия. Этим напряжениям жидкость легко противостоит. Сила Rτ действующая на жидкость вдоль стенки, должна была бы вызвать в жидкости касательные напряжения вдоль стенки и частицы должны были бы перемещаться вниз. Но так как жидкость в резервуаре находится в состоянии покоя, то составляющая Rτ отсутствует. Отсюда можно сделать вывод первого свойства гидростатического давления.
Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях.
В жидкости, заполняющей какой-то резервуар, выделим элементарный кубик с очень малыми сторонами Δx, Δy, Δz (рис.2.1, б). На каждую из боковых поверхностей будет давить сила гидростатического давления, равная произведению соответствующего давления Px, Py , Pz на элементарные площади. Обозначим вектора давлений, действующие в положительном направлении (согласно указанным координатам) как P'x, P'y, P'z, а вектора давлений, действующие в обратном направлении соответственно P''x, P''y, P''z. Поскольку кубик находится в равновесии, то можно записать равенства
P'xΔyΔz=P''xΔyΔz
P'yΔxΔz = P''yΔxΔz
P'zΔxΔy + γΔx, Δy, Δz = P''zΔxΔy
где γ - удельный вес жидкости;
Δx, Δy, Δz - объем кубика.
Сократив полученные равенства, найдем, что
P'x = P''x; P'y = P''y; P'z + γΔz = P''z
Членом третьего уравнения γΔz, как бесконечно малым по сравнению с P'z и P''z, можно пренебречь и тогда окончательно
P'x = P''x; P'y = P''y; P'z=P''z
Вследствие того, что кубик не деформируется (не вытягивается вдоль одной из осей), надо полагать, что давления по различным осям одинаковы, т.е.
P'x = P''x = P'y = P''y = P'z=P''z
Это доказывает второй свойство гидростатического давления.
Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.
Это положение не требует специального доказательства, так как ясно, что по мере увеличения погружения точки давление в ней будет возрастать, а по мере уменьшения погружения уменьшаться. Третье свойство гидростатического давления может быть записано в виде
P=f(x, y, z)
Основное уравнение гидростатики
Рассмотрим распространенный случай равновесия жидкости, когда на нее действует только одна массовая сила - сила тяжести, и получим уравнение, позволяющее находить гидростатическое давление в любой точке рассматриваемого объема жидкости. Это уравнение называется основным уравнением гидростатики.
Пусть жидкость содержится в сосуде (рис.2.2) и на ее свободную поверхность действует давление P0 . Найдем гидростатическое давление P в произвольно взятой точке М, расположенной на глубине h. Выделим около точки М элементарную горизонтальную площадку dS и построим на ней вертикальный цилиндрический объем жидкости высотой h. Рассмотрим условие равновесия указанного объема жидкости, выделенного из общей массы жидкости. Давление жидкости на нижнее основание цилиндра теперь будет внешним и направлено по нормали внутрь объема, т.е. вверх.
Запишем сумму сил, действующих на рассматриваемый объем в проекции на вертикальную ось:
PdS - P0 dS - ρghdS = 0
Последний член уравнения представляет собой вес жидкости, заключенный в рассматриваемом вертикальном цилиндре объемом hdS. Силы давления по боковой поверхности цилиндра в уравнение не входят, т.к. они перпендикулярны к этой поверхности и их проекции на вертикальную ось равны нулю. Сократив выражение на dS и перегруппировав члены, найдем
P = P0 + ρgh = P0 + hγ
Полученное уравнение называют основным уравнением гидростатики. По нему можно посчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления P0 на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.
Из основного уравнения гидростатики видно, что какую бы точку в объеме всего сосуда мы не взяли, на нее всегда будет действовать давление, приложенное к внешней поверхности P0. Другими словами давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости по всем направлениям одинаково. Это положение известно под названием закона Паскаля.
Поверхность, во всех точках которой давление одинаково, называется поверхностью уровня (подробно рассмотрим в п.2.6). В обычных условиях поверхности уровня представляют собой горизонтальные плоскости.
6. Дифференциальные уравнения покоя (равновесия) жидкости. Уравнение Эйлера.
Рассмотрим покоящуюся жидкость в элементарном объеме с размерами dx dy dz
Если считать, что в центре объема давление Р, то в центре левой грани элементарного объема установится давление
В центре правой грани установится давление
Возникает вопрос – какая причина изменения давления (или почему на левой и правой гранях давления различны)? Вероятно на жидкость (выделенный объем) действуют другие силы. Мы часто вспоминали, что сила давления это сила, действующая на поверхность. Действительно, сила давления относится к так называемым поверхностным силам. Кроме поверхностных сил действуют объемные силы (или силы, действующие на все частицы жидкости независимо от того, где они находятся - на поверхности или в центре). В качестве примера можно привести силу тяжести, которая действует на всю жидкость целиком (хотя это могут быть и другие силы – например сила инерции). Таким образом, если мы ограничимся наиболее распространенным случаем, когда на жидкость действуют силы давления и силы тяжести (или инерции).
Мы рассматриваем покоящуюся жидкость, а обязательным условием покоя жидкости является равновесие всех сил. Таким образом равновесие математически формулируется:
Fдавления + Fмассовые = 0
Вспоминая, что сила - это давление, умноженное на площадь, а сила инерции (тяжести) – это масса умноженная на ускорение, получим
где: dy*dz - площадь боковых граней;
a – ускорение (боле правильно называть единичной массовой силой);
r - плотность;
dx*dy*dz – объем.
В результате преобразования этого уравнения для направления вдоль оси х получим:
аналогичные уравнения могут быть получены и для других направлений:
; - Получено Эйлером в 1755 г.
Умножая уравнения на dx, dy, dz соответственно и складывая их левые и правые части получим:
7) Основное уравнение гидростатики
P = P0 + ρgh – основное уравнение гидростатики.
Данное выражение является математическим выражением закона распределения полного абсолютного гидростатического давления в некоторой точке, погружённой на глубину h относительно свободной поверхности, равна сумме внешнего давления P0 на свободную поверхность и давление веса столба жидкости ρgh.
Из основного уравнения гидростатики видно, что какую бы точку в объеме всего сосуда мы не взяли, на нее всегда будет действовать давление, приложенное к внешней поверхности P0. Другими словами давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости по всем направлениям одинаково.
8) Абсолютное и манометрическое давление. Вакуум.
Превышение давления над атмосферным называется манометрическим.
Абсолютное = избыточное + атмосферное
В полном вакууме, абсолютное давление равно 0 бар абс. В атмосфере на уровне моря, абсолютное давление составляет 1 бар абс.
Ва́куум — среда, содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером процесса d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т.д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий (λ/d<<1), средний (λ/d~1) и высокий (λ/d>>1) вакуум.
На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом.
Под физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое вещества пространство.
Вакуум:
9) Равновесие жидкости при относительном покое
Относительный покой – такое движение жидкости, при котором отмечается покой жидкости относительно стенок сосуда.
В расчётах чаще всего надо знать формулу и пространственное положение свободной поверхности жидкости, а также распределение давления в жидкости, находящейся в относительном покое.
Жидкость , заключенная в неподвижный резервуар и находящаяся в равновесии под действием силы тяжести, пребывает в абсолютном покое относительно Земли.
Жидкость может находиться в равновесии и при действии помимо собственного веса других внешних сил, в том числе и сил инерции. Жидкое тело в таком случае будет находиться в относительном покое .
Жидкость может сохранять свое равновесное состояние в том случае,
если внешние силы, действующие в точках граничной поверхности,
направлены только по внутренним нормалям к этой поверхности. Очевидно, что действие силы давления по внешней нормали приводит
к нарушению равновесия, т.к. жидкость не оказывает сопротивления
растягивающим силам.
10) Давление жидкости на плоскую стенку. Сила полного гидростатического давления. Положение центра избыточного давления.
Сила полного гидростатического давления равна
Интеграл представляет собой статический момент площади смоченной поверхности относительно оси y. Глубина погружения центра тяжести:
Точка приложения силы избыточного давления – центр избыточного давления.
Точка приложения силы гидростатического давления будет совпадать с центром тяжести (Ц.Т)
Избыточное давления распространяется не равномерно по площади фигуры.
– момент инерции плоской фгуры
Следовательно центр избыточного давления всегда расположен ниже центра тяжести.
11) Давление жидкости на криволинейные поверхности.
Полное гидростатическое давление в центре тяжести элементарной площадки: , тогда элементарная сила гидростатического давлении на площадку dw равна: )dw и направлена по нормали, проведённой через центр тяжести площадки.
Интегрируем и получаем:
V – объём, занимаемый жидкостью
12. Гидродинамика. Основные сведения о движении жидкости.
Жидкость рассматривается как сплошная легкодеформируемая среда среда. Физ. Процесс довольно сложен, т.к. отдельные частицы движутся по различным траекториям и неописуемым законам. Изучение этих законов связано с большими трудностями. Поэтому в рассмотрение вводится модель.
Идеальная жидкость – абсолютно несжимаемая и лишенная вязкости.
Жидкое тело движется под воздействием внешних сил. Под действием разности энергии в потоках жидкости. Течение жидкости может быть напорным и безнапорным, установившимся и неустановившимся.
Напорным называют течение в закрытых руслах без свободной поверхности, а безнапорным – течение со свободной поверхностью.
Установившимся наз-ся течение жидкости, неизменное по времени, при котором давление и скорость являются функциями только координат, но не зависят от времени. Давление и скорость могут изменяться при перемещении частицы жидкости из одного положения в другое, но в данной неподвижной относительно русла точке давление и скорость при установившемся движении не изменяются по времени, т.е.
где индексы у скорости означают ее проекции на соответствующие оси, жестко связанные с руслом.
Неустановившимся наз-ся течение жидкости, все характеристики которого изменяются по времени в точках рассматриваемого пространства. В общем случае неустановившегося течения давление и скорость зависят как от координат, так и от времени:
Характеристиками потока являются:
- траектории движения жидкостных частиц;
- линия тока.
Траектория – это линия, по которой движется некоторая частица.
Линия тока – это кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлен по касательной. Система линий тока характеризуется направлением потока в данный момент.
Если в движущейся жидкости взять бесконечно малый замкнутый контур и через все его точки провести линии тока, то образуется трубчатая поверхность, называемая трубкой тока. Часть потока, заключенная в трубке тока, наз-ся элементарной струйкой.
13. Средняя скорость потока. Условие сплошности . Гидравлические элементы потока.
Из эпюры скоростей видно, что скорости течения U в разных точках сечения различны. Имея это в виду, для упрощения расчетов в случаях параллельноструйного и плавно меняющегося движения вводят понятие средней для данного сечения скорости течения ν. Определяется она по формуле:
или
Условие сплошности
Если учитывать 3 обстоятельства:
1) проникновение жидкости сквозь стенки трубопровода невозможно;
2) жидкость является несжимаемой;
3) жидкость является сплошным потоком, без образования в нем разрывов;
то можно утверждать, что объем жидкости Q1dt должен быть равен объему Q2dt
Уравнение выражает свойство несжимаемости и неразрывности, другими словами сплошности движущейся жидкости.
Гидравлические элементы потока жидкости
В гидравлике различают следующие характеристики потока: живое сечение, смоченный периметр, гидравлический радиус, расход, средняя скорость.
Живым сечением потока называется поверхность (поперечное сечение), нормальная ко всем линиям тока, его пересекающим, и лежащая внутри потока жидкости. Площадь живого сечения обозначается буквой S. Для элементарной струйки жидкости используют понятие живого сечения элементарной струйки (сечение струйки, перпендикулярное линиям тока), площадь которого обозначают через dS.
Смоченный периметр потока – линия, по которой жидкость соприкасается с поверхностями русла в данном живом сечении. Длина этой линии обозначается буквой χ.
В напорных потоках смоченный периметр совпадает с геометрическим периметром, так как поток жидкости соприкасается со всеми твёрдыми стенками.
Гидравлическим радиусом R потока называется часто используемая в гидравлике величина, представляющая собой отношение площади живого сечения S к смоченному периметру χ:
При напорном движении в трубе круглого сечения гидравлический радиус будет равен:
,
т.е. четверти диаметра, или половине радиуса трубы.
Для безнапорного потока прямоугольного сечения с размерами гидравлический радиус можно вычислить по формуле
.
Свободная поверхность жидкости при определении смоченного периметра не учитывается.
Расход потока жидкости (расход жидкости) – количество жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока.
Различают объёмный, массовый и весовой расходы жидкости.
Объёмный расход жидкости это объём жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Объёмный расход жидкости измеряется обычно в м3/с, дм3/с или л/с. Он вычисляется по формуле
,
где Q - объёмный расход жидкости,
V - объём жидкости, протекающий через живое сечение потока,
t – время течения жидкости.
Массовый расход жидкости это масса жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Массовый расход измеряется обычно в кг/с, г/с или т/с и определяется по формуле
где QM - массовый расход жидкости,
M -масса жидкости, протекающий через живое сечение потока,
t – время течения жидкости.
Весовой расход жидкости это вес жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Весовой расход измеряется обычно в Н/с, КН/с. Формула для его определения выглядит так:
где QG - весовой расход жидкости,
G - вес жидкости, протекающий через живое сечение потока,
t – время течения жидкости.
Чаще всего используется объёмный расход потока жидкости. С учётом того, что поток складывается из элементарных струек, то и расход потока складывается из расходов элементарных струек жидкости dQ.
14. Основные аналитические методы исследования движения жидкости.
Метод Лагранжа
Удобен для исследования движения мат. частицы твердого тела.
Будем считать, что для каждой частицы нам известны зависимости
Тогда, пользуясь ими, можно построить траектории намеченных частиц.
Далее в любой момент времени в любом месте этих траекторий можем найти длину пути, пройденного частицей за время dt. Зная путь и время можем найти скорость в данной точке, а также ускорение любой частицы жидкости в пространстве.
Согласно методу Лагранжа, о потоке жидкости вцелом судят по совокупному рассмотрению траекторий, описываемых частицами жидкости. X, Y, Z представляют собой текущие координаты частиц. Поэтому величины dx, dy, dz рассматриваются как проекции пути на соответствующие координаты.
Метод Эйлера
Представим некоторую область, занятую движущейся жидкостью. Согласно Эйлера мы не следим за движением отдельных частиц жидкости и не интересуемся их траекториями. По этому методу в системе координат намечают неподвижные точки. Здесь x, y и z – координаты неподвижных точек в пространстве.
Рассмотрим момент времени t. Поток представлен векторным полем скоростей, причем каждый вектор относится к определенной неподвижной точке и к данному моменту времени. В момент времени t2 получаем другое поле скоростей.
При неустановившемся движении все поле скоростей изменяется во времени, следовательно компоненты скорости являются функциями не только координат, но и времени
Для установившегося движения поле скоростей остается неизменным во времени
При исследовании жидкости по методу Эйлера геом. характеристиками движения являются линии тока, а не траектории (метод Лагранжа).
Ур-ние линии тока можно составить, пользуясь следующими рассуждениями. Допустим в данный момент времени имеется плоская линия тока ab. Ур-ние этой линии ожжем записать y=f(x).
Дифференцируем его
- ДУ линии тока.
15. Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости
Рассмотрим элементарную струйку идеальной жидкости при установившемся движении, в которой выделим два сечения 1-1 и2-2.Площади живых сечений потока обозначим dω1 и dω2. Положение центров тяжести этих сечений относительно произвольно расположенной линии сравнения (нулевой линии) 0- 0 характеризуется величинами z1и z2. Давления и скорости жидкости в этих сечениях имеют значения P1, P2и u1, u2 соответственно.
Будем считать, что движение струйки жидкости происходит только под действием силы давления (внутреннее трение в жидкости отсутствует), а давление обладает свойствами статического и действует по нормали внутрь рассматриваемого объёма.
За малый промежуток времени dt частицы жидкости из 1-1 переместятся в 1'-1' на расстояние, равное u1dt, а частицы из 2-2 в 2' - 2' на расстояние u2dt.
Согласно теореме кинетической энергии приращение энергии тела (в данном случае выделенного объёма жидкости) равно сумме работ всех действующих на него сил.
Работу в данном случае производят силы давления, действующие в рассматриваемых живых сечениях струйки 1-1 и 2-2, а также силы тяжести. Тогда работа сил давления в сечении 1-1 будет положительна, т.к. направление силы совпадает с направлением скорости струйки. Она будет равна произведению силы p1dω1 на путь u1dt:
.
Работа сил давления в сечении 2-2 будет отрицательной, т.к. направление силы противоположно направлению скорости. Её значение
.
Полная работа, выполненная силами давления, примет вид:
.
Работа сил тяжести равна изменению потенциальной энергии положения выделенного объёма жидкости при перемещении из сечения 1-1 в сечение 2-2. С учётом условия неразрывности потока и несжимаемости жидкости выделенные элементарные объёмы будут равны и, следовательно, будут равны их веса dG:
.
путь за время dt.
элементарный объем.
Работа от сил давления
Приращение кинетической энергии
- ур-ние Бернулли.
· Величину Z называют нивелирной высотой.
· Второе слагаемое - носит название пьезометрическая высота. Эта величина соответствует высоте, на которую поднимется жидкость в пьезометре, если его установить в рассматриваемом сечении, под действием давления P.
· Третье слагаемое в уравнения Бернулли называется скоростной высотой или скоростным напором. Данную величину можно представить как высоту, на которую поднимется жидкость, начавшая двигаться вертикально со скорость u при отсутствии сопротивления движению.
H – гидродинамический напор жидкости.
16. Геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли.
Геометрический смысл уравнения Бернулли:
Положение любой частицы жидкости относительно некоторой произвольной линии нулевого уровня 0-0 определяется вертикальной координатой Z. Для реальных гидравлических систем это может быть уровень, ниже которого жидкость из данной гидросистемы вытечь не может. Например, уровень пола цеха для станка или уровень подвала дома для домашнего водопровода.
· Величину Z называют нивелирной высотой.
· Второе слагаемое - носит название пьезометрическая высота. Эта величина соответствует высоте, на которую поднимется жидкость в пьезометре, если его установить в рассматриваемом сечении, под действием давления P.
· Сумма первых двух членов уравнения - гидростатический напор.
· Третье слагаемое в уравнения Бернулли называется скоростной высотой или скоростным напором. Данную величину можно представить как высоту, на которую поднимется жидкость, начавшая двигаться вертикально со скорость u при отсутствии сопротивления движению.
· Сумму всех трёх членов (высот) называют гидродинамическим или полным напором и, как уже было сказано, обозначают буквой Н.
Все слагаемые уравнения Бернулли имеют размерность длины и их можно изобразить графически.
Значения - нивелирную, пьезометрическую и скоростную высоты можно определить для каждого сечения элементарной струйки жидкости. Геометрическое место точек, высоты которых равны , называется пьезометрической линией. Если к этим высотам добавить скоростные высоты, равные , то получится другая линия, которая называется гидродинамической или напорной линией.
Из уравнения Бернулли для струйки невязкой жидкости (и графика) следует, что гидродинамический напор по длине струйки постоянен.
Энергию жидкости, отнесенную к единице массы, наз-т удельной энергией. Члены ур-ния Бернулли являются различными формами удельной энергии.
gz – удельная энергия положения, т.к. частица жидкости массой ∆m находясь на высоте z обладает потенциальной энергией, равной
- удельная энергия давления, обладает способностью поднять жидкость на высоту
и приобрести потенциальную энергию давления
На единицу массы приходится удельная энергия давления
- удельная кинетическая энергия жидкости.
Т.к. ;
Полная удельная энергии частицы жидкости
Следовательно энергитический смысл ур-ния Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости заключается в постоянстве вдоль струйки полной удельной энергии жидкости. Т.е. ур-ние Бернулли выражает собой закон сохранения мех. энергии в идеальной жидкости.
17. Уравнение Бернулли для потока реальной вязкой жидкости
.
Уравнение называется уравнением Д. Бернулли для потока жидкости и является основным уравнением гидродинамики; с его помощью получены многие расчетные формулы и решается ряд практических задач. Уравнение Бернулли устанавливает математическую связь между основными элементами движения жидкости, т. е. средней скоростью и гидродинамическим давлением.
Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости несколько отличается от уравнения
Дело в том, что при движении реальной вязкой жидкости возникают силы трения, на преодоление которых жидкость затрачивает энергию. В результате полная удельная энергия жидкости в сечении 1-1 будет больше полной удельной энергии в сечении 2-2 на величину потерянной энергии (рис.3.6).
Потерянная энергия или потерянный напор обозначаются и имеют также линейную размерность.
Уравнение Бернулли для реальной жидкости будет иметь вид:
Из рис.3.6 видно, что по мере движения жидкости от сечения 1-1 до сечения 2-2 потерянный напор все время увеличивается (потерянный напор выделен вертикальной штриховкой). Таким образом, уровень первоначальной энергии, которой обладает жидкость в первом сечении, для второго сечения будет складываться из четырех составляющих: геометрической высоты, пьезометрической высоты, скоростной высоты и потерянного напора между сечениями 1-1 и 2-2.
Кроме этого в уравнении появились еще два коэффициента α1 и α2, которые называются коэффициентами Кориолиса и зависят от режима течения жидкости ( α = 2 для ламинарного режима, α = 1 для турбулентного режима ).
Потерянная высота складывается из линейных потерь, вызванных силой трения между слоями жидкости, и потерь, вызванных местными сопротивлениями (изменениями конфигурации потока)
= hлин + hмест
С помощью уравнения Бернулли решается большинство задач практической гидравлики. Для этого выбирают два сечения по длине потока, таким образом, чтобы для одного из них были известны величины Р, ρ, g, а для другого сечения одна или величины подлежали определению. При двух неизвестных для второго сечения используют уравнение постоянства расхода жидкости υ1ω 1 = υ2ω2.
18. ЭЙЛЕРА УРАВНЕНИЕ
В гидромеханике-дифференц. ур-ние движения идеальной жидкости в переменных Эйлера. Если давление р, плотность р, проекции скоростей частиц жидкости и, v, w к проекции действующей объёмной силы X, Y,Z рассматривать как ф-ции координат х, у,z точек пространства и времени t (переменные Эйлера), то Э. у. в проекциях на оси прямоуг. декартовой системы координат принимает вид системы ур-ний:
Решение общей задачи гидромеханики в переменных Эйлера сводится к тому, чтобы, зная X, Y,Z, а также начальные и граничные условия, определить u,w,v,p как ф-ции х, у, z и t. Для этого к Э. у. присоединяют ур-ние неразрывности в переменных Эйлера:
В случае баротропной жидкости, у к-рой плотность зависит только от давления, 5-м ур-нием будет ур-ние состояния (или когда жидкость несжимаема)
19. Режимы движения реальной жидкости
В природе существуют два режима движения жидкости: ламинарный, при котором частицы жидкости в потоке движутся упорядочение в виде несмешивающихся струек или слоев, и турбулентный, при котором частицы жидкости в своем хаотическом движении вдоль потока описывают сложные неупорядоченные траектории, вследствие чего происходит интенсивное перемешивание и частое соударение частиц.
Естественно, что затрата энергии на перемещение определенного количества жидкости вдоль потока будет различна при различных режимах движения. При ламинарном режиме энергия затрачивается только на продольное перемещение частиц жидкости вдоль потока; при турбулентном затрачивается дополнительная энергия на поперечные перемещения частиц жидкости,, связанные с неупорядоченным характером движения.
Поэтому для инженерной практики особенно важно знать, при каком режиме происходит движение частиц жидкости в том или ином потоке.
Осборн Рейнольде предложил установку для экспериментального определения режима движения жидкости. В сосуд наливается вода, которая через открытый раструб 5 горизонтальной стеклянной трубы 6 может выливаться через регулирующий кран 7 на конце трубы. К центру раструба 5 в начальное сечение трубы 6 подводится жидкая краска из сосуда 2 по тонкой трубке 4, с краном 3. Если с помощью крана 7 установить в трубе 6 скорость жидкости меньше некоторого критического значения, то жидкая краска, поступающая из трубки 4 к начальному сечению потока воды, образует в трубе 6 окрашенную нить (тончайшую окрашенную струйку), которая не смешивается с потоком воды по всей длине трубы. Это свидетельствует о ламинарном режиме движения воды в трубе 6.
Если, регулируя краном 7 поток воды в трубе 6, превзойти некоторую критическую величину скорости, то жидкая краска, поступающая в поток, начнет размываться и при достаточно большой скорости равномерно окрасит жидкость в трубе 6. Это будет свидетельствовать о возникновении турбулентного режима. Можно затем, уменьшая скорость воды в трубе, восстановить ламинарный режим движения и т. д.
Установка Рейнольдса позволяет визуально наблюдать режимы движения жидкости, что очень важно для получения правильных физических представлений о происходящих процессах. Однако для инженерной практики очевидно более важным является аналитическое решение задачи определения режимов движения жидкости по некоторым известным параметрам потока. Решение этой задачи основано на применении теории подобия.
20.Гидравлические потери напора при течении жидкости по трубопроводу
Все гидравлические потери энергии делятся на два типа: потери на трение по длине трубопроводов (рассмотрены в п.4.3 и 4.4) и местные потери, вызванные такими элементами трубопроводов, в которых вследствие изменения размеров или конфигурации русла происходит изменение скорости потока, отрыв потока от стенок русла и возникновение вихреобразования.
Простейшие местные гидравлические сопротивления можно разделить на расширения, сужения и повороты русла, каждое из которых может быть внезапным или постепенным. Более сложные случаи местного сопротивления представляют собой соединения или комбинации перечисленных простейших сопротивлений.
Рассмотрим простейшие местные сопротивления при турбулентном режиме течения в трубе.
1. Внезапное расширение русла. Потеря напора (энергии) при внезапном расширении русла расходуется на вихреобразование, связанное с отрывом потока от стенок, т.е. на поддержание вращательного непрерывного движения жидких масс с постоянным их обновлением.
2. Постепенное расширение русла. Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором (рис.4.10). Течение скорости в диффузоре сопровождается ее уменьшением и увеличением давления, а следовательно, преобразованием кинетической энергии жидкости в энергию давления. В диффузоре, так же как и при внезапном расширении русла, происходит отрыв основного потока от стенки и вихреобразования. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора α.
3. Внезапное сужение русла. В этом случае потеря напора обусловлена трением потока при входе в более узкую трубу и потерями на вихреобразование, которые образуются в кольцевом пространстве вокруг суженой части потока (рис.4.12).
4. Постепенное сужение русла. Данное местное сопротивление представляет собой коническую сходящуюся трубу, которая называется конфузором (рис.4.13). Течение жидкости в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления. В конфузоре имеются лишь потери на трение
5. Внезапный поворот трубы (колено). Данный вид местного сопротивления (рис.4.15) вызывает значительные потери энергии, т.к. в нем происходят отрыв потока и вихреобразования, причем потери тем больше, чем больше угол δ. Потерю напора рассчитывают по формуле
где ζкол - коэффициент сопротивления колена круглого сечения, который определяется по графику в зависимости от угла колена δ (рис.4.16).
6. Постепенный поворот трубы (закругленное колено или отвод). Плавность поворота значительно уменьшает интенсивность вихреобразования, а следовательно, и сопротивление отвода по сравнению с коленом. Это уменьшение тем больше, чем больше относительный радиус кривизны отвода R / d рис.4.17). Коэффициент сопротивления отвода ζотв зависит от отношения R / d, угла δ, а также формы поперечного сечения трубы.
22. Турбулентное движение жидкости. Распределение скоростей.
Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости. Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической υ кр.
Значение этой скорости прямо пропорционально кинематической вязкости жидкости и обратно пропорционально диаметру трубы.
где ν - кинематическая вязкость;
k - безразмерный коэффициент;
d - внутренний диаметр трубы.
Входящий в эту формулу безразмерный коэффициент k, одинаков для всех жидкостей и газов, а также для любых диаметров труб. Этот коэффициент называется критическим числом Рейнольдса Reкр и определяется следующим образом:
Как показывает опыт, для труб круглого сечения Reкр примерно равно 2300.
Таким образом, критерий подобия Рейнольдса позволяет судить о режиме течения жидкости в трубе. При Re < Reкр течение является ламинарным, а при Re > Reкр течение является турбулентным. Точнее говоря, вполне развитое турбулентное течение в трубах устанавливается лишь при Re примерно равно 4000, а при Re = 2300…4000 имеет место переходная, критическая область.
При турбулентном режиме движения жидкости в трубах эпюра распределения скоростей имеет вид, показанный на рис. 4.6. В тонком пристенном слое толщиной δ жидкость течет в ламинарном режиме, а остальные слои текут в турбулентном режиме, и называются турбулентным ядром. Таким образом, строго говоря, турбулентного движения в чистом виде не существует. Оно сопровождается ламинарным движением у стенок, хотя слой δ с ламинарным режимом весьма мал по сравнению с турбулентным ядром.
Рис. 4.6. Модель турбулентного режима движения жидкости
23. Потери напора при турбулентном движении жидкости по трубопроводу. Способы их определения.
Основной расчетной формулой для потерь напора при турбулентном течении жидкости в круглых трубах эмпирическая формула, называемая формулой Вейсбаха-Дарси и имеющая следующий вид:
Различие заключается лишь в значениях коэффициента гидравлического трения λ. Этот коэффициент зависит от числа Рейнольдса Re и от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости Δ/d (или Δ/r0, где r0 - радиус трубы).
Впервые наиболее исчерпывающей работы по определению были даны И.И. Никурадзе, который на основе опытных данных построил график зависимости lg(1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r 0. Опыты Никурадзе были проведены на трубах с искусственно заданной шероховатостью, полученной путем приклейки песчинок определенного размера на внутренние стенки трубопровода. Результаты этих исследований представлены на рис. 4.7, где построены кривые зависимости lg (1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r0.
Прямая I соответствует ламинарному режиму движения жидкости.
Далее на графике можно рассматривать три области.
Первая область - область малых Re и Δ/r0, где коэффициент λ не зависит от шероховатости, а определяется лишь числом Re (отмечена на рис.4.7 прямой II ). Это область гидравлически гладких труб. Если число Рейнольдса лежит в диапазоне 4000 < Re < 10(d / Δ э) коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса
Для определения существует также эмпирическая формула П.К. Конакова, которая применима для гидравлически гладких труб
Рис. 4.7. График Никурадзе
Во второй области, расположенной между линий II и пунктирной линией справа, коэффициент λ зависит одновременно от двух параметров - числа Re и относительной шероховатости Δ/r0, которую можно заменить на Δэ. Для определения коэффициента λ в этой области может служить универсальная формула А.Д. Альтшуля:
где Δэ - эквивалентная абсолютная шероховатость.
Третья область - область больших Re и Δ/r0, где коэффициент λ не зависит от числа Re, а определяется лишь относительной шероховатостью (область расположена справа от пунктирной линии). Это область шероховатых труб, в которой все линии с различными шероховатостями параллельны между собой. Эту область называют областью автомодельности или режимом квадратичного сопротивления, т.к. здесь гидравлические потери пропорциональны квадрату скорости.
Определение λ для этой области производят по упрощенной формуле Альтшуля:
или по формуле Прандтля - Никурадзе:
Итак, потери напора, определяемые по формуле Вейсбаха-Дарси, можно определить, зная коэффициент гидравлического сопротивления, который определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re и от эквивалентной абсолютной шероховатости Δэ.
Рис. 4.8. Номограмма Колбрука-Уайта для определения коэффициента гидравлического трения
24.Применение уравнения Бернулли при истечение жидкости через малые отверстия
Закон Бернулли можно применить к истечению идеальной несжимаемой жидкости через малое отверстие в боковой стенке или дне широкого сосуда. Согласно закону Бернулли приравняем полные давления на верхней поверхности жидкости и на выходе из отверстия:
где
p0 — атмосферное давление,
h — высота столба жидкости в сосуде,
v — скорость истечения жидкости,
— гидростатический напор (сумма геометрического напора z и пьезометрической высоты ).
Отсюда:
Это — формула Торричелли. Она показывает, что при истечении идеальной несжимаемой жидкости из отверстия в широком сосуде жидкость приобретает скорость, какую получило бы тело, свободно падающее с высоты h.
Часто уравнение Бернулли записывается в виде:
где
— гидродинамический напор,
— скоростной напор.
25) Уравнение состояния газов
Газы характеризуются значительной сжимаемостью и высоким коэффициентом теплового расширения. Сжатие газов – процесс механического воздействия на них, связанного с изменением объема V и температуры T. В этом случае давление газа определяется функциональной зависимостью:
P=f(V,T) – уравнение состояния газа.
Из термодинамики известно, что для равновесных систем состояние газа является определенным, если известны его основные параметры( объем или плотность, давление и температура). Если процесс протекает при постоянном значении какого либо параметра, то имеем простейший термодинамический процесс. Характерные процессы:
P1/P2=T1/T2 - Уравнение Шарля
P1/P2=V2/V1 -
V1/V2=T1/T2 - Уравнение Гей – Люсака
P*V^k=const
P*V^n=const
k=Cp/Cv
Cp – теплоемкость газа при P=const
Cv – теплоемкость газа при V=const
Существует обобщенный закон состояния газа (Уравнение Клапейрона – Менделеева):
P*V=R*T*m/M=[ню]*R*T
P/[ро]=R*T
26. Компрессоры. Основные характеристики работы поршневого компрессора
Компрессор - аппарат для сжатия воздуха или газа. Компрессоры используются в производстве, там, где непосредственно необходим сжатый воздух (пневматический инструмент, краскопульты и т.д). Кроме того, без компрессора не обходятся и бытовые приборы - холодильные установки, где эксплуатируется принцип охлаждения хладагента при его расширении.
Основные характеристики компрессора - степень компрессии (сжатия) и объем воздуха или газа, который он может нагнетать. Степень сжатия - это отношение максимального выходного давления паров хладагента к максимальному входному.
Наиболее распространены компрессоры двух типов (по принципу действия):
Поршневые - с возвратно-поступательным движением поршней в цилиндрах
Ротационные, винтовые и спиральные - с вращательным движением рабочих частей.
Поршневые компрессоры используются чаще всего. Принцип их работы показан на схеме.
Основные недостатки поршневых компрессоров:
27.Общие закономерности сжатия газов.
pV=RT
pV (в степени n)=const
Для равновесных систем состав газа является определяющим. Если при известных его параметрах рассматриваются основные его состояния, для совершенных газов таким уравнением является уравнение Клайперона-Менделеева.
Показатель политрона pV (в степени n) зависит от отношения подведённого тепла dg к изменению внутренней энергии dU. Если система теплоизалирована то dg=0. В этом случаи имеется адиабатический процесс.
Если температура газа не изменяется показатель политропа равный единице и имеется изотермический процесс.
Система:
p/p(в степени k)=const
p/g=const
dg= dU+d(p/g)+d(W в квадрате/2)+dL(трения)*(U+p/g)=i – энтальпия
dg=0
di+d(Wв квадрате/2)=0
i+ Wв квадрате/2=i(n-ое)
i=Cp*T ;
dg=i+d (Wв квадрате/2)+dh(трения)
Теплота dQ состоит из внешнего и внутреннего тепла : dg=dg(внешн)+dg(внутр)
Если всё тепло выделяется в результате сил трения и поглощается потоком dg= dL(трения) , dg=i+d(Wв квадрате/2)
Во многих случаях внешний теплоприток =0
di+d(Wв квадрате/2)=0
Проинтегрируем последнее выражение : i+(Wв квадрате/2)=i(нулевое)=const
Для термоизолированного потока сумма энтальпии и удельной кинетической энергии есть величина постоянная.
28. Расчёт заторможенного газа.
Параметры газа в состоянии покоя при адиабатическом процессе сжатия без потерь энергии называется параметрами заторможенного газа.
I=Cp*T; i(нулевое)=Cp*T(нулевое)
Cp-теплоёмкость газа при постоянном давлении. T-температура газа.
I(нулевое)-энтальпия заторможенного потока . т.е это значение I когда W=0.
T(нулевое)-температура заторможенного потока.
Cp+T+W в квадрате/2=Cp*T(нулевое)
T=p/g(плотность)*R; T(нулевое)=p(нулевое)/g(плотность нулевая)*R
R-газовая постоянная; R=Cp-Cv. Cv-теплоёмкость газа при постоянном объёме.
Cp/Cp-Cv*p/g(плотность)+W в квадрате/2= Cp/Cp-Cv *p(нулевое)/g(плотность нулевая).
Cp/Cv=K- показатель изоэнтрапии.
В частном случаи для равновесного теплоизолирования системы показатель адиабата равен показателю политропа.
K*Cv/K*Cv-Cv=K/K-1
Для адиабатического процесса давление и плотность газа связанно следующим соотношением: p/p(нулевое)=(g/g(плотность нулевая)) всё в степени K)
Используя уравнение состояния газа можно получить отношение температур при адиабатическом отношении:
T/T(нулевое)=p/p(нулевое)*g(плотность)/g(нулевую плотность)=(g/g(нулевая)) в степени k-1
p/p(нулевое)=(T/T(нулевое)) в степени k/k-1.
29. Течение газа в цилиндрической трубе.
Рассмотрим изотермическое течение газа в цилиндрической трубе.
При изотермическом дозвуковом течения газа скорость движения непрерывно увеличивается. На основании уравнения неразрывности:
g1(плотность)*V1*W1=g2*V2*W2-массовый расход.
Для цилиндрической трубы площадь постоянна: g1*V1=g2*V2
Т.к давление газа вдоль трубы уменьшается должна уменьшаться его плотность, а поэтому должна увеличиваться скорость газа.
Максимальная скорость в конце трубы имеет придел равной скорости звука.
Режим течения газа определяется числом Рейнольдса: Re=V*d/v, v= /
Т.к коэф. Динамич. Вязкости практически не зависит от давления , а зависит только от температуры, то при постоянной температуре =const
Re=V**d/
Т.е при изотермическом течении газа число Re=const вдоль потока.
Запишем ДУ движения газа:
При движении газа в цилиндрической трубе: *W=const
30.Действительный цикл поршневого компрессора. Многоступенчатое сжатие.
Действительный рабочий процесс поршневого компрессора отличается от теоретического главным образом наличием потерь давления во впускном и нагнетательном клапанах. Многоступенчатые компрессоры используют для получения газа высокого давления. Переход газа из ступени в ступень и его охлаждение между ступенями сопровождаются в действительном многоступенчатом компрессоре потерями давления, т. е. давление всасывания каждой последующей ступени меньше давления нагнетания каждой предыдущей ступени.
31.Общие закономерности сжатия газов.
pV=RT
pV (в степени n)=const
Для равновесных систем состав газа является определяющим. Если при известных его параметрах рассматриваются основные его состояния, для совершенных газов таким уравнением является уравнение Клайперона-Менделеева.
Показатель политрона pV (в степени n) зависит от отношения подведённого тепла dg к изменению внутренней энергии dU. Если система теплоизалирована то dg=0. В этом случаи имеется адиабатический процесс.
Если температура газа не изменяется показатель политропа равный единице и имеется изотермический процесс.
Система:
p/p(в степени k)=const
p/g=const
dg= dU+d(p/g)+d(W в квадрате/2)+dL(трения)*(U+p/g)=i – энтальпия
dg=0
di+d(Wв квадрате/2)=0
i+ Wв квадрате/2=i(n-ое)
i=Cp*T ;
dg=i+d (Wв квадрате/2)+dh(трения)
Теплота dQ состоит из внешнего и внутреннего тепла : dg=dg(внешн)+dg(внутр)
Если всё тепло выделяется в результате сил трения и поглощается потоком dg= dL(трения) , dg=i+d(Wв квадрате/2)
Во многих случаях внешний теплоприток =0
di+d(Wв квадрате/2)=0
Проинтегрируем последнее выражение : i+(Wв квадрате/2)=i(нулевое)=const
Для термоизолированного потока сумма энтальпии и удельной кинетической энергии есть величина постоянная.
32)Насосы.Класификация насосов.
Насо́с (разг. водяная помпа, колонка) — гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов.
По назначению: масленые,топливные,водонапорные,кислотные итд.
По роду перекачиваемой жидкости: водяные,керосиновые,бензиновые.
По типу привода: паровые прямодействующие,приводные (поршень насоса плучает движение от того или иного двигателя,например КШМ),турбо насосы(приводится в действие от паровой или газовой турбины),электронасосы.
По конструкции: поршневые,шестерённые,пластинчатые,винтовые,центробежные.
33)Основные технические параметры насосов.
Основными параметрами являются: подача,напор,КПД,мощность,число оборотов,всасывающая способностьЮкавитационный запас,коэффициент быстроходности.
Подача(производительность насоса).Подачей насоса называется обёмное или весовое количество жидкости подоваемое в трубопровод за единицу времени.
Напор насоса-этопревращение удельной механической энергии жидкости которое ей сообщаетснасос,либо это высота столба жидкости на котору способен...
Всасывающая способность или высота всасывания насоса-это высота подъёма жидкости во всасывающем трубопроводе на которую она может подняться в результате создаваемого насосом разряжения.
34)Центробежные насосы.Устройство и принцип действия.
Центробежный насос — насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопаток рабочего колеса на жидкость.
Состоит из:Вал рабочего колеса,рабочее колесо,спиральный корпус,уплотнение выхода вала из корпуса насоса,всасывающий патрубок,нагнетательный патрубок.
Жидкость залитая в насос перед его пуском при вращении рабочего колеса увлекается ллопатками и под действем центробежной силы,а так же сил Кариолиса движется от центра колеса к его переферии по каналам образованным лопатками и через спиральный корпус подаётся в нагнетательный трубопровод, в следствии этого во всасывающем патрубке создаётся разряжение под действием которого жидкость из резервуара подаётся в насос.
37. Рабочая (действительная) характеристика центробежного насоса
В характеристике центробежного насоса (рис. 2.8.) указано изменение напора Н, мощности N, потребляемой насосом, и КПД η в зависимости от подачи Q насоса при неизменной частоте вращения вала.
Режим работы насоса с наибольшим КПД называют оптимальным (Qопт). Область в пределах изменения подачи при небольшом снижении КПД (Q1, Q2) называют рабочей. Насос рекомендуется применять в пределах этих параметров.
Теоретический напор насоса (HТ∞) при бесконечном числе лопаток изменяется линейно в зависимости от изменения подачи. Действительно, с изменением подачи меняется только величина скорости сu2∞ прямо пропорциональная количеству жидкости, проходящей через каналы рабочего колеса. Таким образом, напор HТ∞ как функция от подачи представляется прямой линией (см. рис. 2.8.).
При переходе к реальному насосу напор уменьшается, что обусловлено потерями в связи с конечным числом лопаток (на рис. 2.8. заштрихованная зона 1), потерями напора в каналах насоса (зона 2), потерями на входе в колесо, переходе в отвод и в отводе (зона 3).
Напор насоса обычно наибольший при нулевой подаче на режиме, который называется режимом закрытой задвижки. У некоторых насосов наибольший напор не совпадает с нулевой подачей. Характеристика такого насоса показана на рис. 2.8. пунктиром. Здесь, в области малых подач, работа насоса будет неустойчивой, так как напор не определяет однозначно количество подаваемой жидкости (при одной и той же величине напора может быть подача большая и меньшая).
Нулевому напору насоса всегда соответствуют нулевой КПД и наибольшая подача насоса, так называемая работа насоса на излив, т. е. без преодоления полезных сопротивлений. Мощность, потребляемая насосом при нулевой подаче или нулевом напоре, не равна нулю, так как при этих режимах имеются потери на дисковое трение, рециркуляцию жидкости у входа и выхода из колеса, механические и объемные потери (утечка).
Запуск центробежного насоса производится в режиме закрытой задвижки, так как при этом наименьшая мощность потребляемая насосом, а следовательно и минимальный пусковой ток на обмотке электродвигателя.
38. Общий к.п.д. насоса
КПД насоса есть отношение полезной мощности к мощности, потребляемой насосом
(2.8)
Подобно тому, как это принято для лопастных насосов, для объемных насосов различают гидравлический , объемный и механический КПД, учитывающие три вида потерь энергии: гидравлические — потери напора (давления), объемные — потери на перетекание жидкости через зазоры, и механические — потери на трение в механизме насоса:
(2.9)
(2.10)
(2.11)
где — индикаторное давление, создаваемое в рабочей камере насоса и соответствующее теоретическому напору в лопастном насосе; — потери мощности на трение в механизме насоса; — индикаторная мощность, сообщаемая жидкости в рабочей камере и соответствующая гидравлической мощности в лопастных насосах.
Умножим и разделим уравнение (2.7.8) на и произведем перегруппировку множителей. Получим
(2.12)
т. е. КПД насоса (общий) равен произведению трех частных КПД — гидравлического, объемного и механического.
КПД поршневых насосов зависит от размеров насоса и его конструкции, рода подаваемой жидкости и главным образом от развиваемого им давления. При давлении до 10 МПа η=0,9-0,92; при давлении 30-40 МПа η=0,8-0,85; при этом снижении КПД с увеличением давления зависит не только от конструкции насоса, но и от модуля упругости подаваемой жидкости, который снижается благодаря пузырькам газов.
39.Характеристика трубопровода
Характеристикой трубопровода называется зависимость суммарной потери напора (или давления) в трубопроводе от расхода:
График уравнения простого трубопровода H=f(Q) носит название его гидравлической характеристики.
Вид гидравлической характеристики зависит от режима движения жидкости в трубопроводе: при ламинарном движении жидкости гидравлическая характеристика трубопровода - прямая линия, проходящая через начало координат (1). При турбулентном режиме гидравлическая характеристика - парабола (2).
Если на трубопроводе собранном из труб одинакового диаметра имеются местные сопротивления, то такой трубопровод можно привести к простому трубопроводу эквива длины:
40.) Совместная работа центробежных насосов на трубопроводов.
41) Условия подобия лопастных гидромашин.
42. Регулирование центробежных насосов
Дроссельное регулирование
Каждая насосная установка оснащается запорной задвижкой, устанавливаемой за насосом. При уменьшении расхода в сети возникает необходимость изменить подачу насоса. Прикрывая задвижку, изменяют (увеличивают) сопротивление системы. Создаваемый насосом напор увеличивается. Это приводит к снижению подачи в соответствии с характеристикой насоса.
Дроссельным способом регулирования можно менять подачу в широком диапазоне. Этот вид регулирования прост, надежен и наиболее часто применяется при эксплуатации насосных установок. Но он требует дополнительных затрат энергии на преодоление потерь в задвижке.
Регулирование работы насоса изменением частоты вращения рабочего колеса.
В основе этого способа лежит закон пропорциональности, из которого следует
С помощью этих уравнений можно произвести перестроение характеристики насоса H0=f(Q0) при номинальной частоте вращения рабочего колеса n0 на любую иную частоту вращения ni.
Изменяя число оборотов насоса, можно получить требуемую подачу в сети.
Рассматриваемый способ регулирования не вызывает дополнительных потерь энергии, поскольку напор в сети соответствует напору, развиваемому насосом.
Недостаток этого способа изменения подачи состоит в использовании более дорогого привода насоса с регулируемой частотой вращения.
Для увеличения подачи жидкости осуществляют параллельную работу нескольких насосов. Построение результирующей характеристики такой системы производят путем сложения подач каждого из насосов при одинаковых значениях напоров.
Когда требуется повысить напор в системе, используют последовательное соединение нескольких насосов. В этом случае результирующую характеристику получают сложением напоров каждого из насосов при одинаковых значениях подач.
43. Классификация объёмных насосов
Объемные насосы работают за счёт вытеснения жидкости, изменяя энергию давления. Их делят на следующие типы — поршневые и роторные. Поршневые насосы включают собственно поршневые и плунжерные. В насосах этой группы поршень (или плунжер) совершает возвратно-поступательное движение.
По характеру движения рабочих органов (вытеснителей) роторные насосы подразделяются на вращательные и вращательно-поступательные: к насосам вращательного движения относятся зубчатые (шестеренные, коловратные) и винтовые; к насосам вращательно-поступательного движения — пластинчатые (шиберные) и поршеньковые (радиальные и аксиальные).
Роторные насосы обычно состоят из трех основных частей:
статора (неподвижного корпуса), ротора, жестко связанного с валом, и вытеснителя (одного или нескольких). В некоторых конструкциях ротор одновременно является и вытеснителем.
44. Величины, характеризующие рабочий процесс объёмного насоса
45. Поршневые насосы. Устройство и принцип действия.
Поршневой насос представляет собой машину объемного действия, в которой вытеснение жидкости из замкнутого пространства насоса происходит в результате прямолинейного возвратно-поступательного движения вытеснителей. К поршневым насосам относят также и плунжерные насосы. Они различаются конструкцией вытеснителя и характером уплотнения.
Рассмотрим наиболее характерные конструкции насосов:
Дифференциальные насосы. Насосы двухстороннего действия (рис. 2) имеют одну рабочую камеру 4 со всасывающим 3 и напорным клапанами и вторую рабочую камеру 2 без клапанов. Благодаря тому что за один оборот вала насос два раза нагнетает жидкость, подача его выравнивается.
Насосы двойного действия. Этот насос имеет более равномерную подачу по сравнению с насосами простого действия и дифференциальными благодаря тому, что по обе стороны от цилиндра имеются две рабочие камеры, в каждой из которых находятся нагнетательные 3 и всасывающие 4 клапаны. Поэтому за один оборот коленчатого вала поршень 5 два раза нагнетает жидкость. Воздушный колпак /, соединенный с патрубком 2, при нагнетании существенно снижает пульсацию жидкости.
Кулачковые насосы. В одноцилиндровых насосах (рис. 4, а) поршень 3 приводится в движение кулачком 4, а возвращается в исходное положение с помощью пружины. Ось вращения кулачка смещена относительно его геометрической оси на величину эксцентриситета.. При вращении кулачка поршень совершает в цилиндре возвратно-поступательное движение на пути s=2e; при этом через клапан происходит всасывание, а через клапан 2 — нагнетание жидкости.
Подача в насосах данного типа такая же неравномерная, как в поршневых насосах простого действия с шатунно-кривошипным механизмом. Для выравнивания подачи применяются многопоршневые насосы с числом цилиндров r==3—11 в одном ряду и со смещением фаз их рабочих циклов на угол φ=360°/r. Схема трехцилиндрового насоса представлена на рисунке 4, б. Кулачки 4 расположены в один ряд на приводном валу, а поршни прижимаются к кулачкам с помощью пружин (на схеме не показаны).
Для достижения компактности конструкции кулачковых насосов часто цилиндры располагают радиально с пересечением осей в общем центре (рис. 4, в). Центр вращения кулачка 4 и в данной схеме смещен относительно его геометрической оси на величину е. Контактное давление между поршнем и кулачком 4 уменьшается с помощью башмаков 3. Поршни прижаты к башмакам пружиной 2.
Кулачковые поршневые насосы способны создавать высокие давления. Они применяются в различных гидроприводах, для нагнетания жидкости в гидропрессах, а также в качестве топливных насосов в дизельных двигателях, о которых вы подробно узнаете при изучении автомобилей и тракторов.
46. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма поршневого насоса
Я уверен он сам не знает ответа (так как яндекс не знает и google не знает).
47.Мгновенная подача поршневого насоса. Характеристика объемного насоса.
Насос - это гидравлическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии двигателя, приводящего его в действие, в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости.
Основные особенности объемных насосов следующие:
Наличие рабочих камер (полостей), периодически сообщающихся с всасывающим и нагнетательным патрубками
Нагнетательный патрубок геометрически изолирован от всасывающего.
Подача перекачиваемой жидкости неравномерная.
Количество жидкости, подаваемой насосом, не зависит от развиваемого давления.
Максимальный развиваемый напор теоретически не ограничен и определяется мощностью двигателя, прочностью деталей насоса и нагнетательного трубопровода.
Объемные насосы применяют для извлечения из скважин нефти, перекачивания нефти по трубопроводам, подачи в скважины различных реагентов. Помимо этого насосы объемного действия применяют при промывке и обработке скважин, гидравлическом разрыве пласта, т.е. тогда, когда необходимо перекачивать сравнительно небольшой объем жидкости, содержащий абразивную взвесь, растворенный газ, химически активные компоненты.
Подача объемного поршневого насоса
Где - идеальная секундная подача насоса; -объемный КПД насоса зависящий от его конструкции, абсолютных размеров, частоты ходов, давления насоса. Поскольку не только за счёт объёмных утечек жидкости, но и в связи с ее сжимаемостью, то , где коэффициент подачи. Когда же сжатие жидкости пренебрежимо мало
Степень неравномерности подачи оценивается коэффициентом неравномерности Для снижения коэффициента неравномерности применяют насосы с несколькими поршнями.
48. Роторно-поршневые насосы радиального типа
Роторный насос – это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательного и возвратно-поступательного движения рабочих органов – вытеснителей. Роторно-поступательный насос, в котором вытеснители имеют форму поршней (плунжеров, шаров), а рабочие камеры ограничиваются вытеснителями в цилиндрических полостях ротора, называется роторно-поршневым. В радиальных роторно-поршневых насосах рабочие камеры расположены радиально по отношению к оси ротора.
Принципиальная схема регулируемого радиального роторно-поршневого насоса приведена на рис. 23. Основными элементами его являются статор 1, цилиндровый блок-ротор 6, поршни (плунжеры) 4, исполняющие роль вытеснителей, статорное кольцо, или обойма 2. Роль распределительного устройства выполняет пустотелая ось с уплотнительной перегородкой 5, на которой помещается вращающийся ротор. При вращении последнего в направлении, указанном стрелкой, рабочие камеры своими каналами поочередно соединяются с отверстием 3, через которое жидкость всасывается, и с отверстием 7, через которое происходит нагнетание жидкости.
При проходе рабочих камер насоса через нейтральное положение их каналы перекрываются уплотнительной перегородкой Прижим головок поршней к внутренней поверхности обоймы происходит либо под действием центробежных сил. либо под давлением жидкости, нагнетаемой в полость всасывания вспомогательным насосом, либо с помощью специальных пружин. При перемещении поршней от центра рабочие камеры соединяются с полостью всасывания, а при ходе поршней к центру - с полостью нагнетания.
Обойму 2 можно перемещать относительно подвижной оси 5 ротора и тем самым менять эксцентриситет е, а следовательно, и рабочий объем насоса V.
Рабочий объем насоса определяется по формуле:
где - полезный объем рабочей камеры, или объем несжимаемой жидкости, вытесняемой каждым поршнем при отсутствии утечек через зазоры; d - диаметр цилиндра; е -эксцентриситет, равный половине хода поршня; z - число поршней.
Число рабочих камер в насосе z в одном ряду обычно равно пяти, семи и реже девяти. Цилиндры насоса могут располагаться и в несколько рядов (обычно не более трех), благодаря чему достигается большая подача и большая ее равномерность Кроме того, для увеличения подачи применяются насосы многократного действия, в которых статорное кольцо (обойма) имеет специальный профиль.
Рабочий объем многорядных насосов многократного действия в общем случае определяется формулой:, где i- кратность насоса; m - число рядов.
Минутная подача насоса при частоте вращения л (об/мин) ротора равна:, где - объемный КПД, равный 0,70 - 0,90.
Радиально-поршневые насосы могут быть регулируемыми. Регулирование подачи, а также реверс осуществляется изменением величины и знака эксцентриситета е. Обычно величина е находится в пределах 3-10 мм.
Радиально-поршневые насосы типа HP используют в системе станочных гидроприводов. Они имеют четыре модификации по управлению: НРР и НРРШ - насосы с ручным управлением нереверсивные (насосы НРРШ имеют встроенные шестеренный насос для питания вспомогательных механизмов гидросистемы); НРС и 2НРС - насосы со следящим гидравлическим управлением (НРС - нереверсивный, 2НРС - реверсивный); НРМ и НР4М - насосы с электрогидравлическим механизмом управления на две и четыре подачи, ре версивные; НРД - насосы с управлением по давлению, нереверсивные.
49. Роторно-поршневые насосы аксиального типа
Роторный насос – это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательного и возвратно-поступательного движения рабочих органов – вытеснителей. Роторно-поступательный насос, в котором вытеснители имеют форму поршней (плунжеров, шаров), а рабочие камеры ограничиваются вытеснителями в цилиндрических полостях ротора, называется роторно-поршневым.
Роторно-поршневой насос, у которого ось вращения ротора параллельна осям рабочих камер и вытеснителей или составляет с ними угол менее 45°, называется аксиальным. Аксиальные роторно-поршневые насосы бывают двух разновидностей: насосы с наклонным блоком и насосы с наклонным диском. У первых - ось вращения ведущего вала и ось ротора пересекаются, образуя угол, у второй разновидности насосов оси ведущего вала и ротора совпадают.
Большое распространение, особенно в гидроприводах, получили насосы с наклонным блоком и с двойным несиловым карданом (рис. 19). Упорный диск 1, жестко связанный с валом 6, шарнирно связан со сферическими головками шатунов 2. Другие сферические головки этих шатунов шарнирно заделаны в поршнях 3, которые совершают возвратно-поступательное движение в блоке цилиндров (роторе) 4. Последний приводится во вращение от вала 6 через двойной кардан 7. Подводящий и отводящий трубопроводы присоединяются к неподвижному распределителю 5. При изменении наклона распределителя на угол у относительно вала 6 изменяется ход каждого поршня, а следовательно, и рабочий объем насоса.
В последнее время широко используются также аксиальные роторно-поршневые насосы с наклонным блоком бескарданного типа, в которых передача крутящего момента на ротор осуществляется шатунами, входящими внутрь поршней (рис. 20).
Такая схема позволяет упростить конструкцию и уменьшить размеры ротора, а следовательно, и его момент инерции, что улучшает динамику процесса разгона и торможения машины Кинематика поршня при этом оказывается такой же. как и в приведенной выше схеме с несиловым карданом.
Наиболее перспективными, особенно при работе с небольшими мощностями, являются насосы с наклонным диском. В простейшем насосе такого типа (рис 21) отсутствует как карданная, так и шатунная связь наклонного диска с блоком цилиндров Плунжеры 2 прижаты к нагонному диску 3 при помощи пружин 1. При этом плунжеры своими сферическими концами опираются на диск либо непосредственно (рис 21, а), либо через промежуточный башмак 4 (рис 21, б); применение последнего снижает контактное давление в месте касания плунжером диска.
Модификацией аксиального роторно-поршневого насоса с наклонным диском является насос, схема которого дана на рис. 22. В этом насосе поршни шарнирно связаны с наклон ным блоком, что исключает возможность отрыва поршней от диска
Для всех аксиальных роторно-поршневых насосов характерно торцевое распределение жидкости, т. е. наличие устройства, обеспечивающего попеременное сообщение рабочих камер с полостями всасывания и нагнетания насоса, а также замыкание рабочих камер в промежуточные моменты. Это устройство представляет собой два дугообразных окна 1, выполненных в неподвижном, упорно-распределительном диске 2, одно из которых является всасывающим, а другое - напорным (см. рис. 22). При вращении ротора рабочие камеры сообщаются с этими окнами через отверстия в роторе либо замыкаются, когда отверстия оказываются в перемычках между окнами.
Изменение рабочего объема в регулируемых аксиальных роторно-поршневых насосах осуществляется изменением угла наклона у блока цилиндров или диска, которое может выполняется вручную или автоматически в зависимости от давления насоса.
Рабочий объем насоса с наклонным блоком определяется приближенной формулой:
Рабочий объем насоса с наклонным диском:
где Vk - полезный объем рабочей камеры,D - диаметр окружности, на которой в роторе расположены оси поршней; D1 -- диаметр окружности, на которой в упорном диске расположены центры шарниров шатунов; у - угол наклона блока цилиндров или диска к оси вращения ротора (обычно у = 15 - 20°); z - число поршней (обычно равное 5,7 или 9). Минутная подача насоса при частота вращения ротора в минуту, определяется по формуле
где - объемный КПД, значения которого принимаются равными 0,95 - 0,98.
50. Шестеренные насосы.
Шестеренный насос является представителем роторных насосов вращательного типа. Роторный насос – это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательного и возвратно-поступательного движения рабочих органов – вытеснителей. В роторно-вращательных насосах вытеснители совершают только вращательное движение. Шестеренные насосы выполняются с шестернями внешнего и внутреннего зацепления. Наибольшее распространение имеют насосы с шестернями внешнего зацепления На рис. 15 приведена схема такого насоса. Он состоит из двух одинаковых шестерен - ведущей 2 и ведомой 3, помещенных в плотно охватывающем их корпусе - статоре 1. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, жидкость, заполняющая впадины между зубьями, переносится из полости всасывания в полость нагнетания.
Вследствие разности давлений (p2>p1) шестерни подвержены воздействию радиальных сил, которые могут привести к заклиниванию роторов. Для уравновешивания последних в корпусе насосов иногда устраивают разгрузочные каналы 4. Такие же каналы могут быть выполнены и в самих вторах.
2 1
Рис. 15. Шестеренный насос Рис. 16. Шестеренный насос с гидростатическим прижимом.
В шестеренных насосах высокого давления (свыше 10 МПа) предусматривается гидравлическая компенсация торцевых зазоров, осуществляемая специальными 'плавающими втулками", которые давлением жидкости прижимаются к шестерням. Подвод давления нагнетания по каналу 4 и дренаж через каналы 3 в корпусе о позволяют обеспечить компенсацию торцевого зазора между шестернями 1 и боковыми щеками 2 и 5.
Чаше всего применяются насосы, состоящие из пары прямозубых шестерен с внешним зацеплением и с одинаковым числом зубьев эвольвентного профиля. Для увеличения подачи иногда употребляются насосы с тремя и более шестернями, размещенными вокруг центральной ведущей шестерни.
Для повышения давления жидкости применяются многоступенчатые шестеренные насосы. Подача каждой последующей ступени этих насосов меньше подачи предыдущей ступени. Для отвода излишка жидкости каждая ступень имеет перепускной (предохранительный) клапан, отрегулированный на соответствующее максимально допустимое давление.
Кроме прямозубых шестерен, выполняются насосы с косозубыми и шевронными шестернями. Угол наклона зубьев в шевронных шестернях обычно составляет 20*—25*. Современные шестеренные насосы могут развивать давления до 10-20 МПа. Для приближенных расчетов минутной подачи насосов с двумя одинаковыми шестернями можно пользоваться формулой:
где - объемный КПД насоса, зависящий от конструкции, технологии изготовления и давления насоса и принимаемый равным 0,7 - 0,95; А - расстояние между центрами шестерен, равное при одинаковых шестернях диаметру начальной окружности D; - диаметр окружности головок зубьев; b - ширина шестерен; n - частота вращения ротора, об/мин, или где - внутренний диаметр шестерни.
Для шестерен с нормальным эвольвентным некорригированым зацеплением A== mz, высота головки зуба h=m и где m - модуль зацепления и z - число зубьев шестерни. Для таких шестерен формула принимает вид:
При z < 16 в шестеренных насосах обычно применяется корригированное эвольвентное зацепление, при котором h = m1, a = (z +1) m. Для этого случая имеем:, а рабочий объем насоса . Таким образом, рабочий объем шестеренного насоса пропорционален произведению диаметра D и модуля m. Поэтому для уменьшения габаритов насоса выгоднее при его проектировании выбирать большее значение m и меньшее число z, а следовательно, и D. Однако уменьшение z требует увеличения степени корригирования и увеличивает неравномерность подачи.
Насосы типов НШ и НМШ предназначены для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические системы тракторов, подъемных землеройных, дорожно-строительных, транспортных и других сельскохозяйственных машин. В их числе насосы НШ 10-10-2, НШ32-10-2 и НШ32-32-2 двухсекционные; насосы НМШ 50 и НМШ125 - двухкамерные.
Насосы типа (Ш предназначены для подачи масла, нефти, мазута, дизельного топлива; насосы ШГ-для подачи парафина, нефти, мазута с температурой не менее 100 °С и и до 6-104 м2/с; насосы ШФ предназначены для подачи масла, нефти, дизельного топлива с температурой до 90 °С. Насосы П1-2 и БП1-2 используются в системе станочных гидроприводов.
51. Шиберные (пластинчатые) насосы.
Пластинчатый насос – разновидность шиберных, те. роторно-поступательных насосов с вытеснителями в виде шиберов - пластин. Роторный насос – это объемный насос, в котором вытеснение жидкости производится из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательного и возвратно-поступательного движения рабочих органов – вытеснителей. Пластинчатые насосы бывают однократного, двукратного и многократного действия. Насосы однократного действия могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. Насосы двукратного и многократного действия нерегулируемые
На рис. 17 приведена простейшая схема пластинчатого насоса однократного действия. В корпусе насоса — статоре 1, внутренняя поверхность которого является цилиндрической, эксцентрично расположен ротор 2. представляющий собой цилиндр с прорезями (пазами), выполненными либо радиально, либо под небольшим углом α к радиусу. В прорезях находятся прямоугольные пластины - вытеснители 3, которые при вращении ротора совершают относительно него возвратно-поступательное движение. Под действием центробежных сил или специальных устройств пластины своими внешними торцами прижимаются к внутренней поверхности статора и скользят по ней. При вращении ро тора в направлении часовой стрелки жидкость через окно, расположенное на периферии статора, поступает в насос из всасывающего патрубка 4 и через противоположное окно подается в нагнетательный патрубок 6 (окна на рисунке не показаны). Рабочие камеры в насосе ограничиваются двумя соседними пластинами и поверхностями статора и ротора Уплотнение ротора и пластин с торцов осуществляется плавающим диском, который давлением жидкости прижимается к ротору. Для отделения всасывающей полости от нагнетательной в статоре имеются уплотнительные перемычки 5, размер которых должен быть несколько больше расстояния между краями двух соседних пластин.
Регулирование рабочего объема и реверс подачи пластинчатого насоса однократного действия осуществляются изменением величины и знака эксцентриситета, для чего необходим специальный механизм, смещающий центральную часть статора относительно ротора рис. 17 насос установлен на максимальный эксцентриситет е, что соответствует максимальной подаче.
В пластинчатом насосе двукратного действия подача жидкости из каждой рабочей камеры за один оборот ротора производится дважды. Внутренняя поверхность статора в таком насосе имеет специальный профиль, сходный с эллиптическим, с двумя входными и двумя выходными окнами, расположенными диаметрально противоположно (рис 18).
Возможность регулирования рабочего объема в насосе двукратного действия исключается. Число пластин z для наиболее равномерной подачи рекомендуется выбирать кратным четырем; чаще всего z=12.
Подача пластинчатых насосов определяется следующими выражениями:
для насоса однократного действия
для насоса двукратного действия
Здесь b - ширина пластин в осевой направлении; - толщина одной пластины, α-угол наклона пластин к радиусу в сторону вращения ротора (обычно а = 0 - 150), r-радиус внутренней поверхности статора, е - величина эксцентриситета; r1 и r2 - соответственно большая и малая полуоси внутренней поверхности статора; - объемный КПД, принимаемый равным 0,75 - 0,98.
В СНГ выпускаются нерегулируемые пластинчатые насосы (в однопоточном и двухпоточном исполнении) П2-2М и Г12-ЗМ (74 типоразмера), БГ 12-2М (54 типоразмера) и БГ 12-4 (14 типоразмеров), а также регулируемые насосы Г12-5 (3 типоразмера). Принята следующая система шифровки: F12 или БГ 12 - насос пластинчатый; цифры 2,3 и 4 после дефиса - исполнение насосов нерегулируемых (для регулируемых насосов - цифра 5); последующая цифра - рабочий объем (подача), при двухпоточном исполнении - II ступени, в этом случае рабочий объем (подачу) I ступени обозначают цифры перед буквами, буква М указывает, что насос модернизированный.
Все перечисленные выше насосы предназначаются для нагнетания рабочей жидкости (чистого минерального масла) в гидравлические системы металлорежущих станков, литейного и сварочного оборудования, прессов, автоматических линии и других стационарных машин, работающих в закрытых помещениях.