Гидравлическое сопротивление

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Гидравлика и гидропривод»

Выполнил:

Студент 3 курса ФАТ

Мещеряков Юрий Евгеньевич

Шифр:ЭТМбз-14-995

МУРМАНСК, 2017

1. Местные сопротивления. Внезапное расширение, внезапное сужение, диафрагма, диффузор, конфузор, задвижка, поворот русла, отвод

Все гидравлические потери энергии делятся на два типа: потери на трение по длине трубопроводов 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. пневмопередача энергия сопротивление гидравлический пневмопередача энергия сопротивление гидравлический

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.

Рис. 1.1. Внезапное расширение трубы

При внезапном расширении русла (трубы) (рис1.1.) поток срывается с угла и расширяется не внезапно, как русло, а постепенно, причем в кольцевом пространстве между потоком и стенкой трубы образуются вихри, которые и являются причиной потерь энергии. Рассмотрим два сечения потока: 1-1 - в плоскости расширения трубы и 2-2 - в том месте, где поток, расширившись, заполнил все сечение широкой трубы. Так как поток между рассматриваемыми сечениями расширяется, то скорость его уменьшается, а давление возрастает. Поэтому второй пьезометр показывает высоту на ДH большую, чем первый; но если бы потерь напора в данном месте не было, то второй пьезометр показал бы высоту большую еще на h_расш. Эта высота и есть местная потеря напора на расширение, которая определяется по формуле:

где S1, S2 - площадь поперечных сечений 1-1 и 2-2.

Это выражение является следствием теоремы Борда, которая гласит, что потеря напора при внезапном расширении русла равна скоростному напору, определенному по разности скоростей

Выражение ( 1 - S₁/S₂ )² обозначается греческой буквой ж (дзета) и называется коэффициентом потерь, таким образом

Постепенное расширение русла. Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором (рис.1.2). 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 б.

Рис. 1.2. Постепенное расширение трубы

Кроме того, в диффузоре имеются и обычные потери на терние, подобные тем, которые возникают в трубах постоянного сечения. Полную потерю напора в диффузоре рассматривают как сумму двух слагаемых:

где h_тр и h_расш - потери напора на трение и расширение (вихреобразование).

где n = S₂/S₁ = ( r₂/r₁ ) ² - степень расширения диффузора. Потеря напора на расширение h_расш имеет ту же самую природу, что и при внезапном расширении русла

где k - коэффициент смягчения, при б= 5…20°, k = sinб.

Учитывая это полную потерю напора можно переписать в виде:

откуда коэффициент сопротивления диффузора можно выразить формулой

Рис. 1.3. Зависимость ж_диф от угла

Функция ж = f(б)имеет минимум при некотором наивыгоднейшем оптимальном значении угла б, оптимальное значение которого определится следующим выражением:

При подстановке в эту формулу л_Т =0,015…0,025 и n = 2…4 получим б_опт = 6 (рис. 1.3.).

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.1.4.).

Рис. 1.4. Внезапное сужение трубы . Конфузор

Полная потеря напора определится по формуле ;

где коэффициент сопротивления сужения определяется по полуэмпирической формуле И.Е. Идельчика:

в которой n = S₁/S₂ - степень сужения.

При выходе трубы из резервуара больших размеров, когда можно считать, что S₂/S₁ = 0, а также при отсутствии закругления входного угла, коэффициент сопротивления ж_суж = 0,5.

Постепенное сужение русла. Данное местное сопротивление представляет собой коническую сходящуюся трубу, которая называется конфузором (рис.1.5.). Течение жидкости в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления. В конфузоре имеются лишь потери на трение

где коэффициент сопротивления конфузора определяется по формуле

в которой n = S₁/S₂ - степень сужения. Небольшое вихреобразование и отрыв потока от стенки с одновременным сжатием потока возникает лишь на выходе из конфузора в месте соединения конической трубы с цилиндрической. Закруглением входного угла можно значительно уменьшить потерю напора при входе в трубу. Конфузор с плавно сопряженными цилиндрическими и коническими частями называется соплом (рис.1.6.).

Рис. 1.6. Сопло

Внезапный поворот трубы (колено). Данный вид местного сопротивления (рис.1.7.) вызывает значительные потери энергии, т.к. в нем происходят отрыв потока и вихреобразования, причем потери тем больше, чем больше угол д. Потерю напора рассчитывают по формуле

где ж_кол - коэффициент сопротивления колена круглого сечения, который определяется по графику в зависимости от угла колена д (рис.4.16).

Рис. Зависимости скол от угла д. Отвод

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.1.9.). Коэффициент сопротивления отвода ж_отв зависит от отношения R / d, угла д, а также формы поперечного сечения трубы.

Для отводов круглого сечения с углом д= 90 и R/d 1 при турбулентном течении можно воспользоваться эмпирической формулой:

Для углов д 70° коэффициент сопротивления

а при д 100°

Потеря напора в колене определится как

Все выше изложенное относится к турбулентному движению жидкости. При ламинарном движении местные сопротивления играют малую роль при определении общего сопротивления трубопровода. Кроме этого закон сопротивления при ламинарном режиме является более сложным и исследован в меньшей степени.

2. Классификация гидро- и пневмопередач

В машиностроении используются гидро- и пневмосистемы двух типов:

1)гидросистемы и пневмосистемы для подачи жидкости или газа;

2)гидравлические и пневматические приводы;

Для гидро- и пневмосистем, обеспечивающих подачу жидкости или газа к потребителям характерно отсутствие в них устройств, преобразующих энергию жидкой или газообразной среды в механическую работу. К таким системам относятся: системы охлаждения (система охлаждения ДВС, система подачи СОЖ для металлорежущих станков и т.п), системы пожаротушения, системы смазки и другие).

Приводом - называют энергосиловое устройство посредством которого осуществляется движение какой либо машины или механизма. Такое устройство состоит из двигателя (электрического, теплового, гидравлического, пневматического) и аппаратуры управления. Двигатель, используя подводимую к нему энергию, приводит в движение машину или механизм. Аппаратура управления служит для стабилизации или изменения параметров этого движения: перемещений, скоростей, ускорений. Привод может также работать за счет усилий, развиваемых животным или человеком (экипаж с конной тягой, велосипед, ручной инструмент).

В различных областях техники широко распространены гидро- и пневомприводы, выполняющие функции передачи энергии и преобразования движения в системах управления разнообразными объектами.

Гидравлическим приводом или гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведение в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением, в число которых входит один или несколько гидродвигателей, источник энергии жидкости, аппаратура управления и гидролинии.

Определение пневматического привода (пневмопривода) - аналогично определению гидропривода с той лишь разницей, что в качестве рабочей среды используется сжатый или разреженный воздух.

По принципу действия и конструктивному исполнению элементы пневмосистем подобны, за исключением источников питания, соответствующим элементам гидросистем.

В литературе встречается термин гидропередача, под которым, как правило, понимается силовая часть гидропривода, включающая насос, гидродвигатель и соединительные трубопроводы с рабочей жидкостью.

Гидравлическими машинами называются устройства, выполняющие механические движения для преобразования энергии, материалов и информации, использующие в качестве рабочего тела капельные жидкости. По устройству и принципу действия при одинаковом назначении к гидравлическим машинам близки газовые или пневматические машины, использующие в качестве рабочего тела газы.

В зависимости от способа использования энергии жидкости или газа для перемещения выходного звена гидро- и пневомприводы разделяют на объемные и динамические (лопастные). Принцип действия объемного привода состоит в том, что жидкость или газ под давлением изменяют объем камер двигателя, вызывая тем самым перемещение рабочего органа двигателя и соединенного с ним выходного звена. Исполнительный двигатель обычно выполняют в виде цилиндра с поступательно перемещающимся в нем поршнем, шток которого служит выходным звеном. Примером данного типа приводов является гидро- и пневмопривод тормозной системы автомобиля.

В динамических (лопастных) приводах, принцип работы основан на гидродинамическом воздействии потока жидкости или газа на рабочий орган исполнительного двигателя (например, в двигателе турбинного типа). Данный тип привода применяют в системах управления не столь широко, как объемные приводы. Это вызвано сложностью реверсирования движения выходных звеньев приводов с гидро- или газодинамическими двигателями, необходимостью установки дополнительных редукторов для согласования обычно высоких скоростей вращения вылов двигателей с более низкими скоростями движения управляемых устройств и другими их конструктивными особенностями. Однако если в источнике энергопитания объемного гидро- или пневмопривода нецелесообразно или недопустимо (по условиям взрывобезопасности или другим причинам) иметь насос или компрессор с электродвигателем, то вместо него применяют гидравлический или газовый двигатель турбинного типа. Такие же двигатели могут быть использованы для передачи энергии от одной машины к другой или для того, чтобы приводить в движение транспортные средства (примером могут служить гидродинамические передачи).

По характеру движения выходного звена объемные гидро- и пневмоприводы делят на три класса: поступательного, поворотного и вращательного движений. В соответствии с этим в качестве гидро- пневмодвигателей используются гидроцилиндры (пневмоцилиндры), поворотные гидродвигатели (пневмодвигатели) и гидромоторы (пневмомоторы).

Различают объемные гидро- пневомприводы без управления и с управлением. В первых не предусмотрена возможность регулирования скорости выходного звена, а во вторых можно менять эту скорость воздействием извне.

К основным способам регулирования относятся дроссельное и объемное.

Первый способ основан на дросселировании потока рабочей среды путем изменения проходных сечений каналов, соединяющих полости (камеры) исполнительного двигателя с напорной и сливной магистралями. Вследствие изменения гидравлического сопротивления каналов, вызванного дросселированием потока рабочей среды, уменьшается или увеличивается расход среды через исполнительный двигатель, что обеспечивает регулирование скорости движения выходного звена привода. Дросселирование потока рабочей среды связано с дополнительной потерей механической энергии и снижением ее полезного использования в приводе. Более эффективно в энергетическом отношении объемное регулирование, при котором создаваемый источником питания поток рабочей среды направляется непосредственно в исполнительный двигатель, причем расход среды регулируется в соответствии с требуемой скоростью движения выходного звена. Этот способ регулирования применяют в гидроприводах, так как из-за большой сжимаемости газа достаточно сложно осуществить управление объемным расходом рабочей среды для обеспечения необходимой скорости выходного звена. Источник энергопитания гидропривода с объемным регулированием, как правило, имеет насос с регулируемой подачей. Регулирующим органом насоса управляют вручную или с помощью привода малой мощности. Каждый гидропривод с объемным регулированием должен иметь свой насос, поэтому его схема и конструкция несколько сложнее, чем для гидропривода с дроссельным регулированием, обычно подключаемого к общему с другими приводами источнику энергопитания.

Задача 60. Выяснить режим движения воды в трубе диаметром d = 10 см при расходе Q = 4 л/с и температуре воды t = 20 ^оC (н = 1,01·10^-6 м²/с).

Решение.

Средняя скорость движения воды в трубе:

;

где живое сечение потока:

==;

число Рейнольдса находим по формуле:

=504950

Таким образом , критерий подобия Рейнольдса позволяет судить о режиме течения жидкости в трубе.

Так как =504950>2320, значит режим движения турбулентный.

Список используемой литературы

1.Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. -- Москва: Машиностроение, 1972. -- С. 320.

2.Схиртладзе А.Г., Иванов В.И., Кареев В.Н. Гидравлические и пневматические системы. -- Москва: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003. -- С. 544.

3.Юфин А. П. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. -- М.: Высшая школа, 1965.

4.Алексеева Т. В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1966. 140 с.

Размещено на Allbest.ru