WWW.LIT.I-DOCX.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - различные публикации
 

«УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «МТП в АПК» МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ОСВОЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ Гидравлика ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «МТП в АПК»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ

ПО ОСВОЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Гидравлика

Направление подготовки 35.03.06. Агроинженерия Профиль образовательной программы «Электрооборудование и электротехнологии»

Форма обучения очная

СОДЕРЖАНИЕ

Оглавление

1. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

1. 1 Лекция №1 ( 2часа).

Тема: «Предмет и задачи гидравлики. Свойства жидкости»

1. 2 Лекция №2 ( 2часа).

Тема: «Силы, действующие в жидкостики»

1. 3 Лекция №3, 4 ( 4часа).

Тема: «Общие законы, уравнения гидростатики»

1. 4 Лекция №5, 6 ( 4часа).

Тема: «Основы кинематики и динамики жидкостей»

1. 5 Лекция №7, 8, 9, 10 ( 8часа).

Тема: «Одномерные потоки»

1. 6 Лекция №11 ( 2часа).

Тема: «Основы водоснабжения»

1. 7 Лекция №12 ( 2часа).

Тема: «Гидравлическое подобие»

1. 8 Лекция №13 (2 часа).

Тема: «Классификация гидравлических машин»

1. 9 Лекция №14 (2 часа).

Тема: «Динамические машины»

1. 10 Лекция №15 (2 часа).

Тема: «Объемные машины»

1. 11 Лекция №16, 17 ( 4часа).

Тема: «Гидропередачи и гидро-пневмоприводы»

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

2.1 Лабораторная работа №1, 2 ( 4 часа).

Тема: «Изучение физических свойств жидкости»

2.2 Лабораторная работа №3 ( 2 часа).

Тема: «Измерение гидростатического давления»

2.3 Лабораторная работа №4 ( 2 часа).

Тема: «Давление на плоские и криволинейные поверхности»

2.4 Лабораторная работа №5 ( 2 часа).

Тема: «Определение режимов движения жидкости»

2.5 Лабораторная работа №6 ( 2 часа).

Тема: «Иллюстрация уравнения Бернулли»

2.6 Лабораторная работа №7, 8 ( 4 часа).

Тема: «Определение коэффициента гидравлического трения»

2.7 Лабораторная работа №9 ( 2 часа).

Тема: «Определение местного коэффициента гидравлического трения»

2.8 Лабораторная работа №10, 11 ( 4 часа).

Тема: «Истечение жидкости через отверстие и насадки»

2.9 Лабораторная работа №12 ( 2 часа).

Тема: «Гидравлический удар»

2.10 Лабораторная работа №13 ( 2 часа).

Тема: «Особенности конструкции и эксплуатации, динамических насосов»

2.11 Лабораторная работа №14 ( 2 часа).

Тема: «Испытание центробежного насоса»

2.12 Лабораторная работа №15 ( 2 часа).

Тема: «Совместная работа двух центробежных насосов»

2.13 Лабораторная работа №16 ( 2 часа).

Тема: «Особенности конструкции и эксплуатации, объемных насосов»

2.14 Лабораторная работа №17 ( 2 часа).

Тема: «Испытание объемного насоса»

1. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

1. 1 Лекция №1 ( 2часа) .

Тема: «Предмет и задачи гидравлики. Свойства жидкости»

1.1.1 Вопросы лекции:





1. Предмет гидравлика. Примеры гидромеханических задач из различных отраслей техники .

2. Краткие исторические сведения о развитии науки .

3. Физическое строение жидкостей и газов. Основные физические свойства:

сжимаемость, текучесть, вязкость, теплоемкость, теплопроводность .

1.1.2 Краткое содержание вопросов:

1. Предмет гидравлика. Примеры гидромеханических задач из различных отраслей техники .

Гидравлика (греч. hydor — вода и aulos — труба) — отрасль гидромеханики, которая изучает законы покоя и движения жидкостей и разрабатывает методы применения этих законов в практической деятельности. Первоначально название «гидравлика»

обозначало движение воды по трубам. Наиболее существенные области приложения законов гидравлики — водоснабжение и канализация, осушение и орошение земель, а также проектирование гидравлических турбин, насосов, гидроприводов, водяного отопления, гидромеханизация и т. д .

При решении практических вопросов гидравлика оперирует всеми известными методами исследований: методом анализа бесконечно малых величин, методом средних величин, методом анализа размерностей, методом аналогий, экспериментальным методом .

Метод анализа бесконечно малых величин - наиболее удобный из всех методов для количественного описания процессов равновесия и движения жидкостей и газов. Этот метод наиболее эффективен в тех случаях, когда приходится рассматривать движение объектов на атомно-молекулярном уровне, т.е. в тех случаях, когда для вывода уравнений движения приходится рассматривать жидкость (или газ) с молекулярно-кинетической теории строения вещества. Основной недостаток метода - довольно высокий уровень абстракции, что требует от читателя обширных знаний в области теоретической физики и умение пользоваться различными методами математического анализа, включая векторный анализ .

Метод средних величин - является более доступным методом, поскольку его основные положения базируется на простых (близких к обыденным) представлениях о строении вещества. При этом выводы основных уравнений в большинстве случаев не требуют знаний молекулярно-кинетической теории, а результаты, полученные при исследованиях, этим методом не противоречат «здравому смыслу» и кажутся обоснованными. Недостаток этого метода исследований связан с необходимостью иметь некоторые априорные представления о предмете исследований .

Метод анализа размерностей может рассматриваться в качестве одного из дополнительных методов исследований и предполагает всестороннее знания изучаемых физических процессов .

Методом аналогий - используется в тех случаях, кода имеются в наличии детально изученные процессы, относящиеся к тому же типу взаимодействия вещества, что и изучаемый процесс .

Экспериментальный метод - является основным методом изучения, если другие методы по каким- либо причинам не могут быть применены. Этот метод также часто используется как критерий для подтверждения правильности результатов полученных другими методами .

В конечном счёте, метод изучения движения жидкости, а также уровень изучения (макро или микро) выбирается из условий практической постановки задач и соотношения характерных размеров .

2. Краткие исторические сведения о развитии науки .

История развития теорий и вопросов, связанных с движением жидкости, в частности воды, берет свое начало в глубокой древности. Еще древние вавилоняне, египтяне и индусы считали воду началом всех начал и затрачивали огромные усилия, чтобы получить воду .

Одним из первых научных трудов по гидравлике считается трактат Архимеда «О плавающих телах» (287—212 гг. до н. э.), в котором был впервые сформулирован гидравлический закон о равновесии тела, погруженного в жидкость. Первыми крупными работами в этой области следует считать работы Леонардо да Винчи (1548-1620) - в области плавания тел, движения жидкостей по трубам и каналам. В работах Галилео Галилея (1564 - 1642) были сформулированы основные принципы равновесия и движения жидкости; работы Эванджелиста Торичелли (1604 - 1647) были посве-щены решению задач по истечению жидкости из отверстий, а Блез Паскаль (1623 - 1727) исследовал вопросы по передаче давления в жидкости. Основополагающие и обобщающие работы в области механики физических тел, в том числе и жидких, принадлежат гениальному английскому физику Исааку Ньютону (1643 - 1727), который впервые сформулировал основные законы механики, закон всемирного тяготения и закон о внутреннем трении в жидкостях при их движении .

Развитию гидромеханики (гидравлики) как самостоятельной науки в значительной степени способствовали труды русских учёных Даниила Бернулли (1700 - 1782), Леонарда Эйлера (1707 - 1783), М.В. Ломоносова (1711 - 1765) .

3. Физическое строение жидкостей и газов. Основные физические свойства: сжимаемость, текучесть, вязкость, теплоемкость, теплопроводность .

Передачу энергии в гидравлических системах обеспечивают рабочие жидкости, поэтому чтобы эффективно их применять, надо знать какими свойствами они обладают .

Жидкости, как и все вещества, имеют молекулярное строение. Они занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Это определяется величинами межмолекулярных сил и характером движений составляющих их молекул. В газах расстояния между молекулами больше, а силы межмолекулярного взаимодействия меньше, чем в жидкостях и твердых телах, поэтому газы отличаются от жидкостей и твердых тел большей сжимаемостью. По сравнению с газами жидкости и твердые тела малосжимаемы .

Гипотеза сплошности. Рассматривать и математически описывать жидкость как совокупность огромного количества отдельных частиц, находящихся в постоянном непрогнозируемом движении, на современном уровне науки не представляется возможным. По этой причине жидкость рассматривается как некая сплошная деформируемая среда, имеющая возможность непрерывно заполнять пространство, в котором она заключена. Другими словами, под жидкостями понимают все тела, для которых характерно свойство текучести, основанное на явлении диффузии. Текучестью можно назвать способность тела как угодно сильно менять свой объём под действием сколь угодно малых сил. Таким образом, в гидравлике жидкость понимают как абстрактную среду – континуум, который является основой гипотезы сплошности .

Сплошная среда представляет собой модель, которая успешно используется при исследовании закономерностей покоя и движения жидкости. Правомерность применения такой модели жидкости подтверждена всей практикой гидравлики .

Изучение реальных жидкостей и газов связано со значительными трудностями, по этой причине для вывода основных уравнений движения жидкости приходится пользоваться некоторыми абстрактными моделями жидкостей и газов .

Идеальная жидкость - модель природной жидкости, характеризующаяся изотропностью всех физических свойств и, кроме того, характеризуется абсолютной несжимаемостью, абсолютной текучестью (отсутствие сил внутреннего трения), отсутствием процессов теплопроводности и теплопереноса .

Реальная жидкость - модель природной жидкости, характеризующаяся изотропностью всех физических свойств, но в отличие от идеальной модели, обладает внутренним трением при движении .

Идеальный газ - модель, характеризующаяся изотропностью всех физических свойств и абсолютной сжимаемостью .

Реальный газ - модель, при которой на сжимаемость газа при условиях близких к нормальным условиям существенно влияют силы взаимодействия между молекулами .

Плотность жидкости, так же как любых других тел, представляет собой массу единицы объёма, и для бесконечно малого объёма жидкости dV массой dM может быть определена по формуле:

= dM dV .

Единицы измерения: [кг/м3], [кг/дм3], [кг/л], [г/см3] .

Плотность жидкости зависит от температуры и давления. Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с ростом температуры. Плотность воды имеет максимум при t = 4 оC и уменьшается при любых других температурах. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды. Температура, при которой плотность воды максимальная, с увеличением давления уменьшается. Так, при давлении 14 МПа вода имеет максимальную плотность при 0,6 оC .

Плотность пресной воды равна 1000 кг/м3, солёной морской воды - 1020 1030, нефти и нефтепродуктов – 650 900 кг/м3, ртути – 13596 кг/м3 .

–  –  –

Сжимаемость жидкости это свойство жидкостей изменять свой объём при изменении давления .

Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия (сжимаемости) P, представляющим собой относительное изменение объёма жидкости V при изменении давления P на единицу .

1 dV P = .

V 0 dp Знак минус в формуле указывает, что при увеличении давления объём жидкости уменьшается .

Единицы измерения: Па-1 (Паскаль. 1Па=1Н/м2) .

–  –  –

Растворение газов Растворение газов - способность жидкости поглощать (растворять) газы, находящиеся в соприкосновении с ней. Все жидкости в той или иной степени поглощают и растворяют газы. Это свойство характеризуется коэффициентом растворимости kр .

VГ p = KP 2 ;

VЖ p1 где VГ – объём растворённого газа при нормальных условиях, Vж – объём жидкости, P1 и P2 – начальное и конечное давление газа .

Коэффициент растворимости зависит от типа жидкости, газа и температуры .

При температуре 20 С и атмосферном давлении в воде содержится около 1,6% растворенного воздуха по объему (kp = 0,016). С увеличением температуры от 0 до 30 С коэффициент растворимости воздуха в воде уменьшается .

Кипение Кипение – способность жидкости переходить в газообразное состояние. Иначе это свойство жидкостей называют испаряемостью .

Жидкость можно довести до кипения повышением температуры до значений, больших температуры кипения при данном давлении, или понижением давления до значений, меньших давления насыщенных паров pнп жидкости при данной температуре .

Образование пузырьков при понижении давления до давления насыщенных паров называется холодным кипением .

Жидкость, из которой удален растворенный в ней газ, называется дегазированной .

В такой жидкости, кипение не возникает и при температуре, большей температуры кипения при данном давлении .

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости .

Силы внутреннего трения появляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями .

Если между соседними слоями жидкости выделить некоторую площадку S, то согласно гипотезе Ньютона F = µS du, dy где F – силы вязкого трения;

S – площадь трения;

градиент скорости du dy µ – динамическим коэффициент вязкого трения .

Физический смысл коэффициента вязкого трения - число, равное силе трения, развивающейся на единичной поверхности при единичном градиенте скорости .

Единицы измерения: [Н·с/м2], [кГс·с/м2], [Пз]{Пуазейль}, 1Пз=0,1Н·с/м2 .

На практике чаще используется кинематический коэффициент вязкости, названный так потому, что в его размерности отсутствует обозначение силы. Этот коэффициент представляет собой отношение динамического коэффициента вязкости жидкости к её плотности µ = .

Единицы измерения: [м2/c], [cм2/c], [Ст] {стокс}, [сСт] {сантистокс}, 1Ст=100сСт {1Ст=1 cм2/c} .

Для капельных жидкостей вязкость зависит от температуры t и давления Р, однако последняя зависимость проявляется только при больших изменениях давления, порядка нескольких десятков МПа .

1. 2 Лекция №2 ( 2часа) .

Тема: «Силы, действующие в жидкостики»

1.2.1 Вопросы лекции:

1. Силы действующие в жидкостях: массовые и поверхностные силы .

2. Гидростатическое давление и его свойства .

1.2.2 Краткое содержание вопросов:

Гидростатика — раздел механики жидкостей, в котором изучаются состояние равновесия жидкости, находящейся в относительном или абсолютном покое, действующие при этом силы, а также закономерности плавания тел без их перемещения .

При абсолютном покое жидкость неподвижна относительно земли и резервуара. При относительном покое отдельные частицы жидкости, оставаясь в покое относительно друг друга, перемещаются вместе с сосудом, в котором они находятся .

Одна из основных задач Г.— изучение распределения давления в жидкости. Зная распределение давления, можно на основании законов Г. рассчитать силы, действующие со стороны покоящейся жидкости на погруженные в неё тела, например на подводную лодку, на стенки и дно сосуда, на стену плотины и т.д .

Основными задачами гидростатики являются определение давления в жидкости как функции координат P = f P ( X, Y, Z ), а также определение сил, действующих со стороны жидкости на твёрдые стенки .

1. Силы, действующие в жидкости Массовые силы. Массовые силы это силы, пропорциональные массе жидкости. В случае однородной жидкости эти силы пропорциональны объёму. Прежде всего, к ним относится вес жидкости G = mg = Vg = V, где G – вес жидкости, V – объём жидкости, m – масса жидкости, g – ускорение свободного падения,

– плотность жидкости,

– удельный вес жидкости .

Как известно, масса является мерой инертности тела.

Это свойство присуще и жидкостям, поэтому к массовым силам относятся и силы инерции:

Fин = m = V = ma ;

dv dv dt dt где Fин – инерционная сила, v – скорость жидкости, t – время движения, a – ускорение движения .

Силы инерции, действующие в жидкости, так же как и для твёрдого тела, могут проецироваться на оси .

Поверхностные силы. Поверхностные силы – силы, величины которых пропорциональны площади. К ним относят два вида сил. Силы поверхностного натяжения и силы вязкого трения. Последние проявляются только при движении жидкости и не играют никакой роли, когда жидкость находится в покое. Эти силы, как свойство вязкости, были рассмотрены при изучении свойств жидкостей .

Силы поверхностного натяжения. Молекулы жидкости притягиваются друг к другу с определённой силой. Причём внутри жидкости силы, действующие на любую молекулу, уравновешиваются, т.к. со всех сторон от неё находятся одинаковые молекулы, расположенные на одинаковом расстоянии. Однако молекулы жидкости, находящиеся на границе (с газом, твердым телом или на границе двух несмешивающихся жидкостей) оказываются в неуравновешенном состоянии т.к. со стороны другого вещества действует притяжение других молекул, расположенных на других расстояниях. Возникает преобладание какой-то силы. Под влиянием этого воздействия поверхность жидкости стремится принять форму, соответствующую наименьшей площади. Если силы внутри жидкости больше наружных сил, то поверхность жидкости стремится к сферической форме. Например, малые массы жидкости в воздухе стремятся к шарообразной форме, образуя капли. Может иметь место и обратное явление, которое наблюдается как явление капиллярности. В трубах малого диаметра (капиллярах) наблюдается искривление свободной поверхности, граничащей с газом или с парами этой же жидкости. Если поверхность трубки смачивается, свободная поверхность жидкости в капилляре вогнутая .

Если нет смачивания, свободная поверхность выпуклая, как при каплеобразовании. Во всех этих случаях силы поверхностного натяжения обусловливают дополнительные напряжения pпов в жидкости. Величина этих напряжений определяется формулой

–  –  –

По принципу действия манометры подразделяются на жидкостные, грузопоршневые, деформационные и электрические .

1. 3 Лекция №3, 4 ( 4часа) .

Тема: «Общие законы, уравнения гидростатики»

1.3.1 Вопросы лекции:

1.Основное уравнение гидростатики .

2. Дифференциальные уравнения Эйлера и их интегралы .

3. Давление жидкости на окружающие ее стенки, эпюры давления .

4. Круглая труба под действием гидростатического давления .

5. Гидростатический парадокс .

1.3.2 Краткое содержание вопросов:

1. Основное уравнение гидростатики Основного уравнения гидростатики выглядит следующим образом, P = P0 + gh ;

где h – глубина жидкости, на которой определяется давление, P0 - давление внешней среды,

- плотность жидкости .

Следствия основного уравнения гидростатики .

Из основного уравнения гидростатики следует закон Паскаля, который гласит:

давление, приложенное к граничной поверхности покоящейся жидкости, передаётся всем точкам этой жидкости по всем направлениям одинаково. Закон Паскаля – основной закон, на основе которого работает объёмный гидропривод, применяемый в абсолютном большинстве гидросистем технологических машин .

Вторым следствием является тот факт, что на равной глубине в покоящейся жидкости давление одинаково. В результате можно говорить о поверхностях равного давления. Для жидкости, находящейся в абсолютном покое или равномерно движущейся, эти поверхности – горизонтальные плоскости. Существование поверхностей равного давления позволяет измерять давление в любой точке жидкости .

–  –  –

Возможны следующие варианты относительного покоя .

Первый вариант соответствует абсолютному покою или равномерному движению сосуда с жидкостью. Такой вариант рассматривался при выводе основного уравнения гидростатики .

Второй вариант – вращение сосуда с жидкостью с постоянной угловой скоростью вокруг центральной оси. Несмотря на то, что вся масса жидкости вращается вместе с сосудом, частицы жидкости друг относительно друга не перемещаются, следовательно, весь объём жидкости, как и в первом случае, представляет собой как бы твёрдое тело .

Давление в каждой точке жидкости не меняется во времени и зависит только от координат. По этим причинам жидкость подпадает под определение покоящейся .

Третий вариант аналогичен второму, только вращение осуществляется вокруг произвольно расположенной вертикальной оси. Во втором и третьем случае свободная поверхность жидкости принимает новую форму, соответствующую новому равновесному положению жидкости .

В четвёртом варианте сосуд с жидкостью движется прямолинейно и равноускоренно. Такой случай проявляется, например, в процессе разгона или остановки автоцистерны с жидкостью. В этом случае жидкость занимает новое равновесное положение, свободная поверхность приобретает наклонное положение, которое сохраняется до изменения ускорения. Частицы жидкости друг относительно друга находятся в покое, и давление зависит только от координат .

Во всех перечисленных случаях на жидкость действуют, во-первых, силы веса, вовторых, силы инерции, в-третьих, силы давления .

На практике, чтобы избавиться от частных производных, используют одно уравнение, заменяющее систему. Для этого первое уравнение умножают на dx, второе на

dy, третье на dz и складывают их:

1 P P P Xdx+ Ydy+ Zdz ( dx + dy + dz) = 0 .

1444y 44z4 x dP В этой формуле сумма в скобках является полным дифференциалом давления, который в результате оказывается равным dP = ( Xdx + Ydy + Zdz ) .

Полученное уравнение показывает, как изменяется давление при изменении координат внутри покоящейся жидкости для общего случая относительного покоя. Это уравнение впервые получил Леонард Эйлер в 1755 Рассмотрим сосуд с жидкостью, вращающийся вокруг вертикальной оси с постоянной скоростью. На жидкость действуют внешнее давление, силы тяжести и инерционные силы. В результате их действия жидкость принимает новое равновесное положение. Свободная поверхность принимает форму параболоида. Рассмотрим на этой поверхности произвольную точку N. Равнодействующая сила F, действующая в т. N, перпендикулярна к свободной поверхности. Величина этой силы увеличивается с увеличением радиуса, а угол её наклона к горизонту уменьшается. Из этого следует, что наклон этой поверхности к горизонту увеличивается с ростом радиуса. Таким образом, сила R определяет форму свободной поверхности. Найдём математическую формулу этой кривой .

–  –  –

положения центра тяжести площадки, а gYc sin - избыточное давление жидкости в центре тяжести площадки. С учётом этого можно записать F = ( P0 + ghc ) S .

Pc

–  –  –

5. Гидростатический парадокс Рассмотрим три сосуда разной формы, заполненные жидкостью до одного уровня hc. Все сосуды такие, что имеют одинаковую площадь дна .

В соответствии с общей формулой определения силы, действующей на плоскую поверхность Fизб = gh c S,

–  –  –

S1 = S2 = S3 можно вычислить силу, действующую на дно сосуда. Для всех трёх сосудов эти силы окажутся одинаковыми и независящими от веса жидкости в сосуде. Но на опору все сосуды будут действовать с разными силами, равными весу сосудов с жидкостью. Этот факт получил название гидростатического парадокса .

1. 4 Лекция №5, 6 ( 4часа) .

Тема: «Основы кинематики и динамики жидкостей»

1.4.1 Вопросы лекции:

1. Методы описания движения жидкостей и газов, понятие о линиях и трубках тока .

2. Характеристики потока .

3. Общая интегральная форма уравнений количества движения и момента количества движения .

4. Режимы течения жидкости. Физический смысл числа Рейнольдса .

1.4.2 Краткое содержание вопросов:

1. Методы описания движения жидкостей и газов, понятие о линиях и трубках тока .

Причинами движения жидкости являются действующие на нее силы: объемные или массовые силы (сила тяжести, инерционные силы) и поверхностные силы (давление, трение). В отличие от гидростатики, где основной величиной, характеризующей состояние покоя жидкости, является гидростатическое давление, которое определяется только положением точки в пространстве, т.е. p = f ( x, y, z ), в гидродинамике основными элементами, характеризующими движение жидкости, будут два: гидродинамическое давление и скорость движения (течения) жидкости .

В общем случае основные элементы движения жидкости р и и для данной точки зависят от ее положения в пространстве (координат точки) и могут изменяться во времени.

Аналитически это положение гидродинамики записывается так:

p = f1 ( x, y, z, t ), u = f 2 ( x, y, z, t ) .

Задачей гидродинамики и является определение основных элементов движения жидкости р и u, установление взаимосвязи между ними и законов изменения их при различных случаях движения жидкости .

Два метода описания движения жидкости.Существуют две точки зрения на изучение движения жидкости: точка зрения Лагранжа и точка зрения Эйлера .

Соответственно используются два вида переменных — переменные Лагранжа и переменные Эйлера .

Существует два метода изучения движения жидкости: метод Ж. Лагранжа и метод Л .

Эйлера .

Метод Лагранжа заключается в рассмотрении движения каждой частицы жидкости, т. е. траектории их движения. Из-за значительной трудоемкости этот метод не получил широкого распространения .

Точка зрения Лагранжа. Пусть Vо — объем некоторой массы жидкости, который она занимала в начальный момент времени t0. В момент времени t эта масса жидкости будет занимать объем Vt. Между точками t0 и t имеется взаимно-однозначное соответствие. Произвольная частица объема то, которая в момент t0 находилась в точке Ао, перешла в определенную точку А жидкого объема Vt. Положение частицы определяется координатами х, у, z той точки пространства, в которой частица находится в момент времени t. Координаты частицы в момент t зависят от положения, которое частица занимала в начальный момент времени. Начальное положение частицы может быть задано ее декартовыми координатами a, b, c в момент времени t0. Таким образом, координаты частиц представляются в виде х = х(а, b, с, t), y = y(a,b,c,t), z = z(a, b, c, t) .

Соответственно гидродинамические величины записываются так же, как функции а, b, с, t:

v = v(a, b, с, t) .

Переменные а, b, с, t носят название переменных Лагранжа .

Метод Эйлера заключается в рассмотрении всей картины движения жидкости в различных точках пространства в данный момент времени. Этот метод позволяет определить скорость движения жидкости в любой точке пространства в любой момент времени, т. е. характеризуется построением поля скоростей и поэтому широко применяется при изучении движения жидкости .

Точка зрения Эйлера. В пространстве выбирают некоторую точку А, декартовы координаты которой х, у, z. В разные моменты времени через эту точку А будут проходить различные частицы жидкости, имея свои значения гидродинамических величин. Представляет интерес изменение искомых гидродинамических величин в фиксированной точке пространства в зависимости от времени. Движение, с точки зрения Эйлера, считается известным, если известны функции р = р(х, у, z, t), v = v(x, у, z, t), Переменные х, у, z, t носят название переменных Эйлера .

Недостаток метода Эйлера в том, что при рассмотрении поля скоростей не изучается траектория отдельных частиц жидкости .

–  –  –

· · Для выделенной массы жидкости вектор К, как и объем V, - функции времени .

Закон количества движения можно сформулировать так: производная по времени от количества движения некоторой системы масс равна главному вектору внешних сил, действующих на эту систему.

Следовательно, Где Fm - главный вектор массовых сил Fs - главный вектор поверхностных сил Подставляем значения главных векторов и проинтегрировав получаем запись закона количества движения в интегральном виде:

–  –  –

1. 5 Лекция №7, 8, 9, 10 ( 8часа) .

Тема: «Одномерные потоки»

1.5.1 Вопросы лекции:

1. Обобщение уравнения Бернулли для потока вязкой жидкости .

2. Гидравлические сопротивления, их физическая природа и классификация .

3. Сопротивления по длине для напорных и безнапорных потоков .

4.Данные о гидравлическом коэффициенте трения. Зоны сопротивления. Наиболее употребительные формулы для гидравлического коэффициента трения .

5. Местные гидравлические сопротивления, основная формула. Зависимость коэффициента местного сопротивления от числа Рейнольдса и геометрических параметров русла. Виды местных сопротивлений .

6. Истечение жидкости и газа через отверстия и насадки .

7. Гидравлический удар в трубах, формула Жуковского .

8.Гидравлические расчет трубопроводов .

1.5.2 Краткое содержание вопросов:

1. Обобщение уравнения Бернулли для потока вязкой жидкости Уравнение Бернулли для струйки идеальной жидкости имеет вид

–  –  –

u2 — удельная кинетическая энергия на единицу веса жидкости .

2g Уравнение Бернулли для струйки реальной жидкости. В реальных струйках присутствуют силы вязкого трения. В результате струйки трутся друг об друга в процессе движения. На это трение затрачивается часть энергии потока. По этой причине в процессе движения неизбежны потери энергии. Эта энергия, как и при любом трении, преобразуется в тепловую энергию. Из-за этих потерь энергия жидкости по длине струйки постоянно уменьшается на определенную величину. Т.е .

с учётом потерь энергии уравнение Бернулли для потока реальной жидкости будет выглядеть P u P u Z 1 + 1 + 1 = Z 2 + 2 + 2 + h .

g g 2g 2g Где h – потери напора по длине струйки Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Поток жидкости, как указывалось ранее, можно представить совокупностью элементарных струек жидкости по сечению потока неодинаковы, причём в середине потока скорости наибольшие, а к периферии они уменьшаются (струйная модель потока). Это означает, что различные струйки в одном сечении имеют различные значения кинетической энергии. Отсюда следует, что кинетическая энергия, посчитанная с использованием скоростей элементарных струек uS, и кинетическая энергия, посчитанная с использованием значения средней скорости потока V, будет иметь разные значения. Поэтому вводят коэффициента кинетической энергии или коэффициента Кориолиса. Смысл этого коэффициента заключается в отношении действительной кинетической энергии потока в определённом сечении к кинетической энергии в том же сечении потока, но при равномерном распределении скоростей .

Учитывая коэффициент кинетической энергии, приведём уравнение Бернулли для потока реальной жидкости, которое примет вид:

v2 v2 P P Z 1 + 1 + 1 1 = Z 2 + 2 + 2 2 + h .

g g 2g 2g Надо учесть, что в общем случае в разных сечениях потока коэффициент будет иметь различные значения .

2. Гидравлические сопротивления, их физическая природа и классификация Гидравлическая жидкость в гидросистемах технологического оборудования, как уже обсуждалось ранее, играет роль рабочего тела. Она обеспечивает перенос энергии от источника гидравлической энергии к потребителю (в большинстве случаев, к гидродвигателю). Для такого переноса используются напорные потоки .

Естественно, что твёрдые стенки препятствуют свободному движению жидкости .

Поэтому при относительном движении жидкости и твердых поверхностей неизбежно возникают (развиваются) гидравлические сопротивления. На преодоление возникающих сопротивлений затрачивается часть энергии потока. Эту потерянную энергию называют гидравлическими потерями удельной энергии или потерями напора.

Гидравлические потери главным образом связаны с преодолением сил трения в потоке и о твёрдые стенки и зависят от ряда факторов, основными из которых являются:

–  –  –

где – коэффициент гидравлического трения (иначе его называют коэффициент потерь на трение или коэффициент сопротивления трения) .

Из этого выражения нетрудно видеть, что значение - коэффициент трения участка круглой трубы, длина которого равна её диаметру .

С учетом последнего выражения для коэффициента сопротивления потери напора по длине выражаются формулой Дарси

–  –  –

где м - коэффициент местного сопротивления .

Коэффициент местного сопротивления зависит от конкретных геометрических размеров местного сопротивления и его формы. В связи со сложностью процессов, которые происходят при движении жидкости через местные сопротивления, в большинстве случаев его приходится определять на основании экспериментальных данных .

Однако в некоторых случаях величины коэффициентов местных сопротивлений можно определить аналитически .

Из определения коэффициента м видно, что он учитывает все виды потерь энергии потока жидкости на участке местного сопротивления. Его физический смысл состоит в том, что он показывает долю скоростного напора, затрачиваемого на преодоление данного сопротивления .

Коэффициенты различных сопротивлений можно найти в гидравлических справочниках. В том случае, если местные сопротивления находятся на расстоянии меньше (2550)d друг от друга ( d - диаметр трубопровода, соединяющего местные сопротивления), весьма вероятно их взаимное влияние друг на друга, а их действительные коэффициенты местных сопротивлений будут отличаться от табличных. Такие сопротивления нужно рассматривать как единое сложное сопротивление, коэффициент м которого определяется только экспериментально. Нужно отметить, что из-за взаимного влияния местных сопротивлений, расположенных вблизи друг друга в потоке, во многих случаях суммарная потеря напора не равна простой сумме потерь напора на каждом из этих сопротивлений .

6. Истечение жидкости и газа через отверстия и насадки В своей практике все мы встречались с процессом истечения жидкости через отверстие, под действием гидростатического напора .

Подобные режимы течения жидкости происходят в контрольной и регулирующей аппаратуре различных гидравлических систем .

Истечение жидкости из отверстий характерно тем, что в этом процессе потенциальная энергия жидкости на очень коротком расстоянии и за очень короткий промежуток время превращается в кинетическую энергию струи (или капель в общем случае) .

При этом происходят некоторые потери энергии .

Обратите внимание на то, что при вытекание жидкости через отверстие происходит сжатие струи. (переход) .

То есть диаметр струи меньше диаметра отверстия. Возникает вопрос: Чем вызвано это сжатие?

H Рассмотрим траекторию движения отдельных частиц. Частицы жидкости движутся к d d отверстию со всех сторон и изменение направления движения, в силу их инертности, мгновенно произойти не может .

d То есть сжатие струи обосновывается инерцией частиц жидкости движущихся при подходе к отверстию по криволинейным траекториям .

Сжатие струи характеризуется коэффициентом сжатия .

Который находится как отношение площади живого сечения струи к площади отверстия .

d = c = с 0 d0 Или отношение соответствующих квадратов диаметров .

Скорость истечение жидкости определяется по формуле Vc = 2 gH Где – коэффициент скорости .

Для определение расхода пользуются следующей формулой:

Q = µ S 0 2 gH Ее называют инженерной формой у – е Бернулли .

Истечение через насадки .

Насадком называется короткая трубка длиной от двух до шести диаметров, присоединённая к выходу отверстия, через которое истекает жидкость .

Роль насадка может выполнять и отверстие в толстой стенке, когда диаметр отверстия значительно меньше её толщины .

Подобные режимы течения жидкости возникают при вытекании жидкости из резервуаров, баков, котлов в атмосферу или пространство, заполненное жидкостью .

Простейшим насадком является цилиндрический насадок .

Расход в этом случае через насадок определяется по той же формуле, что и для отверстия .

Из-за того, что сжатия на выходе насадка нет ( = 1,0) коэффициент расхода через такой насадок равняется µ = 0,8 .

7.Гидравлический удар в трубах, формула Жуковского .

Теоретическое и экспериментальное исследование гидравлического удара в трубопроводах впервые было проведено известным русским учёным Николаем Егоровичем Жуковским в 1899 году. Это явление связано с тем, что при быстром закрытии трубопровода, по которому течёт жидкость, или быстром его открытии (т.е .

соединении тупикового трубопровода с источником гидравлической энергии) возникает резкое, неодновременное по длине трубопровода изменение скорости и давления жидкости. Если в таком трубопроводе измерять скорость жидкости и давление, то обнаружится, что скорость меняется как по величине, так и по направлению, а давление как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения по отношению к начальному. Это означает, что в трубопроводе возникает колебательный процесс, характеризующийся периодическим повышением и понижением давления. Такой процесс очень быстротечен и обусловлен упругими деформациями стенок трубы и самой жидкости .

Из формулы следует, что скорость распространения ударной волны зависит от сжимаемости жидкости и упругих деформаций материала трубопровода .

–  –  –

где - плотность жидкости, D - диаметр трубопровода,

- толщина стенки трубопровода, Ет – объёмный модуль упругости материала трубы, Еж - объёмный модуль упругости жидкости .

8. Гидравлические расчет трубопроводов .

Важнейшей задачей, возникающей при проектировании множества гидросистем различного назначения, является задача определения энергетических характеристик источника гидравлической энергии. К таким системам относятся гидросистемы цехового технологического оборудования, мобильные гидрофицированные машины, системы водоснабжения и отопления и др. Источниками энергии таких гидросистем являются насосные станции, газобаллонные системы, водонапорные башни. Энергетические характеристики источника энергии – подача (расход) и давление – должны быть такими, что бы обеспечивались необходимые расход и давление на выходе системы – гидродвигателе, водопроводном кране и т.п .

Реже встречается обратная задача, когда при известных энергетических характеристиках источника энергии необходимо узнать, какими будут максимально возможный расход и давление на выходе гидросистемы .

Простые трубопроводы. Простым (коротким) называют трубопровод, по которому жидкость транспортируют от питателя к приемнику без промежуточных ответвлений потока. При этом необходимо учитывать не только потери напора на трение по длине трубопровода, но и скоростной напор и местные потери напора, которыми в данном случае нельзя пренебречь .

Исходным при расчетах простого трубопровода является уравнение баланса напоров (уравнение Бернулли) Длинные трубопроводы(рис.40). Это трубопроводы постоянного по длине диаметра, у которых основными являются потери напора по длине, а местными потерями напора и скоростным напором можно пренебречь, так как они очень малы, а длина трубопроводов может достигать несколько километров .

Потери напора по длине трубопровода определяют по формуле Дарси:

–  –  –

Параллельное соединение трубопроводов. Отличительной особенностью таких трубопроводов является то, что поток жидкости делится в одной точке на несколько самостоятельных потоков, которые позже сходятся в другой точке. Каждый из этих потоков может содержать свои местные сопротивления. Наиболее часто возникающей задачей, связанной с расчётом таких трубопроводов, является определение расхода в каждой ветви .

Рассмотрим движение жидкости по этим трубопроводам, считая, что потенциальная энергия положения Z много меньше потенциальной энергии сжатия, которая определяется давлением, и ею можно пренебречь.

Если считать, что в местах разветвления и соединения трубопроводов, обозначенных буквами н и к, расход Q одинаков, а давления равны Pн и Pк, то можно записать:

–  –  –

Расчетный расход на участке Q p = QT + QП / 2 Где QT – транзитный расход;

QП– путевой расход .

1. 6 Лекция №11 ( 2часа) .

Тема: «Основы водоснабжения»

1.6.1 Вопросы лекции:

1. Значение .

2. Нормы водопотребления .

3.Схемы. Водопроводная сеть .

1.6.2 Краткое содержание вопросов:

1. Значение .

Под централизованным водоснабжением понимают обеспечение водой населенных пунктов, производственных предприятий и других объектов для удовлетворения хозяйственно-питьевых, технологических и противопожарных нужд. Системой водоснабжения является комплекс сооружений, машин и аппаратов, предназначенный для добывания, улучшения качества и подачи воды для указанных выше целей .

Для целей водоснабжения используются природные источники воды:

поверхностные - открытые водоёмы (реки, водохранилища, озёра, моря) и подземные (грунтовые и артезианские воды, родники). Для нужд населения наиболее пригодны подземные воды. Однако для снабжения водой больших населённых мест подземных источников часто оказывается недостаточно, а получение из них значительного количеств воды экономически невыгодно. Поэтому для водоснабжения крупных городов и промышленных объектов используют преимущественно поверхностные источники пресной воды .

Водопроводом называют централизованную систему водоснабжения, подача и распределение воды в которой производится по трубам.

Системы водоснабжения (водопроводы) можно классифицировать по следующим признакам:

по назначению - водопроводы коммунальные (городов, поселков);

производственные (металлургических заводов, химических комбинатов, тепловых электростанций и т. п.); сельскохозяйственные (колхозов, совхозов, животноводческих ферм, молочных заводов, теплиц, пастбищ, полевых станов и т. п.); железнодорожные;

противопожарные;

по территориальному признаку - локальные и групповые (районные) водопроводы;

по способу подачи воды - водопроводы самотечные (гравитационные) и с механической подачей воды (с помощью насосов);

по виду использования природных источников - водопроводы, использующие воду из поверхностных источников, из подземных источников и смешанного питания .

В различных системах водоснабжения есть много общих технических приемов и решений, однако они существенно отличаются друг от друга по режиму работы, по качеству используемой воды, по типам и размерам сооружений .

Сельскохозяйственное водоснабжение отличается от коммунального и производственного рассредоточенностью водопотребителей и сезонной цикличностью сельскохозяйственного производстве. Рассредоточенность сельскохозяйственных объектов обуславливает устройство систем водоснабжения с различной степенью централизации, которые можно разделить на три типа: децентрализованные, централизованные и комбинированные .

Децентрализованная система снабжает водой каждый хозяйственный или производственный центр обособленно, вне зависимости от других объектов. На каждом объекте предусматривается локальный водопровод, а для небольших водопотребителей местные устройства водоснабжения .

Централизованная система снабжает водой все сельскохозяйственные объекты по единому водопроводу. При этом водопроводные сооружения, предназначенные для забора, очистки и транспортирования воды, рассчитываются на подачу воды всем потребителям, находящимся на территории действия системы .

Комбинированная система снабжает водой отдельные группы водопотребителей централизованно, с помощью групповых водопроводов; другие объекты могут иметь локальное водоснабжение .

Последовательность расположения основных водопроводных сооружений показана на общей схеме системы хозяйственно-питьевого водоснабжения сельских населенных пунктов (рис. 1.1а); - питаемой из поверхностного источника. Взаимное расположение отдельных сооружений системы водоснабжения и их состав могут быть различными в зависимости от назначения, местных природных условий, требований водопотребителя или по экономическим соображениям. Это положение иллюстрируется схемой системы водоснабжения сельского населенного пункта, использующей подземную воду - рис. 1.1б .

При выборе схемы водоснабжения необходимо располагать сведениями об имеющихся природных водоисточниках в районе проектирования, о водопотреблении, знать требования, предъявляемые к качеству воды, иметь данные о напоре, под которым она должна подаваться потребителям, и т. д. В значительной степени схема водоснабжения зависит от выбранного водоисточника (поверхностный или подземный), расстояния, на которое он удален от водопотребителя, его мощности, качества воды .

Для обеспечения надежности систем сельскохозяйственного водоснабжения I и II категории там, где это целесообразно и возможно, дублируют отдельные сооружения схемы .

а) 9

–  –  –

Рис. 1.1. Системы водоснабжения а - питаемые из поверхностного источника; б - питаемые из подземного; 1заборник; 2 - самотечные всасывающие линии; 3 - береговой колодец; 4 - насосная станция I подъема; 5 - водоочистные сооружения; 6 - резервуар чистой воды; 7 насосная станция II подъема: 8 - водоводы; 9 - водонапорная башня; 10 распределительная сеть; 11 - колодец Например, устраивают не менее двух трубчатых или шахтных колодцев при получении подземных вод; водоприемный колодец поверхностного водозабора устраивают из двух секций, укладывают не менее двух самотечных и двух всасывающих труб, не менее двух ниток водоводов, закольцовывают водораспределительную сеть и т. д .

2. Нормы потребления Режим расходования воды населением определяется рядом факторов бытового характера, связанных с режимом жизни и трудовой деятельности людей. Колебание суточных расходов зависит также и от погоды, режима работы на производстве, чередования праздничных, выходных и рабочих дней, проведения культурных, спортивных и других мероприятий. В течение суток наблюдаются значительные колебания часовых расходов, вызываемые сменой дня и ночи, условиями работы и случайными явлениями .

Для каждого расчетного периода общее расчетное число потребителей определяется по данным, получаемым от специальных организаций, сельсоветов и т. д .

После этого потребителей разделяют на группы, характеризующиеся одинаковыми нормами и режимом водопотребления .

Общий среднесуточный расход воды определяется по формуле:

= Q i Q сут.ср.общ. сут. ср .

Среднесуточный расход воды одной группы потребителей определяется по формуле: Q i =q N, ср .

сут.ср .

где qср - норма водопотребления одним потребителем, м3/сут.;

N - количество потребителей .

Величина нормы водопотребления может быть определена по СНиП .

Для надежной работы системы водоснабжения ее рассчитывают по максимальному суточному расходу. Отклонение максимального суточного расхода от среднесуточного определяют коэффициентом суточной неравномерности Ксут.mах.

Расчетный расход воды за сутки наибольшего и наименьшего водопотребления определяются по формулам:

Qсут. max = К сут. max Qсут.ср, Qсут. min = К сут. min Qсут.ср .

Коэффициенты суточной неравномерности учитывают уклад жизни населения, климатические условия и связанные с ним изменения водопотребления по сезонам года и дням недели, а также режим работы коммунально-бытовых предприятий .

Водопроводные сети и водонапорные башни рассчитывают на максимальный часовой расход с учетом колебаний часовых расходов. При расчете указанных сооружений необходимо знать как максимальные, так и минимальные часовые расходы воды .

Часовые расходы воды в сутки максимального и минимального водопотребления определяются по формулам:

–  –  –

Рекомендуется дробные значения t max. и t min. округлять до целых и вносить соответствующие коррективы в полученные ранее величины qч.ср., qч.max, qч.min с тем, чтобы строго соблюдалось следующее балансовое соотношение qч.ср 24 = qч. max t max + qч.ср t ср + qч. min t min Исходя из основных режимов водопотребления, можно построить график почасового распределения воды в сутки наибольшего водопотребления, при этом расчетные часовые расходы воды указываются в % от Qсут.ср .

Поскольку условно принято, что в течение часа расход воды остается постоянным, то расчетный секундный расход, м3/с, в час максимального и минимального будет:

q Qmax = ч. max,

qч. minQmin = .

3. Схемы. Водопроводная сеть .

Основные у-е для расчета разветвленной сети. Разветвлённые трубопроводы отличаются тем, что они имеют одну общую точку, из которой расходятся разные потоки, или общую точку, в которой несколько разных потоков сходится. Для разветвлённых трубопроводов, так же как и для параллельных, можно записать уравнение расходов Q = Q1 + Q2 + Q3, где Q 1, Q 2, Q 3 - расходы в соответствующих ветвях .

–  –  –

Подобную систему уравнений можно записать для любого числа ветвей разветвлённого трубопровода. Решая её, можно определить, какой расход и какое давление должен обеспечивать источник гидравлической энергии, чтобы на выходе трубопроводов получалось заданное давление при заданном расходе .

Расчет кольцевой сети. Кольцевая сеть состоит из замкнутых колец и магистралей, присоединенных к водонапорной башне или резервуару. Рассмотрим простейший случай расчета кольцевой водопроводной сети, состоящей из магистрального трубопровода А—В и одного кольца В—1—2—3—-4—В (рис. ). Расход, забираемый в точках 1, 2, 3, 4, обозначим соответственно через Q1, Q2, Q3, Q4 Q = Q1 + Q 2 + Q3 + Q 4 На основании топографических данных, длины участков трубопровода, диаметра труб задаемся направлением движения воды по кольцу и нулевой (раз PA

–  –  –

дельной) точкой сети. Нулевая точка выбирается таким образом, чтобы потери напора в ветвях слева и справа от этой точки были одинаковыми. Далее, так же как и при расчете тупиковой сети, определяем диаметр труб и подсчитываем потери напора на каждом участке по левой и правой сторонам кольца .

Если нулевая точка О выбрана правильно, то сумма потерь напора по левой стороне кольца должна равняться сумме потерь напора по правой стороне кольца, т. е .

h 0 2 + h 21 + h1 B = h 03 + h 3 4 + h 4 B где h0-2 и т.д. - потери напора по длине на соответствующем участке Если это условие не выполняется, то расчет следует продолжать до тех пор, пока не будет получено равенство потерь напора в двух рассматриваемых разомкнутых сетях .

–  –  –

1. 7 Лекция №12 ( 2часа) .

Тема: «Гидравлическое подобие»

1.7.1 Вопросы лекции:

1. Основы теории подобия

2. Критерий подобия Ньютона .

3. Критерий подобия Эйлера .

4 Критерий подобия Рейнольдса .

5. Критерий подобия Фруда .

1.7.2 Краткое содержание вопросов:

1. Основы теории подобия В процессе проектирования различных гидросистем, трубопроводов, гидротехнических сооружений, гидравлических и газовых систем химических и нефтехимических предприятий нередко возникает необходимость не только математического, но и натурного моделирования. В таком случае необходимо, чтобы работа гидросистемы действующей модели соответствовала функционированию реального объекта. Это означает, что различные характеристики потоков жидкости, которые имеют место в модели и в реальной системе, должны описываться одинаковыми закономерностями, хотя их численные значения могут существенно различаться. Для этого необходимо иметь критерии, которые позволяли ли бы «масштабировать» реальную систему. Эти критерии устанавливаются в теории подобия потоков жидкости .

Гидродинамическое подобие - это подобие потоков несжимаемой жидкости, включающее в себя подобие геометрическое, кинематическое и динамическое .

Из геометрии известно, что геометрическое подобие означает пропорциональность сходственных размеров и равенство соответствующих углов. В гидравлике под геометрическим подобием понимают подобие тех поверхностей, которые ограничивают потоки жидкости, Таким образом в гидравлике геометрическое подобие означает подобие русел или трубопроводов, по которым течёт жидкость .

Кинематическое подобие это подобие линий тока и пропорциональность сходственных скоростей. Это значит, что для кинематического подобия потоков требуется соблюдение геометрического подобия .

Динамическое подобие заключается в пропорциональности сил, действующих на сходственные элементы кинематически и геометрически подобных потоков, и равенство углов, характеризующих направление действия этих сил .

В потоках жидкостей (в нашем случае в трубопроводах, в гидромашинах и т.д.) обычно действуют разные силы – силы давления, силы вязкого трения, силы тяжести, инерционные силы. Соблюдение пропорциональности всех сил, действующих в потоке, означает полное гидродинамическое подобие .

На практике полное гидродинамическое подобие достигается редко, поэтому обычно приходится ограничиваться частичным (неполным) гидродинамическим подобием, при котором имеется пропорциональность лишь основных сил .

Записывается подобие следующим образом. Например, пропорциональность сил давления Р и сил трения Т, действующих в потоках I и II, можно записать в виде P P = .

T I T II

2. Критерий подобия Ньютона

–  –  –

P1 P2 =1 2 .

V 22 Если два потока геометрически подобны, то правая часть уравнения имеет одно и то же значение, следовательно, левая часть тоже одинакова, т.е.

разности давлений в сечениях 1-1 и 2-2 пропорциональны динамическим давлениям:

P P = .

V 2 I V II Таким образом, при напорном движении идеальной несжимаемой жидкости для обеспечения гидродинамического подобия достаточно одного геометрического подобия .

Безразмерная величина, представляющая собой отношение разности давлений к динамическому давлению (или разности пьезометрических высот к скоростной высоте), называется коэффициентом давления или числом Эйлера и обозначается Eu .

В случае напорного движения в приведённых уравнениях под P, P2, P можно понимать полное давление (на жидкость действует также сила тяжести, но в напорных потоках ее действие проявляется через давление, т. е. оно сводится лишь к соответствующему изменению давления за счёт глубины потока), т.к. при высоких давлениях величина давления, зависящая от глубины потока, несоизмеримо мала, и величина гидростатического напора практически полностью определяется избыточным давлением.

Следовательно, для Eu можно записать:

g H ст g (P ) Eu = 2 =2, gV 2 V2 где Hст - разность статических напоров .

4. Критерий подобия Рейнольдса Посмотрим, какому условию должны удовлетворять те же геометрически и кинематически подобные потоки для того, чтобы было обеспечено их гидродинамическое подобие при наличии сил вязкости, а, следовательно, и потерь энергии, т.е. при каком условии числа Eu будут одинаковыми для этих потоков .

Уравнение Бернулли для этого случая примет вид:

–  –  –

Re I = Re II .

В этом заключается критерий подобия Рейнольдса, который можно сформулировать следующим образом: для гидродинамического подобия геометрически и кинематически подобных потоков с учетом сил вязкости требуется равенство чисел Рейнольдса, подсчитанных для любой пары сходственных сечений этих потоков .

5. Критерий подобия Фруда В тех случаях, когда движение жидкости является безнапорным и происходит под действием разности нивелирных высот, условие подобия потоков описывается иначе, с помощью другого критерия подобия - числа Фруда. Этот критерий учитывает пропорциональность в отношениях сил инерции к силам тяжести. Однако для подавляющего большинства интересующих нас задач в области машиностроения этот критерий не имеет значения и рассматриваться не будет .

1. 8 Лекция №13 (2 часа) .

Тема: «Классификация гидравлических машин»

1.8.1 Вопросы лекции:

1. Общие сведения о гидромашинах .

2. Классификация насосов и гидродвигателей .

3. Маркировка насосов и гидродвигателей 1.8.2 Краткое содержание вопросов:

1. Общие сведения о гидромашинах Гидравлическая машина — это агрегат, в котором механическая энергия передается от протекающей жидкости рабочему органу (гидравлические двигатели, или турбины) либо, наоборот, механическая энергия привода преобразуется в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, благодаря чему осуществляется ее движение (насосы) .

Насосы являются одной из самых распространенных разновидностей машин. Их применяют во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Они являются неотъемлемой частью систем водоснабжения, теплофикации, центрального отопления, вентиляции, котельных установок, гидромеханизации и используются во многих других отраслях техники. Насосы и гидродвигатели применяют в гидропередачах, где основным элементом является гидравлический привод, назначение которого состоит в передаче энергии к исполнительному рабочему органу и управлении его движением посредством жидкости .

2. Классификация гидравлических машин .

Насосы по принципу действия и конструкции делятся на две основные группы — динамические и объемные .

К динамическим относят насосы, в которых жидкость в камере движется под силовым воздействием и имеет постоянное сообщение с входным и выходным патрубками. Это силовое воздействие осуществляется с помощью рабочего колеса, сообщающего жидкости кинетическую энергию, трансформируемую в энергию давления .

К объемным относят насосы, в которых сообщение энергии жидкости осуществляется по принципу механического периодического вытеснения жидкости рабочим телом, создающим в процессе перемещения определенное давление жидкости. В объемных насосах жидкость получает энергию в результате периодического изменения замкнутого объема, который попеременно сообщается то с входом, то с выходом насоса .

3. Маркировка насосов и гидродвигателей

1. 9 Лекция №14 (2 часа) .

Тема: «Динамические машины»

1.9.1 Вопросы лекции:

1. Основное уравнение центробежных насосов .

2. Основные параметры: подача (расход), напор, мощность, КПД .

3 Баланс мощности .

4. Регулирование насосов .

5. Совместная работа насосов .

1.9.2 Краткое содержание вопросов:

1. Основное уравнение центробежных насосов .

Основное уравнение центробежного насоса впервые в самом общем виде было получено в 1754 г. Л. Эйлером и носит ею имя .

К рабочему колесу центробежного насоса со скоростью Vo жидкость подводится аксиально, т. е. в направлении оси вала. Затем направление струй жидкости изменяется от осевого до радиального, перпендикулярного оси вала, а скорость благодаря центробежной силе увеличивается от значения V1 в пространстве между лопастями рабочего колеса до значения V2 на выходе из колеса .

В межлопастном пространстве рабочего колеса при движении жидкость совершает сложные движения: вращательное – вместе с рабочим колесом насоса (окружная скорость

u) и поступательное – относительно поверхностей лопастей (Относительная скорость w) .

–  –  –

Гидравлический КПД характеризует потери на деформацию потока рабочей жидкости в напорной камере и на трение жидкости о стенки сосуда. Эти потери примерно на порядок ниже механических потерь на трение и часто в инженерных расчетах не учитываются или объединяются с механическими потерями на трение. В этом случае объединенный КПД называется гидромеханическим .

Мощность, затраченная на гидравлические потери, определится

–  –  –

Таким образом, баланс мощности насоса дает представление о потерях, возникающих в насосе, общем КПД и всех его составляющих .

При непосредственном соединении вала насоса с валом электродвигателя мощность Nдв (кВт) электродвигателя gQH N ДВ = KN = K где К— коэффициент запаса, учитывающий случайные перегрузки двигателя; при мощности двигателя до 2 кВт рекомендуется принимать коэффициент К равным 1,5; от 2 до 5 кВт— 1,5...1,25; от 5 до 50 кВт- 1,25.. 1,15; от 50 до 100 кВт-1,15...1,05; более 100 кВт- 1,05 .

Если вал насоса соединен с валом двигателя редуктором или ременной передачей, то мощность двигателя Nдв = KN/ пр, где пр — КПД привода или редуктора .

4. Регулирование режимов работы насосов в сети .

Регулированием режима работы насоса в сети называется процесс искусственного изменения характеристики трубопровода или характеристики насоса для обеспечения работы насоса в системе насос-сеть в требуемой режимной точке, которая является точкой пересечения характеристики насоса Q – Н с характеристикой сети Q – Нс .

В практике могут использоваться следующие способы регулирования работы системы насос-сеть:

изменение характеристики сети;

перепуск жидкости из напорной линии во всасывающую;

впуск воздуха во всасывающий трубопровод;

изменение частоты вращения рабочего колеса насоса;

изменение геометрии проточных каналов насоса;

изменение кинематики потока на входе в рабочее колесо .

Рассмотрим наиболее используемые методы регулирования подачи насоса .

5.. Совместная работа насосов .

Один и тот же насос может быть включен в различную гидравлическую сеть .

Гидравлическая сеть - система трубопроводов, резервуаров, регулирующих устройств и других элементов, по которым перемещается жидкость .

Дополнительная энергия, которая передается жидкости в насосе, расходуется в гидравлической сети на совершение работы по подъему жидкости, на преодоление гидравлических сопротивлении при движении жидкости и на другие цели. Величина энергии, необходимой для перемещения жидкости, зависит от вида и характеристик гидравлической сети .

Зависимость потребной удельной энергии Hпотр.

от расхода Q жидкости в системе называется характеристикой гидравлической сети: Hпотр.= (Q) Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо совмещать параметры работы насоса и гидравлической сети, то есть решать систему уравнений:

H= f(Q) Hпотр.= (Q) Решение системы уравнений представляет собой параметры рабочей точки насоса в заданной гидравлической сети .

Для определения рабочей точки насоса необходимо раскрыть содержание функций f(Q) и (Q), то есть более подробно познакомиться с насосами и принципами гидродинамических расчетов .

Характеристикой системы (гидравлической сети, трубопровода) называют H с = f (Q c ) .

зависимость между напором Нс и расходом в сети Qc, т.е. зависимость вида Один и тот же насос может работать с различными гидравлическими сетями .

Уравнение гидравлической сети выражает закон сохранения энергии для начального и конечного сечений гидравлической системы .

Для любой насосной трубопроводной системы закон сохранения энергии имеет вид:

–  –  –

1. 10 Лекция №15 (2 часа) .

Тема: «Объемные машины»

1.10.1 Вопросы лекции:

1. Принцип действия объемных насосов .

2. Основные параметры: подача (расход), напор, мощность, КПД .

3. Баланс мощности .

1.10.2 Краткое содержание вопросов:

1. Принцип действия объемных насосов .

Гидромашины, в которых осуществляются попеременное заполнение рабочей камеры жидкостью и вытеснение ее из рабочей камеры, называют объемными. Такие машины предназначены для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена (гидродвигатели), и наоборот (насосы). Объемные гидромашины делятся на два больших класса — поршневые и роторные .

Простейший поршневой насос состоит из рабочего цилиндра, снабженного двумя клапанами всасывающим и нагнетательным, поршня, совершающего возвратнопоступательное движение .

Рис. Поршневой насос одинарного действия:

1—всасывающий трубопровод; 2 — рабочая камера — напорный трубопровод; 4— поршень; 3 — цилиндр; 6 — шток; 7— крейцкопф; 8—шатун; 9—кривошип Всасывающий трубопровод соединяет камеру цилиндра с резервуаром. При ходе всасывания (поршень движется вправо) в камере вследствие увеличения ее объема, а также в месте соединения всасывающего трубопровода с цилиндром создается разрежение. Под действием перепада давлений жидкость перемещается к насосу, всасывающий клапан открывается и жидкость заполняет рабочую камеру цилиндра .

В процессе возвратно-поступательного движения поршня жидкость перемещается по всасывающему трубопроводу в цилиндр насоса, а из него — в нагнетательную трубу и затем к потребителю. Потребителями могут быть резервуары, паровые котлы, аппараты и др .

–  –  –

2. Основные сведения о объемном гидроприводе Гидропривод - это совокупность гидромашин (насосов, гидродвигателей), гидроаппаратуры, гидролиний и вспомогательных устройств, предназначенная для передачи энергии и преобразования движения с помощью жидкости, а также для приведения механизмов и машин в действие .

Гидроаппаратура управляет, регулирует и защищает гидропривод от чрезвычайно высоких и низких давлений жидкости. Среди разнообразных аппаратов можно выделить три наиболее характерных типа: гидрораспределители, клапаны и дроссели .

Вспомогательными устройствами служат так называемые кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ее качество и требуемое состояние. Это различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы. Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется рабочая жидкость .

Гидравлический объемный привод имеет следующие преимущества: меньшую массу и габариты по сравнению с механическим и электрическим, так как в большинстве случаев в нем отсутствуют редукторы, муфты, фрикционные передачи, каналы и пр.;

просто и более совершенно компонуется независимо от расположения валов и узлов;

характеризуется малой инерционностью, что обеспечивает его долговечность и позволяет осуществлять реверсирование рабочих движений за короткий промежуток времени;

обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости движения рабочих органов;

надежно и просто защищается от перегрузок рабочих органов и двигателя; дает возможность широко применять стандартизованные и унифицированные узлы, что позволяет снизить себестоимость и облегчает его эксплуатацию и ремонт. В качестве рабочих жидкостей здесь применяют минеральные масла, которые одновременно обеспечивают смазку деталей гидропривода и повышают их износостойкость .

Однако гидравлический привод имеет и некоторые недостатки. Так, вследствие проникновения воздуха в рабочую жидкость его движение может сопровождаться толчками, что отрицательно влияет на равномерность движений рабочих органов. Во избежание больших утечек жидкости зазоры между сопрягаемыми деталями должны быть минимальными, а это обеспечивается высокой точностью их изготовления, что приводит к повышению стоимости гидропривода. Уплотнения не обеспечивают полной герметизации узлов, в результате чего уменьшается КПД и загрязняется рабочее место. Один из недостатков гидропривода - изменение вязкости рабочей жидкости в зависимости от изменения температуры, что нарушает его работу .

Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии, т. е. жидкость под давлением. По виду источника энергии гидроприводы разделяются на три типа: насосные, аккумуляторные и магистральные .

1. Насосный гидропривод - это гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода. Такие гидроприводы применяют наиболее широко. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает во всасывающую гидролинию насоса) и гидроприводы с разомкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак). Для привода насоса в насосном гидроприводе могут быть использованы различные двигатели .

2. Аккумуляторный гидропривод - гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие гидроприводы используют в системах с кратковременным рабочим циклом или с ограниченным числом циклов .

3. Магистральный гидропривод - это такой гидропривод, в котором рабочая жидкость поступает в гидродвигатель из гидромагистрали, не являющейся составной частью гидропривода. Напор рабочего тела в гидромагистрали создается нагнетателем, состоящим из одного или нескольких насосов и питающим несколько гидроприводов (централизованная система питания) .

3. Принцип действия и характеристики .

Объемный гидропривод содержит источник энергии, которым служит жидкость под давлением. Гидропривод применяют для передачи давления при малой сжимаемости капельных жидкостей, работа которых основана на использовании закона Паскаля .

Принципиальная схема простейшего гидропривода показана на рис. 8.1. Гидропривод состоит из двух цилиндров (малого 1 и большого 2), заполненных жидкостью и соединенных между собой трубопроводом. В малом цилиндре 1 находится поршень, который под действием силы F1 перемещается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. При этом поршень цилиндра 2 начинает двигаться вверх и преодолевает нагрузку (силу) FI .

По закону Паскаля давления в цилиндрах 7 и 2 будут одинаковыми и равными: р = F1/S1 = F2/S2, где S1 и S2 - площади поршней цилиндров 1 и 2, если пренебречь потерями давления в системе .

Считая жидкость практически несжимаемой, можно записать:

h1S1 = h1S1, или v1S1 = v2S2, где v1 и V2 - скорости перемещения поршней .

Затраченная на перемещение поршня мощность цилиндра 1 выражается соотношением N = Fv1 = pS1v1. Величина S1v1 является расходом жидкости, тогда при отсутствии сил трения условие передачи энергии можно представить в виде N = pQ = F2v2, где F2v2 - мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2; pQ - мощность потока жидкости .

Различают нагрузочные и топографические характеристики гидропривода. Для нескольких постоянных значений давления строят нагрузочные характеристики. Их наклон характеризует уменьшение частоты вращения выходного вала гидропривода с возрастанием давления из-за утечки и сжимаемости жидкости .

–  –  –

Гидрораспределители. При эксплуатации гидросистем возникает необходимость изменения направления потока рабочей жидкости на отдельных ее участках с целью изменения направления движения исполнительных механизмов машины, требуется обеспечивать нужную последовательность включения в работу этих механизмов, производить разгрузку насоса и гидросистемы от давления и т.п .

Эти и некоторые другие функции могут выполняться специальными гидроаппаратами направляющими гидрораспре- делителями .

При изготовлении гидрораспределителей в качестве конструктивных материалов применяют стальное литье, модифицированный чугун, высоко- и низкоуглеродистые марки сталей, бронзу. Для защиты отдельных элементов распределителей от абразивного износа, поверхности скольжения цементируют, азотируют и т.п .

Размеры и масса гидрораспределителей зависят от расхода жидкости через них, с увеличением которого они увеличиваются .

По конструкции запорно-регулирующего элемента гидрораспределители подразделяются следующим образом:

Золотниковые (запорно-регулирующим элементом является золотник цилиндрической или плоской формы). В золотниковых гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем осевого смещения запорнорегулирующего элемента .

Крановые (запорно-регулирующим элементом служит кран). В этих гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости достигается поворотом пробки крана, имеющей плоскую, цилиндрическую, коническую или сферическую форму .

Клапанные (запорно-регулирующим элементом является клапан). В клапанных распределителях изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем последовательного открытия и закрытия рабочих проходных сечений клапанами (шариковыми, тарельчатыми, конусными и т.д.) различной конструкции .

По числу фиксированных положений золотника гидрораспределители подразделяются:

на двухпозиционные, трехпозиционные и многопозиционные .

По управлению гидрораспределители подразделяются на гидроаппараты с ручным, электромагнитным, гидравлическим или электрогидравлическим управлением. Крановые гидрораспределители используются чаще всего в качестве вспомогательных в золотниковых распределителях с гидравлическим управлением .

Золотниковые гидрораспределители.Запорно-регулирующим элементом золотниковых гидрораспределителей является цилиндрический золотник 1, который в зависимости от числа каналов (подводов) 3 в корпусе 2 может иметь один, два и более поясков (рис.13, а) .

На схемах гидрораспределители обозначают в виде подвижного элемента, на котором указываются линии связи, проходы и элементы управления. Рабочую позицию подвижного элемента изображают квадратом (прямоугольником), число позиций соответствует числу квадратов (рис.13, б) .

–  –  –

Фильтры. Фильтры служат для очистки рабочей жидкости от содержащихся в ней примесей. Эти примеси состоят из посторонних частиц, попадающих в гидросистему извне (через зазоры в уплотнениях, при заливке и доливке рабочей жидкости в гидробак и т.д.), из продуктов износа гидроагрегата и продуктов окисления рабочей жидкости .

Механические примеси вызывают абразивный износ и приводят к заклиниванию подвижных пар, ухудшают смазку трущихся деталей гидропривода, снижают химическую стойкость рабочей жидкости, засоряют узкие каналы в регулирующей гидроаппаратуре .

Фильтры грубой очистки задерживают частицы размером до 0,1 мм (сетчатые, пластинчатые) и устанавливаются в отверстиях для заливки рабочей жидкости в гидробаки, во всасывающих и напорных гидролиниях и служат для предварительной очистки .

Фильтры нормальной очистки задерживают частицы от 0,1 до 0,05 мм (сетчатые, пластинчатые, магнитно-сетчатые) и устанавливаются на напорных и сливных гидролиниях .

Фильтры тонкой очистки задерживают частицы размером менее 0,05 мм (картонные, войлочные, керамические), рассчитаны на небольшой расход и устанавливаются в ответвлениях от гидромагистралей .

Уплотнительные устройства. Назначение уплотнительных устройств - устранение утечек и перетечек рабочей жидкости через зазоры между сопрягаемыми деталями элементов гидропривода, вызванных перепадом давлений .

Гидравлическим аккумулятором называется Гидравлические аккумуляторы .

гидроемкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе. В зависимости от носителя потенциальной энергии гидроаккумуляторы подразделяют на грузовые, пружинные и пневматические .

Гидрозамки. Гидрозамком называется направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания потока рабочей жидкости в одном направлении при отсутствии управляющего воздействия, а при наличии управляющего воздействия - в обоих направлениях .

По числу запорно-регулирующих элементов гидрозамки могут быть одно- и двухсторонними .

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

2.1 Лабораторная работа №1, 2 ( 4 часа) .

Тема: «Изучение физических свойств жидкости»

2.1.1 Цель работы: Освоение техники измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей и приобретение навыков по измерению гидростатического давления жидкостными приборами .

2.1.2 Задачи работы:

Уяснить:

- понятие плотности жидкости;

- понятие теплового расширения;

- понятие вязкости;

- понятие поверхностного натяжения жидкостей;

- принцип работы жидкостных приборов .

2.1.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Лабораторная установка «Капелька»

2. Методическое пособие «Изучение физических свойств жидкости» .

2.1.4 Описание (ход) работы:

Определение коэффициента теплового расширения жидкости Термометр 1 имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненные термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на тепловом расширении жидкостей. Варьирование температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объема термометрической жидкости и ее уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры .

Коэффициент теплового расширения термометрической жидкости определяется в следующем порядке на основе мысленного эксперимента, т.е. предполагается, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельных значений термометра и уровень жидкости в капилляре возрос на величину l .

1. Подсчитать общее число градусных делений Т в шкале термометра и измерить расстояние l между крайними штрихами шкалы .

2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости V = r2l, где r радиус капилляра термометра .

3. С учетом начального (при 0 ОС) объема термометрической жидкости V найти значение коэффициента теплового расширения Т= (V/V) / T и сравнить его со справочным значением *Т (табл. 1.1). Значения используемых величин занести в таблицу 1.2 .

Таблица 1.2 V, см3 Т, ОС V, см3 Т, ОС -1 *Т, ОС -1 Вид жидкости r, см l, см Спирт Измерение плотности жидкости ареометром Ареометр 2 служит для определения плотности жидкости поплавковым методом .

Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части. Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована сразу по плотности .

В ходе работы выполнить следующие операции .

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем .

2. Вычислить плотность жидкости по формуле = 4m/(d2h), где m и d – масса и диаметр ареометра. Эта формула получена путем приравнивания силы тяжести ареометра G=mg и выталкивающей (архимедовой) силы PA=gV, где объем погруженной части ареометра V=(d2/4)h .

3. Сравнить опытное значение плотности со справочным значением * (см .

табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 3 .

Таблица 1.3, /см3 *, г/см3 Вид жидкости m, г d, см h, см

–  –  –

Измерение поверхностного натяжения сталагмометром Сталагмометр 5 служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит емкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (силе тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении емкости с заданным объемом .

1. Перевернуть устройство № 1 и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель n .

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения = К/n (К постоянная сталагмометра) и сравнить его с табличным значением * (см. табл.1.1) .

Данные свести в таблицу 1.6 .

–  –  –

2.2 Лабораторная работа №3 ( 2 часа) .

Тема: «Измерение гидростатического давления»

2.2.1 Цель работы: Освоить методику определения давления внутри жидкости с помощью жидкостных и пружинных приборов и приобретение навыков по измерению гидростатического давления жидкостными приборами .

2.2.2 Задачи работы:

- ознакомиться с классификацией и основными характеристиками приборов;

- понять смысл основного уравнения гидростатики и его следствий;

- разобратся с устройством пружинного манометра и методикой измерения давления с его помощью;

ознакомиться с принципом действия других видов приборов для измерения давления;

- понять методику поверки приборов;

- измерение гидростатического давления .

2.2.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Лабораторная установка «Капелька»

2. Методическое пособие «Измерение гидростатического давления» .

2.2.4 Описание (ход) работы:

Классификация приборов для измерения давления В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы:

Манометры – для измерения избыточного давления .

Вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления (вакуума) .

Мановакуумметры – для измерения вакуумметрического и избыточного давлений .

Барометры – для измерения атмосферного давления .

Баровакуумметры – для измерения абсолютного давления .

Дифференциальные манометры – для измерения разности давлений .

По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на жидкостные, пружинные, грузопоршневые и с дистанционной передачей показаний .

Приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровненя жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными. К этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, дифманометры и др .

Пружинными приборами называются приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления. К этой группе относятся разнообразные приборы, отличающиеся по виду пружин (мембраны, сильфоны, манометрические трубки). Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике .

Грузопоршневыми приборами называются приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень .

К приборам с дистанционной передачей показаний относятся приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления. К таким приборам относятся манганиновые манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры с применением кристаллов кварца, турмалина или сегнетовой соли, емкостные манометры, ионизационные манометры и др .

По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие .

Образцовыми измерительными приборами называются приборы, предназначенные для поверки других измерительных приборов. Образцовые манометры имеют следующие классы точности: 0,05; 0,2 — грузопоршневые манометры; 0,16; 0,25; 0,4 — пружинные манометры .

Рабочими измерительными приборами называются все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений. Рабочие манометры имеют классы точности 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4 .

–  –  –

Жидкостные приборы для измерения давления

1. Диапазон измеряемых давлений до 400 кПа .

2. Класс точности до 0,05

3. Чувствительность - 1

4. Линейность - 100%

5. Быстродействие - 1...2 измерения в минуту .

В основу принципа действия жидкостных приборов положено, основное уравнение гидростатики р = р 0 + gh, где р -давление в точке внутри жидкости, Па;

р0 -давление на каком-либо уровне Па;

h -глубина погружения частицы жидкости под уровнем с давлением Р0, м;

-плотность жидкости, кг/м3;

g -ускорение свободного падения, м/с2 .

Следствие из уравнения: Для одной и той же жидкости замкнутого объёма давление одинаково во всех точках расположенных на одинаковом уровне (глубине h ) .

Пьезометры (рис. 2.1) обычно представляют собой открытую сверху прямую стеклянную трубку диаметром не менее 6 - 8 мм помещенную на измерительной шкале .

Для измерения гидростатического давления на уровне 1 - 1 в отверстии А стенки сосуда установлен пьезометр. Поскольку оба конца трубки открыты, жидкость в ней поднимется под действием гидростатического давления до уровня 2 - 2 .

–  –  –

Высота столба жидкости в трубке между уровнями 1 - 1 и 2 – 2 соответствует пьезометрической высоте hп (в точке А), которая может быть определена аналитически из уравнения равновесия жидкости относительно плоскости 1 - 1:

p 0 + gh = p ат + gh п, откуда h п = ( р о р ат ) / g + h Если пьезометр установлен в открытом сосуде, то уравнение примет вид hn = h, т. е. пьезометрическая высота будет равна глубине погружения точки А в жидкость .

Для измерения гидростатического давления применяют так же жидкостные манометры, которые отличаются от пьезометров тем, что в них используется жидкость большей плотности, например ртуть, плотность которой равен рт =13 600 кг/м3 .

Простейшим типом жидкостного манометра является U-образный ртутный манометр (рис. 2.2), в котором один конец трубки присоединяется к сосуду с жидкостью в той точке, где необходимо определить избыточное давление .

Избыточное гидростатическое давление на уровне 1—1 (в точке А) будет измеряться пьезометрической высотой hn, а в закрытом сосуде на уровне 2 - 2 (точка Б) будет: p = рт g ( h п h ), где h - глубина понижения уровня ртути в левом колене трубки Вакуумметры служат для измерения давления, меньшего, чем атмосферное .

Однако вакуумметры обычно измеряют не непосредственно давление, а вакуум, т. е .

недостаток давления до атмосферного. Вакуумметр представляет собой изогнутую трубку со шкалой (рис. 2.3) и открытым сосудом, наполненным ртутью. Один конец трубки присоединен к закрытому сосуду, давление в котором ррат, а другой конец опущен в открытый сосуд .

–  –  –

Рис. 2.3 Ртутный вакуумметр 1- стеклянная трубка, 2 – измерительная шкала, 3 – открытый сосуд, 4 – закрытый сосуд .

Механические манометры (пружинные и мембранные) используются для измерения больших давлений. В качестве примера рассмотрим пружинный манометр (рис .

2.4), состоящий из корпуса, шкалы, латунной трубки Рис. 2.4 Механический манометр 1- корпус, 2 – измерительная шкала, 3 – труппка Бурдона, 4 – стрелка, 5 – передаточный механизм .

пружины эллиптического сечения, стрелки и передаточного механизма .

Манометр свободным концом трубки присоединяется к жидкости в точке, где измеряется давление. Манометры снабжены проградуированной шкалой, показывающей давление в атмосферах .

Диапазон измеряемых величин до 500 МПа .

Класс точности до 0,25 Чувствительность в пределах цены деления Линейность в соответствие с классом точности Быстродействие I...10 измерений в секунду Правило считывания показаний манометра. Если стрелка манометра находится между делениями шкалы прибора, то считывание показаний производить по значению ближайшего деления этой шкалы. Дробить цену деления нельзя, так как цена деления шкалы устанавливается в соответствие с классом точности прибора .

Поверка приборов производится в специальных лабораториях стандартизации, на что выдается соответствующий акт о соответствии прибора своему классу точности .

Порядок поверки. Поверяемый прибор нагружается через определенные равномерные интервалы и его показания сверяются с показаниями образцового прибора, затем выдержка при рmax и нагрузка снижается через такие же интервалы давления .

Производится вычисление абсолютной погрешности и устанавливается соответствие прибора классу точности .

Измерение гидростатического давления .

–  –  –

Рис. 2.5 Схема устройства 1 - полость с атмосферным давлением; 2 – опытный резервуар; 3 - пьезометр; 4 уровнемер; 5 – мановакуумметр; 6 – пьезометр; 7 – вакуумметр Порядок выполнения работы

1. В резервуаре 2 над жидкостью создать давление выше атмосферного (pоpа), о чем свидетельствуют превышение уровня жидкости в пьезометре 3 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в мановакуумметре 5 (рис. 2.5 а). Для этого устройство поставить на правую сторону, а затем поворотом его против часовой стрелки отлить часть жидкости из левого колена мановакуумметра 5 в резервуар 2 .

2. Снять показания пьезометра hп, уровнемера H и мановакуумметра hм .

3. Вычислить абсолютное давление на дне резервуара через показания пьезометра, а затем - через величины, измеренные уровнемером и мановакуумметром. Для оценки сопоставимости результатов определения давления на дне резервуара двумя путями найти относительную погрешность p .

4. Над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2 создать вакуум (pоpа), когда уровень жидкости в пьезометре 3 становится ниже, чем в резервуаре, а на мановакуумметре 5 появляется обратный перепад hв (рис.2.5 б). Для этого поставить устройство на левую сторону, а затем наклоном вправо отлить часть жидкости из резервуара 2 в левое колено мановакуумметра 5. Далее выполнить операции по п.п. 2 и 3 .

5. Перевернуть устройство против часовой стрелки (рис 2.5 в) и определить манометрическое или вакуумметрическое давление в заданной преподавателем точке С через показания пьезометра 6, а затем с целью проверки найти его через показания обратного пьезометра 7 и уровнемера 4 .

В процессе проведения опытов и обработки экспериментальных данных заполнить таблицу 2.1 .

Примечание. Принять атмосферное давление pа = 100000 Па, плотность воды = 1000 кг/м3 .

–  –  –

2.3 Лабораторная работа №4 ( 2 часа) .

Тема: «Давление на плоские и криволинейные поверхности»

2.3.1 Цель работы: Освоить методику определения давления внутри жидкости с помощью жидкостных приборов и сил давления на плоские стенки .

2.3.2 Задачи работы:

- понять смысл основного уравнения гидростатики и его следствий;

- разобраться с методикой определения сил давления на плоские стенки;

- разобраться с методикой определения центра давления;

2.3.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Лабораторная установка «Капелька»

2. Методическое пособие «Давление на плоские и криволинейные поверхности» .

2.3.4 Описание (ход) работы:

В резервуар по указанию преподавателя налить требуемый объем жидкости в резервуар .

1. На наклонной плоской поверхности резервуара с помощью пьезометра определить давление по 5 точкам на различной глубине и построить эпюру изменения давления .

Построить эпюру с помощью уравнения гидростатики .

Определить центр тяжести площади .

Измерить давление в центре тяжести площади .

Рассчитать равнодействующею силу давления .

Определить центр давления .

Данные свести в таблицу .

2. Тоже самое выполнить для вертикальной плоской стенки .

№ Показатель Ед. измерения Полученные значения 1 Высота столба жидкости в резервуаре м 2 Давление на свободной поверхностью Па 3 Давление в 1 точке .

4 Давление в 2 точке .

5 Давление в 3 точке .

6 Давление в 4 точке .

7 Давление в 5 точке .

8 Давление в центре тяжести площади 9 Сила давления 10 Глубина погружения центра давления

2.4 Лабораторная работа №5 ( 2 часа).Тема: «Определение режимов движения жидкости»

2.4.1 Цель работы: Воспроизвести ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости и уловить моменты перехода одного режима в другой. Определить верхнее и нижнее критические числа Рейнольдса .

2.4.2 Задачи работы:

Уяснить явление существования режимов движения жидкости, кинематику и динамику частиц жидкости при этих режимах .

Уяснить значимость критерия Рейнольдса для определения течения жидкости .

Уяснить различие законов потерь энергии на перемещение жидкости .

2.4.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Лабораторная установка «Установка Рейнольдса»

2. Методическое пособие «Определение режимов движения жидкости» .

2.4.4 Описание (ход) работы:

.

–  –  –

2 момент перехода 3 турбулентный 4 момент перехода

2.5 Лабораторная работа №6 ( 2 часа) .

Тема: «Иллюстрация уравнения Бернулли»

2.5.1 Цель работы: Опытное подтверждение уравнения Д. Бернулли, т.е .

понижения механической энергии по течению и перехода потенциальной энергии в кинетическую и обратно (связи давления со скоростью) .

2.5.2 Задачи работы:

– измерить пьезометрические напоры в сечениях

- наблюдать с помощью приборов изменение полной удельной энергии по длине потока в напорном трубопроводе переменного сечения и переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно в соответствии с уравнением Бернулли

- построить по данным измерений пьезометрическую и напорную линии .

- сравнить измеренный скоростной напор в сечениях с вычисленным по средней скорости .

2.5.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Лабораторная установка «Установка Бернулли»

2. Методическое пособие «Иллюстрация уравнения Бернулли» .

–  –  –

5. Изменить расход с помощью вентиля 6 и повторить пункты 3, 4 .

6. Плавно закрыть вентиль 6 и выключить насос .

7. Заполнить таблицу 3.1

8. Вычертить в масштабе трубу переменного сечения с пьезометрами (рис. 3.2) .

Соединив уровни жидкости в пьезометрах, получить пьезометрическую линию, показывающую изменение потенциальной энергии (давления) вдоль потока. Для получения напорной линии (линии полной механической энергии) отложить от оси канала полные напоры Н и соединить полученные точки .

Проанализировать изменение полной механической Н, потенциальной Р/(g) и кинетической v2/(2g) энергий жидкости вдоль потока; выяснить соответствие этих изменений уравнению Бернулли

–  –  –

2.6 Лабораторная работа №7, 8 ( 4 часа) .

Тема: «Определение коэффициента гидравлического трения»

2.6.1 Цель работы: Найти значения коэффициента гидравлического трения опытным путем и его расчетные значения для условий опыта и сравнить между собой .

Решить задачу на определение потерь напора .

2.6.2 Задачи работы:

- понятие потери напора по длине;

- значимость коэффициента гидравлического трения для вычисления потерь напора и его зависимость от режима движения жидкости, шероховатости внутренних стенок трубы и ее размеров;

- понятие гидравлические гладкие трубы;

- условия, при которых одна и та же труба работает как гидравлическая гладкая и как гидравлически шероховатая;

- понятие квадратичная область (зона) сопротивления .

–  –  –

2.7 Лабораторная работа №9 ( 2 часа) .

Тема: «Определение местного коэффициента гидравлического трения»

2.7.1 Цель работы: Найти значения коэффициента местных сопротивлений м для внезапного расширения и вентиля опытным путем и их расчетные значения для ус¬ловий опыта и сравнить между собой .

2.7.2 Задачи работы: Уяснить:

- понятие местные потери напора;

- значимость коэффициента местных сопротивлений ! м для вычисления потерь напора и его зависимость от режима движения жидкости, и вида местных сопротивлений;

- понятие квадратичная область сопротивления;

2.7.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Лабораторная установка «Установка Гидродинамика»

2. Методическое пособие «Определение местного коэффициента гидравлического трения» .

2.7.4 Описание (ход) работы:

–  –  –

Обработка опытных данных .

1. Определить расход воды через установку для каждого опыта Q .

2. Определить среднюю скорость воды для каждого сечения и опыта v .

3. Определить число Рейнольдса для каждого сечения и опыта Re .

Определить потери по длине для каждой трубы и опыта hдл .

4 .

Определить опытное значение коэффициента местных сопротивлений ! м .

5 .

Определить расчетное значение коэффициента местных сопротивлений ! м .

6 .

7. Отклонение опытного коэффициента от расчетного .

8. Свести показание в таблицу 2 .

–  –  –

2.8 Лабораторная работа №10, 11 ( 4 часа) .

Тема: «Истечение жидкости через отверстие и насадки»

2.8.1 Цель работы: Найти значения коэффициентов расхода µ, скорости, сжатия опытным путем и их расчетные значения для условий опыта и сравнить между собой .

2.8.2 Задачи работы: Уяснить:

- значение коэффициентов расхода, скорости, сжатия;

- методику определения расхода жидкости через отверстия и насадки;

2.8.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Лабораторная установка «Установка Гидродинамика»

2. Методическое пособие «Истечение жидкости через отверстие и насадки» .

2.8.4 Описание (ход) работы:

1. Проверить положение затвора 7 (должен быть закрыт - не вращается против часовой стрелки .

2. Открутить рукоятку 4 и установить поворотом турели 6 отверстие в тонкой стенке ( нижнее вертикальное положение отверстия, при этом слышен щелчок фиксатора) и закрутить рукоятку до конца .

3. Наполнить 2-ю секцию бака открытием вентиля “общий” и “II-я секция” напорного бака, расположенных на парвой стенке лабораторного стола .

4. Вращая маховичок затвора 7 по часовой стрелке (5-6 оборотов), открыть его .

5. Регулировкой крана “II-я секция” установить постоянный уровень воды в пьезометре № 2 (6) на отметке около 50 см .

6. Подставляя под струю протарированную емкость объемом V = 2500 см3 определить с помощью секундомера время ее наполнения .

7. Записать показания пьезометра № 2 (6) .

8. Определить с помощью линейки и угольника координату струи “х” - т.е .

дальность полета струи от кромки отверстия до поверхности стола; координата “у”, определяющая положение центра отверстия над столом, величина постоянная, равная у = 17 см .

9. Закрыть вентиль “II-я секция” и затвор 7 .

10. Отвернуть рукоятку 4 и установить турель 6 в положение, соответствующее истечению из цилиндрического насадка .

11. Закрутить рукоятку 4, открыть затвор 7 и вентиль II-й секции бака .

12. Повторить последовательно операции и измерения, описанные в пп. 5-9 .

13. Подсоединить прозрачный шланг к штуцеру насадка, опустить его в емкость с чернилами и пронаблюдать подъем чернил, т.е. наличие вакуума на входе в насадок .

14. Закрыть кран “II-я секция” бака и затвор 7 .

15. Отвернуть рукоятку 4 и установить турель в положение, соответствующее истечению из конического насадка .

16. Повторить последовательно операции и измерения, описанные выше и соответствующие пп. 4-9 .

17. Установить турель в положение, соответствующее истечению из отверстия квадратной формы и выполнить наблюдения инверсии струй .

18. Закрыть кран “II-я секция” и затвор 7 .

Обработка опытных данных

1. Подсчитать площадь выходного отверстия

2. Определить расход истечения по формуле

3. Определить коэффициент расхода µ

4. Найти коэффициент скорости

5. Коэффициент сжатия струи определить как

–  –  –

2.9.1 Цель работы: Исследование гидравлического удара в напорном трубопроводе .

2.9.2 Задачи работы: Уяснить:

- экспериментальное опредление величины повышения давления при гидравлическом ударе в случае внезапного (мгновенного) закрытия крана;

- определение повышения давления при гидроударе по формуле Н.Е.Жуковского;

- сравнение теоретического и экспериментального значения повышения давления при гидравлическом ударе .

2.9.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Лабораторная установка «Установка Гидродинамика»

2. Методическое пособие «Истечение жидкости через отверстие и насадки» .

2.9.4 Описание (ход) работы:

1. Изучить настоящее методическое указание .

2. Начертить схему установки (рис. 10) .

Рис. 1. Схема экпериментальной установки для исследования гидравлического удара

3. Проверить отсутствие воды в мерной секции А бака 7 и закрыть вентиль 8 (четвертый) .

4. Наклонить лоток 9 в сторону переливной секции Б мерного бака (третий) .

5. Открыть кран 5 и вентиль 6 (второй) .

6. Наклонить лоток в сторону мерной секции А бака и строго одновременно включить секундомер (третий) .

7. После наполнения мерной секции бака повернуть лоток в сторону переливной секции и одновременно выключить секундомер (третий) .

8. Записать в таблицу журнала объем V воды в мерном баке и время t заполнения мерного бака (третий) .

9. Резко перекрыть кран 5 (второй) и замерить давление по манометру .

10. Открыть вентиль 8 и слить воду из мерного бака (четвертый) .

11. Выполнить второй опыт, повторив операции по пунктам 5...1 .

Обработка опытных данных

1. Определить расход воды по формуле

2. Определить среднюю скорость воды в трубопроводе до гидроудара по формуле

3. Определить скорость распространения ударной волны по формуле

4. Определить повышение давления при гидроударе по формуле Н.Е.Жуковского

5. Определить относительную ошибку Таблица опытных данных

1. Длина трубопровода, L

2. Диаметр трубопровода, d

3. Толщина стенки трубопровода,

–  –  –

2.10 Лабораторная работа №13 ( 2 часа) .

Тема: «Особенности конструкции и эксплуатации, динамических насосов»

2.10.1 Цель работы: Изучить устройство и принцип действия динамических насосов 2.10.2 Задачи работы: Уяснить:

принцип работы динамических насосов;

взаимосвязь подачи и напора .

правил первого и последующих пусков и остановки насосов;

2.10.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Макеты насосов .

2. Методическое пособие «Особенности конструкции и эксплуатации, динамических насосов» .

2.10.4 Описание (ход) работы:

–  –  –

Насос - это устройство (гидравлическая машина) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) главным образом капельной жидкости в результате сообщения ей внешней энергии (потенциальной и кинетической). Устройства для безнапорного перемещения жидкости Н. обычно не называют и относят к водоподъёмным машинам Динамическими называют насосы, в которых жидкость под воздействием гидродинамических сил перемещается в камере (незамкнутом объеме), постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса .

Основные типы современных динамических насосов .

являются наиболее распространёнными и Центробежные насосы предназначаются для подачи холодной или горячей воды, вязких или агрессивных жидкостей (кислот и щелочей), сточных вод, смесей воды с грунтом, золой и шлаком, торфом, раздробленным каменным углём и т.п. Их действие основано на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса тем частицам жидкости, которые находятся между его лопастями. Под влиянием возникающей при этом центробежной силы частицы подаваемой среды из рабочего колеса перемещаются в корпус насоса и далее, а на их место под действием давления воздуха поступают новые частицы, обеспечивая непрерывную работу насоса .

На рис. 1 изображена простейшая схема центробежного насоса. Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов - подвода 1, рабочего колеса 2 и отвода 3. По подводу жидкость подается в рабочее колесо из подводящего трубопровода. Рабочее колесо 2 передает жидкости энергию от приводного двигателя. Рабочее колесо состоит из двух дисков а и б, между которыми находятся лопатки в, изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Жидкость движется через колесо из центральной его части к периферии. По отводу жидкость отводится от рабочего колеса к напорному патрубку или, в многоступенчатых насосах, к следующему колесу .

–  –  –

В результате такого многоступенчатого действия вихревые насос по сравнению с такими же (по размерам и скорости вращения) центробежными насосами развивают в 3-7 раз больший напор, но работают с более низким (в 2- 3 раза) КПД .

В вихревых насосах открытого типа жидкость подводится вблизи вала насоса, проходит между лопатками рабочего колеса и отводится к выходному отверстию в корпусе из открытого (без перемычки) периферийного канала. В зарубежной литературе вихревые насосы называются фрикционными, регенеративными, турбулентными, самовсасывающими и др .

Устройства некоторых насосов .

–  –  –

Рис. 7.6. Центробежный насос с двусторонним подводом к рабочему колесу (тип Д) 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - защитная втулка; 4 - рабочее колесо; 5 - вал; 6 - защитноуплотняющее кольцо; 7 - трубка для подвода воды к сальнику; 8 - подшипник; 9 - набивка сальника .

–  –  –

Рабочее задание .

1. По макету изучить устройство центробежного насоса, найти места эксплуатационных утечек жидкости, подсоса воздуха и эксплуатационного износа .

2. Ознакомиться с правилами пуска и остановки насоса и в соответствие с ними пустить насос

3. Произвести испытания на шести режимах:

первый режим - закрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе и записать в таблицу 1 отчета показания манометра, вакуумметра, ваттметра и уровнемера водослива .

второй режим - приоткрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе так, чтобы давление по показаниям манометра изменилось на 0,1 кгс/см2 Р2 = Р1 0,1 и записать показания приборов .

третий режим - той же задвижкой установить давление Р3 = Р1 0,2 и записать показания приборов .

Р4 = Р1 0,4 четвертый режим Р5 = Р1 0,8 пятый режим Р6 = Р1 1,6 шестой режим Остановить насос по правилам .

5. Обработать опытные данные, построить характеристики насоса и записать выводы по результатам испытаний .

6. Найти эксплуатационные параметры испытуемого насоса для предложенной насосной установки, Правила пуска насоса .

1. Закрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе и открыть на всасывающем .

2. Отключить манометр и вакуумметр .

3. Заполнить насос водой .

4. Включить электромотор .

5. Подключить манометр и вакуумметр .

6. Открыть задвижку на нагнетательном трубопроводе .

Правила остановки насоса

1. Закрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе .

2. Выключить электромотор .

3. Отключить манометр и вакуумметр .

2.12 Лабораторная работа №15 ( 2 часа) .

Тема: «Совместная работа двух центробежных насосов»

2.12.1 Цель работы: Построить:

- суммарные напорные характеристики насосов для параллельной и последовательной совместной работы;

- характеристику трубопровода насосной установки (график потребных напоров) .

Найти подачу и мощность насосной установки с одним и двумя насосами .

2.12.2 Задачи работы: Уяснить:

Уяснить методику построения:

- суммарных напорных характеристик насосов;

- характеристики трубопровода насосной установки .

2.12.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Насосная станция .

2. Методическое пособие «Совместная работа двух центробежных насосов» .

2.12.4 Описание (ход) работы:

–  –  –

2.13 Лабораторная работа №16 ( 2 часа) .

Тема: «Особенности конструкции и эксплуатации, объемных насосов»

2.13.1 Цель работы: Изучить устройство и принцип действия объемных насосов .

2.13.2 Задачи работы: Уяснить:

- принцип работы объемных насосов;

- взаимосвязь подачи и напора .

- правил первого и последующих пусков и остановки насосов;

2.13.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Макеты насосов .

2. Методическое пособие «Особенности конструкции и эксплуатации, объемных насосов» .

2.13.4 Описание (ход) работы:

Общие сведения .

Насос - это устройство (гидравлическая машина) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) главным образом капельной жидкости в результате сообщения ей внешней энергии (потенциальной и кинетической) .

К объемным относят насосы, в которых сообщение энергии жидкости осуществляется по принципу механического периодического вытеснения жидкости рабочим телом, создающим в процессе перемещения определенное давление жидкости. В объемных насосах жидкость получает энергию в результате периодического изменения замкнутого объема, который попеременно сообщается то с входом, то с выходом насоса .

Объемными являются насосы поршневые, плунжерные, диафрагменные, роторные и шестеренные .

Наиболее распространенными из объемных насосов являются поршневые и плунжерные. В системах водоснабжения и, канализации поршневые насосы в настоящее время применяются относительно мало: для подъема воды из скважин малого диаметра, для перекачивания вязких жидкостей, например осадка из первичных отстойников, а также в качестве дозировочных насосов .

Поршневые и плунжерные насосы относятся к возвратно-поступательным насосам .

Устройство и принцип работы поршневого насоса одностороннего действия можно уяснить из рис.1, а. Такой насос состоит из рабочей камеры с всасывающим и напорным клапанами (ВК и НК) и цилиндра с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение, К рабочей камере присоединены всасывающий и напорный трубопроводы .

За один цикл, т. е. за один поворот вала с кривошипом, в цилиндр засасывается, а затем выталкивается объем жидкости V, равный FS (S и F — ход и площадь поршня) .

В плунжерном насосе двустороннего действия (см. рис. 10.1 б) обе полости поршня являются рабочими, и за один ход поршня в прямом направлении одновременно происходят всасывание и нагнетание жидкости. Эти же процессы повторяются и при ходе поршня в обратном направлении .

При одних и тех же площадях поршня F, одинаковом ходе S и постоянном числе ходов в единицу времени подача насосов двустороннего действия в 2 раза больше подачи насосов одностороннего действия. Кроме того, насосы двустороннего действия обеспечивают более равномерную подачу жидкости .

В соответствии с приведенными схемами, а также в зависимости от назначения, условий работы и конструкции можно принять следующую классификацию возвратнопоступательных насосов .

По роду действия - это насосы: а) одностороннего действия, б) двустороннего действия, в) сдвоенные двустороннего действия, г) дифференциальные .

По расположению цилиндров - это насосы: а) горизонтальные, б) вертикальные .

По конструкции рабочего органа - это насосы: а) поршневые, в которых дисковый поршень, снабженный уплотняющими устройствами (манжетами, поршневыми кольцами), перемещается в расточенном цилиндре; б) плунжерные, у которых вместо поршня применяют плунжер (скалку) в виде полого стакана, который движется в уплотняющем сальнике, не касаясь внутренних, стенок цилиндра; плунжерные насосы проще и надежнее в эксплуатации, так как у них нет сменных уплотняющих деталей (колец, манжет);

в) с проходным поршнем - вертикальные насосы, вода в которых при нагнетании проходит внутри поршня через нагнетательный клапан, расположенный в верхней его части .

Рис. 10.1.

Схемы возвратно-поступательных насосов а - поршневой насос одностороннего действия; б - плунжерный насос двустороннего действия; 1- рабочая камера; 2 - напорный клапан, 3 поршень (плунжер):

4 - цилиндр; 5-шток; 6 - кривошип; 7 - всасывающий клапан Характеристика Q - Н возвратно - поступательных насосов (без, учета пульсации расхода) при постоянной частоте вращения и неизменной длине хода поршня представляет собой прямую линию, параллельную оси ординат. Теоретически возвратно поступательный насос может развивать любой напор, однако практически напор, развиваемый насосом, ограничен прочностью конструкции и мощностью привода (двигателя) .

Коэффициент полезного действия возвратно - поступательных насосов достаточно высок и в зависимости от типа и размера насоса находится в пределах 0,75 - 0,95 .

Мощность двигателей для привода насоса принимается с некоторым запасом по сравнению с мощностью, вычисленной для насоса .

К достоинствам поршневых насосов относятся: постоянство подачи жидкости независимо от сопротивления напорного трубопровода, что позволяет использовать их как дозаторы; возможность подачи незначительных расходов под большим давлением при высоком КПД; техническая целесообразность создания малогабаритных насосов, способных поднимать жидкость из скважин малого диаметра; возможность пуска насоса в действие без предварительного заполнения его жидкостью .

К недостаткам поршневых насосов можно отнести: большие габариты, массу и площадь, занимаемую насосным агрегатом; необходимость устройства тяжелого фундамента; наличие легко изнашивающихся деталей (клапанов, манжет и т. п.);

сложность эксплуатации и меньшую надежность в работе; неравномерность подачи жидкости .

Шланговые насосы за последнее время получили распространение для перекачивания плотных илов и осадков производственных сточных вод. Некоторые зарубежные фирмы изготовляет такие насосы с подачей до 60 м3/ч и напором до 1,6 МПа .

Принцип действия шлангового насоса понятен из схем, изображенных на рис. 10.4 .

В корпусе 1 укреплен шланг 2 из гибкого материала (резины, пластмассы и т.п.). На станине закреплены подшипники вала 3. План-шайба с роликами 5 крепится к валу. При вращении вала ролики набегают на шланг и обжимают его. Сжатое сечение шланга по мере вращения вала перемещается от всасывающей части шланга к нагнетательной. Таким образом, порции жидкости тоже перемещаются от всасывающего патрубка к нагнетательному. Так же устроены и шланговые насосы с несколькими параллельно расположенными шлангами. Иногда вместо роликов применяют специальные обжимные кулачки 4 (см. рис. 10.4 б), Корпус насоса, как и в первом случае, до половины заполняют маслом 6 .

Рабочие органы (вал, ролики и др.) шлангового насоса не соприкасаются с перекачиваемой жидкостью, поэтому такие насосы можно применять для перемещения и дозирования химически активных жидкостей и суспензий. При этом материал шланга должен быть стоек к воздействию перекачиваемой жидкости. Подача насоса регулируется путем изменения частоты вращения вала. Шланговые насосы находят применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности, в медицине, а также могут использоваться в установках для обработки воды .

Рис. 10.4. Схема шлангового насоса с роликами (а) и с обжимными кулачками (б) Винтовые насосы по принципу действия относятся к роторным насосам. В зависимости от общего действия рабочих винтов различают одно-, двух-, трех- и многовинтовые насосы (рис. 10.5) .

Основными деталями такого насоса являются однозаходный винт из нержавеющей или хромированной стали и двухзаходная обойма из специальной резины. Винт соединен с валом двигателя карданной передачей или другим гибким соединением, допускающим несоосность вала двигателя и винта .

Рис. 10.5. Одновинтовой насос

При вращении вала двигателя винт совершает в обойме сложное движение:

вращение относительно собственной оси и вращение оси винта с радиусом, равным эксцентриситету винта. При этом между винтом и обоймой образуются замкнутые полости, непрерывно перемещающиеся от всасывающей камеры к нагнетательной. Таким образом, одновинтовые насосы представляют собой насосы объемного типа с вращающимся рабочим органом .

Винтовые насосы имеют крутопадающие характеристики при этом зависимость Q Н близка к линейной. Промышленность выпускает горизонтальные винтовые насосы с подачей 0,3—40 м3/ч и вертикальные - для колодцев и артезианских скважин .

Винтовые насосы с резиновыми обоймами можно применять для перекачивания как чистых, так и загрязненных и химически активных жидкостей .

Аксиально-поршневые насосы. Аксиально-поршневой насос состоит из ротора (блока цилиндров) 5, соединенного пространственным шарниром с наклонным валом (рис.10.6) .

Поршни 4 блока цилиндров 2 соединены с шайбой шатунами 3 .

За полный оборот вала 1 поршень один раз всасывает и один раз нагнетает жидкость. Ротор 5 вращается относительно неподвижной распределительной плиты, в которой выполнены дуговые пазы, соединенные соответственно с каналами всасывания и нагнетания. В процессе вращения ротора 5 цилиндры с поршнями последовательно проходят пазы всасывания и нагнетания, что обеспечивает непрерывное движение масла в нагнетательный трубопровод. Таким образом, процессы всасывания и нагнетания происходят без применения клапанов, что выгодно отличает эти насосы от обычных поршневых насосов клапанного типа .

Рис. 10.6 Аксиально-поршневые насосы:

1 - вал; 2 - блок цилиндров; 3 - шатуны; 4 - поршни; 5 - ротор Шестеренные насосы. Их применяют в системах маслоснабжения насосных и электрических станций, гидроприводов сельскохозяйственных и строительных машин с разомкнутой циркуляцией, а также для перекачки различных жидкостей, не содержащих твердых частиц .

Шестеренные насосы характеризуются простотой устройства и надежностью эксплуатации, небольшим числом высокоточных и изнашивающихся деталей, малыми стоимостью, габаритами и массой .

Принцип действия насосов состоит в следующем. Две шестерни 3 и 5 (рис. 10.7) равной ширины и равного модуля находятся в зацеплении и располагаются в цилиндрических расточках корпуса 7 насоса с минимальным радиальным зазором. К торцам шестерен прибегают боковые стенки корпуса насоса. При вращении шестерен жидкость, расположенная между зубьями, переносится из полости всасывания 2 в полость нагнетания 4. В напорной полости жидкость из впадин вытесняется зубьями противоположной шестерни и поступает в напорную линию насоса .

Шестеренный насос желательно устанавливать так, чтобы уровень рабочей жидкости в баке был выше места установки насоса. Это особенно важно, если гидросистема эксплуатируется при пониженной температуре воздуха, когда вязкость рабочей жидкости может значительно возрасти .

Шестеренные насосы используют также в качестве гидромоторов. При этом вследствие возможности реверсирования гидромоторы должны иметь симметричные устройства входа и выхода .

Рис. 10.7. Принцип действия шестеренный насоса:

1- корпус, 2- полость всасывания, 3, 5- шестерни, 4- полость нагнетания

2.14 Лабораторная работа №17 ( 2 часа) .

Тема: «Испытание объемного насоса»

2.14.1 Цель работы: Изучить устройство, принцип действия объемных насосов снять напорную характеристику .

2.14.2 Задачи работы: Уяснить:

- принцип работы объемных насосов;

- взаимосвязь подачи и напора .

2.14.3 Перечень приборов, материалов, используемых в лабораторной работе:

1. Макеты насосов, насосная станция .

2. Методическое пособие «Испытание объемного насоса» .

2.14.4 Описание (ход) работы:

1. Ознакомиться с элементами, входящими в состав лабораторной установки .

2. Составить гидравлическую схему установки .

3. Подготовить установку к работе, подключив ее к распределительному электрощиту .

4. Подать на электродвигатель напряжение постоянного тока .

–  –  –

9. Результаты исследований и расчетов представить в виде графических зависимостей Q=f(n), N=f(n) .

Сделать вывод по работе .




Похожие работы:

«Юрий Дикий Новосельского угол Дворянской* Занятия в новом помещении на Ямской угол Дворянской начались с 1 сентября, а его торжественное открытие и освящение произошло 18 ноября. К 1913 году музыкальная Одесса наряду с Саратовом и...»

«Слово прости От грехов освобождаемся через покаяние От прародительского греха освободились мы через Святое Крещение, от тех же грехов, на которые дерзали мы по Крещении, освобождаемся не иначе, как через покаяние. Прп. Максим Исповедник Таинство Таинств Любовь и...»

«ISBN 978 5 85983 258 3 М ИН И СТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО Х ОЗЯЙСТВА РО С С И Й С КО Й Ф ЕДЕРАЦИИ СА НКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГО СУ ДА РСТВЕН Н Ы Й А ГРА РН Ы Й У НИ ВЕРСИ ТЕТ Научный вклад молодых исследователей в сохранение...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГР...»

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Майкопский государственный технологический университет" Факультет аграрных технологий Кафедра землеустройства УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ...»

«Информационный бюллетень | Выпуск #5 | май июнь 2012 backing the stewards of cultural and biological diversity ПОЗДРАВЛЯЕМ ПОБЕДИТЕЛЯ! Программа ООН "Инициатива Экватор" отметила наградами 25 своих победителей, которые продемонстрировали лидерство в продви...»

«Міністерство освіти і науки України Національний університет біоресурсів і природокористування України ВП НУБіП України "Ніжинський агротехнічний інститут" ЗО "Білоруська державна сільськогосподарська академія", Республіка Білорусь ЗО "Поліський державний університет", Республіка Б...»

«связана с описанием растительности на солонцеватых почвах. Здесь ковыль редеет, мельчает и уступает место типцу и черной полыни, а рядом со спиреей появляется персидский шиповник. Весной степь покрывается красивыми белы...»

«ОТЧЕТЫ ФАО ПО ВОДНЫМ РЕСУРСАМ ИРРИГАЦИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ В ЦИФРАХ Исследование АКВАСТАТ – 2012 Cover picture: © FAO Mediabase: Sergey Kozmin Internal picture: © FAO Mediabase: Sean Gallagher, Danfung Dennis, Giulio Napolitano Публикации ФАО можно получить, обратившись по адресу: ГРУППА ПО...»

«О О ^О О О И Проф. Е, Месснер МИР без МИРА Всеславянское Издательство Нью Иорк Р З ^ ооо^оо^ оро€ оо оо^ оос ^ Все книги издания Всеславянского Издательства выходят при благосклонном участии и поддерж ке князя Сергея Сергее...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный аграрный университет имени А.А.Ежевского Агрономический факультет Кафедра ботаники, плодоводства и ландшафтно...»

«Беговые дорожки Spirit Fitness СТ800: Инструкция пользователя Z500 Z100 / Z300 Z700 РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ Пожалуйста, внимательно прочтите это руководство перед тем, как приступить к эксплуатации тренажера Указатель Меры предосторожнос...»




















 
2018 www.lit.i-docx.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.