Файл: Гидравлика.doc

При истечении жидкости через затопленное отверстие или насадок для определения расхода применяют приведенные формулы (14), но в этом случае напор H₀ берется как разность гидростатических напоров по обе стороны стенки.

Следовательно, расход в данном случае не зависит от высоты расположения отверстия или насадка.

В случае истечения жидкости через насадок образуется вакуум, который увеличивает его пропускную способность и является прямо про­порциональным напору H₀. Коэффициент расхода насадка зависит от его типа и числа Рейнольдса. По своему значению он превышает коэффициент расхода малого отверстия. Например, для внешнего цилиндрического насадка μ = 0,80, для коноидального насадка μ = 0,96÷0,99.

1.9. Гидравлический расчет трубопроводов

Основное расчетное уравнение простого трубопровода. Основные расчетные задачи. Понятие об определении экономически более выгодного диаметра трубопровода. Сифонный трубопровод. Последовательное и параллельное соединение трубопроводов. Сложные трубопроводы. Трубопровод с насосной подачей.

Методические указания. При расчете напорных трубопроводов применяются уравнения Бернулли, постоянства расхода и формулы (для определения гидравлических потерь). По отношению местных потерь и потерь на трение трубопроводы подразделяют на короткие и длинные. К коротким относятся всасывающие трубопроводы насосов, сифонные трубы, некоторые гидролинии гидроприводов и другие трубопроводы. При их расчете оценивают и определяют потери на трение и местные потери.

Расчет длинных трубопроводов ведется по упрощенному уравнению Бернулли. В данном случае скоростные напоры по срав­нению с другими членами уравнения малы и ими обычно пре­небрегают. Местные потери либо совсем не оценивают, либо без точного расчета принимают равными некоторой доле потерь по длине – обычно 10÷15%.

Расчет простых трубопроводов сводится к трем типовым задачам по определению напора, расхода, диаметра трубопровода. Задачи решают аналитическим и графоаналитическим способами. Задачи второго и третьего типов аналитическим способом решить непосредственно нельзя и приходится прибегать к методу подбора. Поэтому для таких случаев удобнее применять графоаналитический способ. При этом для задачи второго типа строится гидравлическая характеристика трубопровода, которая выражает связь между расходом и гидравлическими потерями, т. е. ∑ h = f(Q). Произвольно подбирают несколько значений расхода и определяют соответствующие им гидравлические потери. По данным расчета и строится кривая характеристики трубы. При ламинарном течении жидкости характеристика трубы имеет вид прямой линии, что облегчает ее построение.

При расчете сложных трубопроводов удобно пользоваться графоаналитическим способом, при этом графически суммировать гид­равлические характеристики отдельных труб.

2. Лопастные гидромашины

И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

2.1. Общие сведения о гидромашинах

Насосы и гидродвигатели. Классификация насосов. Принцип действия динамических и объемных машин. Основные параметры: подача (расход), напор, мощность, КПД.

Методические указания. Гидравлические машины служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую (гидравлические двигатели). Гидравлическим приводом называют гидравлическую систему, которая состоит из насоса и гидродвигателя с соответствующей регулирующей и распределительной аппаратурой и служит для передачи посредством рабочей жидкости энергии на расстояние. При помощи гидравлического привода можно преобразовывать механическую энергию в кинетическую на выходе системы с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости выходного звена, а также преобразовывать один вид движения в другой.

Существуют две основные группы насосов: объемные (поршневые и роторные) и динамические (в том числе лопастные и вихревые). Напор, развиваемый объемными насосами, не зависит от подачи, а у лопастных напор и подача взаимосвязаны. Этим обусловливается различие возможных напоров, создаваемых обеими группами насосов, различие способов регулирования их подачи и пр.

В рабочем колесе лопастного насоса основная часть подводимой энергии передается жидкости путем динамического воздействия лопаток на поток. Рабочее колесо совершает работу, преодолевая при своем вращении момент этих сил. Для этого к колесу насоса подводится механическая энергия двигателя, которая насосом преобразуется в энергию движущейся жидкости. Характерным признаком объемного насоса является наличие одной или нескольких рабочих камер, объемы которых при работе насоса периодически изменяются. При увеличении объема камер они заполняются жидкостью, а при уменьшении их объема жидкость вытесняется в отводящую линию. Основные параметры насосов: подача, напор, мощность, КПД, частота вращения.

Подачей насоса называют количество жидкости (объем), подаваемое насосом за единицу времени, т. е. расход потока через насос. Напором Н насоса называют механическую энергию, сообщаемую насосом единице веса (1 Н) жидкости. Поэтому напор имеет линейную размерность. Напор насоса H, м ст., равен разности полного напора за насосом и напора перед ним:

, (16)

где p_н и p_в – абсолютные давления в местах установки манометра и вакуумметра, Па;ρ – плотность перемещаемой жидкости, кг/м³; g – ускорение силы тяжести, м/с²; υ_н и υ_в – средние скорости в нагнетательном и всасывающем трубопроводах, м/с;Δz – вертикальное расстояние между точками установки вакуумметра и манометра, м.

Ввиду того что вертикальное расстояние между точками установки приборов бывает обычно небольшое, а скоростные напоры υ² / (2g) на выходе и на входе в насос или одинаковые, или весьма близки, то напор насоса можно определить по упрощенной формуле

. (17)

Насос передает жидкости не всю механическую энергию, которая подводится к насосу. Отношение полезной мощности насоса к потребляемой им мощности двигателя называют КПД. Он равен произведению трех коэффициентов полезного действия: объемного, гидравлического и механического. Объемным КПД учитываются потери объема жидкости (утечки жидкости через уплотнения), гидравлическим КПД – уменьшение напора насоса, вызываемое гидравлическими сопротивлениями в самом насосе, механическим КПД – трение между элементами машины.

2.2. Основы теории лопастных насосов

Центробежные насосы. Схемы центробежных насосов. Уравнение Эйлера для насоса и турбины. Теоретический напор насоса. Влияние числа лопаток на теоретический напор. Полезный напор. Потери энергии в насосе. Коэффициенты полезного действия насоса. Характеристика центробежных насосов. Основы теории подобия насосов. Формулы подобия. Коэффициент быстроходности и типы лопастных насосов. Осевые насосы.

Методические указания. Движение частиц жидкости в рабочем колесе является сложным, поскольку вращается и само рабочее колесо и жидкость движется по его межлопастным каналам. Сумма этих двух движений дает абсолютное движение частиц жидкости по отношению к неподвижному корпусу насоса.

Основное уравнение лопастных насосов впервые было выведено Л. Эйлером. Оно связывает напор насоса со скоростями движения жидкости в характерных сечениях. Скорости движения жидкости зависят от подачи и частоты вращения рабочего колеса насоса, а также от геометрии элементов этого колеса (диаметра, ширины каналов, формы лопастей) и условий подвода. Следовательно, основное уравнение дает возможность по заданным напору, частоте вращения и подаче насоса определить выходные элементы рабочего колеса.

Условия протекания жидкости в рабочем колесе и спиральной камере насоса настолько сложны, что представление о характере взаимосвязи основных рабочих параметров центробежного насоса удается получить только экспериментальным путем, т. е. испытаниями насоса в лаборатории. Рабочая характеристика лопастных насосов строится в виде зависимости напора насоса, потребляемой им мощности и КПД от подачи насоса при постоянной частоте вращения рабочего колеса. С изменением частоты вращения рабочая характеристика насоса также изменяется.

2.3. Эксплуатационные расчеты лопастных насосов

Применение формул подобия для пересчета характеристик насосов. Насосная установка. Регулирование подачи. Последовательное и параллельное соединение насосов. Кавитация в лопастных насосах.

Методические указания. Элементарную гидросистему для перемещения жидкости насосом называют насосной установкой. Она, в основном, состоит из приемного резервуара, всасывающего трубопровода, насоса, нагнетательного трубопровода и напорного резервуара.