Жидкость и ее основные физические свойства

     Гидравлические  потери энергии обычно разделяют  на местные потери и потери на трение по длине

          . (4.3)

          Местные потери энергии обусловлены так называемыми местными гидравлическими сопротивлениями, т.е. местными изменениями формы и размеров русла, вызывающими деформацию потока. При протекании жидкости через местные сопротивления изменяется ее скорость и возникают вихри.

     Примером  местных сопротивлений может  служить задвижка (рис.4.1). 

 

     Местные потери напора определяются по формуле  Вейсбаха

           , (4.4)

          где V-средняя скорость в трубе; -коэффициент местного сопротивления.

     Потери  на трение по длине  -это потери энергии, которые возникают в прямых трубах постоянного сечения и возрастают прямо пропорционально длине трубы (рис.4.2).

     Рассматриваемые потери обусловлены внутренним трением  жидкости в трубах. Потери напора при  трении определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

         ,    (4.5)

  где λ – коэффициент гидравлического трения по длине или коэффициент Дарси; l – длина трубопровода; d –его диаметр; V – средняя скорость течения жидкости. 

 

     Для ламинарного режима движения жидкости в круглой трубе коэффициент  определяется по теоретической формуле

         , (4.6)

        где число Рейнольдса.

     При турбулентном режиме коэффициент  зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости ( -эквивалентная шероховатость) и определяется по эмпирическим формулам.   

       В области гидравлически гладких труб 4000<Re< , т.е. при малых скоростях и числах Рейнольдса, коэффициент Дарси зависит только от числа Рейнольдса, и его определяют по формуле Блазиуса

       .     (4.7)

       В переходной области ( ) на коэффициент Дарси влияют шереховатость и число Рейнольдса. В этой области для вычислений используют формулу Альтшуля 

      . (4.8)

     В квадратичной области сопротивления (области гидравлически шероховатых  труб) коэффициент  может быть найден по формуле Шифринсона

             .    (4.9) 

     5.2 Местные сопротивления

         В местных гидравлических сопротивлениях, вследствие изменения конфигурации потока на коротких участках, изменяются скорости движения жидкости по величине и направлению, а также образуются вихри. Это и есть причиной местных потерь напора. Местными сопротивлениями являются расширения и сужения русла, поворот, диафрагма, вентиль, кран и т.п. (рис.4.3).

     Потери  напора в местных сопротивлениях определяются по формуле (4.4).

     При турбулентном режиме коэффициент  зависит в основном от вида местного сопротивления, а при ламинарном- от числа Рейнольдса. Для всех местных сопротивлений этот коэффициент определяется экспериментально . 

 

     Рассмотрим  некоторые местные сопротивления.

     Внезапное (резкое) расширение трубы (рис.4.4). 

 
 

      (4.10)

       где и - скорость жидкости впереди и после внезапного сужения.

     Формулу (4.9) можно записать в виде:

       .   (4.11)

        При этом для скорости

         . (4.13)

     При выходе жидкости из трубы в резервуар  возникает резкое расширение потока. В этом случае >> (площадь резервуара значительно больше площади трубы).Коэффициент потерь на выходе из трубы будет: =1.

     Внезапное сужение трубы (рис 4.5) вызывает меньшие  потери энергии, чем внезапное расширение. В этом случае потери обусловлены  трением потока при входе в  узкую трубу и потерями на вихреобразование. Потери напора при внезапном сужении  трубы определяют по формуле

               (4.13)

      где определяется по формуле Идельчика

         

 

     При входе жидкости из резервуара в трубу  можно считать  , а коэффициент сопротивления равным Поворот трубы (рис 4.6) или колено без закругления вызывает 

 
 

     где - коэффициент сопротивления колена, который определяется по справочным данным. 

       6. Гидропривод 

     6.1 Принцип действия гидропривода 

     Гидроприводом называется совокупность гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенных  для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости. Гидропривод, содержащий объемные гидромашины, называется объемным.

     Принцип действия объемного гидропривода основан  на практической несжимаемости жидкости и передаче давления по закону Паскаля. Рассмотрим простейший гидропривод (рис.5.1). 

 

     Два цилиндра 1 и 2 заполнены жидкостью  и соединены между собой трубопроводом. Поршень цилиндра 1 под действием  силы перемещается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. Поршень цилиндра 2 при этом перемещается вверх и преодолевает силу . Если пренебречь потерями давления в системе, то по закону Паскаля давление в цилиндрах 1 и 2 будет одинаковым и равным

      , (5.1)

       где и - площади поршней цилиндров 1 и 2. Учитывая практическую несжимаемость жидкости, можно записать: или .

     Так как величина является расходом жидкости Q, то условие передачи энергии можно представить в виде , где pQ – мощность потока жидкости; мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2. 

     6.2 Основные элементы объемного гидропривода

    

Основными элементами объемного гидропривода являются:

     1 Гидромашины – насосы и гидродвигатели. Насосы служат для подачи (перемещения)  жидкости, гидродвигатели – для  преобразования энергии подаваемой  жидкости в механическую энергию  рабочего органа.

     2 Гидроаппаратура – это устройства  управления гидроприводом, при  помощи которых он регулируется, а также средства защиты от  чрезмерно высоких давлений жидкости (дроссели, клапаны разного назначения  и гидрораспределители).

     3 Вспомогательные устройства: фильтры,  теплообменники, (нагреватели и охладители  жидкости), гидробаки и гидроаккумуляторы.

     4 Гидролинии (трубопроводы): всасывающие,  напорные, сливные, дренажные.

     5 Контрольно-измерительные приборы:  манометры, расходомеры, термометры  и др.

       Каждый объемный гидропривод содержит источник энергии. По виду источника энергии гидроприводы разделяют на три типа:

     а) насосный гидропривод – гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода;

     б) аккумуляторный гидропривод – рабочая  жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора;

     в) магистральный гидропривод - в котором  рабочая жидкость поступает в  гидродвигатель из гидромагистрали.

     По  характеру движения выходного звена  различают объемные гидроприводы:

     а) поступательного движения – с  поступательным движением выходного  звена гидродвигателя;

     б) поворотного движения – с поворотным движением выходного звена гидродвигателя на угол меньше ;

     в) вращательного движения – с вращательным движением выходного звена гидродвигателя.

     Гидропривод, в котором скорость выходного  звена гидродвигателя может изменяться по заданному закону, называется регулируемым. В случае отсутствия устройств для  изменения скорости – нерегулируемым. 
 

     7. Насосы объемного гидропривода 

     7.1 Общая характеристика насосов и их классификация 

     Насосы  – это гидравлические машины, в  которых происходит преобразование механической энергии привода в  гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости.

     Насосы  подразделяются на два основных класса: динамические и объемные (рис.6.1). 

     

     Рисунок 6.1 – Классификация насосов 

     К динамическим насосам относятся  центробежные, осевые, вихревые и др. Рабочим органом этих насосов, как  правило, является вращающееся рабочее  колесо (рис.6.2). 

     

     Рисунок 6.2 – Схема центробежного насоса:

     1 – подвод; 2 – р.к; 3 – отвод; 4 –  диффузор 

     Энергия от рабочего колеса передается жидкости путем динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью.

     В объемных насосах рабочий процесс  основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее при помощи вытеснителя. Вытеснителями  могут быть поршни, плунжеры, шестерни, винты, пластины и т.п.

     Остановимся более подробно на характеристике объемных насосов, которые применяются в  объемном гидроприводе. По характеру  процесса вытеснения жидкости объемные насосы разделяются на поршневые  и роторные.

     В поршневом насосе жидкость вытесняется  из неподвижных камер в результате возвратно-поступательного движения поршней.