Гидравлика и гидравлические машины

 B

 ZA ZB 
 

     Поскольку сифон является коротким трубопроводом, его расход определяется по уравнению:

    или                    

     Для  определения  возможности работы сифонного трубопровода составляют уравнение Бернулли для положения жидкости начального и наиболее опасного сечения, т. е. начального a – a, и конечно х - х.

    где:  P_a  –  минимально возможное атмосферное давление;

             h _{a-x  -}  потеря напора в трубопроводе при движении от сосуда до сечения х.  

     Данное  давление в сечениях должно  быть больше или равно давлению  паров данной жидкости при  данной температуре. 

Гидравлический  удар 

     Под  гидравлическим ударом понимают резкое повышение давления в трубопроводах при внезапной остановке движущейся в них жидкости. Он происходит, например, при быстром закрытии различных запорных приспособлений, устанавливаемых на трубопроводах (задвижках, кранах), внезапной остановке насосов, перекачивании жидкости и др. Особенно опасен гидравлический удар в длинных трубопроводах, где с большими скоростями движутся значительные массы жидкости. В таких случаях, если не принять предупредительных мер, гидравлический удар может привести к повреждению мест соединения отдельных труб (стыки, фланцы), разрыву стенок трубопровода и поломке насосов. 

Повышение давление при гидравлическом ударе определяется по формулам:

                     _{ΔP = p·с·w;} 

            

где: p - плотность жидкости;

       c - скорость распространения волны;

      W-скорость движения жидкости;

       k- модуль упругости жидкости;

       d- внутренний диаметр;

       - толщина стенки трубы;

       E- модуль упругости материала трубы. 
 

         Для предотвращения гидравлического  удара на трубопроводах устанавливают  медленно закрывающиеся задвижки и предохранительные клапаны, срабатывающие при повышении давления сверх допустимого. Применяют также различного рода компенсаторы (воздушные колпаки). При повышении давления упругая среда (воздух) сжимается и гидравлический удар гасится.  
 

Истечение жидкости из отверстия  и насадок 

Различают отверстия  тонкой стенки, а так же различные  насадки.

Насадок – короткая труба, различных конфигураций, используемые на выходе жидкости из сосуда.

где:  - коэффициенты расхода и скорости в зависимости от формы насадок. 

      Внутренний цилиндрический  насадок выполняют в виде трубки, приставленной к отверстию изнутри сосуда.

Насадок работает неполным сечением, и жидкости вытекая из отверстия, не косая его стенок, что приходит к значительному уменьшению расхода.

    Внешний цилиндрический  насадок - увеличивает расход  в 1,33 раза по сравнению с расходом из отверстия тонкой стенки.

     Конический сходящий насадок способствует к увеличению 0,946 расхода на определенных пределах.

     Конический расходящийся  насадок -  в таких насадках ввиду разностей скоростей, в местах сжатия струи создается значительный вакуум, поэтому они обладают свойством всасывания, причем в большей степени, чем цилиндрические насадки, расход жидкости при этом увеличивается.

     Коллоидный насадок имеет форму, близкую к форме струи жидкости, вытекающей из отверстия в тонкой стенке, поэтому в них внутреннее сжатие оказывается наименьшим.  Внешнее сжатие отсутствует, а коэффициент скорости и расхода оказываются большими, чем во всяких остальных случаях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел 2 Гидравлические машины

 

Общие понятия о гидравлических машинах

  Насосами называют гидравлические машины, предназначенные для перекачивания жидкости. 

ПОРШНЕВЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ  СХЕМА ПОРШНЕВОГО НАСОСА

 

                                                                                                   1-всасывающая труба

                                     5                                                         2-всасывающий клапан

                 4                  6                                                    3-рабочий цилиндр

            4-нагнетательный клапан

                                                                    7         8                 5-нагнетательная труба

     3                                                                      6-поршень

                                                                        7-шток

                                                                            8-ползун

                                            9                             9-шатун

     2          1                                                             10-кривошип

                                                                                                    11-вал электродвигателя 

      
 
 

    КЛАССИФИКАЦИЯ  ПОРШНЕВЫХ  НАСОСОВ 

1. По  роду действия:

-насосы простого  действия

-насосы двойного  действия

-насосы тройного  действия (состоят из трёх цилиндров  простого действия)

-дифференциальные  насосы (подача жидкости осуществляется  более равномерно в два приёма) 

2. По способу приведения в действие:

     -приводные (работают от отдельно  расположенного двигателя)

     -паровые-прямодействующие (поршни  насоса и парового цилиндра  имеют общий шток)

     -ручные (приводятся в действие  вручную) 

        3. По конструкции рабочего органа:

-поршневые (в растогенном цилиндре перемещается дисковый поршень)

-плунжерные (скальчатые) (рабочим органом является плунжер в  виде полого стакана)

-диафрагмовые (рабочий орган – гибкая диафрагма  из прорезиненной ткани или  кожи 

4. По назначению:

-водяные

-канализационные

-кислотные  и щелочные

-нефтяные  и др. 

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ 

=    – дифференциал простого действия,

  – второго действия,

 – третьего действия 

    

                                                                                                     F-площадь поршня

                           D           F                                                          S-ход поршня

  n-число оборотов вала

                                  S                                                              f-площадь штока

                                                                                                                   

-К.П.Д. насоса  
 
 

ГРАФИКИ ПОДАЧИ ПОРШНЕВЫХ  НАСОСОВ 

     - отношение максимальной подачи к средней подачи за один  ход поршня 
 

 = 3,14 для насосов одинарного  действия;

= 1,57 для насосов  двойного  действия;

= 1,04 для насосов  тройного  действия. 
 
 
 

ВОЗДУШНЫЕ КОЛПАКИ 

    Воздушные колпаки предназначены для вырабатывания  подачи жидкости поршневого насоса.

    На  основе теоретических и практических данных рекомендуется принимать следующие объёмы воздушных колпаков в долях от рабочего объёма цилиндра FS.

    На  напорной стороне для насосов  простого действия V_в=22FS

                                                               двойного действия V_в=9FS

                                                               строенных V_в=0,5FS. 

                                                                   сдвоенных двойного действия  V_в=2FS

    На  всасывающей стороне для всех видов насосов от 5 до 10FS.

    При нагнетательном ходе поршня часть жидкости поступает в нагнетательную трубу, а часть в воздушный колпак на линии нагнетания. Давление воздуха в колпаке при этом увеличивается.

    При всасывающем ходе поршня нагнетательный клапан закрывается и жидкость поступает в трубу из воздушного колпака за счёт собственного веса и давления сжатого воздуха.

    Так как при повышенном давлении в  колпаке происходит частичное растворение  воздуха, необходимо периодически выпускать  воздух через специальные вентили.

    При всасывающем ход поршня жидкость поступает из воздушного колпака на линии всасывания. При этом сокращается время наполнения цилиндра; давление в воздушном колпаке падает.

    При нагнетательном ходе поршня всасывающий  клапан закрывается и происходит заполнение воздушного клапана на всасывании за счёт разности давления в водоёме и воздушном колпаке.

    Так как при пониженном давлении происходит выделение воздуха из воды, то необходимо периодически выпускать воздух из воздушного клапана на всасывании. На всасывающем  колпаке установлен вакуумметр. 

    ИНДИКАТОРНАЯ  ДИАГРАММА 

    Индикаторная  диаграмма – это графическое изображение изменения давления в полости цилиндра поршневой машины в зависимости от положения поршня.

      Р 

      3

      4 
 

    

      2

          В 1

      S 

    т.1 – открытие всасывающего клапана

    1-2 – всасывающий ход поршня