Основные сведения о гидравлике Гидравлика Гидра́влика — прикладная наука о законах движения, равновесии жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики
Гидростатикой называется раздел гидравлики в котором изучаются законы равновесия (покоя) жидкости и рассматривается практическое применение этих задач. в зависимости от частного случая равновесия жидкости позволяет решать следующие четыре типовые задачи: 1 ) О законе распределения давления. Задача может быть решена интегрированием основного дифференциального уравнения гидростатики 2) О форме поверхностей уровня. Эта задача может быть решена двумя способами: а ) аналитически – интегрированием дифференциального уравнения семейства поверхностей уровня б ) геометрически – построением, учитывающим, что в каждой данной точке поверхности уровня результирующая массовых сил нормальна к этой поверхности. 3 ) О механическом взаимодействии покоящейся жидкости с ограничивающими плоскими и криволинейными стенками. Эта задача решается в соответствии с законом распределения давления в жидкости. 4 ) О механическом взаимодействии покоящейся жидкости с погруженными в неё телами. Эта задача относится к теории плавания и включает в себя теорию остойчивости корабля. (Большой вклад в разработку этой теории внесли академик А.Н. Крылов и адмирал О.В. Макаров.
Жидкостями называют физические тела, легко изменяющие свою форму под действием сил незначительной величины. Жидкости характеризуются большой подвижностью частит и обладают свойством принимать форму сосуда в который они налиты. Различают : Капельные жидкости – жидкости встречающие в природе нефть, бензин, вода, Газообразные жидкости Идеальные жидкости
Твердые поверхности Твердые поверхности - ограничивающие объем жидкости Свободные поверхности П оверхности по которым жидкость граничит с другими жидкостями или газами
Если передача энергии и давление осуществляется машинами с помощью жидкости скорость движения которой мала (следовательно пренебрежимо малы и потери энергии на ее перемещение) такие машины (условно назовем их простыми ) рассчитываются по законам гидростатики г идравлический пресс г идравлический аккумулятор идравлический мультипликатор
Гидродинамика изучает законы движения жидкости и ее взаимодействие с покоящимися или движущимися твердыми телами
Поле скоростей Картинка скоростей в каждый данный момент времени в пространстве, заполненной движущейся жидкостью называется полем скоростей, а картинку давлений – полем давлений Гидродинамическое давление Под гидродинамическим давлением понимается сила взаимодействия между частицами жидкости, отнесенная к единице площади. Установившееся движение. Если скорость и давление в каждой данной точке пространства, заполненного движущейся жидкостью остаются все время постоянными (но могут меняться при переходе от одной точке пространства к другой движение называют установившемся.( работа центрожного насоса) При неустановившемся движении поле давлений и поле скоростей будут непрерывно изменяться работа поршневого насоса. Расход потока- это количество жидкости, протекающий через его живое сечение в единицу времени. Объемный расход Q – Массовый расход Q м – зависимость Q м = ρ Q
Для стационарного течения несжимаемой жидкости уравнение Бернулли может быть получено как следствие закона сохранения энергии. Закон Бернулли утверждает, что величина сохраняет постоянное значение вдоль линии тока Здесь р — плотность жидкости; v — скорость потока; ℎ — высота; P — давление ; g — ускорение свободного падения.
Ламинарное течение (от лат. lāmina — «пластинка») — течение, при котором жидкость или газ перемещаются слоями без перемешивания и пульсаций, то есть без беспорядочных быстрых изменений скорости и давления. Ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Рейнольдса, после которого оно переходит в турбулентное. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения.
Турбулентным называется хаотичное, крайне нерегулярное движение жидкости. Оно сопровождается активным поперечным перемешиванием, пульсациями скорости и давления. Примерами турбулентного режима движения является течение воды в реках и каналах, системах отопления и водоснабжения, центробежных насосах и турбинах.
Стенки труб имеют шероховатость ( рис). Высоту выступов шероховатости обозначим через ∆ (абсолютная шероховатость). В зависимости от соотношения толщины ламинарного слоя δ и высоты шероховатости ∆ различают гидравлически гладкие трубы, если δ > ∆, и гидравлически шероховатые, если δ < ∆. Схема иллюстрирующая шероховатость труб При различных числах Рейнольдса одна и та же труба может быть как гидравлически гладкой, так и шероховатой. Шероховатость обычно характеризуется не высотой выступов шероховатости ∆, а отношением ∆ к радиусу или диаметру трубы, т.е. ∆/ r или ∆ /d, и называется относительной шероховатостью.
Последовательным соединением называют соединение нескольких трубопроводов различной длины и диаметра, содержащих разные местные сопротивления. Имеем следующие основные уравнение
При параллельном соединении трубопроводов жидкость, подходя к точке их разветвления, течет по ответвлениям и далее снова сливается в точке соединения этих трубопроводов. QM = Q1 + Q2 + Q3 = QN
Трубопроводы круглого сечения h = λ Трубопроводы прямоугольного сечения h = λ λ – шероховатость стенок труб l – длина трубопровода D – диаметр трубопровода g – ускорение свободного падения - 9,81 м/с² v – скорость движения жидкости R – гидравлический радиус
1. Увеличением диаметра трубопровода. 2. Изменением вязкости транспортируемой жидкости. 3. Подогрев жидкости. 4. Изменение структуры турбулентного потока, за счет полимерных добавок. 5. Изменение шероховатости стенки труб
Местные гидравлические сопротивления – это сопротивления движению, возникающие на участках резкого изменения конфигурации потока (поворот трубы, сопряжение труб различного диаметра, задвижки, дроссели и т.д.).
Местные сопротивления - это сопротивления, вызванные установкой конструктивных элементов на трубопроводах (задвижки, колено, тройники, сужение и расширения трубопровода. Величина которых определяется : где: ξ –местное сопротивление h=
Гидромонитор ГМД-250 с гидравлическим дистанционным управлением 1 – гидромонитор ; 2,3 – гидроцилиндры; 4- рукава; 5 –насосная станция; 6 –кабина
По длине напорной струи различают три участка. Первый — начинается у насадки, здесь струя плотная, форма ее близка к цилиндрической, поперечное сечение струи по всей длине участка примерно одинаковое. На втором участке струя у поверхности насыщается воздухом, и поперечное сечение ее по длине постепенно увеличивается. На третьем участке струя состоит из отдельных струек и капель, сильно расширяется по всей длине участка. Для разработки пород наиболее эффективен первый участок. Однако по правилам техники безопасности чаще всего используют второй участок, что позволяет устанавливать гидромонитор в некотором удалении от забоя
Объемным гидроприводом называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных механизмов машин с помощью рабочей жидкости под давлением.
В состав объемного гидропривода входят следующие устройства: гидродвигатели, насосы с приводящими двигателями, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроемкости и гидролинии. Каждое из входящих в состав гидропривода устройств выполняет определенные функции.
Гидроемкости ( гидробаки, гидроаккумуляторы ) служат для хранения рабочей жидкости, которая используется в процессе работы гидропривода. Гидролинии предназначены для движения рабочей жидкости или передачи давления от одного устройства гидропривода к другому или внутри устройства от одной полости (камеры) к другой. Различают гидролинии всасывающие, напорные, сливные, исполнительные, дре нажные, управления и каналы. Конструктивно гидролинии представляют собой трубы, рукава, каналы и соединения. Все гидравлические устройства должны быть оснащены уплотнениями для герметизации соединений
Насосы преобразуют механическую энергию приводных (тепловых, электрических и др.) двигателей в энергию потока жидкости. Объемные гидродвигатели (гидроцилиндры, гидромоторы и поворотные гидродвигатели ) преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую энергию выходных звеньев (исполнительных механизмов) привода. Гидроаппараты (клапаны, дроссели, распределители) предназначены для управления потоком рабочей жидкости. Под этим понимается изменение или поддержание заданных значений давления или расхода рабочей жидкости, либо изменение направления, пуск и остановка потока рабочей жидкости, а также открытие или перекрытие отдельных гидролиний. При помощи гидроаппаратуры осуществляется управление гидроприводом и его защита от перегрузок. Кондиционеры рабочей жидкости обеспечивают поддержание ее необходимых качественных показателей и состояния. К ним относятся фильтры, теплообменники (охладители и нагреватели), влагоотделители и пр.
Гидроемкости ( гидробаки, гидроаккумуляторы ) служат для хранения рабочей жидкости, которая используется в процессе работы гидропривода. Гидролинии предназначены для движения рабочей жидкости или передачи давления от одного устройства гидропривода к другому или внутри устройства от одной полости (камеры) к другой. Различают гидролинии всасывающие, напорные, сливные, исполнительные, дренажные, управления и каналы. Конструктивно гидролинии представляют собой трубы, рукава, каналы и соединения. Все гидравлические устройства должны быть оснащены уплотнениями для герметизации соединений
Принцип действия объемного гидропривода основан на практической несжимаемости рабочей жидкости (высоком модуле объемного сжатия рабочей жидкости), использовании закона Паскаля и уравнения Бернулли, учитывающего течение реальной жидкости в гидросистеме. Причем для большинства практических инженерных расчетов в уравнении Бернулли можно пренебрегать геометрическим и скоростным напорами ввиду их малости.
Для изображения гидроприводов применяют в основном три типа схем: структурную, принципиальную и монтажную. Структурная схема определяет основные функциональные части гидропривода машины и указывает на их назначение и взаимодействие. Она разрабатывается на первом этапе проектирования, предшествует разработке схем других типов и используется для общего ознакомления с машиной
Принципиальная схема отражает полный состав элементов гидропривода и связей между ними и даёт детальное представление о принципах работы машины. Элементы и устройства гидропривода на данной схеме изображаются в виде условных графических обозначений, установленных ГОСТами (прил. 1). Требования к выполнению принципиальной гидравлической схемы устанавливает ГОСТ 2.704- 76. Принципиальная гидравлическая схема служит основой для расчёта гидропривода, разработки схем соединений, изучения принципа действия машины, а также для её ремонта, наладки и регулировки. Действительное пространственное расположение составных частей гидропривода машины эта схема не учитывает.
Схема соединений (монтажная) определяет взаимное расположение и тип соединений элементов гидропривода между собой и обычно изображается на фоне контура конструкции машины. Эта схема выполняется после составления принципиальной гидравлической схемы и выбора стандартного гидрооборудования, после проведения расчёта гидропривода.
Рабочая жидкость гидропривода — это жидкость, используемая в качестве рабочего тела в гидроприводе машин. Она выполняет следующие функции: - Передает энергию от источника (насоса) к исполнительным гидродвигателям. - Является смазочным материалом для пар трения. - Охлаждает элементы гидросистемы. - Удаляет продукты изнашивания из пар трения. - Обеспечивает защиту деталей от коррозии при длительной эксплуатации. В качестве рабочих жидкостей в гидроприводе применяют минеральные масла, водомасляные эмульсии, смеси и синтетические жидкости. Выбор типа и марки жидкости определяется назначением, степенью надёжности и условиями эксплуатации гидроприводов машин.
Т ребования к рабочим жидкостям ) 1) стабильностью при эксплуатации и хранении; 2) антикоррозионными 3) малым изменением (при изменении Т; 4) малым изменением вязкости при изменении Р v) ; 5) хорошими смазывающими своиствами ); 6) нетоксичностью ; 7) огнестойкостью и пожаробезопасностью; 8) малой испаряемостью, высокой температурой кипения и малой упругостью паров; 9) малой растворимостью воздуха; 10) легким отделением попадающего в жидкость воздуха; 11 ) низкой гигроскопичностью и растворимостью воды; 12 ) малым коэффициентом термического расширения; 13) высоким коэффициентом теплопередачи; 14) высокой удельной теплоемкостью; 15) прозрачностью (отсутствие помутнений); 16) отличительным цветом.
Физико- химические свойства масел 1. Плотность 2. Вязкость (динамическая, кинематическая, условная) 3.Температура вспышки 4. Температура воспламенения 5. Температура застывания. 6. Температура каплепадения. 7. Температура размягчения. 8. Пенетрация. 9. Наличие воды в масле. 10. Механические примеси 11. Коксуемость 12.Кислотное число 13. Стабильность 14. Маслянистость
1. Понятие гидравлики. 2. Понятие гидростатики. 3. Жидкости. Виды жидкостей. 4. Поверхности. Виды поверхностей 5. Основной закон гидростатики. 6. Закон Архимеда, его сущность. 7. Понятие простейших гидравлических машин. 8. Пресс гидравлический. 9. Аккумулятор гидравлический. 10. Мультипликатор гидравлический 11. Динамометр гидравлический 12. Понятие гидродинамики 13. Поле скоростей и поле давлений 14. Расход потока. 15. Гидродинамическое давление 16. Установившееся и неустановившееся движения. Понятие и примеры 17. Мощность потока
18. Уравнение Бернулли. Его физический смысл 19. Опыты Рейнольдса 20. Течение жидкости 21.Критерий Рейнольдса 22. Потери напора трубопроводах 23. Способы уменьшения потерь напора в трубопроводах. 24. Местные сопротивления 25. Ударное действие струи. И ее применение 26. Явление гидроудара 27. Способы защиты от гидроудара 28. Факторы влияющие на высоту всасывания
29 Понятие гидравлически гладких и шероховатых труб 30 Последовательное соединение трубопровода 31 Параллельное соединение трубопроводов 32 Понятие объемного гидропривода 33 Состав и функции, выполняемые элементами гидропривода 34 Принцип действия объемного гидропривода 35 Схема объемного гидропривода (разомкнутая типа «насос – цилиндр» 36 Схема объемного гидропривода (разомкнутая) типа «насос – гидромотор » Схема объемного гидропривода (замкнутая) типа «насос – гидромотор » Понятие рабочей жидкости, функции, выполняемые рабочей жидкостью Требования к рабочим жидкостям Физико- химические свойства масел
14. Течение жидкости 15.Критерий Р ейнольдса 16. Потери напора трубопроводах 17. Способы уменьшения потерь напора в трубопроводах. 18. Местные сопротивления 19 Ударное действие струи. И ее применение 21. Явление гидроудара 22. Способы защиты от гидроудара 23. Определение высоты всасывания
