Простой трубопровод постоянного сечения.

Жидкость по трубопроводу движется благодаря тому, что ее энергия в начале трубопровода больше, чем в конце. Этот перепад уровней энергии может создаваться несколькими способами: работой насоса, разностью уровней жидкости, давлением газа.

Рассмотрим простой трубопровод постоянного сечения, который расположен произвольно в пространстве (рис. 6.1), имеет общую длину l и диаметр d, а также содержит ряд местных сопротивлений (вентиль, фильтр и обратный клапан). В начальном сечении трубопровода 1-1 геометрическая высота равна z₁ и избыточное давление Р₁, а в конечном сечении 2-2 - соответственно z₂ и Р₂. Скорость потока в этих сечениях вследствие постоянства диаметра трубы одинакова и равна ν.

Рис. 6.1. Схема простого трубопровода

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2. Поскольку скорость в обоих сечениях одинакова и α₁ = α₂, то скоростной напор можно не учитывать. При этом получим

или

Пьезометрическую высоту, стоящую в левой части уравнения, назовем потребным напором Н_потр. Если же эта пьезометрическая высота задана, то ее называют располагаемым напором Н_расп. Такой напор складывается из геометрической высоты H_потр, на которую поднимается жидкость, пьезометрической высоты в конце трубопровода и суммы всех потерь напора в трубопроводе.

Назовем сумму первых двух слагаемых статическим напором, который представим как некоторую эквивалентную геометрическую высоту

а последнее слагаемое Σ h - как степенную функцию расхода

Σ ^{h = KQm}

тогда

H_потр = H_ст + KQ^m

где K - величина, называемая сопротивлением трубопровода; Q – расход жидкости; m – показатель степени, который имеет разные значения в зависимости от режима течения.

Для ламинарного течения при замене местных сопротивлений эквивалентными длинами сопротивление трубопровода равно

где l_расч = l + l_экв.

Численные значения эквивалентных длин l_экв для различных местных сопротивлений обычно находят опытным путем.

Для турбулентного течения, используя формулу Вейсбаха-Дарси, и выражая в ней скорость через расход, получаем

Чем больше расход Q, который необходимо обеспечить в трубопроводе, тем больше требуется потребный напор Н_потр. При ламинарном течении эта кривая изображается прямой линией (рис.6.2, а), при турбулентном - параболой с показателем степени равном двум (рис.6.2, б).

Крутизна кривых потребного напора зависит от сопротивления трубопровода K и возрастает с увеличением длины трубопровода и уменьшением диаметра, а также с увеличением местных гидравлических сопротивлений.

Величина статического напора Н_ст положительна в том случае, когда жидкость движется вверх или в полость с повышенным давлением, и отрицательна при опускании жидкости или движении в полость с пониженным давлением. Точка пересечения кривой потребного напора с осью абсцисс (точка А) определяет расход при движении жидкости самотеком. Потребный напор в этом случае равен нулю.

 

Параллельное соединение.

Такое соединение показано на рис. 6.4, а. Трубопроводы 1, 2 и 3 расположены горизонтально.

Рис. 6.4. Параллельное соединение трубопроводов

Обозначим полные напоры в точках М и N соответственно H_M и H_N, расход в основной магистрали (т.е. до разветвления и после слияния) – через Q, а в параллельных трубопроводах через Q₁, Q₂ и Q₃; суммарные потери в этих трубопроводах через Σ₁, Σ₂ и Σ₃.

Очевидно, что расход жидкости в основной магистрали

Q = Q₁ = Q₂ = Q₃

Выразим потери напора в каждом из трубопроводов через полные напоры в точках М и N:

Σ ^h 1 ^{= H}_M ^{- H}_N; Σ ^h 2 ^{= H}_M ^{- H}_N; Σ ^h 3 ^{= H}_M ^{- H}_N

Отсюда делаем вывод, что

Σ ^h₁ ⁼ Σ ^h₂ ⁼ Σ ^h₃

т.е. потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой. Их можно выразить в общем виде через соответствующие расходы следующим образом

Σ ^h 1 ^{= K} ₁ ^Q ₁^m; Σ ^h 2 ^{= K} ₂ ^Q ₂^m; Σ ^h 3 ^{= K} ₃ ^Q ₃^m

где K и m - определяются в зависимости от режима течения.

Из двух последних уравнений вытекает следующее правило: для построения характеристики параллельного соединения нескольких трубопроводов следует сложить абсциссы (расходы) характеристик этих трубопроводов при одинак. ординатах (Σ h).

Следящий гидропривод.

Следящим называется регулируемый гидропривод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия на звено управле­ния. Выходное звено – это обычно шток гидро-цилиндра или вал гидро-мотора, а звено управления – устройство, на которое пода­ется управляющий сиг-нал.Следящий гидропривод приме­няют в тех случаях, когда непосредственное ручное управление той или иной машиной является для человека. Управление смещением зо­лотника и его обратная связь с люлькой могут быть электри­ческими. В этом случае работа насоса может регулироваться дистанционно и автоматически, например, по командам ЭВМ. Гидроприводы, в которых входным воздействием является электрический сигнал, преоб­разуемый в перемещение гидро­распределителя, называют элек­трогидравлическими. В них вы­ходное звено отслеживает из­менение электрического сигна­ла, поступающего на звено уп­равления. Рассмотрим простей­шие системы для преобразова­ния электрического сигнала в гидравлический. Гидроусилитель типа соп­ло—заслонка показан схемати­чески на рис. 3.113 состоит из сопел 1 и 4, которые вместе с подвижной заслонкой 2 обра­зуют два регулируемых щеле­вых дросселя, и нерегулируе­мых дросселей 5 и 12, установ­ленных на пути подвода жид­кости из точки 6, куда она по­дается от насоса. Испол­нительным механизмом гидроусилителя служит гидроцилиндр 9. Первый каскад управляет смещением золотника 8, который яв­ляется вторым каскадом гидроусилителя и непосредственно управ­ляет гидроцилиндром. Вся система нужна для того, чтобы на входе мог быть исполь­зован маломощный электрический командный сигнал от задающей электронной аппаратуры. Этот сигнал подается на обмотки миниа­тюрного электромеханического преобразователя 3 (поворотного элек­тродвигателя) в виде разности напряжений U₁ и U₂ в результате чего происходит отклонение заслонки 2. До ее отклонения обе дросселирующие ветви А и Б имели одинаковые сопротивления и про­пускали одинаковые расходы Q_A и q_б После отклонения сопротив­ление сопла, к которому приблизилась заслонка, увеличивается и расход через него уменьшается. Расход в другой ветви возрастает. При этом возникает неравенство давлений рд и рв в узловых точ­ках ветвей. Эта разница давлений вызывает смещение золотника 8 центрируемого пружинами 7 и 11, что в конечном итоге приводит в действие гидроцилиндр. Если в такой системе на выходе исполнительного механизма, предусмотрен датчик обратной связи 10, сигнализирующий об ис­полнении поданной команды напряжением U_oc, ослабляющим сиг­нал на входе, то она будет представлять электрогидравлическую следящую систему. Главным преимуществом такого гидроусилителя является при­менение простейших квадратичных дросселей, не чувствительных к засорениям и к изменению вязкости жидкости. Такие дроссели, имея нелинейные характеристики, позволяют при взаимодействии получить характеристики со взаимосвязью входных и выходных параметров близкой к линейной.

 

 

Лопастные трансформаторы.

В современной технике применяется большое количество разновидностей гидромашин. Наибольшее распространение получили объемные и лопастные насосы и гидродвигатели.

Рабочим органом лопастной машины (трансформатора) является вращающееся рабочее колесо, снабженное лопастями. Энергия от рабочего колеса жидкости (лопастный насос) или от жидкости рабочему колесу (лопастный двигатель) передается путем динамического взаимо-действия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью. Рассмотрим подробнее механизм передачи энергии в лопастной гидромашине. При обтекании потоком крылового профиля (например, крыла самолета) на его верхней и нижней поверхностях образуется перепад давления и следовательно, возникает сила Р, которая называется подъемной силой. Аналогично этому возникает подъемная сила на лопатках рабочего колеса лопастной гидромашины при движении их в жидкости.

У лопастного насоса направление момента подъемных сил противоположно направлению вращения рабочего колеса. Преодолевая этот момент при вращении, колесо совершает работу. Для этого к колесу от двигателя подводится энергия, которая, согласно закону сохранения энергии передается жидкости и увеличивает ее удельную энергию. В дальнейшем удельная энергия жидкости частично превращается в тепло из-за трения между слоями жидкости в насосе и, следовательно, теряется частично остается в форме механической удельной энергии, составляя полезный напор насоса. Насос конструируют так чтобы потери энергии быта возможно малыми.

У лопастного двигателя (гидротурбины) направление момента подъемных сил совпадает с направлением вращения колеса. Воздей-ствуя на лопатки ж. вращает рабочее колесо, передавая ему энергию.

Лопастные насосы бывают одно- и много- ступенчатыми. Одноступенчатые насосы имеют одно рабочее колесо, многоступен-чатые – несколько последовательно соедин. рабочих колес, закреплен-ных на одном валу. У одност. насосов консольного типа рабочее колесо закреплено на конце (консоли) вала. Вал не проходит через область всасывания, что позволяет применить простейшую форму подвода в виде прямоосного конфузора. Насос двустороннего входа имеет раздваивающийся спиральный подвод. Жидкость входит в рабочее колесо с двух сторон двумя потоками. В рабочем колесе эти потоки соединяются и выходят в общий отвод.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: