 |
Аналитическое решение задачи
|
|
|
|
ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ И ГИДРОПРИВОДА
(для заочной формы обучения)
Учебное пособие
РПК «Политехник»
Волгоград 2008
УДК 556.556
Рецензенты:
Филиал ГОУВПО «Московский энергетический институт (технический университет)» в г. Волжском, доцент кафедры «Тепловые электрические станции», канд. техн. наук Староверов В. В.
Волжский институт Строительства и технологий (филиал) Волгоградского архитектурно-строительного университета, доцент кафедры «Технология машиностроения и стандартизации», канд. техн. наук С. А. Поляков.
Грига А. Д., Потапова Г. Б.
ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ И ГИДРОПРИВОДА (для заочной формы обучения): Учебное пособие / Волг ГТУ. -Волгоград, 2008. – 40 с.
ISBN 5-230-
Учебное пособие по дисциплине «Основы гидравлики и гидропривода» содержит программу курса, примеры решения контрольных заданий, варианты заданий и вопросы для самопроверки.
Предназначено для самостоятельной работы студентов по специальности 1502, заочной формы обучения, сокращенной программы на базе среднего профессионального образования «Автомобили и автомобильное хозяйство»
Ил. 8. Табл. 14. Библиогр.: 11 назв.
ISBN 5-230-
Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета
Ó Волгоградский государственный
технический университет, 2008
ПРОГРАММА КУРСА
Жидкость и ее свойства
1. Функции, свойства и виды рабочих жидкостей в гидроприводах.
2. Силы, действующие на жидкость.
3. Давление, единицы измерения, способы измерения давления.
4. Физические свойства жидкостей: сжимаемость, тепловое расширение, вязкость, испаряемость жидкостей, растворимость газов в жидкостях.
|
|
|
Гидростатика
1. Закон Паскаля, основное уравнение гидростатики.
2. Определение давления в любой точке покоящейся жидкости.
3. Построение эпюр давления.
4. Определение сил давления на плоские и криволинейные стенки.
Гидродинамика
1. Режимы течения жидкостей: ламинарный, турбулентный, число Рейнольдса.
2. Расход, уравнение неразрывности потока.
3. Уравнение Бернулли, энергетическая и геометрическая интерпретация уравнения Бернулли.
4. Построение энергетических линий.
5. Потери энергии, виды потерь, расчет потерь.
6. Применение уравнения Бернулли для расчета простого трубопровода.
7. Основные расчетные задачи.
Источники энергии в гидроприводе и гидродвигателе
1. Насосы, гидродвигатели, гидропередачи, классификация.
2. Основные параметры насосов: подача, идеальная подача, напор, давление, мощность, КПД, характеристики насосов.
3. Центробежные насосы, устройство, принцип действия, характеристики.
4. Поршневые насосы, устройство, принцип действия, характеристики.
5. Роторные насосы (аксиально-поршневой, радиально - поршневой, пластинчатый, шестеренный), устройство, принцип действия, характеристики.
6. Работа насоса в насосной установке (работа на сеть), определение рабочей точки насоса.
7. Параллельная и последовательная работа насосов.
8. Гидродвигатели: гидромоторы, гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели, устройство, принцип действия.
Объемный гидропривод и его использование
1. Структура объемного гидропривода.
2. Регулирующая, рабочая и вспомогательная аппаратура.
3. Основные схемы объемного гидропривода: с разомкнутой циркуляцией, замкнутой циркуляцией рабочей жидкости.
4. Способы регулирования объемного гидропривода.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
Общие указания
1. Объем контрольной работы – 4 задачи.
|
|
|
2. Прежде, чем приступить к выполнению расчетов, необходимо ознако-
миться с содержанием контрольной работы, проработать теоретический материал и ответить на вопросы для самопроверки.
3. Вариант заданий определяется порядковым номером в списке группы (см. таблицу, соответствующую номеру задачи).
4. Оформление контрольной работы – в тетради, с регистрацией в деканате.
5. Выполненная и оформленная работа должна содержать:
а) номер варианта и исходные данные для расчета;
б) расчетные формулы и подробный ход решения;
в) рисунки и графики, в соответствии с заданием.
Задача 1
Трубопровод с расходом жидкости Q = 0,32 л / с в точке М разветвляется на два трубопровода (рис.1): первый имеет длину L 1 = 1 м и внутренний диаметр d 1 = 10 мм, второй – L 2 = 2 м, d 2 = 8 мм.
Рис.1. Схема трубопровода
В точке N трубопроводы 1 и 2 соединяются.
Во втором трубопроводе установлен фильтр Ф, сопротивление которого эквивалентно трубе длиной Lэ = m d 2 = 200 d 2.
Определить расход Q и потерю давления D pпот в каждом трубопроводе,
если плотность жидкости r = 900 кг / м 3, кинематическая вязкость жидкости
n = 1 Ст = 10-4 м 2/ с.
Варианты заданий представлены в табл. 6.
Решение
Анализ физических свойств рабочей жидкости позволяет сделать вывод о том, что в системе находится индустриальное масло марки И-100 (см. приложение табл.П.1). Известно, что для масел в трубопроводах характерен ламинарный режим течения. В этом случае потери напора в трубопроводе линейно зависят от расхода и рассчитываются по формуле:
h = KQ,
где K = 128 
- коэффициент сопротивления трубопровода;
L расч = L + Lэ – расчетная длина трубопровода;
Lэ – эквивалентная длина трубы.
Для первого трубопровода
K 1= 128 
= 41600.
Для второго трубопровода
K 2= 128 
= 365000.
Задаем произвольные значения расхода Q, строим характеристики трубопроводов 1 и 2 h = KQ, как показано на рис.2. Строим суммарную характеристику 1+2 параллельно работающих трубопроводов (при постоянных значениях h, произвольно взятых, и суммируем расходы Q 1 и Q 2).
По заданному значению Q = 0,32×10-3 м 3/ с находим точку Е на суммарной характеристике и графическим способом определяем искомые расходы
Q 1 = 0,28×10-3 и Q 2 = 0,04×10-3 м 3/ с
и потери напора в трубопроводах h = h 1 = h 2 = 11,3 м.
|
|
|
Определяем потери давления в параллельных трубопроводах
D рпот = ρgh = 900×9,81×11,3 = 1×105 Па = 0,1 МПа.
Рис. 2. Характеристики трубопроводов
Проверяем режим течения.
Скорость движения жидкости в первом трубопроводе с наименьшим расходом
V 1 = 
= 
= 
= 3,6 м / с.
Число Рейнольдса
Re1 = 
= 
= 360< 2320.
Следовательно, режим течения масла в первом трубопроводе как и предполагалось – ламинарный.
Задача 2
Питание резервуаров А и В с постоянными и одинаковыми отметками
уровней 5м осуществляется подачей воды из магистрального трубопровода длиной L 1, внутренним диаметром d 1 в распределительные трубы с параметрами L 2, d 2 и L 3, d 3 с местным сопротивлением ζ3 (рис.3). Материал труб - сталь сварная новая. Потерями в поворотах пренебречь.
Коэффициенты гидравлического трения принять равными:
λ 1= 0,025, λ 2 = λ 3 = 0,02.
Определить расходы Q 1 и Q 2, поступающие в резервуары, если давление в магистральном трубопроводе по манометру на уровне нулевой отметки равно М.
Варианты заданий представлены в табл. 7.
Рис. 3. Схема трубопровода
Аналитическое решение задачи
Упрощенная расчетная схема трубопровода изображена на рис. 4.
Рассматриваемая схема представляет собой сложный трубопровод. Для решения задачи необходимо разбить его на простые трубопроводы постоянного сечения.
Рис. 4. Расчетная схема трубопровода
Полный напор в сечении 1-1:
H 1-1 = 
+ 
.
Участок 1- а:
H 1-1 = Ha-a + h 1- a,
где h1- a - потери напора.
+ 
. (1)
Участок a -2:
+ 
. (2)
Участок a -3:
. (3)
Из уравнения (1) определим полный напор в сечении a - a и подставим его в уравнения (2) и (3). Получим систему из двух уравнений:
+ 
+ 
- 
= 
+ 
+ 
+ 
(4)
(5)
Преобразуем уравнения (4) и (5), выделив статические напоры:
(6)
– 
+ 
- 
= 
(7)
Введем обозначения:
– + 
= Hст. 1-2; (8)
– + = Hст. 1-3. (9)
Выразим значения скоростей через соответствующие расходы жидкости. Учитывая, что V 1= = , где s1 = 
, уравнения (6) и (7) запишем в виде:
Hст. 1-2- K 1 Q 12 = K 2 Q 22; (8)
Hст. 1-3- K 1 Q 12 = K 3 Q 32, (9)
где K 1 , K 2 и K 3 – коэффициенты сопротивления трубопроводов.
|
|
|
;
;
.
Уравнение баланса расходов:
Q 1 = Q 2 + Q 3. (10)
Согласно схеме трубопровода:
– = – .
Из условий задачи:
; Hст. 1-2= Hст. 1-3= Hст.
Из уравнений (8) и (9) следует, что K 2 Q 22 = K 3 Q 32, тогда
. (11)
Подставив выражение (11) в уравнение (10), получаем
. (12)
Подставим выражение (12) в уравнение (9), получаем
. (13)
Отсюда
. (14)
Расчет
Дано: L 1 = 45 м, L 2 = 30 м, L 3 = 35 м; d 1 = 55 мм; d 2 = 45 мм; d 3 = 43 мм; М = 6 кгс / см 2, z3 = 2,7.
Статический напор
.
Сделаем предположение о том, что режим течения в системе трубопроводов турбулентный. Тогда 
.
;
;
;
;
;
Проверка: 
.
Проверим режим течения в трубопроводе с наименьшим расходом.
V 3 = 
= 
= 4,28 м.
Число Рейнольдса
Re = 
= 
= 184000,
где ν = 1×10-6 м2/с – кинематическая вязкость воды при 20ºС (см. приложение, табл. П.1).
Делаем вывод, что режим течения турбулентный, т.е. значение a выбрано правильно.
|
|
|
