Дифференциальные манометры

Применяются для измерения разности (перепада) давления жидкостей и газов. Они могут быть использованы для измерения расхода газов и жидкостей, уровня жидкости, а также для измерения малых избыточных и вакуумметрических давлений.

Мембранные дифференциальные манометры являются бесшакальными первичными измерительными приборами, предназначенными для измерения давления неагрессивных сред, преобразующими измеряемую величину в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока 0…5мА. Дифференциальные манометры типа ДМ выпускаются на предельные перепады давления 1,6…630кПа.

 

Основное уравнение гидростатики

Уравнение, выражающее гидростатическое давление р в любой точке неподвижной жидкости в том случае, когда из массовых сил на нее действует только одна сила тяжести, называется основным уравнением гидростатики

 

 

(2.2)

где - давление на свободной поверхности жидкости;

h- глубина расположения рассматриваемой точки.

Другая форма записи уравнения (2.2) имеет вид

(2.3)

где z и -вертикальные координаты произвольной точки и свободной поверхности жидкости, отсчитываемые от горизонтальной плоскости.

При известной величине удельного веса уравнение (2.2) можно записать в виде

. (2.4)

Из выражения (2.4) следует, что гидростатическое давление р в данной точке равно сумме давлений на свободной поверхности жидкости и давления, производимого столбом жидкости высотой, равной глубине погружения точки.

Установившимся стационарным движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости – скорость движения и и гидродинамическое давление р не изменяются с течением времени, т.е. зависят только от координат точки. Аналитически это условие запишется так:

и .

Неустановившимся (нестационарным) движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости – скорость движения и и гидродинамическое давление р – постоянно изменяются, т.е. зависят не только от положения точки в пространстве, но и от времени . Аналитически это условие запишется так:

и .

Примером установившегося движения может быть: движение жидкости в канале, в реке при неизменных глубинах, истечение жидкости из резервуара при постоянном уровне жидкости в нем и др. Неустановившееся движение – это движение жидкости в канале или реке при переменном уровне или при опорожнении резервуара, когда уровень жидкости в нем непрерывно изменяется.

В дальнейшем будет изучаться главным образом установившееся движение жидкости и в отдельных случаях будут разбираться примеры неустановившегося движения.

Установившееся движение в свою очередь подразделяется на равномерное и неравномерное.

Равномерным называется такое установившееся движение, при котором живые сечения вдоль потока не изменяются: в этом случае ; средние скорости по длине потока также не изменяются, т.е. . Примером равномерного движения является: движение жидкости в цилиндрической трубе, в канале постоянного сечения при одинаковых глубинах.

Установившееся движение называется неравномерным, когда распределение скоростей в различных поперечных сечениях неодинаково; при этом средняя скорость и площадь поперечного сечения потока могут быть и достоянными вдоль потока. Примером неравномерного движения может быть движение жидкости в конической трубе или в речном русле переменной ширины.

Напорным называется движение жидкости, при котором поток полностью заключен в твердые стенки и не имеет свободной поверхности. Напорное движение происходит вследствие разности давлений и под действием силы тяжести. Примером напорного движения является движение жидкости в замкнутых трубопроводах (например, в водопроводных трубах).

Безнапорным называется движение жидкости, при котором поток имеет свободную поверхность. Примером безнапорного движения может быть: движение жидкости в реках, каналах, канализационных и дренажных трубах. Безнапорное движение происходит под действием силы тяжести и за счет начальной скорости. Обычно на поверхности безнапорного потока давление атмосферное.

 

Следует отметить еще один вид движения: свободную струю. Свободной струей называется поток, не ограниченный твердыми стенками. Примером может служить движение жидкости из пожарного брандспойта, гидромонитора, водопроводного крана, из отверстия резервуара и т. п. В этом случае движение жидкости происходит по инерции (т. е. за счет начальной скорости) и под действием силы тяжести.

Для упрощения выводов, связанных с изучением потока жидкости, вводится понятие о плавно изменяющемся движении жидкости.

Плавно изменяющимся называется такое движение жидкости, при котором кривизна струек незначительна (равна нулю или близка к нулю) и угол расхождения между струйками весьма мал (равен нулю или близок к нулю), т. е. практически поток жидкости мало отличается от параллельноструйного. Это предположение вполне оправдывается при изучении многих случаев движения жидкости в каналах, трубах и других сооружениях.

Отметим следующие свойства потока при плавно изменяющемся движении:

1. поперечные сечения потока плоские, нормальные к оси потока;

2. распределение гидродинамических давлений по сечению потока подчиняется закону гидростатики, т.е. гидродинамические давления по высоте сечения распределяются по закону прямой. Это свойство легко можно доказать, если внутри потока выделить частицу жидкости и спроектировать все действующие на нее силы на плоскость живого сечения. Вследствие того, что скорости и ускорения в этом случае будут перпендикулярны сечению, силы инерции в уравнение не войдут; поэтому уравнение равновесия и закон распределения давления в плоскости живого сечения не будет отличаться от такового для жидкости, находящейся в покое;

3. удельная потенциальная энергия (т. е. потенциальная энергия единицы веса жидкости) по отношению к некоторой плоскости сравнения для всех точек данного сечения потока жидкости есть величина постоянная.

Расход жидкости – количество жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока.

Различают объёмный, массовый и весовой расходы жидкости.

Объёмный расход жидкости это объём жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Объёмный расход жидкости измеряется обычно в м3/с, л/с. Он вычисляется по формуле

где Q - объёмный расход жидкости,

V - объём жидкости, протекающий через живое сечение потока,

t – время течения жидкости.

Массовый расход жидкости это масса жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Массовый расход измеряется обычно в кг/с, г/с или т/с и определяется по формуле

где Q M - массовый расход жидкости,

M -масса жидкости, протекающий через живое сечение потока,

t – время течения жидкости.

Весовой расход жидкости это вес жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Весовой расход измеряется обычно в Н/с, кН/с. Формула для его определения выглядит так:

где Q G - весовой расход жидкости,

G - вес жидкости, протекающий через живое сечение потока,

t – время течения жидкости.

Режимы течения жидкости

Экспериментальные исследования потоков реальной жидкости показывают, что процессы, происходящие в них, существен­но зависят от характера (вида) течения. В гидравлике выделяют ша принципиально разных вида течения: ламинарное и турбулентное.

Для изучения характера этих течений может быть использована установка, представленная на рис. 4.3, а. Она включает в себя ре­зервуар с водой 7, из которого та может вытекать через трубу 5, им полненную из прозрачного материала. В конце трубы установлен кран б для изменения расхода жидкости. Кроме того, в резервуаре г водой 1 смонтирован дополнительный сосуд 2 с водным раствором

 

Рис. 4.3. Демонстрация режимов течения: а – установка; б - ламинарное течение; в - турбулентное течение; 1- резервуар с водой; 2- дополнительный сосуд; 3,6 – краны; 4- трубка; 5 -труба

краски, которая может подводиться по трубке 4 в центр потока воды в трубе 5. Расход краски может регулироваться краном 3, При небольшой степени открытия крана 6 обеспечиваются низ­кие скорости течения воды в трубе 5. Если в этом случае кран.1 также открыт, то можно наблюдать струйку краски, двигающуюся в потоке воды (рис. 4.3, б). При малых скоростях течения она не перемешивается с основным потоком. Это говорит о том, что со­седние струйки воды движутся также «самостоятельно», не пере­мешиваясь друг с другом. Такой режим течения принято называть ламинарным.

При ламинарном режиме жидкость движется отдельными стру­ями без их перемешивания, все линии тока определяются формой русла потока и, если оно является прямолинейным с постоянным сечением, линии тока параллельны стенкам. В ламинарном потоке отсутствуют видимые вихреобразования, но существуют бесконечно малые (точечные) вихри вокруг мгновенных центров вращения частиц жидкости.

Если постепенно увеличивать степень открытия крана 6, то ско­рость течения жидкости начнет возрастать и при каком-то ее зна­чении ламинарная струйка краски в трубе 5 начнет разрушаться (рис. 4.3, в). Такую скорость принято называть критической (v_Kp). Разрушение струйки сопровождается завихрениями краски и пе­ремешиванием ее с соседними слоями воды. Если продолжать уве­личивать расход жидкости, то струйка будет разрушаться практи­чески сразу после выхода из трубки 4. Такой режим течения при­нято называть турбулентным.

 

 

При турбулентном режиме течения происходит интенсивное перемешивание струек (слоев) жидкости с образованием большо­го количества крупных и мелких вихрей. Отдельные частицы жид­кости движутся хаотично, и практически ни одна из них не повто­ряет траекторию другой. Они перемещаются как в продольном, так и в поперечном направлениях. Поэтому скорости и давления при турбулентном течении имеют пульсирующий характер.

 

Для каждого из отмеченных режимов течения характерны свои особенности и законы (зачастую весьма отличные). Поэтому важно уметь определять расчетным путем режим течения в каждом конкретном случае.

В качестве критерия режима течения используется число Рей ­ нольдсаRe. Результаты экспериментов показывают, что разруше­ние ламинарного режима в круглых трубах начинается приблизи­тельнопри Re = 2300. Это значение Re принято называть крити­ческим числом Рейнольдса. Таким образом, при Re < 2300 существует устойчивое ламинарное течение.

Следует иметь в виду, что сразу после разрушения ламинарного теченияустойчивого турбулентного течения еще не существует. Устойчивое (развитое) турбулентное течение устанавливается при Rе > 4000. Диапазон чисел Рейнольдса от 2300 до 4000 иногда на­зываютпереходной областью, при которой не может существовать ни устойчивого ламинарного, ни развитого турбулентного те­чений.

Необходимо также иметь в виду, что существуют факторы, кос­венно влияющие на режимы течения жидкости в трубах. К ним следует прежде всего отнести вибрацию труб, местные гидравли­ческиесопротивления, пульсацию расхода и др. Все они способ­ствуют образованию турбулентного режима течения жидкости.

В заключение следует отметить, что на практике ламинарные течения наиболее часто встречаются в потоках вязкой жидкости, особенно в трубах (руслах) с небольшими проходными сечениями. Это следует и из анализа формулы (4.5) для вычисления числа Рейнольдса, так как очевидно, что Re уменьшается с увеличени ­ ем вязкости и уменьшением диаметра. Такие потоки характерны для многочисленных машиностроительных гидросистем, испольующих минеральные и синтетические масла.

Турбулентные течения встречаются в потоках маловязких жид­костей и в трубах с большими проходными сечениями. К ним от­носятся потоки в гидравлических системах для перекачки воды или жидкостей на водяной основе, бензина, керосина, а также потоки различныхгазов.

Напор насоса

Что такое напор насоса

Часто возникает проблема неправильного понимания термина «напор насоса».
Постараюсь объяснить что да как.
Напор насоса измеряется в метрах (м). Из-за этого часто возникает путаница. Хотя они измеряется в метрах, напор – не геометрическая величина. Напором называется полная удельная энергия, создаваемая насосом. Удельная потому что это энергия, отнесенная к единице веса. Если отнести значение энергии к единице веса, то получим размерность метры. Не будем вдаваться в детали, но так оно и есть. Поэтому понимать, что напор – это высота, на которую насос сможет поднять жидкость, нельзя. Гидравлическая энергия, создаваемая (вернее, полученная преобразованием механической энергии) насосом, требуется для обеспечения следующих процессов:

1) Изменение скорости потока.
Расход есть
V (скорость)/S (площадь поперечного сечения)
Поэтому, если труба на входе в насос больше трубы на выходе из насоса, то изменение скорости потока изменяется обратно пропорционально. Подача не изменяется соответственно, чем больше диаметр, тем больше площадь поперечного сечения, тем меньше скорость потока и наоборот. Если скорость потока увеличивается, то на это увеличение требуется затратить энергию.
Такая ситуация встречается довольно часто. Из теории известно, что с увеличением скорости падает давление, поэтому всасывающий патрубок насоса (и, соответственно, трубопровод) делают больше нагнетательного. Если давление в насосе опустится ниже давления насыщенных паров, то возникнет кавитация, что недопустимо. Поэтому давление на входе всеми силами стараются сделать как можно выше.

2) Создание перепада давлений
Жидкость в трубопроводе, находящаяся в состоянии покоя, может быть сдвинута с места только если вывести ее из состояния равновесия. Сделать это можно, изменив значения давлений на входе и выходе из трубопровода. Тогда жидкость будет двигаться от большего давления к меньшему. К тому же, иногда на выходе требуется иметь высокое давление (например, при закачивании воды в резервуар с высоким давлением воздуха). Изменение поля давлений также требует затрат энергии.

3) Изменение уровня расположения жидкости
Если надо перекачать воду из верхнего резервуара в нижний, то никакой насос не нужен.Под действием силы тяжести вода сама потечет вниз.
Однако при необходимости перекачать воду из нижнего резервуара в верхний требуется затратить энергию.

4) Преодоление потерь
Многие забывают об этом пункте, многие о нем даже не слышали.
Существует два вида потерь: потери по длине (их еще называют потери на гидравлическое трение) и потери на местные сопротивления. Все потери зависят от скорости потока (от расхода).
Потери по длине возникают по всей длине трубопровода и зависят от его длины, диаметра и коэффициента гидравлического трения материала.
Потери на местные сопротивления возникают везде, где имеется изменение режима течения потока, а именно:
- при изменении направления движения потока (колено, разворот трубы)
- при изменении размеров трубопровода (внезапное или постепенное расширение или сужение трубопровода)
- на запорно-регулирующей арматуре (задвижки, краны, клапана)
Потери на местные сопротивления имеют коэффициент сопротивления в зависимости от типа сопротвления.

Таким образом, знание высоты, на которую нужно поднять жидкость, не является достаточным для выбора насоса по напору.
Более того, напор, который должен создавать насос для данной системы, зависит от подачи. Более подробно алгоритм подбора насоса будет рассмотрен в следующих конференциях.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: