Краткая история развития гидромеханики.

Гидромеханика

Введение.

Техническим приложением гидромеханики является наука гидравлика.

Гидравлика — это наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению конкретных технических задач. С гидравликой связаны отрасли науки и техники, занимающиеся созданием, исследованием и использованием различных гидравлических машин: насосов, турбин, гидропередач и гидропривода. Часто описание теории этих машин, их устройства и принципов работы объединяют в одном учебном предмете «Гидравлика и гидравлические машины».

Слово гидравлика произошло от греческого hydro (вода) и aulos (трубка). В настоящее время это понятие значительно расширилось: гидравлика занимается изучением любой жидкости, движущейся не только в трубах.

В начале своего развития гидравлика представляла собой теоретическую науку — математическую механику жидкости или гидромеханику. Используя сложный математический аппарат и принимая некоторые допущения в отношении физических свойств жидкости, эта наука рассматривает движение жидкости по упрощенным схемам. Но методы математической гидромеханики не дали возможности решить целый ряд практических задач. В связи с этим стала развиваться практическая наука — техническая механика жидкости, решающая инженерные задачи методом упрощения гидравлических явлений, но с введением в теоретические уравнения поправочных коэффициентов, полученных в результате эксперимента.

В настоящее время приходится сталкиваться с задачами, при решении которых одновременно используются методы теоретической и технической гидромеханики. Поэтому различие в методах этих двух ветвей одной и той же науки постепенно исчезает. Современная гидравлика представляет собой самостоятельную, сформировавшуюся отрасль знаний, находящую применение в различных областях техники.

Гидравлика.

Поршневые насосы.

Диафрагменные насосы.

Насосы представляет собой мембрану, поршнем,        выполненную из эластичного материала (резины, кожи, ткани, пропитанной лаком, и др.).

Мембрана отделяет рабочую камеру от пространства, в которое жидкость не должна проникнуть.

В диафрагменном насосе, представленном на рисунке 6, а, клапанная коробка с всасывающим 5 и нагнетательным 4 клапанами расположена отдельно, а прогиб диафрагмы 3 осуществляется благодаря возвратно-поступательному движению плунжера 2 в цилиндре насоса /, заполненном специальной жидкостью. Диафрагменные насосы подобного типа часто применяются для перекачки жидкостей, загрязненных различными примесями (песком, илом, абразивными материалами), а также химически активных жидкостей и строительных растворов.[2]

Рис. 6. Схемы диафрагменного насоса с плунжерным (а) и рычажным (б) приводами диафрагмы.

Диафрагму можно приводить в движение не только с помощью плунжера, но и обычным рычажным механизмом. На рисунке 6, б показана схема диафрагменного насоса с рычажным приводом. Рабочая камера 5 имеет два патрубка: всасывающий 3 и напорный 1, которые сообщаются с камерой через всасывающий 4 и напорный 2 клапаны. Диафрагма 6 соединена со штоком 7, который совершает возвратно-поступательные движения. Диафрагменные насосы подобной конструкции используются в качестве бензонасосов на автомобильных двигателях. В этих насосах имеется два рычага: один — для ручной подкачки бензина и второй — для непрерывной его подачи во время работы двигателя. Последний приводится в движение специальным кулачком распределительного двигателя.

РОТОРНЫЕ НАСОСЫ.

ГИДРОПРИВОД И ГИДРОПЕРЕДАЧА

5.1. Основные понятия и определения. Классификация гидроприводов.

Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством жидкости. Составной частью гидропривода является гидравлическая передача. Она включает в себя насос, гидродвигатель и соединяющие их гидролинии (магистраль). В состав гидропривода также входят устройства управления и обслуживания (фильтры, гидробаки, гидроаккумуляторы и др.). По принципу действия гидроприводы делятся на объемные и гидродинамические.

Объемным гидроприводом называется гидравлическая система, в которой в качестве гидравлической передачи применяются насосы и гидродвигатели объемного действия. Работа объемного гидропривода основана на использовании свойства несжимаемости капельной жидкости и передачи давления по закону Паскаля. Примером объемного гидропривода простейшей конструкции может служить гидравлический пресс, изображенный на рисунке

Гидродинамическим приводом называется гидравлическая система, в которой в качестве гидравлической передачи применяются лопастные насосные и турбинные колеса, расположенные соосно на предельно близком друг от друга расстоянии. Перенос энергии от ведущего звена в ведомому осуществляется потоком жидкости, а крутящий момент передается в результате изменения момента количества движения рабочей жидкости в рабочих колесах. При этом ведущий и ведомый валы механически не связаны между собой. Благодаря этим особенностям гидродинамический привод чаще называют гидродинамической передачей.[4]

Объемные гидроприводы подразделяются по виду источника энергии на три типа:

1 Насосный гидропривод — гидропривод, использующий для подачи рабочей жидкости насосы объемного действия. Насосные гидроприводы бывают с замкнутой циркуляцией, когда жидкость от гидродвигателя поступает во всасывающую линию насоса, и с разомкнутой циркуляцией, когда жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак.

Насос гидропривода может приводиться в движение электродвигателем, турбиной, дизельным, карбюраторным двигателями, двигателем внутреннего сгорания и др.

2. Аккумуляторный гидропривод — гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие гидроприводы используются в системах с кратковременным рабочим циклом.

3. Магистральный гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от гидромагистрали, питающей от насосной станции одновременно несколько гидроприводов.

По характеру движения выходного звена различают гидроприводы поступательного, поворотного и вращательного движения. Гидроприводы бывают регулируемые и нерегулируемые. По способу регулирования скорости гидроприводы делят на три типа:

1. С дроссельным регулированием, когда для регулирования скорости производится дросселирование потока рабочей жидкости и часть потока отводится, минуя гидродвигатель.

2. С объемным регулированием, когда регулирование скорости производится в результате изменения рабочих объемов насоса или гидродвигателя.

3. С объемно-дроссельным регулированием, когда регулирование скорости осуществляется одновременно двумя способами.

Если скорость выходного звена гидропривода поддерживается постоянной и не зависит от внешних воздействий, то гидропривод называется стабилизированным.

Если скорость выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия, то гидропривод называется следящим.

Жидкость, применяемая в гидроприводах в качестве рабочего тела, одновременно является смазывающим и охлаждающим агентом, обеспечивает защиту деталей от коррозии и надежную работу всех узлов гидропривода.

Гидроприводы и гидропередачи находят широкое применение в различных областях техники. Это объясняется рядом достоинств, которыми обладают гидроприводы. Отметим наиболее важные из них:

бесступенчатое регулирование скоростей в широком диапазоне;

получение больших сил и мощностей при малых размерах и весе механизма;

получение различных видов движения, возможность частых и быстрых переключении;

возможность больших перегрузок по мощности и моменту без вредных последствий этих перегрузок;

возможность автоматизации и дистанционного управления;

простота кинетической схемы по сравнению с механическим приводом;

самосмазываемость элементов, что исключает операцию смазывания.

Вместе с тем гидроприводу и гидропередачам присущи некоторые недостатки:

потери части энергии при ее передаче, превышающие потери в электропередачах;

зависимость эксплуатационных характеристик от температуры, в результате чего при больших сопротивлениях возможен перегрев гидропривода и нарушение устойчивости его работы;

утечки рабочей жидкости (внутренние и наружные), снижающие КПД; по мере выработки технического ресурса этот фактор может сделать гидропривод неработоспособным.

Достоинства гидропривода и гидропередач столь велики, что, несмотря на указанные недостатки, они незаменимы в различных машинах и механизмах.

Список литературы

Алаи С. И., Ежевская Р. А., Антоненко Е. И Практикум по машиноведению. / Под общ. ред. Р. А. Ежевской.— М.: Просвещение, 1985.

Аршеневский Н. Н., Губин Ф. Ф. Губин М. Ф. и др. Гидроэлектрические станции. / Под ред. Ф. Ф. Губина и Г. И. Кривченко.— М.: Энергия, 1980.

Башта Т. М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы.— М.: Машиностроение, 1982.

Долгачев Ф. М., Л е и к о В. С. Основы гидравлики и гидропривод.—М.: Стройиздат, 1981.

Жабо В. В., Уваров В. В. Гидравлика и насосы.—М.:

Энергоатомиздат, 1984.

Кривченко Г. И. Гидравлические машины.—М.: Энергоатомиздат, 1983.

МожевитиновА. Л., Симаков Г. В..Михайлов А. В. и др. Введение в гидротехнику. / Под ред. А. Л. Можевитинова.— М.: Энергоатомиздат, 1984.

Пашков Н. Н., Долгачев Ф. М. Гидравлика. Основы гидрологии.— М.: Энергоатомиздат, 1985.

Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры.— М.: Энергоиздат, 1984.

Ч у гае в Р. Р. Гидравлика.—Л.: Энергоиздат, 1982.

Эдель Ю. У. Ковшовые гидротурбины.—М.: Машиностроение, 1980.

[1] Алаи С. И., Ежевская Р. А., Антоненко Е. И Практикум по машиноведению. / Под общ. ред. Р. А. Ежевской.— М.: Просвещение, 1985.

 

[2] Кривченко Г. И. Гидравлические машины.—М.: Энерго­атомиздат, 1983.

 

[3] Ч у гае в Р. Р. Гидравлика.—Л.: Энергоиздат, 1982

1. [4] Башта Т. М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы.— М.: Машинострое­ние, 1982.

2.

[5] Долгачев Ф. М., Л е и к о В. С. Основы гидравлики и гидропривод.—М.: Стройиздат, 1981.

 

Гидромеханика

Введение.

Техническим приложением гидромеханики является наука гидравлика.

Гидравлика — это наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению конкретных технических задач. С гидравликой связаны отрасли науки и техники, занимающиеся созданием, исследованием и использованием различных гидравлических машин: насосов, турбин, гидропередач и гидропривода. Часто описание теории этих машин, их устройства и принципов работы объединяют в одном учебном предмете «Гидравлика и гидравлические машины».

Слово гидравлика произошло от греческого hydro (вода) и aulos (трубка). В настоящее время это понятие значительно расширилось: гидравлика занимается изучением любой жидкости, движущейся не только в трубах.

В начале своего развития гидравлика представляла собой теоретическую науку — математическую механику жидкости или гидромеханику. Используя сложный математический аппарат и принимая некоторые допущения в отношении физических свойств жидкости, эта наука рассматривает движение жидкости по упрощенным схемам. Но методы математической гидромеханики не дали возможности решить целый ряд практических задач. В связи с этим стала развиваться практическая наука — техническая механика жидкости, решающая инженерные задачи методом упрощения гидравлических явлений, но с введением в теоретические уравнения поправочных коэффициентов, полученных в результате эксперимента.

В настоящее время приходится сталкиваться с задачами, при решении которых одновременно используются методы теоретической и технической гидромеханики. Поэтому различие в методах этих двух ветвей одной и той же науки постепенно исчезает. Современная гидравлика представляет собой самостоятельную, сформировавшуюся отрасль знаний, находящую применение в различных областях техники.

Краткая история развития гидромеханики.

Жизнь и деятельность человека во все времена были неразрывно связаны с водой. Еще в глубокой древности люди использовали реки и моря как пути сообщения и занимались орошением земель. Много лет назад в Средней Азии и Китае, Египте и Месопотамии, Риме и Греции были созданы различные гидротехнические сооружения для подъема и подачи воды: каналы и плотины, водоводы и акведуки. Во времена Траяна в Риме было 9 водопроводов общей длиной 436 км. Однако каких-либо сведений о гидравлических расчетах этих сооружений не найдено.

Первым научным трудом в области гидравлики принято считать трактат древнегреческого математика и механика Архимеда (ок. 287—212 до н. э.) «О плавающих телах», написанный примерно за 250 лет до н. э. Архимедом открыт закон о равновесии тела, погруженного в жидкость, который затем лег в основу теории плавания кораблей и их остойчивости.

Дальнейшее развитие гидравлика получила в XIV—XVII веках. Широко известны труды гениального итальянского ученого Леонардо да Винчи (1452—1519). Он изучал механизм движения жидкости в реках и каналах, процесс истечения жидкости, занимался постройкой гидротехнических сооружений, установил принцип работы гидравлического пресса, изобрел центробежный насос и многое другое. К этому же периоду относятся работы голландского инженера С. Стевина (1548— 1620); он определил давление жидкости на плоскость и описал гидравлический парадокс.

Итальянский ученый Г. Галилей (1564—1642) систематизировал основные положения гидростатики и впервые указал на зависимость гидравлических сопротивлений от скорости потока жидкости и его плотности, а его соотечественник Э. Торричелли (1608—1647) вывел формулу для расчета скорости истечения жидкости. Важное значение для гидравлики имели работы французского физика и математика Б. Паскаля (1623—1662), открывшего закон о передаче внешнего давления, носящий его имя.

Особо следует отметить работы выдающегося английского физика, математика, механика и астронома И. Ньютона (1643—1727), который впервые ввел понятие вязкости жидкости и установил зависимость между напряжением трения, градиентом скорости и свойствами жидкости; он же заложил основы теории гидродинамического подобия.

Исследования в этот период носили в основном теоретический характер и не были связаны друг с другом. Лишь во второй половине XVIII века труды крупнейших ученых-механиков и математиков, и прежде всего Д. Бернулли и Л. Эйлера, послужили теоретической основой гидромеханики и гидравлики.

Д. Бернулли (1700—1782) вывел основное уравнение движения жидкости. С именем Д. Бернулли связано понятие «гидродинамика»: в 1738 г. он опубликовал свою работу «Гидродинамика» — академический труд, выполненный автором во время работы в Петербурге.

Л. Эйлер (1707—1783)—знаменитый математик, механик, физик и астроном, уроженец Швейцарии. Не найдя на родине условий для научной деятельности, он в 1727 г. переехал в Россию и работал здесь до конца своих дней. Он опубликовал более 800 научных работ, относящихся к разным областям знаний, и создал основополагающий труд «Общие принципы движения жидкости».

Великий русский ученый М. В. Ломоносов (1711—1765), занимаясь общими проблемами физики, уделял большое внимание вопросам движения жидкостей и газов и практическому применению гидравлики, а открытый им закон сохранения массы и энергии лежит в основе современной гидравлики. М. В. Ломоносов поддерживал научные контакты с Л. Эйлером в период работы швейцарского ученого в Петербургской Академии наук.

Вторая половина XVIII и начало XIX века характеризуются ростом промышленного производства и бурным развитием техники. Для решения различного рода инженерных задач в области гидравлики требуются новые научные методы, учитывающие свойства реальной жидкости. Примерно в это время начинается второй период развития гидравлики — превращение ее в прикладную науку.

Большой вклад в становление технической гидромеханики внесли французские ученые А. Пито (1695—1771)—инженер-гидротехник, широко известный изобретением «трубки Пито», А. Шези (1718—1798), который вывел формулу для определения скорости движения жидкости, Ж. Борда (1733—1799), который вывел уравнение для определения потерь напора при резком расширении потока; итальянский профессор Д. Вентури (1746—1822), исследовавший процесс истечения жидкости из насадков; Д. Вейсбах (1806—1871) —крупный немецкий ученый, чьи теоретические и экспериментальные исследования в области движения жидкости не утратили своего значения до настоящего времени; английский ученый О. Рейнольдс (1842—1912), установивший два режима движения жидкости и критерий гидродинамического подобия;

Л. Прандтль (1875—1953), разработавший теорию турбулентных потоков.

Не остались в стороне от развития технической гидравлики и ученые России. Инженерное направление в гидромеханике интенсивно разрабатывалось в стенах Петербургского института путей сообщения, где была создана первая в России гидравлическая лаборатория и плодотворно работала группа ученых под руководством профессора П. П. Мельникова (1804—1880) — почетного члена Петербургской Академии наук, издавшего в 1836 г. первый на русском языке учебник по гидравлике «Основания практической гидравлики...». Выдающийся русский инженер, почетный член Петербургской Академии наук, профессор Н. П. Петров (1836—1920) на основе гипотезы Ньютона о трении в жидкости разработал гидродинамическую теорию смазки машин.

Особенно большой вклад в развитие гидравлики внес Николай Егорович Жуковский (1847—1921)—автор целого ряда работ по технической гидродинамике. Важнейшей его работой, вышедшей в свет в 1899 г., было исследование «О гидравлическом ударе».

В начале XX века в гидравлике стали формироваться различные направления специальных исследований. Характерной особенностью этого периода является проведение коллективных исследований и создание научных школ.

Талантливый. инженер и ученый В. Г. Шухов (1853—1939) разработал методы расчета нефтепроводов и изобрел оригинальное устройство для подъема нефти — эрлифт. Ведущую роль в разработке теории и расчета гидравлических сооружений сыграли работы Н. Н. Павловского (1884—1937).

С первых дней создания Советского государства наступил новый этап в развитии гидравлики в нашей стране. Разработка и осуществление плана ГОЭЛРО, проектирование и строительство крупных гидроэлектростанций потребовали решения целого ряда прикладных задач в области гидравлики, динамики русловых процессов и др. Были созданы специализированные научно-исследовательские и проектные институты, лаборатории при кафедрах некоторых ведущих высших учебных заведений. Ученые проводили исследования и изыскательские работы, необходимые для осуществления проектов строительства каналов им. Москвы, Беломоро-Балтийского, Волго-Донского им. В. И. Ленина, а также сооружения мощных гидроэлектростанций на Волге, Днепре, крупнейших реках Сибири.

Базой развития гидроэнергетики явилось создание в стране крупного энергетического гидромашиностроения, что позволило планомерно увеличивать единичную мощность гидроагрегатов на строящихся ГЭС. Так, на Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС мощность одной турбины составляет 115 МВт, на Братской— 250 МВт, на Красноярской — 500 МВт, на Саяно-Шушенской — 640 МВт. Не менее значительны достижения гидромашиностроения по разработке насосов высокого давления с большой подачей, объемного гидропривода и гидродинамических передач.

Гидравлика.

12345Следующая ⇒

Поделиться: