Ч Основы гидропривода. Гидравлические

Киреев Б.Н.

У

Ч Основы гидропривода. Гидравлические

Е ипневматические системы.

Б

Н

О Лабораторно- практические занятия

Е

П

О

С

О

Б

И

Е

Елабуга

УДК 621.22 (075.8) ББК 30.123я723

К 43

 

Печатается по решению Редакционно-издательского совета ЕИ К(П)ФУ. Протокол № от 2016 г.

 

Рецензенты:

к.т.н., доц. кафедры ОИП ЕИ КФУ И.С.Набиев

к.физ.мат.н., доц. Наб.Челн. ПУ И.А.Шакиров

 

 

Киреев Б.Н.

Учебное пособие: «Основы гидропривода. Гидравличес-кие и пневматические системы».Лабораторно- практические занятия» - Елабуга: ЕИ К(П)ФУ, 2016 - 184 с.

В первой части пособии приведены методические указа-ния по решению типовых задач. Знакомство с методикой решения задач окажет помощь студентам при выполнении конт-рольных и самостоятельных заданий.

Во второй части данырекомендации по выполнению одиннадцати лабораторных работ.

Подготовленопособие в соответствии с рабочей прог-рамой специальности: 23.03.01 «Технология транспортных процессов», профиль «Эксплуатация транспортных средств». Полезно оно будет и студентам специальностей 44.03.05 «Педа-гогическое образование», профиль «Технология», 44.03.04 «Профессиональное обучение по отраслям», профиль «Транс-порт».

При подготовке пособия были использованы описания стендов: «Газовая динамика», НТЦ-91 (Гидродинамика), НТЦ-36.100 (Гидравлические машины и гидроприводы), НТЦ-101(Пневмоавтоматика) и краткие методические указания по выполнению лабораторных работ (г.Могилёв, 2012 г.; г.Челябинск, 2012 г.).

 

 

© Издательство Елабужского института К(П)ФУ, 2016 г.

© Киреев Б.Н.

Введение

При решении многих проблем в самых разнообразных от-раслях промышленности часто приходится встречаться с вопро-сом о движении различных жидкостей и газов, а также с вопро-сом о силовом (механическом) их воздействии на те или дру-гие поверхности и на обтекаемые ею твердые тела.

Изучение законов движения жидкостей и газов привело к созданию различных гидро- и пневмоустройств, широко исполь-зуемых в настоящее время на практике. Наиболее широкое рас-пространение получили гидравлические (гидронасосы, гидро-двигатели) и пневматические (пневмодвигатели) машины.

В первой части пособия приведена методика решения ти- повых задач по основам гидравлики, гидравлическим машинам и гидроприводу. Две задачи посвященыизучению законов дви-жениягаза по трубам и каналам.Студенты дневного отделения в качестве подготовки к зачёту (экзамену) выполняют самостоя-тельные домашние задания. Их успешное выполнение повыша-ет, в конечном счёте, рейтинговую оценку студента.

Во второй частипособия дана методика проведения десяти лабораторных работ по экспериментальному изучению законов движения жидкостей и газов по трубам и каналам. Здесь нашёл отражение опыт автора по использованию современного учебного оборудования на лабораторных занятиях в ЕИ К(П)ФУ.

Лабораторный практикум разбит на три модуля: 1-Гидродинамика; 2-Гидравлические машины и гидроприводы: 3-Газодинамика и пневмоавтоматика.

4 лабораторные работы модуля 1 посвящены экспери-ментальной проверке законовгидродинамики жидкостей. Дли-тельность работ- по 2 час.

Следующие 3 работы модуля 2 посвящены изучению уст-ройства и снятию рабочих характеристик объёмного гидронасо-са и объёмных гидродвигателей (гидроцилиндра и гидромото-ра). Длительность работ- по 4 час каждая.

В модуле 3 работа № 8 посвящена экспериментальной проверке законов газодинамики. Девятая работа связана с изу-чением пневмоустройств (пневмофильтры, пневмораспредели-тели, пневмоклапаны, пневмоцилиндры и т.п.) и их исполь-зованию на практике. Десятая и одиннадцатая работы знакомят с использованием простого микроконтроллёра в пневмоавто-матике.

При решении задач и выполнении лабораторных работ предполагается широкое использование междисциплинарных связей.

Количество выполняемых студентами лабораторных работ определяется преподавателем, согласно числу часов, отводимых учебным планом на выполнение лабораторного практикума.

В Приложении 1 приведены обозначения используемых в пособии физических величин и единицы их измерения в систе-ме СИ, а так же их связь с некоторыми внесистемными единица-ми.

В Приложении 2 приведены правила приближённых вычислений, используемые в технических расчётах.

В Приложении 3 приведены сведения о погрешностях измерений в лабораторном эксперименте.

Часть I. Методические указания по решению типовых задач

Расчёты проводятся с использованием единиц измерения системы СИ. Вотдельных случаях используются внесистемные единицы.В большинстве задач решения снабжены рисунками и подробными пояснениями.

В Приложении 2 приведены правила округления резуль-татов расчётов в приближённых вычислениях

Цель:

- изучить методикурешения задач по гидравлике, газодинамике, гидравлическим машинам, гидроприводу;

- использовать полученные знания для выполнения самостоя-тельной (контрольной) работы.

Задание 1. Прежде чем приступать к изучению методи-ки решения задач, необходимо изучить лекционный материал по данной тематике.

Задание 2. Изучить методику решения типовых задач, используя приведенные ниже примеры

Задание 3. Использовать данную методику при выполне-нии самостоятельной и контрольной работы. Варианты работ приведены на стр. 39.

 

Основы гидравлики

Рис. к задаче3.

Задача 4.Определить манометрическое давление в центре трубопровода (точка А), если высота столба ртути по пье-зометру h₂. Центр трубопровода расположен на h₁ ниже линии раздела между водой и ртутью.

Рис. к задаче 4. Задача 5. Разность пьезометрических напоров в сечениях 1-1 и 2-2 равна Н. Определить коэффициент линейных потерь на участке между сечениями, если длина участка составляет L, диаметр трубы равен d, а расход жидкости равенQ.

Рис. к задаче 5.

Задача 6.В горизонтально расположенной трубе диаметром

Рис. к задаче 6.

d, см на расстоянии L, м друг от друга расположены два пьезометра, между которыми находится кран, имеющий коэффициент местного сопротивления ε =2. Определить коэффициент линейных потерь, если разность пьезомет-рических напоров равна H = (H₁ ^– H₂) = (Р₁-Р₂)/ , а расход

жидкости в трубе составляет Q. (Применение уравнения Бернулли обязательно ).

Задача 7. По трубе диаметром d течёт жидкость со скоростью U. Принимая плотность жидкости равной ρ, а динамическую вязкость η определить число Рейнольдса Re, а затем коэффициент линейных потерь λ _тр, используя следующие формулы:

а) Re< 2300 – формулу Пуайзеля λ _тр = ; б) 2320 < Re< 4000 – формулу Френкеля λ _тр = ; в) 4000 < Re< 10⁵ – формулу Блазиуса λ _тр =

или Конакова λ _тр = .

Задача 8.Массовый расход транспортируемого газа по трубе диаметром составляет . Определить скорости движения газа в начальном и конечном сечениях, если плотность газа уменьшилась с до .

Задача 9.Определить потери давления на участке прямого газопровода длиной L и диаметром d, если массовый расход газа (азота) составляет , а плотность газа уменьшилась с до . Труба шероховатая, эквивалентная шероховатость составляет ∆ _э. Коэффициент динамической вязкости (для газа) при нормальных условиях принять равным η. Для определения коэффициента линейных потерь λ _тр исполь-зовать формулу для жидкости.

Задача 10. Из широкого бака вытекает по трубе вода со ско-ростью U. Определить расстояние от поверхности воды в ба-ке до оси трубы H, если полные потери напора в трубе сос-тавляют h_1-2. Диаметр трубы одинаков по всей её длине.

Рис. к задаче 10.

Примечание: задача является упрощённым вариантом зада-чи 10, решение которой приведено выше.

Задача 11. При испытании насоса получены следующие дан-ные: избыточное давление на выходе из насоса Р₂, МПа, ва-куум перед входом в насос Р_вак, КПа.; подача насоса Q( ), крутящий момент на валу насоса М (Н· м); частота вращения вала насоса n ( ). Определить мощность, развиваемую насосом, потребляемую мощность и к.п.д. насоса. Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов считать одина-ковыми.

Задача 12. Двухкамерный гидродвигатель поворотного дви-

жения должен создавать момент на валу, равный М, кН м при (угловой)скорости поворота ω, (с^-1). Размеры гидродвигателя: внутренний диаметр D ( мм), d( мм), ширина лопастей b (мм), объёмный кпд η ₀, механический кпд η _мех. Определить потребное давление насоса и необходимую подачу.

Задача 13. Определить давление, создаваемое насосом, и его подачу, если преодолеваемая сила вдоль штока равна F, а

Рис. к задаче 13.

скорость перемещения поршня равна υ _п. Учесть потерю давления на трение в трубопроводе, общая длина которого l; диаметр d. Каждый канал распределителя по сопротивлению экви­валентен длине трубопровода l_э. Диаметр поршня D, площадью штока пренебречь. Вязкость масла n; плотность ρ

Задача 14.Описать устройство, принцип действия и облас-ти применения гидроцилиндра.

 

Задача 15. Описать устройство, принцип действия и области применения гидрофильтра.

Задача 16. Описать устройство, принцип действия и области применения золотникового гидрораспределителя

Задача 17. Описать устройство, принцип действия и области применения золотникового пневмораспределителя.

Задача 18. Описать устройство, принцип действия и области применения пневмодросселя с обратным клапаном.

Задача 19. Описать устройство, принцип действия и области применения пневмоцилиндра.

Задача 20. Описать устройство, принцип действия и области применения пневмофильтра.

 

Контрольные задания.

Примечание: в графе «№ зач.кн.» указаны две последние цифры номера зачётной книжки студента.

№ З.кн	Номера задач и вариантов (6.1 – задача 6, вариант 1 и т.д)	№ З.кн	Номера задач и вариантов (3.2 – задача 3, вариант 2 и т.д)
	1.1	2.1	6.1	10.1			1.1	3.1	7.1	11.1
	1.2	2.2	6.2	10.2			1.2	3.2	7.2	11.2
	1.3	2.3	6.3	10.3			1.3	3.3	7.3	11.3
	1.4	2.4	6.4	10.4			1.4	3.4	7.4	11.4	9.1
	1.5	2.5	6.5	10.5	12.1		1.5	3.5	7.5	11.5	9.2
	1.6	2.6	6.6	10.6	12.2		1.6	3.6	7.6	11.6	9.3
	1.7	2.7	6.7	10.7	12.3		1.7	3.7	7.7	11.7	9.4
	1.8	2.8	6.8	10.8	12.4		1.8	3.8	7.8	11.8	9.5
	1.9	2.9	6.9	10.9	13.1		1.9	3.9	7.9	11.9	9.6
	1.0	2.0	6.0	10.0	13.2		1.0	3.0	7.0	11.0	9.7
	1.1	4.1	8.1	12.1	13.3		1.1	5.1	9.1	13.1	9.8
	1.2	4.2	8.2	12.2	13.4		1.2	5.2	9.2	13.2	9.9
	1.3	4.3	8.3	12.3	13.5		1.3	5.3	9.3	13.3	9.0
	1.4	4.4	8.4	12.4			1.4	5.4	9.4	13.4
	1.5	4.5	8.5	12.5			1.5	5.5	9.5	13.5
	1.6	4.6	8.6	12.6			1.6	5.6	9.6	13.6
	1.7	4.7	8.7	12.7			1.7	5.7	9.7	13.7
	1.8	4.8	8.8	12.8			1.8	5.8	9.8	13.8
	1.9	4.9	8.9	12.9			1.9	5.9	9.9	13.9
	1.0	4.0	8.0	12.0			1.0	5.0	9.0	13.0
	1.1	2.1	6.1	10.1	11.1		1.6	2.6	6.6	10.6
	1.2	2.2	6.2	10.2	11.2		1.7	2.7	6.7	10.7
	1.3	2.3	6.3	10.3	11.3		1.8	2.8	6.8	10.8
	1.4	2.4	6.4	10.4	11.4		1.9	2.9	6.9	10.9
	1.5	2.5	6.5	10.5	11.5		1.0	2.0	6.0	10.0
	1.1	3.1	7.1	11.1	13.6		1.1	4.1	8.1	12.1
	1.2	3.2	7.2	11.2	13.7		1.2	4.2	8.2	12.2
	1.3	3.3	7.3	11.3	13.8		1.3	4.3	8.3	12.3	7.1
	1.4	3.4	7.4	11.4	13.9		1.4	4.4	8.4	12.4	7.2
	1.5	3.5	7.5	11.5	13.0		1.5	4.5	8.5	12.5	7.3
	1.6	3.6	7.6	11.6	13.1		1.6	4.6	8.6	12.6	7.4
	1.7	3.7	7.7	11.7	13.2		1.7	4.7	8.7	12.7	7.5
	1.8	3.8	7.8	11.8	13.3		1.8	4.8	8.8	12.8	7.6
	1.9	3.9	7.9	11.9	13.4		1.9	4.9	8.9	12.9	7.7
	1.0	3.0	7.0	11.0	13.5		1.0	4.0	8.0	12.0	7.8
	1.1	2.1	6.1	10.1	8.1		1.1	3.1	7.1	11.1
	1.2	2.2	6.2	10.2	8.2		1.2	3.2	7.2	11.2
	1.3	2.3	6.3	10.3	8.3		1.3	3.3	7.3	11.3
	1.4	2.4	6.4	10.4	8.4		1.4	3.4	7.4	11.4
	1.5	2.5	6.5	10.5	8.5		1.5	3.5	7.5	11.5
	1.6	2.6	6.6	10.6	8.6		1.6	3.6	7.6	11.6
	1.7	2.7	6.7	10.7	8.7		1.7	3.7	7.7	11.7
	1.8	2.8	6.8	10.8	8.8		1.8	3.8	7.8	11.8	5.1
	1.9	2.9	6.9	10.9	8.9		1.9	3.9	7.9	11.9	5.2
	1.0	2.0	6.0	10.0	8.0		1.0	3.0	7.0	11.0	5.3
	1.1	4.1	8.1	12.1			1.6	4.6	8.6	12.6	5.4
	1.2	4.2	8.2	12.2			1.7	4.7	8.7	12.7	5.5
	1.3	4.3	8.3	12.3			1.8	4.8	8.8	12.8	5.6
	1.4	4.4	8.4	12.4			1.9	4.9	8.9	12.9	5.7
	1.5	4.5	8.5	12.5

 

Модуль 1. Гидродинамика

Лабораторная работа № 1

Выполнение работы.

1. Изучить установку .

Измерения проводятся на специальном стенде, общий вид которого приведен на рис.1.8. В состав стенда входят: насосный агрегат (включает однофазный электродвигатель М и центро-бежный насос Н); гидробак Б; четыре объекта испытаний: тру-бопроводы I – IV; присоединительная арматура, включающая семнадцать шаровых вентилей (В1 – В17). Вентили В1, В5, В8 и В13 с бó льшим проходным сечением (d_y = 15 мм) предназна-чены для подключения исследуемых трубопроводов к насосной установке. Остальные вентили предназначены для подключения датчиков давления к соответствующим сечениям.

Информационно-измерительная система стенда включа-ет: четыре электронных датчика давления (Д₁ – Д₄), манометр МН, скоростной расходомер интегрирующего типа РА, тер- мометр Т. Измерение времени на стенде осуществляется с помо-щью специального электронного секундомера с цифровой инди-кацией результатов измерения.

Манометр МН служит для контроля давления в напорной линии насоса. Наличие четырех датчиков давления позволяет исследовать все объекты, установленные на стенде. Необходимо только перед началом испытаний подключить эти датчики (с помощью вентилей) к соответствующим сечениям трубопрово-дов. Стенд имеет замкнутую систему циркуляции жидкости, не требующую постоянного подключения к водопроводу. Принципиальная гидравлическая схема приведена на рис.1.9. В качестве рабочей жидкости используется вода. Отображение ре-зультатов измерения давления (датчики Д₁ – Д₄) осуществляется на стенде в цифровом виде.

Гидростанция стенда выполнена в виде отдельного моду-ля. Второй модуль стенда состоит из стола и двух панелей (см.рис.1.8). На столе стенда установлены шаровые вентили В1, В5, В8 и В13.

На нижней панели установлены объекты исследований – четыре трубопровода (I – IV), манометр МН, расходомер РА и термометр Т, четыре электронных датчика давления (Д₁ – Д₄). Сечения трубопроводов, в которых в процессе испытаний из-меряются давления, с помощью вентилей В2, В3, В4, В6, В7, В9, В10, В11, В12, В14, В15, В16 и В17 и эластичных трубопроводов могут быть подключены к соответствующим датчикам. Исследуемые трубопроводы (I, III и IV) содержат три местных сопротивления: К – колено (поворот на 90 °), ВР – внезапное расширение, ВС – внезапное сужение

Рисунок 1.8. Общий вид стенда

 

На верхней панели стенда расположены схема гидравли-ческая принципиальная стенда, включатель питания стенда «СЕТЬ», кнопки включения и выключения насоса Н («Пуск» и «Стоп»), цифровые индикаторы результатов измерения давле-ний с помощью датчиков Д₁ – Д₄ и времени («СЕК»).

Для управления секундомером используется тумблер «Разрешение» и кнопка «Сброс». При включении секундомера в положение «Вкл» (верхнее) начинается отсчет времени. При переключении тумблера в положение «Выкл» (нижнее) секун-домер останавливается. Для сброса показаний секундомера не-обходимо нажать кнопку «Сброс». Крайний (слева) потенци-ометр «Задание» для управления секундомером в данной кон-струкции стенда не используется.

 

Рисунок 1.9. Схема гидравлическая принципиальная

 

Основные характеристики стенда: объем гидробака – 50 дм³; максимальное давление – 0, 4 МПа; напряжение питания – 380 В, 50 Гц.

Основные требования техники безопасности при работе на стенде.

Работа на стенде допускается только в присутствии лабо-ранта или преподавателя.

При работе на лабораторном стенде необходимо выпол-нять следующие требования:

– перед включением стенда необходимо убедиться (путем внешнего осмотра) в исправности защитного заземления стенда и целостности соединений трубопроводов;

- перед включением стенда необходимо открыть один из шаровых вентилей В1, В5, В8 или В13 (установлены на столе), с тем, чтобы была обеспечена возможность прохождения жидкос-ти через расходомер РА на слив (в бак). Следует помнить, что не допускается продолжительная работа насоса (более 5–10 с) на тупиковую сеть. Отсутствие протока жидкости может привести к нагреву насоса.

– при возникновении нештатных ситуаций необходимо выключить насосную установку и отключить электрическое питание стенда.

Электрическое питание стенда – 380 В, 50 Гц.

К работам по обслуживанию и ремонту стенда допускает-ся лаборант (инженер), прошедший все виды инструктажей, обучение и проверку знаний по охране труда в соответствии с действующим законодательством.

2. Провести измерения.

а) Объектом испытаний в данной работе является стальной трубопровод II (см. рис. 1.9, 1.10). Трубопровод имеет пос-тоянное сечение. Для этого участка трубопровода необходимо научиться экспериментально определять режимы течения жид-кости.

Рисунок 1.10. Исследуемый трубопровод

 

б) До включения стенда необходимо открыть вентиль В5, а так же вентили В6 и В7 (подключают соответствующие датчики давления к выбранным сечениям трубопровода) Необходимо убедиться, чтобы вентили В1, В8 и В13, расположенные на горизонтальной панели, а так же вентили В2-В4, В9-В12, В14-В17, расположенные на вертикальной панели, были закрыты.

в) Затем следует включить электрическое питание стенда («Сеть»), включить насос («Пуск») и дать возможность порабо-тать стенду в течение 3…5 минут.

Таблица 1.1 Результаты исследований.

Номер опыта
Время τ прохождения через расходомер объема V, с
Объем V, м3
Температура t0С
Расход Q,
Средняя скорость U,
Число РейнольдсаRe

г) Далее необходимо при различных расходах провести 3-6 опытов. Изменение расхода осуществляется с помощью вентиля В5 (при полностью открытом вентиле по исследуемому участку трубопровода проходит максимальный расход воды. Прикрытие вентиля приводит к уменьшению расхода).

Внимание: не допускается длительная работа насоса при полностью закрытом вентиле.

д) В каждом опыте с помощью электронного секундомера необходимо регистрировать время τ прохождения через тру-бопровод заданного объема воды V, (можно принять, напри-мер, V = 10 л = 10^–2 м³) и температуру воды Т⁰С.

Результаты испытаний занести в таблицу 1.1.

3 . Обработка результатов. Пример проведения расчётов В эксперименте получены следующие значения исследуемых величин: Объём V = 10 л. Время прохождения жидкости по трубопроводу τ = 30 с. Температура жидкости Т = 22⁰С. Диаметр трубопровода d=8 мм. Длина участка: L_6-7 = 1000 мм.

Таблица 1.2.
Температура Т0С	Плотность ρ,	Динамическая вяз- кость, η Па · с
16	999, 0	11, 19 · 10-4
18	998, 7	10, 59 · 10-4
20	998, 3	10, 08· 10-4
22	997, 8	9, 88· 10-4
24	997, 2	9, 61· 10-4

 

Расчёты.

Расход воды в трубопроводе равен: Q= = u · S. Средняя скорость потока: u = , где S– площадь сечения трубопровода, м².

Находим: а) расход жидкости Q= = = 0, 33·10^-3 ; б) площадь сечения трубопровода: S₆= S₇ = = 0, 50 ·10^-4 м²; в) скорость движения жидкости через сечения S₆= S₇u₆ = u₇ = u₇= = = 6, 60 м/с; г)число Рейнольдса( данные по плотности и динамической вязкости взяты из таблицы 1.2) Re = = = 52052 = 52100 (полученные данные округляем до 100).

Выводы. Число Рейнольдса больше 4000, следовательно режим течения жидкости турбулентный.

Контрольные вопросы. 1. Давление: физическая сущность; абсолютное, избыточное, ва-куумметрическое давление, способы, приборы и единицы изме-рения. 2. Расход: физическая сущность; объемный, весовой и массовый расходы, способы, приборы и единицы измерения. 3. Режимы течения жидкости и газов, необходимость и методи-ка их определения. 4. Влияние режима течения на потери энергии на трение по длине трубопровода. 5. Определение мощности в гидравлических системах.

Лабораторная работа № 2

Трубопровода

Цели работы: - уяснить физическую сущность полного напора и всех его сос-тавляющих: геометрического, пьезометрического и скоростного напоров;

- уяснить физическую сущность закона Бернулли;

- построить напорную и пьезометрические линии трубопровода;

- построить графические зависимости изменения мощности по-тока по длине трубопровода.

Краткие теоретические сведения.

Движение безнапорных и напорных потоков жидкости со-провождается затратами энергии.

Для характеристики энергетического состояния потока в гидравлике применяется специальный показатель, который на-зывают полным напором и обозначают буквой Н (измеряется в метрах).

Полный напор представляет собой полную удельную (в расчете на единицу веса) энергию:

H = Н_г + Н_п+ Н_ск. (2-1)

Здесь Н_г = z ( координата z) - называется отметкой или геометрической (геодезической ) высотой, геометрическим на-пором;

Н_п = – называется пьзометрической высотой, пье-зометрическим напором;

Н_ск = – называется скоростной высотой, скоростным напором.

Уравнение Бернулли для идеальной жидкости записы-вается в следующем виде:

 

+ + = + + (2-2)

В любом сечении элементарной струйки для идеальной жидкости полный гидродинамический напор Н (сумма геомет-рического, пьезометрического и скоростного напоров) есть ве-личина постоянная.

Плоскость сравнения (нулевой уровень) на практике выбирается произвольно таким образом, чтобы высоту z было удобно измерить. Если струйка расположена горизонтально, то за плоскость сравнения можно выбрать плоскость, проходящую через центры сечений. В этом случае z = 0.

Рисунок 2.1. Измерение скоростного напора

Для измерения пьезометрического напора необходимо к выбранным сечениям подключить пьезометры или манометры. В первом случае пьезометрическая высота определяется как расстояние по вертикали от центра живого сечения до уровня жидкости в пьезометре, а во втором случае необходимо по-казания манометра перевести в систему СИ и поделить на значения произведения ρ · g (плотность жидкости на ускорение свободного падения).

Скоростную высоту Н_ск можно найти, используя пьезо-метр и трубку Пито, подключённые к данному живому сече-нию: трубка справа, изогнутая, измеряет сумму пьезометри-ческого и скоростного напоров. Прямая, пьезометрическая трубка, измеряет только пьезометрический напор. Их разница и даст скоростной напор. Скоростные напоры можно и рассчи-тать, если измерить расход жидкости и площадь живого сечения потока: Q_v= = u ·S. (2-3)

Следует иметь в виду, что скоростные напоры для реаль-ных жидкостей находятся по формулеН_ск = α · , где α - коэффициент Кориолиса. Коэффициент Кориолиса α при Re< 2320 равен 2, а при Re> 2320 α ≈ 1.

Практика показывает, что скоростные напоры гораздо меньше пьезометрических и поэтому в отдельных случаях ими можно пренебречь. К тому же, если живые сечения одинаковы, то и скорости во всех рассматриваемых сечениях также будут одинаковы (согласно уравнению неразрывности струи) и раз-ность скоростных напоров в двух выбранных сечениях будет равна нулю. Это следует иметь в виду при использовании урав-нения Бернулли в конкретных случаях. Графически полный на-пор можно изобразить так, как показано на рисунке 2.2

В реальной жидкости часть пьезометрического напора те-ряется (механическая энергия превращается в тепловую, поэто-му полный напор в первом сечении оказывается больше полно-го напора во втором сечении на величину потерь напора:

Н_I - Н_II = h_1-2 = h_пот(2-4)

Индекс 1-2означает, что потери напора h_{по т} определяют-ся между сечениями 1 и 2.

Примечание: в общем случае первое сечение (1) обозна-чают через i, а второе (2) через i +1.

Уравнение Бернулли для реальной жидкости принимает вид:

+ + = + + +h_1-2 (2-5)

На рисунке 2.3 показано уменьшение полного напора (кривая) при переходе от первого сечения ко второму.

При изменении геодезической (геометрической) высоты потока геометрический напор Н_г обратимо переходит в пьезо-метрическийН_п, при изменении живого сечения – пьезомет-рический напор Н_п переходит в скоростной Н_ск и наоборот, и лишь переход пьезометрического Н_п в потерянный напор h_1-2 = h_пот происходит необратимо:

Рисунок 2.2. Графическая интерпретация уравнения

Бернулли для идеальной жидкости

 

Н_г ↔ Н_п ↔ Н_ск

↓

h_пот

(О значении коэффициента Кориолиса α см.выше)

Линия, характеризующая закон распределения полного напора по длине потока, называется напорной линией. Полный напор всегда уменьшается в направлении течения жидкости. Наклон этой линии (изменение на единицу длины трубопрово-да) называется гидравлическим уклоном. Линия, характеризу-ющая закон распределения удельной потенциальной энергии потока , называется пьезометрической линией. Наклон этой линии называется пьезометрическим уклоном.

Мощность и полный напор связаны следующим выраже-нием:

N_i = H_i · ρ · g · Q_i(2-6)

Потери мощности между сечениями iиi +1 вычисля-ются из выражения: ∆ N_1-2= Q · ρ · g · h_пот (2-7) или в общем виде:

∆ N_i, _i+1= Q · ρ · g · h_{пот.i, i+1}(2-8).

Рисунок 2.3 Графическая интерпретация уравнения

Бернулли для реальной жидкости

 

Выполнение работы.

1. Перед выполнением работы просмотреть раздел « Изу-чить установку» в лабораторной работе № 1.

2. Провести измерения.

а) Объектом испытанийв данной работе является сталь-ной трубопровод IV (см. рисунок 1.8). Схема данного трубопро-вода представлена на рисунке 2.4. Все размеры на схеме указа-ны в мм. Исследуется трубопровод переменного сечения (внут-ренние диаметры 8 и 15 мм) от сечения 14–14 до сечения 17–17. Нумерация сечений соответствует номерам шаровых вентилей (см. схему гидравлическую принципиальную, рису-нок 1.9).

Длина исследуемого трубопровода – 1155 мм. Трубопро-вод содержит одно местное сопротивление – внезапное расши-рение ВР.

б) До включения стенда необходимо:

– открыть вентиль В13 (вентили В1, В5 и В8 должны быть закрыты);

– открыть вентили В14, В15, В16 и В17 и подключить се-чения 14–14, 15–15, 16–16 и 17–17 соответственно к датчикам Д₁, Д₂, Д₃ и Д₄ (все вентили на остальных трубопроводах должны быть закрыты).

123456789Следующая ⇒

Поделиться: