Контрольная работа по "Гидромеханике"

При турбулентном режиме движения жидкости возрастают гидравлические потери.   Поэтому рекомендуется принимать такие параметры гидропривода (υ_ср, d, V), чтобы обеспечивался ламинарный режим движения жидкости.

Примечания.

1. Строго говоря, имеет место еще и переходный режим движения жидкости. Вполне развитое турбулентное течение в трубах устанавливается лишь при Re≈4000, а при Re = 2300:4000 имеет место переходная, критическая область.

2. Переход от ламинарного движения к турбулентному и обратно не является полностью обратимым и происходит при разных Re_кp и Re’_Kp.

Re'_кр<R_кр.

Основное уравнение гидродинамики - уравнение Бернулли

Общий случай движения идеальной жидкости отражает уравнение

Рассмотрим частный случай движения, когда из массовых сил действует только сила тяжести. В этом случае ускорение от действия массовых сил a=g и в проекциях на оси координат а_х=0; а_у=0; а_x= -g.

Подставляем это в:

Поскольку жидкость несжимаема и p=Const, то его можно подвести под дифференциал и преобразовать уравнение:

Отсюда следует, что

- основное уравнение гидродинамики - уравнение Бернулли.

В уравнении:

р - гидростатическое (пьезометрическое) давление, p=p₀+pgh;

Pgz=p_геом, - геометрическое давление (давление положения);

 Рυ²/2=р_ск  - динамическое (скоростное) давление. Полное гадродинамическое давление

 

7. Начертить принципиальные схемы объемного гидропривода с открытой и закрытой схемами циркуляции жидкости. Сравнить их и указать назначение основных элементов.

 

Объемным называется гидропривод, в котором используется потенциальная энергия жидкости - энергия статического напора (давления). Такой привод отличается небольшими габаритами, малыми скоростями движения жидкости (до 5 м/с) и большими давлениями (до 32 МПа).

Объемный гидропривод включает в себя следующие основные элементы.

1. Рабочую жидкость.

2. Насос.

3. Гидродвитатель.

4. Распределительные устройства.

5. Регулирующие устройства.

6. Маслопроводы и вспомогательные устройства. Объемный гидропривод является наиболее универсальным.

Он обеспечивает возможность бесступенчатого регулирования скорости, трансформацию передаваемого момента и простоту реверсирования машины без реверса электродвигателя.

Объемный гидропривод можно разделить по основным признакам.

1. По кинематическому (по характеру выходного движения):

а) с вращательным выходным движением (система "насос-гидродвигатель");

б) с возвратно-поступательньным выходным движением (система "насос - силовой цилиндр);

в) комбинированный привод.

2. По схеме циркуляции рабочей жидкости (рис. 6 а):

а) с открытой схемой циркуляции жидкости (незамкнутая система трубопровода, рис. 6а,

б) с закрытой схемой циркуляции (замкнутая система трубопровода, рис. 6 б);

в) с комбинированной схемой циркуляции (рис. 6 в).

На рис. 6:

1 - маслобак (в схеме "в" емкость бака не менее трехминутной производительности насоса);

2 - всасывающий клапан. Обеспечивает запуск при маслонаполненном насосе;

3 - насос;

4 - нагнетательный клапан. Обеспечивает возможность де монтажа насоса без слива жидкости из системы. Клапаны 2 и 4 устанавливаются при большой разветвленности системы с силовыми цилиндрами;

5 - дроссель нерегулируемый;

6 - манометр;

7 - распределительное устройство;

8 - силовой цилиндр;

9 - предохранительный клапан;

10 - низконапорный фильтр;

Рисунок 6 (а)

 

11 - подпорный клапан. Рекомендуется устанавливать: для лучшего заполнения системы; исключения попадания воздуха; исключения слива рабочей жидкости из системы. Клапан регулируется на давление 0,02-0.03 МПа. Его установка рациональна при большой разветвленности системы;

12 - переливной (подпорный) клапан. Ограничивает величину давления в системе подпитки насоса. Клапан регулируется на давление до 0,5 МПа;

12' - подпорный клапан на давление до 1 -1,5 МПа;

13 - подпилочный насос, производительностью 15-20% от производительности главного насоса;

13' - подпиточный насос, производительностью 25-30% от производительности главного насоса (подпиточный насос может устанавливаться и при открытой схеме циркуляции, но в этом случае с производительностью 1,25 производительности главного насоса);

14 - подпиточные клапаны;

15 - перепускной клапан;

16 - обратные клапаны. Защищают фильтры от высокого давления и от реверса потока;

17 - клапаны слива избытка рабочей жидкости из системы (два обратных клапана с механической связью);

18 - гидродвигатель.

Преимущества открытой схемы циркуляции:

1) простота и удобство наблюдения за состоянием жидкости;

2) хорошие условия для охлаждения жидкости и ее отстоя. Недостатки;

1) увеличивается степень загрязнения жидкости, особенно продуктами износа;

2) увеличиваются вес и габариты гидропривода;

3) более интенсивно происходит окисление жидкости;

4) создается разрежение на всасе, что вредно сказывается на работе гидропривода (возможен подсос воздуха, ограничивается применение быстроходных насосов, уменьшается производительность насоса).

Условия применения:

1) много двигательный привод;

2) система "насос-гидроцилиндр" (разные объемы слива). Достоинства замкнутой схемы циркуляции:

1) уменьшаются размеры и вес гидропривода;

2) исключается подсос воздуха;

3) возможно использование быстроходных насосов и снижение их веса и габаритов;

4) достигается плавность работы гидропривода;

5) повышается чистота жидкости и снижается интенсивность ее окисления.

Недостатки:

1) имеет место быстрый нагрев жидкости;

2) усложняется система фильтрация жидкости;

3) усложняется система гидропривода.

Условия применения - система "насос-гидродвигатель" с реверсивным насосом.

Комбинированная система циркуляции обеспечивает частичное обновление жидкости в системе. В этом случае подпиточный насос принимается по производительности значительно больше величины утечек (25-30% от производительности главного насоса). Интенсивность же обновления жидкости регулируется настройкой переливного подпорного клапана 12' (обычно настраивается на давление 1-1,5 МПа).

 

8. Дать краткую  классификацию насосов и гидродвигателей.  Начертить принципиальную схему пластинчатого насоса и определить его основные параметры: теоретическую производительность, рабочий объём, полезную и приводную мощность. Описать принцип его работы.

 

Классификация насосов  и гидродвигателей:

• Шестеренные насосы и гидродвигатели.
• Пластинчатые насосы и гидродвигатели.
• Поршневые насосы и гидродвигатели.
• Радиально-поршневые насосы и гидродвигатели.
• Аксиально-поршневые насосы и гидродвигатели.
• Высокомоментные гидродвигатели.
• Силовые гидроцилиндры.
• Распределительные и регулирующие устройства объемного гидропривода.
• Вспомогательные устройства объемного гидропривода.

 

Пластинчатые насосы просты по конструкции и при сравнительно небольших габаритах обеспечивают высокую производительность. Пластинчатые гидродвигатели имеют аналогичную конструкцию и применяются в гидроприводах с частыми включениями  и невысокими требованиями  к  жесткости механических характеристик. В горных машинах применяют пластинчатые насосы однократного двукратного действия. Насосы однократного действия могут быть регулируемыми  и нерегулируемые. Насосы двух ратного действия нерегулируемые.

Принцип конструкции: Цилиндрический ротор имеет радиальные  пазы, в которых перемещаются пластины. Ротор находится внутри статора. Статор по отношению к ротору расположен эксцентрично. С торцов  статор и ротор закрыты боковыми крышками. Вал ротор имеет выход наружу и приводится  во вращение от электродвигателя  (в насосе) или передает крутящий момент(в  гидродвигателе).

     Рабочие параметры насоса

Насос является основным агрегатом в системе гидропривода. По аналогии с электроприводом насос является генератором энергии (преобразует механическую энергию в энергию потока рабочей жидкости). Насос является наиболее технологически сложным элементом гидропривода. Он подвержен наибольшему износу (средний срок службы насоса в 2-З раза меньше срока службы гидродвигателя).

Основными параметрами насоса являются его рабочий объем q, производительность Q и потребная для привода мощность N.

Рабочий объем насоса q равен объему жидкости (несжимаемой), который насос подает за один оборот при отсутствии утечек. Экспериментально q можно определить путем медленного вращения насоса при нулевой разности уровней жидкости на всасывании и нагнетании. Рабочий объем насоса измеряется в м³/об (см³/о6, л/об).

 

Дано:

Q = 140 л/мин=2,33*10^-3 м³/с

n = 1450 мин ^-1

P = 8 МПа

Q_т; q; N; N_п - ?

Решение:

Примем КПД    объёмный - η₀=0.92;    механический – η_н=0.95

Теоретическая производительность насоса:

Q_т=Q/η₀= 140/0.92=152,17л/мин

Рабочий объём насоса:

q=(Q_т/n) = (152,17*10³ )/1450 =104,94 см³/об

Полезная мощность:

N=Q*P=2,33 * 10^-3 * 8 * 10⁶ = 8,64 * 10³Вт= 8,64 кВт

Приводная мощность насоса:

N_п = N/(η_m η₀ )= 8,64/(0.92*0.95) = 7,55кВт

 

                                    Принцип работы насоса

Ротор от электродвигателя вращается по часовой стрелки. При повороте пластин, расположенных слева ротора, от нижнего положения до верхнего они выдвигаются и оббьем между ними увеличивается . В результате   с левой стороны ротора  между пластинами появляется разряжение - в связи с этим рабочая жидкость  засасывается  и по каналу поступает в пространство между шестерни. Когда две соседние пластины занимают положение против перемычки , происходит отсечка обьема жидкости между ними. При дальнейшем вращении ротора оббьем между пластинами сообщается с нагнетательным каналом. Объем между лопатками уменьшается, а избыток жидкости выталкивается в систему.

 

 

                                                   Задание №2

1. Начертить принципиальную схему клапанного поршневого насоса эксцентрикового типа и описать его работу.

Клапанные поршневые насосы эксцентрикового  типа

Клапанные поршневые насосы эксцентрикового типа имеют постоянную производительность. Конструктивно они выполняются по одной из двух схем. Первая схема характерна наличием на валу нескольких эксцентриков, которые сдвинуты по фазе на угол 2π/z где z – число эксцентриков. Вторая схема характерна тем, что цилиндры располагаются в одной плоскости звездообразно вокруг одного эксцентрика. В горных машинах применяют:

• насосы типа Н;
• насосы типа ВНР.

       Насосы типа Н (рис. 6.9)

       Клапанные поршневые насосы типа Н выполнены по первой схеме. Они применяются в насосных станциях механизированных крепей, в гидроприводах буровых станков.

Принцип действия.

На рис. 6.9:

       1-корпус-картер. Постоянно заполнен жидкостью. Жидкость 
подается от подпиточного насоса или из бака, расположенного над 
насосом;

2 -эксцентрик. На валу три эксцентрика; 
О - центр вала;

         O₁- центр эксцентрика;

        е - эксцентриситет;

        3-всасывающий клапан. Опирается на эксцентрик через 
игольчатый подшипник;

         4-поршень;

         5 - ограничитель хода клапана;

        6- пружина. Обеспечивает открывание всасывающего клапана и выдвижение поршня;

         7- цилиндр, Три цилиндра в ряду;

         8- нагнетательный клапан;

         К - ход всасывающего клапана

 

 

В закрытом, заполненном  рабочей жидкостью, картере расположен трехэксцентрйковый вал, который приводится во вращение электродвигателем. На рис. 6.9 эксцентрик занимает нижнее положение. Всасывающий клапан 3 закрыт, а поршень 4 вдвинут.

Пружина 6 сжата, При вращении вала эксцентрик поворачивается, освобождая всасывающий клапан, который открывается. При подъеме клапана на величину К заканчивается его свободный ход. При дальнейшем повороте эксцентрика происходит выдвижение поршня и заполнение цилиндра жидкостью. Максимальное выдвижение поршня имеет место при повороте эксцентрика на 180°. При дальнейшем повороте эксцентрика происходит опускание и закрытие всасывающего клапана, а затем начинается движение вниз поршня. При этом жидкость из цилиндра выдавливается через нагнетательный клапан 8 в систему.